第1章 概论
1. 传感器（transducer/sensor）的定义是：能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出
信号的器件或装置。 传感器狭义地定义为：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 2. 传感器一般由敏感元件、转换元件、调理电路组成。 3. 传感器组成框图： 被测量 电量 敏感元件 转换元件 调理电路 4. 辅助电源
5. 传感器主要按其工作原理和被测量来分类
（1）传感器按其工作原理，一般可分为物理型、化学型和生物型三大类；
（2）按照敏感元件输出能量的来源又可以把传感器分成：自源型，带激励源型，外源型 5. 传感器技术的发展趋势: 集成化和微型化, 数字化与智能化, 开发新型传感器. 6、 传感器的静态特性
1 线性度,线性度又称非线性，是表征传感器输出——输入校准曲线与所选定的拟合直线（作为工作直线）之间的吻合（或偏离）程度的指标。通常用相对误差来表示线性度或非线性误差，即
Lmax100% (1-1) eLyF.S.式中 ΔLmax——输出平均值与拟合直线间的最大偏差；
yF。S。——理论满量程输出值。 2\\静态误差（精度）（Precision）这是评价传感器静态性能的综合性指标，指传感器在满量程内
任一点输出值相对其理论值的可能偏离（逼近）程度. 它表示采用该传感器进行静态测量时所得数值的不确定度。 静态误差的计算是将非线性、回差、重复性误差按几何法综合，即
222eseLeHeR
若仍用相对误差表示静态误差，则有 eS2~3100%
yF.S.6、 差动技术, 一种切实可行的减小非线性的方法（减小了非线性，而且使灵敏度提高了一倍，抵
消了共模误差）。提高灵敏度，降低非线性误差，有效的补偿温度误差是差动技术的特点。
第二章
1. 电阻应变式传感器的工作原理基本的转换环节：力(F) → 应变(ε) → 电阻变化(∆R) → 电压
输出(∆V)。
2. 导电材料的电阻应变效应，一根金属导线受拉伸长时电阻增大，受压缩短时电阻减小。这个
规律称为金属材料的电阻应变效应。设有一段长为l，截面积为A，电阻率为ρ的导体（如金属丝），它具有的电阻为
l R
A
RlAarcsin RlA
式中(Δl／l)=ε——材料的轴向线应变，常用单位με(1με=1∙10-6mm/mm);
而（dA／A）＝2（dr／r）=－2με 。μ——导体材料的泊松比。通常，0 < μ < 0.5。 代入上式可得
R(12) RddVC式中C——布里奇曼常数，由材料和加工方式决定，因此 VdV/Vdl/ldA/A12
(2-36)
代人式（2－34），并考虑到实际上面△R＜＜R，故可得
R12C12 Km (2-37) R式中 Km＝（１＋2μ）＋C（1－2μ）—金属丝材的应变灵敏系数（简称灵敏系数）。
3. 电阻应变计的静态特性
RKx 式中 εx——应变计轴向应变； K ——应变计的灵敏系（1）．灵敏系数（K）R数。
必须指出，应变计的灵敏系数K并不等于其敏感栅整长应变丝的灵敏系数Km。一般情况下，K＜Km。
4. .电容式传感器
（1）原理：其电容量与真空介电常数ε0(8.854×10-12F·M)、极板间介质的相对介电常数εr、极板的有效面积A以及两极板间的距离δ有关：
AC0r
（2）种类，电容式传感器可分为变极距型、变面积型 和变介质 图2.18 平板电容传感器
型三种类型
5. 测量电桥按如下方法分类
（1） 按电源分，有直流电桥和交流电桥。
（2） 按工作方式分，有平衡桥式电路（零位测量法）和不
平衡桥式电路（偏差测量法）。
（3）按桥臂关系分，有：①对输出端对称（第一种对称）电
桥（Z1=Z2，
Z3=Z4）；②对电源端对称（第二种对称）电桥（Z1=Z4，Z2=Z3）； ③半等臂（ZI=Z2，Z3=Z4）和全等臂电桥（Z1＝Z2＝Z3＝Z4）。 （4）接负载输出电压或电流的不同要求：电桥还可分电压输出桥和功
率输出桥。
测量电桥的输出为：
Z3Z1Z3Z2Z4Z2 或 UUUoUoZZZZZZZZ34124123可见，电桥的平衡条件为：Z1Z3Z2Z4，此时，Uo=0。
当各桥臂阻抗变化时，其输出为：
(2-100)
Z1Z1Z3Z3Z2Z2Z4Z4 UoUZ3Z3Z4Z4Z1Z1Z2Z26. 电阻应变式传感器的差动结构
如图2.60为典型的应变式传感器差动结
R1构。梁的上下表面各贴一个应变片R1、R2，梁受力矩M的作用发生弯曲变形，上表面受拉，R1的电阻变大，下表面受压，R2的电阻变小。一般R1、R2R2为规格相同的应变片，则：ΔR1-ΔR2=2ΔR，因此，灵敏比只有一个应变片R1时提高一倍。通常R1、 R2接入图2.51所示的电桥，构成差动电桥。 图2.60 差动式应变梁 第三章
1. 压电效应是指某些介质在施加外力造成本体变形而产生带电状态或施加电场而产生变形的双
向物理现象.它是正压电效应和逆压电效应的总称，一般习惯上压电效应指正压电效应。 2. 在三维直角坐标系内的力一电作用状况如图3-2 所示。图中：T1、T2、T3分别为沿x、y、z
向的正应力分量（压应力为负）；T4、T5、T6分别为绕x、y、z轴的切应力分量（顺时钟方向为负）；ζ1、ζ2、ζ3分别为在x、y、z面上的电荷密度（或电位移D）。式3.5为正压电方程的向量矩阵表示，式3.6为逆压电方程的向量矩阵表示。压电方程是全压电效应的数学描述。它反映了压电介质的力学行为与电学行为之间相互作用（即机－电转换）的规律。
3. 压电方程是全压电效应的数学描述。它反映了压电介质的力学
行为与电学行为之间相互作用（即机－电转换）的规律。压电方程组也表明存在极化方向（电位差方向）与外力方向不平行的情况。 4. （1）电压源
UnQ/Cn （3. 1）
KuUn/FQ/CnF （3. 2） F——作用在压电器件上的外力。
（2）电荷源
QCaUa
（3. 3）
式中Ua即极板电荷形成的电压。这时的输出电荷 灵敏度为
KqQ/FCaUa/F
（3. 4）
显然Ku与Kq之间有如下关系
KuKqUa/Q
（3. 5）
5. 压缩型压电加速度传感器：压电元件选用d11和d33形式
1—壳体 2—预紧螺母 3—质量块 4—压电元件 5—基座 6—引线接头 7—预紧筒
（a）正装中心压缩式
6. 压电加速度传感器动态特性 （1）动态幅值误差：
n)1] %高频段 H[A(1)1] %低频段 L[A(7. 超声检测的物理基础，当超声波由一种介质人射到另一种介质时，由于在两种介质中的传播
速度不同，在异质界面上会产生反射、折射和波型转换。
8. 声阻抗是用以表示声波在介质中传播时受到的阻滞作用的参数。声速截面上单位面积上的声
阻抗称为声阻抗率，即为
Zs＝pv
1. 2.
3. 4. 5. 6. 7. 8.
式中 Zs—声阻抗率，kg·m2·s-1； p—声压，kg·m-2；
v—介质质点的振动速度，m·s-1。
第四章
光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。
由光的粒子说可知，光是以光速运动着的粒子（光子）流，一种频率的光由能量相同的光子所组成，每个光子的能量为
hv （式4-1）
式中 h-普郎克常数，h＝6.626×10－34J•s 可见，光的频率愈高（即波长愈短），光子的能量愈大
发光二极管是一种电致发光的半导体器件，它与钨丝白炽灯相比具有体积小、功耗低、寿命长、响应快、便于与集成电路相匹配等优点，因此得到广泛应用。 对于砷磷化镓发光二极管，红色约为1.7V开启，绿色约为2.2V。
所谓光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。 在光的照射下，使电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外光电效应。（细看P115—116）
利用电荷耦合技术组成的图像传感器称为电荷耦合图像传感器，它由成排的感光元件与电荷耦合移位寄存器等构成，电荷耦合图像传感器通常可分为线型传感器和面型传感器。 光纤光栅传感器（P1）
第五章
1. 霍尔效应，如图5.1所示，当在长方形半导体片的长度方向通以直流电流I时，若在其厚度
方向存在一磁场B，那么在该半导体片的宽度方向就会产生电位差EH，此即霍尔效应。 （P172）
2. 磁敏二极管是指其电特性随外部磁场改变而有
显著变化的一种结型二端器件，它的电阻随磁场的大小和方向均会发生改变。 3. 磁敏二极管的工作原理（P182） 4. 磁通门式磁敏传感器的原理（201） 第六章
1. 所谓数字式传感器，是指能把被测（模拟）量直接转换成数字量输出的传感器。
2. 绝对编码器， 光电编码器的码盘通常是一块光学玻璃，码盘与旋转轴相固联。玻璃上刻有
透光和不透光的图形。编码器光源产生的光经光学系统形成一束平行光投射在码盘上，并与位于码盘另一面成径向排列的光敏元件相耦合。码盘上的码道数就是该码盘的数码位数，对应每一码道有一个光敏元件。当码盘处于不同位置时各光敏元件根据受光照与否转换输出相应的电平信号。光学码盘通常用照相腐蚀法制作 3. 光电结构示意图
4. 莫尔条纹（P250）
光栅的莫尔条纹
（a） 光栅 （b） 莫尔条纹 1-主光栅 2-指示光栅
光栅的基本元件是主光栅和指示光栅。莫尔条纹与两光栅刻线夹角的平分线保持垂直。当两光栅沿刻线的垂直方向作相对运动时，莫尔条纹沿着夹角θ平分线的方向移动，即移动方向随两光栅相对移动方向的改变而改变。光栅每移过一个栅距，莫尔条纹相应移动一个间距。
