《传感器原理与应用》教学方法探讨

《传感器原理与应用》教学方法探讨（共11篇）

《传感器原理与应用》教学方法探讨 篇1

《传感器原理与应用》教学方法探讨

摘要：根据“传感器原理及应用”这门课程的特点，以课堂高效率教学高质量为教学目的出发，本文探讨了从四个方面进行教学方法的改进。

关键词： 传感器原理及应用 天之信多媒体资源 实验教学 任务式教学

《传感器原理及应用》是电子信息科学系的主干专业课, 具有较强实践性，课程涉及的知识面广，是一门工程性、应用性都非常强的课程。其教学质量的好坏,直接影响到许多后续专业课的教学效果。该课程知识覆盖面广、内容多而且更新发展快,理论性和应用性都很强,再加上教学过程中的一些难点，为了达到课堂高效率教学高质量,迫切需要改进教学方法。本人从事了一段时间的传感器课程的教学，对教学方法有了一些个人的看法，可以从以下四个方面进行尝试，以达到课堂高效率，教学高质量。

一、充分利用多媒体资源，将实际应用的场景融入到教学课件中，让学生对这门课程产生浓厚的学习兴趣。给学生展示传感器的实际应用场景，使理论知识在实际应用场合中慢慢渗入，充分调动学生的积极性，在课堂让学生思维充分动起来，充分发挥学生的主观能动性，引导学生积极思维，从思想上行动起来，把课堂变成老师和学生共同学习，解决问题的场所。在讲解某种具体的传感器之前，演示几个生活中的传感器实例，例如：在进行电容式传感器的教学之前，用多媒体播放几个实际的应用实例，电容式扩音器的示意图和工作过程，电容式接近开关的工作原理，电容式双联收音机等的工作原理，让学生在进入具体的理论知识学习之前对这种传感器有个感性认识，提高学生的积极性和兴趣。再比如，在讲温度传感器时，如果配以动画演示热电偶中电流是如何随着两端温度的变化而变化时，学生就会很容易接受温度传感器的工作原理。

二、将实际事例的简明工作原理演示之后，再来解剖实际应用场景中的电路框图，这样让学生对传感器的理解从感性过渡到理性，对所用到的传感器的工作原理进行讲解说明，让学生掌握该传感器的工作原理和设计思路；进一步分析传感器的测量电路，让学生了解传感器的设计原理。例如，当教师讲解了红外自动干手器的工作原理时，再配上实际电路进行具体分析，会激发学生的自己动手设计的欲望，也会对相应的传感器了解得更透彻。

三、实验教学，单纯的理论知识对于学生而言比较枯燥无味，应配以实验课让学生对具体的传感器有所接触，加深印象。例如教师在讲解电桥式测量电路时过于理论化，学生只是硬性的记住公式，如果配以实验课用CSY-传感器系统实验仪验证单臂、半桥、全桥的性能，比较它们的测量结果了解交流供电的四臂应变电桥的原理、工作情况和实际应用，会让学生对电桥式，相敏检波电路有比较深刻的印象。实验教学不仅能帮助学生巩固和加深理解所学的理论知识，更重要的是能训练学生的实验技能，培养学生的动手能力,树立工程实际观点和严谨的科学作风，使他们能独立的进行实验。

四、任务式教学，布置相关的任务，在学生掌握了一定程度的传感器原理之后自己根据实际应用去设计合适的传感器。要求学生了解传感器的选型原则，让学生掌握不同传感器的优缺点以及相应的应用场合。例如，液位的测量有很多种测量方式，分接触式和非接触式，有浮体式、电容式、差压式、超声波式、光纤式、核辐射式等。那么要测量储水池的液位应该选择哪种传感器呢？密闭容器的液位检测又该怎么选择？布置适当的任务不仅能让学生加深对所学知识的印象，更能培养学生的设计思维和激发学生的设计欲望。

在教学中，结合多媒体等现代教学手段，充分利用丰富的网上教学资源，对特殊抽象或微观内容，利用动画提高教学效果，激发学生的学习兴趣。在课堂上将基本原理和方法讲清楚讲透彻之后，实验教学紧跟理论教学，使理论教学和实验教学两块内容相结合，为学生提供验证理论知识的条件，培养学生的探索精神。由于本课程是一门实践性很强的专业基础课程，所以在学生掌握了一定程度的传感器知识之后，布置适当的任务，让学生自己根据实际应用去设计合适的传感器，提高学生的应用能力，真正做到学以致用。

《传感器原理与应用》教学方法探讨 篇2

1.中职电子 “传感器原理及应用”课程的特点

电子“传感器原理及应用”课程的教学主要有以下几个特点:第一, 综合性强。 传感器是电子“传感器原理及应用”课程教学中的核心部分, 再加上在相关领域中, 电子传感器的种类非常多, 因此, 它的教学内容涉及现代科学技术中大量的知识点和技术, 具有非常强的综合性。 比如说当中职学生在学习具体的某一种传感器的测量技术时, 所应用到的知识点非常多, 这就要求学生具有非常丰富的知识储量。 第二, 实践性强。 不论是电子“传感器原理及应用”课程的传感器工作原理教学, 还是多种传感器种类的了解教学, 其最终目的是教会中职学生如何应用电子传感器、操作传感器, 因此, 在中职电子“传感器原理及应用”课程教学中, 实践教学部分非常关键, 所以, 该课程的教学具有非常强的实践性。 第三, 相关知识与技术的更新非常快。 当代科学技术处于一个高速发展的状态, 现代电子信息技术的创新与发展日新月异, 因此, 电子传感器技术也在不断更新与发展。 比如说由于现代高温超导技术的创新, 其研发了新型高效的高温超导磁性传感器, 这对中职电子“传感器原理及应用”课程的教学提出了很大的挑战。 因此, 中职教师教学电子传感器技术的课程时, 教学内容的设计必须能够跟上现代科学技术发展的步伐, 以促进中职学生该课程学习的与时俱进。

2.中职电子 “传感器原理及应用”课程的理论教学

中职电子“传感器原理及应用”课程的教学主要可以分为理论知识教学和实践操作教学这两个组成部分, 二者相辅相成, 缺一不可。 理论知识教学是开展电子“传感器原理及应用”课程教学的基础, 中职教师可以采取以下几个方法辅助该课程理论教学:第一, 多媒体技术教学法。 电子传感器技术的教学与传统的语文、数学、英语等文化课程不同, 它更加讲究直观性和功能性。 因此, 为了让中职学生有效地、直观地、深入地理解电子传感器技术的相关知识点, 中职教师可以采用多媒体技术与理论知识教学相结合的方法, 以多媒体技术为主要载体, 将抽象、难懂的书面文字转化为多媒体课件进行教学, 让中职学生直观观察到电子传感器的转化机理、 信号处理电路等多种内部结构和运转规律, 同时有效吸引中职学生的课堂学习兴趣, 增强学习主动性。 第二, 案例辅助教学法。 由于电子 “传感器原理及应用” 课程的相关知识点和内容非常的复杂、多元化, 设计的科学技术也很多, 因此, 该课程的理论知识教学起来会需要大量时间, 中职学生学习起来会比较累, 不利于中职学生学习效率的提高。 而案例辅助教学法可以很好地解决这一问题, 中职教师可以在课堂教学时多引用一些与课程知识点相关的教学案例辅助理论知识教学, 这样可以很大程度上减少课堂理论教学时间的消耗, 避免同一理论知识点反复教学消耗时间问题的产生。

3.中职电子 “传感器原理及应用”课程的实践教学

实践教学是中职电子“传感器原理及应用”课程教学的关键部分之一, 实践教学的目的是让中职学生熟练掌握电子传感器的相关技术操作, 培养中职学生的综合实践能力。 中职教师可以采取以下几个方法辅助该课程实践教学:第一, 开放式教学方法。 由于电子“传感器原理及应用”课程的实践教学一般都是需要在实验室中完成的, 再加上实验内容较为众多, 实验流程也比较复杂, 所需时间较长, 因此, 为了保证中职学生很好地完成实验, 做好实验, 中职教师应当采用开放式实验教学方法进行教学, 开放实验室, 让中职学生有足够的时间进行实验操作, 从而有效地掌握电子传感器的相关运作规律。第二, 强化工程应用训练。中职电子“传感器原理及应用” 课程的教学最终目的是让学生将所学知识应用到实际工程应用当中, 因此, 电子传感器技术的工程应用训练非常重要。 中职教师可以根据课程教学大纲和内容进行科学、合理的设计工程应用的训练, 强化中职学生的工程实际应用能力。

综上所述, 中职教师应当让学生充分了解电子传感器技术的特点, 同时采取多种高效的教学方法加强对该课程的理论知识和实践操作的教学, 让中职学生真正意义上学习和掌握电子传感器技术, 促进该课程教学质量的科学提高。

摘要：随着现代科学技术和教育的不断创新与发展, 在中职学科教育中, 电子“传感器原理及应用”课程已经逐渐发展成为电子信息、测控等专业的一门关键课程。本文通过科学分析中职电子“传感器原理及应用”课程的特点, 分别论述该课程的理论教学与实践教学方法, 以促进中职教学质量的提高。

关键词：中职电子,传感器原理及应用,教学方法

参考文献

[1]周竹, 曾松伟, 方益明.农林院校“传感器原理及应用”课程教学改革研究[J].河北农业大学学报 (农林教育版) , 2014, 16 (3) :14-15.

[2]刘旭梅.传感器原理及应用课程教学的改革与实践[J].电子制作, 2014, (4) :123.

《传感器原理与应用》教学方法探讨 篇3

摘要：本文基于近几年的教学实践，结合实际，打破了传统的教材上分章教学的方法，探讨了理科专业传感器原理及应用课程新的教学尝试。

关键词：理科专业；传感器教学；教学方法

【中图分类号】TP212-4

1.绪论

随着电子计算机、生产自动化、现代信息、交通、环保、遥感等科学技术的发展，社会对传感器的需求量与日俱增，其应用的领域已渗透到国民经济的各个部门以及人们的日常文化生活之中。

《传感器原理及应用》这门课程已作为应用物理学专业、机械类、电气信息类等国内外理工科学生的专业基础课或专业方向课，在教学中占有重要的地位。掌握传感器技术，不仅有助于学生对专业知识技能的提高和动手能力与创新精神的培养，更重要的是能够获得实用的技能，增强就业竞争力。

然而一直以来，理科的学生学习传感器原理及应用这门课程的效果都不太理想，造成教学效果不理想的原因主要有：（1） 对物理学原理的学习本身就是非常枯燥的；（2） 对于大多数的传感器教材[1-4]来说，其章节的划分都是根据传感器的工作原理进行分类的，如应变式、电容式、压电式、磁电式等。章节的划分太过于固定，致使教学缺乏灵活性；（3） 教学手段为单一的课堂教学。

针对学生学习过程中出现的这些问题，作者在传感器原理及应用课程的教学过程中从现实生活中遇到的实际问题出发，打破了教材上的分章教学体系，并采用多种教学手段，进行了一些新的教学尝试。

2.新的教学尝试

（1） 从生活中遇到的实际问题出发。我们学习传感器的目的，就是将学到的基本知识应用到实际生活中去。因此学习的出发点也应源于现实生活中遇到的各种问题，为了解决这些问题，我们应该如何去做？按照这个思路逐渐引出所需要的传感器，进而再去分析该类传感器的原理及实际应用过程。

例如，随着社会经济的不断发展，人均汽车拥有量越来越多，汽车成为了人们的代步工具。这样不仅提高了人们的出行效率，而且缩短了时空距离。因此汽车成了现在人们经常谈论的话题，并且在高校里面，拿到驾照似乎成了必修课，学生逃课去考驾照的现象已屡见不鲜。然而，在汽车使用的过程中也随之出现了各种各样的问题。在汽车这样一个狭小的空间内，空气的质量显得尤为重要。由于汽车内部不通风、车体装修等原因，通常情况下车内空气质量极差，这种车内空气污染对人们的身体健康会带来严重的影响。据统计，我国每年冬、夏两季都会发生多起空调车内一氧化碳中毒死亡的事故，是有车族必须警惕的另类“车祸”。除了一氧化碳，汽车内还存在二氧化碳、苯、甲醛、二甲苯等。如何来有效的检测出这些气体，几乎成了每一个人关注的问题。由此便可引出对红外探测器，各种气敏传感器的原理及使用的了解。爆胎是汽车在行驶过程中、尤其是在高速公路上行驶时遇到的非常危险的情况。怎么样提前预防这些危险呢？可以在车上安装胎压监测系统。而胎压监测系统最主要的部分就是压力传感器，由此便又可引出对各种压力传感器的学习。

（2） 有效使用多种教学手段。为了达到应用为本、学以致用的教学目标，国内外学者对传感器教学在教学体系、教学理念、教学方法、考试方法等方面都在进行研究，并将项目化教学法、仿真教学法、多媒体教学法等先进的教学方法引入到传感器教学当中。基于自身的特点，我们在教学过程中也采用了多种教学手段。

多媒体教学。多媒体“声、图、文、颜色、光彩、视听”并举的特点，使得其在教学的过程中被广泛使用。多媒体的优点很多，如多媒体教学可以激发学生的学习兴趣，多媒体教学可以启发学生的想象力，多媒体教学可以扩大信息容量，满足学生的求知欲等。

注重实验。加强实验教学，有助于培养学生的观察能力、操作能力、独立分析问题解决问题的能力以及实事求是的科学态度和创新意识和创造能力。对照各种实实在在的传感器，使教学更形象、直观。我们在理论教学结合实验的过程中主要注重了：① 把部分演示实验改成学生上台演示形式，给学生提供更多的亲自动手操作机会，这些做法可以让学生亲身体验研究过程，激发兴趣。② 培养学生严肃认真，实事求是的科学态度和独立分析问题、解决问题的能力。③ 提供适当的机会让学生能根据所学的知识自己设计实验，培养创新意识。

考察传感器实际生产过程。现在很多的高校为了提高学生的就业率，也给学生提供实习的机会，都会与一些企业建立联系，一些企业成为了学生的实习基地。如作者所在的学校与格利尔数码科技股份有限公司建立了合作关系。该公司有一个传感器加工车间。借助于合作关系，带学生亲临车间去观看实实在在的传感器生产过程。

考查方式多样。把考查方式由单一的试卷考试转换到多种考查模式。如在教学中，给学生留下这样的一个问题：根据所学的传感器理论知识，解决生活中存在的一个问题。再比如，把考试的时间和空间都扩展到教室外面，我们曾经让学生写出一天之中见到的传感器以及可能和传感器有关的器件等。学生对这些课外考查方式更感兴趣。

（3） 师生互动讨论，发挥学生的主观性。爱因斯坦曾指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要。因为解决问题，也许仅是技能而已，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”因此，鼓励让学生去主动提出问题。并且，学生提出的问题才是他们真正关注、感兴趣的问题。

针对以上学生提出的问题，鼓励学生上讲台提出来并给出自己设计的解决方案，然后师生集体讨论优缺点。在相互探讨的过程中需注意：① 让学生成为学习的主人。苏霍姆林斯基曾说过：“人的心灵深处，总有一种把自己当作发现者、研究者、探索者的固有需要。”② 营造良好氛围。在教学中营造宽松、民主的课堂氛围，营造师生间，生生间相互尊重，接纳的学习氛围。③ 给学生空间。给学生质疑的空间，给学生求同存异的空间。

3.结论

本文针对理科学生在学习传感器原理及应用课程中出现的问题，从现实生活中遇到的实际问题出发，打破了教材上的分章教学体系，并采用多种教学手段，结合近几年的教学经验，我们发现，通过这些新的尝试，学生学习的主动性有所提高，学生的学习兴趣也有所增强。更重要的是，培养了学生提出问题、分析问题、解决问题的能力。

参考文献

[1] 郁有文，常健，程继红编著，传感器原理及工程应用[M]，西安电子科技大学出版社，2003.

[2] 孟立凡，藍金辉主编，传感器原理及应用[M]，电子工业出版社，2011.

[3] 何道清，张禾，谌海云编著，传感器与传感器技术[M]，科学出版社，2014.

传感器原理与应用复习资料 篇4

光栅传感器结构为：光源→标尺光栅→指示光栅→光电元件

在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，①（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。

传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。

电阻应变片式传感器按制造材料可分为①金属材料和②半导体体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由电阻应变效应形成的光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应大致有三大类：第一类是利用在光线作用下材料中电子溢出表面的现象，即外光电效应，光电管以及光电倍增管传感器属于这一类；第二类是利用在光线作用下材料电阻率发生改变的现象，即内光电效应。光敏电阻传感器属于这一类。第三类是利用在光线作用下 光势垒现象，即光生伏特效应，光敏二极管及光敏三极管_ 传感器属于这一类。

传感器由敏感元件、传感元件、测量转换电路三部分组成。依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件,转换元件,测量电路三个部分组成。

光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，其中内光电效应可以分为光电导效应、光生伏特效应

光电倍增管是利用 二次电子释放效应，将光电流在管内部进行放大。它由 光电阴极、若干倍增极和阳极三部分组成。

编码器用来测量角位移。在数控机床直线进给运动控制中，通过测量角位移间接测量出直线位移，表达式为 x＝t/360× 。

绝对式编码器输出二进制编码，增量式编码器输出脉冲。

增量式编码器输出信号要进行辨向、零标志和倍频等处理。

根据传感器感知外界信息所依据的基本效应，可将传感器分为三大类，分别是：物理传感器、化学传感器、生物传感器

变磁阻式传器是利用被测量调制磁路的磁阻,导致线圈电感量改变,实现对被测量测量的。

为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用细分技术。.旋转式编码器可以测量转轴的角位移，其中绝对式编码器在任意位置都有固定的数字编码与位置对应，线数为360线的增量式编码器分辨力为1（角）度。

莫尔条文的光强度变化近似正弦变化，因此，便于将电信号作进一步细分，即采用“倍频技术”技术

把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称霍尔效应，这个电动势称为霍尔电势。外加磁场使半导体（导体）的电阻值随磁场变化的现象成磁阻效应。

某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为正压电效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称逆压电效应。

在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称外光电效应；入射光强改变物质导电率的现象称光电导效应；半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动式的效应称光生伏特效应。

电阻应变片磁敏电阻霍尔元件气敏传感器湿敏传感器

光电耦合器压电传感器电容传感器热敏电阻CCD电荷耦合器

压阻式传感器光纤传感器磁电传感器光电二极管差动变压器

热释电器件磁敏晶体管电涡流传感器光电池超声波传感器

热电偶红外传感器色敏传感器

正确选择以上传感器填入以下空内：

1.可以进行位移测量的传感器有光纤传感器、差动变压器、电阻传感器；

2.可以完成温度测量的有热电偶、热敏电阻；热释电；

3.半导体式传感器是磁敏、霍尔元件、气敏传感器、压阻传感器；

4.光电传感器有光电耦合器、色敏传感器、光纤传感器、光电二极管；

5.用于磁场测量的传感器霍尔器件、磁敏晶体管；

6.进行振动（或加速度）测量的传感器磁电传感器、压电传感器；

7.利用物体反射进行非电量检测的传感器超声波传感器、红外传感器；

绝对式编码器的码制绝大多数采用格雷码

电容式液位传感器属于下列那一种型式：变介质型

测量微位移工作台的位移量（行程200μm，分辨力1μm），可选用电容传感器

为了减小非线性误差，采用差动变隙式电感传感器，其灵敏度和单线圈式传感器相比提高一倍

电感式传感器采用变压器式交流电桥作为测量电路时，如想分辨出衔铁位移的方向，则应在电路中加相敏检波电路。压电陶瓷与天然石英的压电性能比较，通常压电常数大，居里点低

对热电耦传感器，形成热电势的必要条件是两种导体材料不同；节点所处的温度不同

光敏元件中光电池是直接输出电压的.变间隙型电容式传感器输出特性属于非线性

利用热电偶测温时，只有在保持热电偶冷端温度恒定条件下才能进行.一应变片，所受应变ε为1000μ，若取Ks=3，n=1，非线性误差为0.15%

光敏二极管工作时，加反向电压

一个热电偶产生的热电势为E0，当打开其冷端串接与两热电极材料不同的第三根金属导体时，若保证已打开的冷端两点的温度与未打开时相同，则回路中热电势不变

热电偶产生的热电势由哪几种电势组成，试证明热电偶的中间导体定律。

制作霍尔元件应采用什么材料，为什么？为何霍尔元件都比较薄，而且长宽比一般为2 ：1？

简述霍尔电动势产生的原理。

说明光电管工作原理。

说明α射线、β射线、γ射线各自的突出特性

热电效应

压阻效应

简述热电偶的工作原理

简述电阻应变片式传感器的工作原理

光电效应可分为哪三种类型，简单说明其原理并分别列出以之为基础的光电传感器。

热电偶产生的热电动势由哪几种电动势组成，试证明热电偶的中间导体定律。

传感器的定义和组成？

试列出你所学过的不同工作原理传感器哪些可用于非接触式测量，哪些用于接触式测量，测量何种物理量？（各大于3种）

光电效应可分为哪三种类型，简单说明传感器的原理并分别列出以之为基础的光电传感器。

根据你所学的传感器相关知识，请分别列出下列物理量可以使用什么传感器来测量？

1、加速度：

2、温度：

3、工件尺寸：

4、压力：

1、电阻应变片，电容等

2、热电偶，热电阻等

3、电感，电容等

4、压电，霍尔等

什么是红限频率？

压电式传感器往往采用多片压电晶片串联或并联方式，当采用多片压电晶片并联方式时，适合于测量何种信号? 光电效应可分为哪三种类型，简单说明其原理并分别列出以之为基础的光电传感器。

热电偶产生的热电动势由哪几种电动势组成，试证明热电偶的标准电极定律。

传感器的定义和组成？

试列出你所学过的不同工作原理传感器哪些可用于非接触式测量，哪些用于接触式测量，测量何种物理量？（各大于3种）

光电效应可分为哪三种类型，简单说明传感器的原理并分别列出以之为基础的光电传感器。

根据你所学的传感器相关知识，请分别列出下列物理量可以使用什么传感器来测量？

1、加速度：

2、温度：

3、工件尺寸：

4、压力：

1、电阻应变片，电容等

2、热电偶，热电阻等

3、电感，电容等

4、压电，霍尔等

什么是红限频率？

分析如图1所示自感传感器当动铁心左右移动（x1,x2发生变化时自感L变化情况。已知空气隙的长度为x1和x2，空气隙的面积为S，磁导率为μ，线圈匝数W不变）。

ΦIW

R，LΨWΦW2

解：mIIRm

n

又Rlnilx1lx2ll

m

i1iSiS

0S000i0 i1iSi0S0

空气隙的长度x1和x2各自变，而其和不变，另外其他

《传感器原理与应用》教学方法探讨 篇5

《GPS原理与应用》教学模式的探讨

GPS技术的应用越来越广泛.本文试图以课程的.最终教学目的为着眼点,以课程的特殊性和现有的实际条件出发,对规范课程理论教学和实践教学的模式加以分析和探讨,并对课程的模式提出作者的见解,以提高此课程的实际教学效果.

作 者：徐双卿 张心平孙艳京 XU Shuang-qing ZHANG Xin-ping SUEN Yan-jing 作者单位：中国农业大学水利与土木工程学院,北京,100083刊 名：北京测绘英文刊名：BEIJING SURVEYING AND MAPPING年，卷(期)：“”(3)分类号：P228关键词：GPS 教学模式 教学效果

传感器原理及应用课程总结 篇6

组成：敏感元转，转换元件（调制作用），测量电路

分类：按输入量分类，按测量原理分类，按结构型和物理型分类【第2页】

第一章

静态特性：传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为稳态特性。

Y=a0+a1X+a2X2+…+anXn 【第4页 公式1-1 线性度：在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差裕满量程（F·S）输出值的百分比称为线性度。δL=±ΔYmax/YF·S×100％

灵敏度：指到达稳定工作状态时输出变化量与引起次变化的输入变化量之比。

【第7页 公式1-2】 动态特性：指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。（传感器的动态特性是传感器的输出值能够真实地再现变化着的输入量能力的反映。）【第10~11页，0，1，2阶数学模型】 幅频特性，相频特性【第13~15页】

对系统响应测试时，常采用正弦和阶跃两种输入信号。这是由于任何周期函数都可以用傅里叶级数分解为各次谐波分量，并把它近似地表示为这些正弦量之和。而节约信号则是最基本的瞬变信号。

第二章（应变传感器 与 压阻式传感器相联系）

金属应变片，特点：1.精度高，测量范围广。2.频率响应特性好。3.结构简单，尺寸小，质量轻。4.可在高（低）温、告诉、高压、强烈震动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作。5.易于实现小型化，固态化。6.价格低廉，品种多样，便于选择。

缺点：大应变状态时明显非线性，半导体传感器非线性严重；输出信号微弱，抗干扰能力差；不能显示应力场中应力梯度变化。

金属丝：应变系数【第20页 公式2-6】

金属应变片：【第23页 公式2-7】 横向效应：金属应变片由于敏感栅的两端为半圆弧形的横栅，测量应变时，构件的轴向应变ε使敏感栅电阻发生变化，其横向应变εr也将使敏感栅半圆弧部分的电阻发生变化，应变片的这种既受轴向应变影响，又受横向应变影响而引起电阻变化的现象称为横向效应。温度误差：温度漂移→温度误差→因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素：其一是应变片的电阻丝具有一定温度系数；其二是电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。

【公式2-16，17，18】（补偿方式？）

应变极限：【第25页 公式2-11】与测量电路联系起来看 测量电路：电桥： 相邻相异，相对相同【第30页 公式2-27】

应用：看书后习题【第332页】

第三章

电容表达式：C=ε0εrS/dε=ε0εr

三种类型：变面积型，变介质介电常数型，变间距型【第46页】

变间距型，采用差动式电容传感器，使灵敏度提高已被，而且使非线性误差可以减小一个数量级。线性度极大减少？【第49页】 测量电路：【第53页 图3-10】

差动脉冲宽度调制电路：分析【第55页】

误差分析：寄生分布电容，边缘效应【第59页】

边缘效应：边缘效应的影响相当于传感器并联一个附加电容，引起了传感器的灵敏度下降和非线性增加。消除方法：增大初始电容C0，即增大极板面积，减小极板间距，加装等位环。寄生分布电容：一般电容传感器的电容值很小，如果激励电源频率较低，则电容传感器的容抗很大。因此，对传感器绝缘电阻要求很高；另一方面传感器除有极板间电容外，极板与周围物体也产生电容联系，这种电容称为寄生电容。寄生电容极不稳定，导致传感器特性不稳定，产生严重干扰。措施：静电屏蔽，将电容器极板放置在金属壳体内，并将壳体与大地相连。电极引出线也必须用屏蔽线，屏蔽线外套要求接地良好。

第四章

电涡流传感器

电涡流传感器工作原理：当被测物体与传感器间的距离d改变时，传感器的Q值和等效阻抗Z、电L均发生变化，越是把位移量转化为电量。

为何说被测导体是传感器一部分：1.无被测导体，不发生电涡流效应，必要条件。2.被测导体变化，传感器特性也变化。

如何测，测量参数，影响因素【第89页】

第五章

压电式传感器是一种典型的有缘传感器。

压电效应：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在他的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电状态。压电陶瓷和晶体有何不同，有极性为何不显电性 电致伸缩效应 正负压电效应

测量电路：原理 【第105页】

内部泄露：传感器内部不可能没有泄露，外电路负载也不可能无穷大，只有外力以较高频率不断地作用，传感器的电荷才能得以补充，从这个意义上讲，压电晶体不适合于静态测量。电压放大器【第106页 图5-17 公式5-18】模值，峰峰值，理想输出

电荷放大器

压电加速度传感器【第110页】阻尼系数，固有频率

第六章

数字式传感器：直接采用数字式传感器可将被测参数直接转换成数字信号输出【第114页】 光栅式传感器：由照明系统、光栅副和光电接收元件组成。

摩尔条纹形成【第120页】

辨向原理：如果能够在物体正向移动时，将得到的脉冲数累加，而物体反向移动时可从已累加的脉冲数中减去反向移动的脉冲数，这样就能得到正确的测量结果。

细分技术【第123页】 光栅传感器特性

第八章 霍尔效应，霍尔系数【第167页】

为何选N型材料：输出电势小，受温度影响小，线性度较好 磁敏传感器温度补偿：【第173页】半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度等随温度变化的缘故。因此，霍尔元件性能参数，如内阻、霍尔电势等都将随温度变化。为减少霍尔元件温度误差，可：1.选温度系数小的材料。2.采用恒温措施。3.采用恒流源供电。4.采用补偿电路 为何尺寸，外形有要求？ 测量电路，概念，两种符号，各种特性，形状系数，不等位电势

光敏传感器

光电效应

外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象称为外光电效应。内光电效应：受光照的物体导电率发生变化，活产生光生电动势的效应叫内光电效应 各种元件的基本特性，原理 负载，功率的选择

应用【第367页 例8-5】

光电传感器的类型及应用【第201页】

类型划分，按原理，按测量量（连续，断续）

光纤传感器 特点，原理，计算公式，结构，分类

特点：1.电绝缘2.抗电磁干扰3.非侵入性4.高灵敏度5.容易实现队被测信号的远距离监控 原理：斯奈尔定理：当光由光密物质射出至光疏物质时，发生折射，其折射角大于入射角。

【第245页】

《传感器原理与应用》教学方法探讨 篇7

“微课件”不只是视频微课 ,动画、仿真单元、flash小游戏、思维导图及传统ppt等形式的载体都属于微课件[4]。“微课件”具有教学时间精练、知识点针对性强、配套习题交互检测等特点,在教师授课、学生学习、课后练习与评价等方面,能够弥补传统课件的不足之处,提高学生的学习成绩,大幅度提高教师的教育教学水平。

一、微课件的特点

所谓微课件, 是指讲授某个知识点的动画或教学视频或仿真单元或与知识点相关的小游戏, 内容聚焦于知识点的讲解,授课时间一般在10分钟左右;通过微课件破解知识点的重点和难点,帮助学生对某个知识的理解与掌握[3]。

微课件的特点可以概括如下:

1. 每个微课件只讲解 一个知识 点 , 配套有互 动习题 , 突出本知识点的重点,并将难点以动画、视频或小游戏的形式展现。

2.整门课程的知识点微课件既相对独立 ,又有机联系 ;所有知识点可组合成一个课程体系,各微课件之间难易结合,互相衔接。

3.知识点中的难点问题可视化和游戏化 , 多方位增强学习效果。

4.动画 、视频 、仿真 、小游戏等媒体形式 ,均具备可控性与互动性,颠覆传统课件的单一表现形式。

5. 为加深学生对基础知识内容的理解与掌握 , 每个知识点微课件中间或微课件的后面都配备上简要问答或典型习题,且此类习题具有交互性,能够自动判断答案对错或给出提示。

6.微课件最终形成多个版本的文件格式 ,既可独立运行 ,又能以scorm标准的形式,在教学平台上使用,让拥有教学平台软件的学校随时随地地介入系统,通过系统集群应用、组合搭建微课件资源,适用于不同的区域、不同的教学对象和不同的教学支撑环境[3]。

二、传感器原理的微课件教学设计

《传感器原理与应用》课程历来是电子技术应用 、电子电器应用与维修、机电一体化等专业课程的重要专业基础课,本课程的微课件设计以知识点为单位,聚焦新知识讲解,形式上强调片段化、碎片化、积件化,便于网络平台学习与课件之间的组合,强调知识点的原理的动态展示与技能的可视化。

1.微课件设计原则

《传感器原理与应用》课程传统的教学内容侧重于原理分析、信号调节与转换电路分析与讲解,这种教学方式缺乏感性认识,不适合中职教学。

(1)针对中职学生的认知规律 ,笔者在传感器课程教学中进行了改革,根据微课件的上述特性分割知识点,采用了项目式教学,整门课程根据不同类型传感器划分15个项目122个知识点;对于原理部分只进行了定性分析,采用了动画、教学视频、仿真单元、小游戏等形式,突破了重点和难点,突出了对传感器的应用技能[1]。

(2)每个微课件的时间轴中部设置一个小问题 ,结尾配合两三道交互式习题,习题题型以客观题为主,主观题为辅;且客观题在交互测试时提供准确答案, 主观题在交互测试时弹出要点与提示。

(3)每个知识点微课件先做出教学设计 ,之后写出知识点脚本和试题脚本,最后加工制作,如图1、2所示。

2.原理动画与仿真单元

采用flash制作的原理动画和仿真单元, 具有很强的直观感、动态新鲜感,使学生感知直接,理解容易,避免对抽象语言进行理解的复杂过程。

知识点原理动画或仿真的设计,必须明确知识点的重点或难点,把教育性、科学性、技术性、艺术性有机结合起来,化解理论性强、抽象、难讲的观点和概念,以多彩多姿、有声有色的画面,将抽象的、深奥的学习内容具体化、形象化,生动活泼。

如卡门式超声波流量传感器是流量传感器的重点与难点,图3所示的动画,在传感器的剖面上,除显示出结构组成外,动态地展示出当气体流过时,卡门涡流的产生,超声波发射头发出超声波,穿越卡门旋涡,接收头提取超声波相位变化信息,转换为信号输出,整个工作原理与过程具体、形象、完整地呈现,如图3。

此外, 动画图像与仿真单元展示的某些动态或微观过程必须清晰稳定,构图与色彩要正确,尺寸大小要根据需要;而仿真单元除了具备上述各要点之外,还需画面衔接自然,音响效果好,要注意保持声画同步;要保证在播放动画时能播放流畅,可控性和交互性好,进行实时控制,便于学习者仔细观察和分析。

3.微视频

微视频只是微课件的一个表现形式, 不是教学过程的全部。微视频要抓住知识点最基础且关键的部分,而非试图解决学生学习的全部问题。微视频只有界面简洁、与学生的年龄特点和心理特点相符合,才更有利于学生学习。

如在视觉传感器中,截取美国电影《碟中谍4》中特工通过装在眼中的隐形眼镜传感器, 对暗杀对象进行人脸识别的片段,阐述视觉传感器系统组成,音乐与画面效果非常紧张与震撼,学生印象相当深刻,如图4、5所示。

又如在烟雾传感器应用这个知识点中的微视频,3分钟的视频画面和解说词展现烟雾传感器接线端测量、接线过程和喷吐烟雾时传感器的反应等局部细节,场景简洁清晰,重点突出,技能目标一目了然。

4.交互式试题与小游戏

交互式与演示型课件相比,既可以用于课堂教学,又可以用于可后练习, 能更好地提高学生的学习效率与激发学生的学习兴趣,练习过程由被动接受转变为主动学习;而且可以及时对学生的学习成果进行反馈,更直观地反映出对知识掌握的成效。

试题题型可以是选择题、判断题、填空题、简答题、连线题、排序题及综合题;表现形式上既可为常用的试题格式,又可做成小游戏的形态,如射击、打地鼠、钓鱼、寻宝等。这些题型不仅适合交互式制作,而且符合中职学生的认知规律,体现出较高的应用价值。如图6、7所示

交互式的试题与小游戏, 完全改变了传统课件单纯演示的模 式 ,为学生提 供了独立 思考、自主 学习的环 境 ,不仅提高了学生在课堂上的主体地位, 而且培养了学生主动学习的能力。

5.其他形式与版本

思维导图、PPT等文档形式媒体,具有多重刺激、小步调、结构清晰的特点,而且制作简单、操作方便、修改容易及表现手法的丰富多样性, 由此引申出来的多媒体教学课件是微课件的载体之一。

作为一个微课件,它的成果简化、容量微小、用时简短,除了PC机单机运行之外,转换成scorm标准版后,可以实现传播平台的多样化,网络教学、手机传播、微博讨论等多样传播。

三、应用与推广

《传感器原理与应用》课程中微课件的实践应用环境无特殊要求,自适应WEB页面无需增加其他任何控件,运行环境要求简单, 学校部署在服务器上或单机终端设备上均可实现无缝操作。笔者主持的国家示范性数字化资源共建共享课题组所有41所共享学校的课堂教学应用中, 得到授课教师的充分肯定。

1.改变传统的教学模式 ,以单机版、普通网络版和SCORM标准版的三种版本,可结合教学网络平台实现网络教学,自适应WEB页面,打破本专业在教与学中所受到的设备、微观、安全、时间、空间、耗材等方方面面的限制,手机、PC机互联终端均可进行有效访问和使用,教学无边界。

2.改变传统的教学方法 , 打破传统的依照教材按部就班的教学方法,以微课件为核心组成一个完整的知识点项目,突破纯理论教学的单一性,真正得以实现自主学习与协助学习,有效地实现项目化教学, 让教师的面授与学生的网络学习产生根本变化。

3.创新教学管理的网络智能化 , 在教学平台上轻松地实现教学评价的自动化。教师可对不同班级学生设定不同组别、学习目的、布置不同工作任务,从交互式习题中有效地进行跟踪学习进度,学习效果,优化教学评价[2]。

4.有效地提高教学质量,培养学生的可持续发展能力。《传感器原理与应用》微课件的教学设计,集合了几十所共建学校广大一线专业骨干教师的知识和技能, 在中职教育中首次完整地对此课程中的各个知识点进行了共资源开发, 突出了重点,解决了难点,任务多样,目标明确,视频、动画及仿真表现效果好,不受章节及时间、空间的限制,学习自主,探究性强,有效提高了教学质量。

《传感器原理与应用》微课件已通过教育部信息化委员会专家组的验收合格,现已在全国不同地区的41个职业院校的电类专业的教学中使用,有了较大创新,取得了良好的教学效果。

摘要：微课件内容具体主题突出,成果简化并且传播多样化。在传感器原理与应用教学中引入设计合理科学,具备直观感强、画面动态新鲜感,包含交互性的微课件,达到有效破解重点与难点,确实强化本课程的教学效果。

《传感器原理与应用》教学方法探讨 篇8

许多原子由于它们特有的电子结构而具有像针那样有南北极的磁矩。当固体受到机械应力时，通常导致一定的变形能量储存在物体中。然而材料也会产生其他效应，而形成电场。元件受压时改变了磁畴的磁矩，其结果是沿着机械力作用的方向改变磁畴特性。这称为磁弹性效应，是传感器的基础。

当施加垂直力时，由于磁弹效应将产生磁各向异性现象，磁长随时间的变化将在线圈中感应出电压，因此，感应电压取决于次但特性，因为也就取决于所加的力。

１．振弦式传感器

目前振弦式传感器主要用语实验室的电子称和其他小称。在工业上曾用于台秤和皮带称。用质量对两根阵线预加负荷，当未知负荷通过角度的弦线施加负荷连接点时，左弦将受到增强的弦力作用，从而增大了该弦的固有频率。左右弦的频率之差正在与所施加的负荷，传感器的输出与将频率差变成脉冲计数对该脉冲串采样，即可直接读出重量值。绝大多数电子称重选用电阻应变式称重传感器。

应变计基本上是一个电阻，它由平行导线或金属箱作成一定的形状，并嵌入电环氧树脂材料作成的绝缘基底中。电阻变化正比于在弹性提上所施加的力，并被精确地测量出来。

热耗散是限制应变计允许通过电流的因素。其结果也就限制了称重传感器的不平衡电压输出。在传感器弹性体中进行有效的热耗散以获得稳定的测量结果是很必要的。

在电阻应变式称重传感器中，弹性提可以采用不同的形状。如圆环、柱式或弯曲梁筹。

2.电阻应变式称重传感器误差来源分析

电阻体积改变式称重传感器如同所有其他物理元件一样受到各种误差源的影响。零点平衡和灵敏度是误差的两个主要来源。其他的误差为：非线形，滞后，蠕度和不重复性。

在相同的外界条件下，重复测量同一负荷下称重传感器输出的最大差值。不重复度在任何传感器测量系统中都是一个即简单而又十分重要的因素。由于它是随即的因而无法补偿，多仪不能在测量系统中加以校准。因此不重复度是校准过程中的不利因素，也就限制了综合测量准确度的提高。

在称重系统中使用一个以上的传感器时，通常由于传感器之间负荷分配不匀，不可避免地引起称重误差。这成为“四角效应”。如果称重传感器具有相同的特性就可避免这种称重误差。

3.称重传感器的安装

正确的安装称量传感器显然是很重要的。如果传感器安装不正确，哪怕是质量最好的传感器和电子装置，也得不到正确的结果。

没有横向力作用于传感器是极其重要的，尤其对柱式传感器横向力将产生弯曲力矩，使贴在圆柱体表面的应变计感受应变。比应变量比所测量的垂直力产生的应变大得多。

目前一般常用以下三种方法来保护传感器免受横向力的作用：

（1）采用导向承压板，允许传感器在枢轴上转动。

（2）采用自动定位滚珠支座允许支承点横向位移。

（3）采用没有限往的自动定位支承安装系统。

4.静态称重系统中传感器的安装

静态称重包括在台架和平台上的称重，料斗和料槽的称重，以及吊车和运输车辆上的称重。

在设计称台或平台时必须考虑以下三个基本因素：

（1）称台或平台的位移。

（2）称重传感器的负荷分配。

（3）作用于称台或平台的外部水平力。

5.误差来源分析

电阻应变式称重传感器如同所有其他物理元件一样受到各种误差源的影响。零点平衡和灵敏度的温度效应是误差的两个主要来源。然而，在许多承重传感器中这些效应可以被补偿，因而剩下的效应可减少到初始值的10%左右。

6.对基础和承载器的要求

一个稳定的称重系统的先决条件是具有一个刚性支撑结构与（或）基础。同样，承载器（料箱，料斗，平台）上的连接法兰，拖架等必须具有相同的刚度。这样在满负荷时角位移保持最小。

如果放在同一结构上的容器数量超过一个，该结构必须设计成足够的刚度以防止由于大的饶曲引起互相干扰误差。

通常在称重传感器下面放一快厚基板以保证负荷均匀地传递到支撑结构，这一点对混凝土基础尤为重要，通常在基础上配置一快厚钢板，以便把称重传感器安装在上面。

对于具有4个或更多称重传感器的静态系统，传感器组合安装通常用垫片，以保证传感器均匀受载。

7.称台和平台

在设计称台或平台时必须考虑以下三个基本因素：

（1）称台或平台的位移。

（2）称重传感器的负荷配置。

（3）作用于称台或平台的外部水平力。

所有称台受载时将产生一定的位移。位移量采取称台是自由浮动的还是用限位元件紧固的，这两种情况都有不同的误差源。有可能降低系统的准确度。

在自由浮动称台中，称台本身的位移不会引起任何称重误差，但在称重时作用于称台的水平力使秤台碰状到自由浮动秤台四周的缓冲器，摩擦引起力的旁路，从而减少了称重传感器上的负荷。这种随即误差可能相当大，在称重过程中必须防止这种现象的出现。

所有称台受载时将产生一定的位移，位移量取决于称台是自由浮动的还是用限往元件紧固的，这两种情况都有不同的误差源，有可能降低系统的准确度。

传感器工作原理及系统和测量方法 篇9

利用衍射光栅和位敏探测器的光学应变传感器的应变测量原理。衍射光栅粘附在试样的表面，当单色准直光束垂直入射到线性光栅（>40line/mm）平面上时，照亮了光栅平面上的一个点，而在平行于光栅平面的屏上可观察到一组衍射光斑。在图1中，激光束垂直于试样表面入射到反射型衍射光栅上。对于高频衍射光栅只能观察到实际用于应变测量的±1衍射级的衍射光束。这种衍射光束由距光栅L的高分辨率敏位探测器接收。当光栅跟随试样形变时，平面内的形变和平面外沿光束入射方向的位移将引起衍射光束的移动。对于垂直于试样表面的入射激光束，±1级衍射光束沿传感器长度的位移由下式给出：(1)式中，p—光栅的空间频率。b—±1级衍射光束的衍射角； l—激光波长；如果试样发生小的形变，光栅线距（空间频率）将改变Dp，按照方程(1)，衍射角改变Db，因此可得：(2)这就是说：(3)式中，ex是沿x方向的正应变。假定衍射光束垂直于位敏传感器平面，沿传感器1的位移为：(4)对于传感器2，只要将b换成-b，可得：(5)因此，由方程(4)和方程(5)可得基本应变测量方程。传感器系统和测量方法

1、传感器系统硬件图2所示为传感器系统配置，可应用于实验室和工业现场，由激光源、2个位敏传感器、2个633nm带通滤波器、会聚透镜和光栅组成。光栅的空间频率为1200line/mm，粘附于试样的表面。直径约1mm的He-Ne激光束(632.8mm)入射到光栅平面上的任一点。位敏探测器是基于单片光电二极管的光电子器件。该系统的主要特点是： ①空间分辨率高于其它器件（如CCD）； ②利用两个电压信号确定传感面积上光束的位置，便于信号的快速处理； ③体积小； ④相对位置分辨率高(1/5000)； ⑤不受光强度变化的影响，因而即使光强变化时也能精确地测量位置； ⑥光谱灵敏度宽（300到1100nm），因而可利用不同波长的激光束； ⑦响应时间快（<20ms），适于动态应变测量。两个位敏传感器的输出电压信号通过A/D转换器送到计算机，最大数据采样速率可达105次/s。两个633nm的滤光器可消除背景光，减少噪声影响。

2、调节方法如果激光束不能垂直入射到试样表面，将引起严重的测量误差。这种激光束的误准直是难以消除的，除非光栅到激光器的反射零级光束与入射光束重合。这种光束的重合必须沿垂直方向，确保±1级衍射光束对称分布。系统调节的关键是使入射激光束垂直于试样表面，必须仔细检查光栅是否牢固地粘附于试样表面，试样是否完全定位。此外还可调节位敏传感器使衍射±1级光束正好位于两个位敏传感器平面的中心。

3、测量方法主要测量步骤如下： ①试样与衍射光栅的准备工作类似于莫尔干涉仪； ②在100~500mm之间确定位敏传感器到光栅的距离L，并输入到计算机软件。不能选择L=250mm； ③加负荷前的初始试验是测量x10和x20的平均值； ④对试样加压，测量新的x1和x2的平均值； ⑤利用方程(6)计算应变。所有的计算都是由计算机软件自动完成的。

4、接口软件流程是用LabVIEW完成的，包括数据采样、滤波、计算、读出和写入存储器、显示屏等。数据处理速度很高，整个处理周期约0.1s。所有的信号处理和数据采集都是自动的。应变测量结果以数字和图线的形式连续地显示在PC屏上。

压电传感器

压电传感器原理

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传23213感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重

压电传感器原理  压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传23213感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传23213感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。

压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛.压电传感器的工作原理和应用

 压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。

除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。

这种压力变送器主要利用液体或气体在检测器件上形成的压力来检测液体或者气体的流量或压强。把这种压力信号转变成标准的0～10V或者4～20mA电信号。以便控制使用。

压力和电信号的转化主要由各种压力传感器的核心部件完成。核心部件主要由压力检测体和放大电路组成。

压电传感器测量参数

（1）力测量 压电式传感器主要利用石英晶体的纵向和剪切的压电效应，因为石英晶体刚度大、滞后小，灵敏度高、线性好，工作频率宽、热释电诳应小。力传感器除可测单向作用力外还可利用不同切割方向的多片晶体 依靠其不同的压电效应测量多方向力，如空间作用力3个方向的分力Fx、Fy、Fz

（2）压力测量：压电式压力传感器主要利用弹性元件（膜片、活塞等）收集压力变成作用于晶体片上的力，因为弹性元件所用材料的性能对传感器的特性有很大影响。

（3）加速度测量：压电式加速度传感器是利用质量块m由预紧力压在晶体片上，娄被测加速度a作用时，晶体处会受到惯性力F=ma,由此产生压电效应，因此质量块的质量决定了传感器的灵敏度，也影响着传感器的高频响应。

压电传感器的主要工作原理  压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用

1、应变片压力传感器原理与应用

力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。

在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

金属电阻应变片的内部结构

如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。

电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：

式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）S——导体的截面积（cm2）L——导体的长度（m）

我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情

2、陶瓷压力传感器原理及应用

抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。

3、扩散硅压力传感器原理及应用 工作原理 被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

4、蓝宝石压力传感器原理与应用

利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。

蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石比硅要坚固，硬度更高，不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性（1000 OC以内），因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。

用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。

表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起）。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。

传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出（0-5，4-20mA或0-5V）。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的。

5、压电压力传感器原理与应用

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。

《传感器原理与应用》教学方法探讨 篇10

1.传感器原理

常用传感器工作原理：包括电容、电感、电涡流、电阻、热电偶、压电、光电及数字式传感器。

传感器测量电路原理

2.测试技术

信号分析基础：包括模拟信号与数字信号、频谱图，周期与非周期信号频谱，随机信号数值特征

测试系统特性：包括静态特性、动态特性及其指标，频率响应，阶跃响应，测试系统不失真条件

工程测试技术：包括位移测试、振动测试、温度测试方法，传感器及测试仪器的选用

二、参考书目

1. 冯凯P，《工程测试技术》，西北工业大学出版社，

汽车氧传感器工作原理及检测方法 篇11

【关键词】氧传感器 工作原理 检测方法

一、氧传感器的工作原理

（一）氧化锆式氧传感器：在高温和铂催化作用下，带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上，利用氧化锆内外两侧的氧浓度差产生电动势。当套管废气一侧的氧浓度低时，在电极之间产生一个高电压（0.6～1V），这个电压信号被送到ECU放大处理，ECU把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。根据氧传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近14.7：1的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气。

（二）氧化钛式氧传感器：利用多孔状导体TiO2的导电性随排气中氧含量的变化而变化的特性制成，当发动机的可燃混合气浓时，二氧化钛呈现低阻状态；当发动机的可燃混合气稀时，二氧化钛呈现高阻状态。由于氧传感器的电阻发生改变，使得与电控单元连接的氧传感器负极上的电压降也产生变化。根据氧传感器的电压信号，电控单元控制混合气的浓度保持在理论空燃比附近的狭小范围内。

（三）宽频型氧传感器：为了省油，实现稀薄燃烧而诞生的宽频氧传感器，通过单元泵工作，可将尾气中的氧吸入测量室，单元泵工作所用电流，即为传递给控制单元的电信号，控制氧传感器的电压值在450mv附近。当泵入混合气过浓时，测试室的氧量少，氧传感器电压值超过450mv，控制单元增大单元泵的工作电流，使单元泵旋转速度增加，增加泵氧速度，使氧传感器电压值恢复到450mv；当混合气过稀时，测试室中氧的含量较多，电压值下降，此时加大喷油量，同时减少单元泵的工作电流，使氧传感器电压值尽快恢复到450mv的电压值

二、检测方法

（一）汽车氧传感器加热器电阻的检查。拔下氧传感器线束插头，用万用表电阻档测量氧传感器接线端中加热器接柱与搭铁接柱之间的电阻，其阻值为4-40ω（参考具体车型说明书）。如不符合标准，应更换氧传感器。

（二）汽车氧传感器反馈电压的测量。测量氧传感器的反馈电压时，应拔下氧传感器的线束插头，对照车型的电路图，从氧传感器的反馈电压输出接线柱上引出一条细导线，然后插好线束插头，在发动机运转中，从引出线上测出反馈电压，对氧传感器的反馈电压进行检测时，最好使用具有低量程（通常为2v）和高阻抗（内阻大于10mω）的指针型万用表。具体的检测方法如下：

1.将发动机热车至正常工作温度（或起动后以2500r/min的转速运转2min）；

2.将万用表电压档的负表笔接蓄电池负极，正表笔接氧传感器线束插头反馈电压输出引线；

3.让发动机以2500r/min左右的转速保持运转，同时检查电压表指针能否在0-1v之间来回摆动，记下10s内电压表指针摆动的次数。在正常情况下，随着反馈控制的进行，氧传感器的反馈电压将在0.45v上下不断变化，10s内反馈电压的变化次数应不少于8次。如果少于8次，则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常，其原因可能是氧传感器表面有积碳，使灵敏度降低所致。对此，应让发动机以2500r/min的转速运转约2min，以清除氧传感器表面的积碳，然后再检查反馈电压。如果在清除积碳可后电压表指针变化依旧缓慢，则说明氧传感器损坏，或电脑反馈控制电路有故障。

4.检查氧传感器有无损坏。拔下氧传感器的线束插头，使氧传感器不再与电脑连接，反馈控制系统处于开环控制状态。将万用表电压档的正表笔直接与氧传感器反馈电压输出接线柱连接，负表笔良好搭铁。在发动机运转中测量反馈电压，先脱开接在进气管上的曲轴箱强制通风管或其他真空软管，人为地形成稀混合气，同时观看电压表，其指针读数应下降。然后接上脱开的管路，再拔下水温传感器接头，用一个4-8kω的电阻代替水温传感器，人为地形成浓混合气，同时观看电压表，其指针读数应上升。也可以用突然踩下或松开加速踏板的方法来改变混合气的浓度，在突然踩下加速踏板时，混合气变浓，反馈电压应上升；突然松开加速踏板时，混合气变稀，反馈电压应下降。如果氧传感器的反馈电压无上述变化，表明氧传感器已损坏。另外，氧化钛式氧传感器在采用上述方法检测时，若是良好的氧传感器，输出端的电压应以2.5v为中心上下波动。否则可拆下传感器并暴露在空气中，冷却后测量其电阻值。若电阻值很大，说明传感器是好的，否则应更换传感器。

（三）线宽频型氧传感器检测。这种传感器插头带有精密电阻，更换氧传感器时，必须线与插头同时更换，宽量程氧传感器单件检测方法：端子3和4是加热器，不应该开路，加在上面的电压为12V，端子1是信号输出，端子5和6是参考电压，端子2是泵电流输入。有的宽量程氧传感器端子5和6是作为同一个端子输出（5）线。宽量程氧传感器的电压规定值为1.0V～2.0V。电压值大于1.5V时混合气过稀（氧多），电压值小于1.5V时混合气过浓（氧少）。电压值为OV、1.5V、4.9V的恒定值时都说明氧传感器线路有故障。急加速与急减速时电压可能到0.8与4.9，这是正常的。

（四）汽车氧传感器外观颜色的检查。将氧传感器从车辆上拆下，检查其外壳上的通气孔有无堵塞，陶瓷芯有无破损，如有破损，应更换氧传感器。此外，可以观察氧传感器顶尖部位的颜色来判断故障：

1.淡灰色顶尖：这是氧传感器的正常颜色；

2.白色顶尖：由硅污染造成的，此时必须更换氧传感器；

3.棕色顶尖：由铅污染造成的，如果严重，也必须更换氧传感器；

4.黑色顶尖：由积碳造成的，在排除发动机积碳故障后，一般可以自动清除氧传感器上的积碳。

三、结语