基于石英增强光声光谱技术的开放光路气体传感系统研究

传感技术与传感网

传感技术及传感网 传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官”。传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器（又称换能器）、信息处理和识别的规划设计、开发、建造、测试、应用及评价改进等活动。获取信息靠各类传感器，它们有各种物理量、化学量或生物量的传感器。按照信息论的凸性定理，传感器的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的信息量和信息质量，是高品质传感技术系统的构造第一个关键。信息处理包括信号的预处理、后置处理、特征提取与选择等。识别的主要任务是对经过处理信息进行辨识与分类。它利用被识别（或诊断）对象与特征信息间的关联关系模型对输入的特征信息集进行辨识、比较、分类和判断。因此，传感技术是遵循信息论和系统论的。它包含了众多的高新技术、被众多的产业广泛采用。它也是现代科学技术发展的基础条件，应该受到足够地重视。 就目前的现状来看无论是国内还是国外，与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们。从80年代起才开始重视和投资传感技术的研究开发或列为重点攻关项目，不少先进的成果仍停留在研究实验阶段，转化率比较低。我国从60年代开始传感技术的研究与开发，经过从“六五”到“九五”的国家攻关，在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步，初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了一批可喜的、为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器、信号处理和识别系统仍然依赖进口。同时，我国传感技术产品的市场竞争力优势尚未形成，产品的改进与革新速度慢，生产与应用系统的创新与改进少。 为了发展先进制造与振兴机械工业的要求和国内外发展趋势的分析，传感技术攻关的目标是：提高传统传感技术等级、可靠性和可应用性水平，增强竞争力；积极创新系统，开发新产品，缩小差距，支持和促进我国先进制造技术的发展，振兴制造业。主要研究内容：1）传统传感技术与系统的研究开发。侧重应用量大、面广的力／力矩、功率／电流、视觉、声振、光学、振动、触针等工业用及

光声光谱技术

光声效应的产生首先必须要有光的吸收。气体光声检测技术本质上基于气体红外吸收理论，它对气体的检测依赖于气体的红外特征吸收谱线，其定量测量则更是以气体的红外吸收定律为基础的。光声光谱技术在实现方式上与红外吸收技术不同，其主要区别在于，虽然入射能量也是以光谱光子的形式出现，但对光子与被测材料相互作用的研究，并非依靠对某些光子(透射光子或散射光子)的检测和分析，而是根据声信号间接测量材料与光束相互作用后所吸收的能量。 光声光谱技术是一种理想的无背景噪声信号技术，具有较高灵敏度和良好选择性。与传统光谱分析方法不同，光声光谱技术是监测物体吸收光能后产生的热能中以声压形式表现出来的那部分能量，即使在高反射弱吸收的情况下，吸收能也可被微音器检测。与其它气体检测方法相比较，光声光谱技术的主要优点是：长期稳定性好、灵敏度高；不消耗气样，如载气、标气；检测时间短，便于现场检测；适于多种气体成分的检测；系统结构简单。 原理：密闭在光声池中的气体分子吸收特定频率ν 的入射光后由基态E0跃迁至激发态E1，两能级间的能量差为E1- E0 = hν。受激分子与周围气体分子相碰撞，由激发态返回至基态，并将吸收的光能通过无辐射弛豫过程转变为碰撞分子间的平移动能，具体表现为气体温度升高，即加热。当入射光强度受到频率ω的调制时，加热过程将产生周期性变化。根据气体热力学定律，周期性温度变化产生同周期压力波动，即声波，此声波可通过安装在光声池上的微音器或压电

陶瓷传声器检测，并将其转换成电信号，即光声信号，该信号的产生过程称为光声效应。光声信号的大小与气体浓度成正比，通过检测该信号值便可得到被测气体的浓度。 能级跃迁所需能量不同，故需不同波长电磁辐射使其跃迁，即在不同光谱区出现吸收谱带。电子能级跃迁对应吸收光谱在紫外区和可见光区；原子振动能级跃迁对应于近红外区和中红外区；分子转动能级跃迁对应于远红外区和微波区。应用光声光谱法检测气体浓度主要利用分子红外光谱。红外光谱由原子振动和分子转动产生，故红外光谱又称为分子的振—转光谱。 气体光声检测系统原理图: 气体光声检测的基本原理是光声效应。光源发出特定频率ν 的单色光，经角频率为ω 的斩波器进行强度调制后，入射进入光声池。池内被测气体吸收光能后，发生光声效应，即产生与调制频率同周期的声波，由传声器接收到此信号并将其送至信号处理系统进行处理。 光声池内激发的光声信号由安装在池壁的微音器检测到，转化为相应的电信号，并将其送入信号处理系统进行信号处理。微音器的工作原理简图如图:

《现代传感技术》复习要点

4.1 应变效应和应变式传感器 何为电阻应变效应？电阻丝阻值公式，由哪些参数决定？ 电阻丝灵敏度系数由哪两部分构成？与电阻丝材质的关系？ 温度如何影响应力传感器的输出电阻？

应力传感器的温度补偿方法有哪些？ 常用的温度补偿方法有三种： 1) 桥路补偿法，它主要是通过贴片和接桥方法消除温度的影响，补偿原理和方法将在后文中详细介绍； 2) 应变片的自补偿，它是从电阻应变片的敏感栅材料及制造工艺上采取措施，使应变片在一定的温度范围内满足的0)(21=++ββα S 关系； 3) 热敏电阻法，利用热敏电阻的特性和选择合适的分流电阻达到温度补偿的目的。 电阻应变式传感器在设计过程中，应该考虑哪些问题？ 1） 结构简单。 2） 有很好的刚性。 3） 结构的整体性。 4） 对作用力位置的变化和干扰力的影响不敏感。 5） 弹性元件有效工作区应有良好的线性。 6） 弹性元件有效工作区应具有最大应变值。 7） 工作区的最佳额定应变值。 8） 弹性元件工作区的工艺性能好。 9） 弹性元件自身具有过载保护能力或便于设置过载保护装置。 10） 安装方便，互换性好。 常用应变式传感器的工作原理。 在测力传感器中有一个弹性元件，利用它可把被测力的变化转换成应变量的变化，由于弹性元件上粘贴有应变片，因此可把应变量的变化转换成应变片电阻的变化。 4.2 电容、电感式传感器 电容式传感器的工作原理。电容的公式，由哪些参数决定？ 电容式传感器是将被测量(如位移、压力等)的变化转换成电容量变化的一种传感器。 电容式传感器实质上就是一个可变参数的电容器。由物理学可知，两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为： A C εδ= 若A 、δ或ε任一参数发生变化，电容C 也随之变化。在交流电路中， 电容C 的变化改变了容抗X C ，从而使输出电流或电压发生变化。 常见电容式传感器的类型及其工作原理。 变极距式：动极板因测量值变化极板间距改变 变面积式：受到外力作用相对面积改变 差动结构的优点有哪些？

光声效应与光声光谱

光声效应 光声效应是在1880年由A.G.贝尔发现的。 机理：当物质受到光照射时,物质因吸收光能而受激发，然后通过非辐射消除激发的过程使吸收的光能（全部或部分）转变为热。如果照射的光束经过周期性的强度调制，则在物质内产生周期性的温度变化，使这部分物质及其邻近媒质热胀冷缩而产生应力（或压力）的周期性变化，因而产生声信号，此种信号称光声信号。光声信号的频率与光调制频率相同，其强度和相位则决定于物质的光学、热学、弹性和几何的特性。 光声光谱技术。由于光声效应中产生的声能直接正比于物质吸收的光能，而不同成分的物质在不同光波波长处出现吸收峰值，因此当具有多谱线（或连续光谱）的光源以不同波长的光束相继照射样品时，样品内不同成分的物质将在与各自的吸收峰相对应的光波波长处产生光声信号极大值，由此得到光声信号随光波波长改变的曲线称为光声谱。 光声光谱实际上代表物质的光吸收谱，因此利用光声效应可以检测物质的组分。由此研制成功一种新的光谱分析的工具──光声光谱仪，它广泛用于气体及各种凝聚态物质的微量甚至痕量分析。由于它的检测灵敏度高，特别是由于它对样品材料没有限制，不论透明或不透明、固体或半固体（包括粉末、污迹、乳胶或生物样品等）都可以进行分析，从而成为传统光谱技术的补充和强有力的竞争者。 光声光谱是直接探测无辐射跃迁过程的唯一手段，70年代以来已发展成一个专门的研究领域，研究对象涉及物理、化学、生物、材料等学科，并且能给半导体工业和微电子工业的研究提供一种新的研究和检测手段。 光声光谱直接测量光束与材料相互作用后所吸收的热量，显然，它是光谱技术与量热技术组合。同传统的光谱技术相比较。光声光谱技术具有下列特点： （1）直接测量光束与材料相互作用后所吸收的热量； （2）对散射光不敏感； （3）样品本身就是电磁辐射的检测器。 光声光谱技术本身的特点使得它能胜任传统光谱技术难于完成或不能完成的某些工作，如：（1）直接探测无辐射过程，更准确地得到量子效率的数据； （2）因为对散射光不敏感，可以获得强散射物质(如粉末、非晶固体、冻胶和胶体等)的吸收光谱；激发态寿命；甚至完全不透明材料的吸收光谱； （3）因为不依赖于光子检测技术，可以得到弱吸收材料的光谱信息； （4）可以进行各种非波谱学的研究，如测定材料的热学和弹性性质；研究化学反应；测定多层结构和薄膜的厚度等； （5）因为对样品无特殊要求，可以方便地应用于各个领域，如凝聚态物理、化学、生物学、医学研究等； （6）不需光电器件，因而不必改变检测系统就可以在很宽的波长范围工作。仅仅要求：光源足够强，窗口透过率高。

测控技术与仪器专业毕业设计题目汇总

基于遗传算法的图像阈值分割方法的研究探地雷达回波信号数据采集系统的设计基于支持向量机软测量的研究 盲信号处理及其应用研究 神经网络在模式识别中的应用研究 计算机绘制曲线的方法途径与及其应用 光纤布喇格光栅温度和应变同时测量系统 光纤加速度传感研究与系统设计 分布式光纤温度传感器系统的设计 等精度频率计的设计 分布式光纤电压测量系统的设计与研究 光纤光栅不均匀受力特性分析 轧机扭振测量无线感应电源的设计 水泥篦冷机熟料温度测量方法的研究 分布式光纤微弯压力传感器的研究 水泥篦冷机料层厚度测量方法研究 超声波水流量计的设计 基于小波理论的图像压缩技术研究 基于信号消噪的语音增强技术的研究 光纤小波滤波器的研究 智能变频空调器的模糊控制技术的研究 高双折射光纤应变测量系统的研究 玻璃钢玻瓦生产线温度控制方法的研究 测试信号分析网络虚拟实验平台设计 数字图像相关法动态位移测量研究及其应用 光孤子通信的仿真研究 光纤自适应偏振模色散补偿系统的研究 基于Sagnac效应的光纤电流传感系统的研究 图像处理中几种算法的研究与应用 倒立摆智能模糊控制系统的研究 基于网络环境的数字信号处理ICAI系统 图像边缘检测在关节镜图像处理中的应用 光纤波长扫描干涉方法在位移测量中的应用 光纤光栅扭转传感器的研究

基于信息熵的振动信号分析技术研究 参数自整定模糊PID控制器的设计 基于FPGA的分布式声表面波应变传感系统 智能模糊控制在全自动洗衣机中的应用研究 ABS系统的应用与设计 光孤子源的研究 取样光栅特性的理论研究 智能化RLC测量仪的设计 基于虚拟仪器的光纤电压传感器的研究 智能测厚仪的设计 光纤光栅横向应变传感器的研究 神经网络控制器设计 光纤光栅特性及其色散特性的应用 神经网络在轧机AGC系统中的应用研究 光纤微位移传感器的研究 基于偏振调制的光纤电压传感器的研究 数据处理在三维图像显示及处理中的应用 基于半导体吸收原理的光纤温度传感器研究 取样光纤布喇格光栅滤波器的设计 热式气体质量流量计的设计 扭转光纤电流传感器的研究 几种基本光学原理的仿真分析 图像处理中各种显示方法的研究与应用 光谱吸收式气体传感器的研究与设计 表面粗糙度的光纤测量仪研究与设计 原油多相流流量测量仪的研究与设计 光学式电流互感传感器的研究与设计 变压器油中微水含量测量仪的设计与研究 光纤亮度与颜色温度测量仪的研究与设计 激光在线测径仪的研究与系统设计 用于高温状态下的涡流式流量传感器及其系统的设计压电传感器即插即用技术的研究 激光三角法测厚系统的设计

传感技术与应用论文

光电传感器的应用与研究 学院名称：邵阳学院专业名称：自动化年级班别： 13 姓名：史利东指导教师：罗卲屏 2015年5 月 摘要：在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。 关键词：PSD,效应，原理，光电传感器 目录 摘要 (1) 一、绪论 (3) 1.1光电传感器概述 (3) 1.2光电传感器发展 (4) 二、光电传感器的基本原理 (7) 2.1光电效应 (7) 2.2光电原件及特性 (8) 2.3光电传感器 (11) 三、新型的光电传感器 (15) 3.1 CCD传感器 (15) 3.2光纤传感器 (16) 3.3光电位传置感器 (6) 四、其他的光电传感器 (20) 4.1 高速光电二极管 (20) 4.3 光位置传感器 (22)

五、光电传感器的应用 (23) 5.1光电传感器的优点 (23) 5.2光电传感器的具体应用举例 (23) 六、我对光电传感器的看法 (26) 七、结论 (28) 一、绪论 1.1光电传感器概述 （1）定义 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。（2）光电传感器的分类 光电元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、发光二极管（LED）、光电倍增管、光电池、光电耦合器件等。由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件（光学测控系统）输出量性质，光电式传感器可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器；模拟式光电传感器按被测量（检测目标物体）方法又可分为透射（吸收）式、漫反射式、遮光式（光束阻挡）三大类。 1．槽开光电开关把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。2．对射式光电开光若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为以射分离式光电开光，简称对射式光电开关。 3．反光板反射式光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。 4．扩散反射式光电开关它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是收不到的；当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关控制信号。 光纤式光电开关把发光器发出的光用光纤引导到检测点，再把检测到的光信号用光纤引导到光接收器就组成光纤式光电开关。按动作方式的不同，光纤式光电开关也可分成对射式、反光板反射式、扩散反射式等多种类型。 （3）光电传感器的作用

现代传感技术复习思考题

现代传感技术复习思考题 1.传感器的基本概念是什么？一般情况下由哪几部分组成？ 答：能够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。通常由敏感元件，转换元件和转换电路组成。 2.传感器有几种分类形式，各种分类之间有什么不同？ 答：根据传感器的工作机理（包括物理，化学，生物传感器等）；根据传感器的构成原理（结构型，物性型传感器）；根据传感器的能量转换情况（能量控制，能量转换传感器）。 3.举例说明结构型传感器与物性型传感器的区别。 答：结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括动力场的运动定律，电磁场的电磁定律等。物理学中的定律一般是以方程式给出的。特点是传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础，而不是以材料特性变化为基础。 物性型传感器是利用物质定律构成的,如虎克定律、欧姆定律等。定律、法则大多数是以物质本身的常数形式给出。这些常数的大小，决定了传感器的主要性能。 4.电阻传感器（应变式（电位器式）、热电式、光电式）工作原 理、测量电路及应用。 答：基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示被测量值的变化。 电位器式（应变式）：工作原理是将物体的位移转换为电阻的变化。测量电路即为桥式电路。主要用于测量压力、高度、加速度、航面角

等各种参数。 热电式：通过温度的变化转换为电压的变化，接入测量电路。主要用于测温装置。 光电式：通过被测量的变化转换为光信号的变化最后转换为电信号的变化。应用：能转换成光量变化的其他非电量。 5.电容传感器、电感传感器工作原理、测量电路及应用。（差动 机构）。 6.压电式传感器工作原理、测量电路及应用。 7.磁电式传感器（霍尔传感器、变磁阻式传感器）工作原理、测 量电路及应用。 8.热电偶工作原理、测量电路及应用。 9.光电传感器工作原理、测量电路及应用。 10.光栅的工作原理、测量电路及应用。 11.传感器与传感技术概念有什么不同？ 答：传感器是获取信息的工具。传感器技术是关于传感器设计、制造及应用的综合技术。

现代传感技术第三章课后习题答案

思考题 1.传感器一般包括哪些部分，各部分的作用是什么？ 答：1、敏感元件：直接感受被测量，以确定的关系输出某一物理量（包括电学量）。 2、转换元件：将敏感元件输出的非电量物理量转换为电学量（包括电路参数量）。 3、转换电路：将电路参数（如电阻、电容、电感）量转换成便于测量的电学量（如电压、电流、频率等）。 2.从传感器的结构形式来划分，可将传感器按其构成方法分为哪几类？各类型的特点是什么？并画出各类型的结构简图。 答:1.通用型、2.参比型、3.差动型、4.反馈型。 1.通用型根据组成可分为：能量变换基本型、能量控制基本型、能量变换特殊型（辅助能源型）、电路参数型和多级变换型。 （1）能量变换基本型 特点：（1）只由敏感元件构成。（2）不需外 加电源，敏感元件就是能量变换元件，能量从被测对象获得，输出能量较弱。（3）利用热平衡现象或传输现象中的一次效应制成是可逆的。（4）对被测对象有负荷效应（因输出逆效应而影响输入）。（5）输出能量不可能大于被测对象的能量。 （2）能量控制基本型特点： （1）也由敏感元件组成，但需外加电源才能将被测非电量转换成电量输出。（2）输出能量可大于被测对象具有的能量。（3）无需变换电路即可有较大的电量输出。 （3）能量变换特殊型（辅助能源型）特点：（1）只由敏感元件构成。（2）能量从被测对象获得，属能量变换型。（3）辅助能源是为了增加抗干扰能力或提高稳定性，或取出信号，或为原理所需要而使用固定磁场。 （4）电路参数型特点：(1) 敏感元件对输入非电信号进行阻抗变换。(2) 转换电路含有该敏感元件。(3) 电源向转换电路提供能量从而输出电量，属于能量控制型。(4) 输出能量远大于输入能量。(5) 利用传输现象中的二次效应都属于此类传感器。

现代传感技术传感器选型实例(FSR压力传感器)

现代传感技术 1.传感器的现场选型，以及例子说明 需求分析：用于二足机器人的脚底，主要研究行走或受外力干扰时，通过动态平衡控制使行走更趋于稳定，并增强站立时稳定性。二足机器人站立高为320mm，宽为230mm，重量约为1.5kg。 选型：FSR共有四种类型传感器分别为400、402、406、408。他们的区别在于接触面积，和厚度不同。 400有效面积为0.2，层最厚部分为0.012。 402有效面积为0.5，层最厚部分为0.018。 406有效面积为1.5×1.5，层最厚部分为0.018。 408有效面积为24×0.25，层最厚部分为0.135。 由于二足机器人重量较轻，需要在脚底安置多个进行精密测量，我选择的是压力传感器FRS400。 压力感应电阻是弯曲压力传感器的一种，简称FSR，FSR是一种随着有效表面上压力增大而输出阻值减小的高分子薄膜（PVDF薄膜），FSR并不是测压元件或形变测量仪，尽管他们有着相似的性能。而且这类压力感测电阻不适用于精密测量，但是FSR却是一款灵敏度较高的传感器。下图为FRS400的性能曲线 量程：0~10kg 灵敏度：〈100g to 〉10kg 精度：±5% to ±25% 力分辨率：充分利用力的±0.5% 延时时间：1~2ms 温度范围：-30℃ to +70℃ 价格：76/个 根据以上参数，FRS400适用于二足机器人的动态平衡控制，可进行实验。

FSR400的接法： 应用在二足机器人上的主要四个方面： 目的：当机器人运行时，经传感器取值并通过控制器补偿机器人重心稳定位置，分析比较不同控制器的性能差异，让机器人不论在静态、动态都具有抗干扰性，使机器人在姿态及运作效能上得以改善。 硬件架构：该二足机器人是由双足十个自由度、头部一个自由度、伺服机驱动模块、无线模块、超生波传感器、电子罗盘、加速度计以及8颗压力传感器构成。脚底是A/D转换电路及8颗压力传感器组成，大小为6cm×9cm。主要是借由脚底压力传感器的取值并运算出实际重心位置之后，并控制伺服机以达到行走平衡的目的。由于压力传感器输出的是模拟信号，为了使实验板取得压力值、节省空间，故在脚底板设计A/D 转换电路。 下图为传感器位置 软件构架:为了能够方便测试与监控机器人状态，适用VC6.0开发环境，并用MFC构建监视画面。 平衡架构：机器人步行时，平衡重心的便宜分为单脚与双脚两种情况，下图为脚底坐标系统。 ①平衡架构分为：压力传感器初始化、压力传感器取得压力值、压力值滤波、重心误差、平衡控制及伺服机补偿等6个构架。下图为控制流程图

基于半导体激光器的光声光谱气体检测及其进展解读

收稿日期:2008-12-01.基金项目:国家“973”计划项目(2006CB604903;国家自然科学基金项目(60876034;中国科学院计划项目(KGCX2-YW -121-2.动态综述 基于半导体激光器的光声光谱气体检测及其进展 张晓钧1,2,张永刚1 (11中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室, 上海200050;21中国科学院研究生院,北京100039 摘要:介绍了半导体光声光谱气体检测的基本工作原理和相关技术,阐述了半导体激光光源特别是中红外半导体激光器的研究进展及其与光声光谱方法结合的应用现状,讨论了声信号的常用检测方法与改进方案,并展望了发展和应用的新方向。 关键词:半导体激光器;光声光谱;中红外;量子级联激光器;谐振中图分类 号:O433.54文献标识码:A 文章编号:1001-5868(200903-0326-07 S emiconductor Laser B ased Photoacoustic Spectroscopy G as Detection Methods and Developm ents ZHAN G Xiao 2jun 1,2,ZHAN G Y o ng 2gang 1 (1.State K ey Laboratory of Functional Materials for Inform atics ,Shanghai Institute of Microsystem and I nformation T echnology ,Chinese Academy of Sciences ,Shanghai 200050,CHN;2.G radu ate School ,Chinese Academy of Sciences ,B eijing 100039,CHN Abstract :The operation principles of semico nductor laser based p hotoacoustic spectroscopy (PAS gas detection met hods and related technologies are reviewed.The develop ment s on semiconductor laser source especially t he mid 2inf rared

现代传感技术

2010年春季学期研究生课程考试试题 Q1 填空题（共10分，每空1分） a)现代信息技术的三大支柱是传感技术、通讯技术和计算机技术，它们分别构成信息系统 的“( ①感觉器官)”、“神经”和“（大脑②）”。 b)往往一种量值在传感或检测技术上的突破，会带来对另外一种量值的突破。例如，约瑟 夫森效应器件的出现，不仅解决了对于10-13T超弱（磁场③）的检测，同时还解决了对微弱（电压④）量的检测。 c)汽车气囊安全系统的启动，应该依据汽车安装的（压力⑤）和（加速度⑥）等 传感器输出的信号值。 d)传感技术的发展主要体现在以下几个方面，如集成化智能化、无线化（网络⑦）化、 微机械微（电子⑧）化。 e)传感器结构设计采用反馈形式，可以使传感器的延迟时间常数（变小⑨）；采用双 敏感元件差动方式，不仅可以改善传感器的非线性问题，还可以抑制例如（温度⑩）等变量参数的干扰。 Q2 简答题（共10分，每小题2分） a)如果使用霍尔传感器测量小电流，请简述原理或给出测量示意图。 是霍尔元件在聚集磁路中检测到与原边电流成比例关系的磁通量后输出霍尔电压信号，经放大电路放大后输送到仪表显示或计算机采集来直观反映电流的大小。 b)比较说明热电阻和热敏电阻的测温特点。 热电阻是金属材料，热敏电阻是半导体材料。热电阻比热敏电阻测温范围大（如铂热电阻-200~960℃，热敏电阻只有-50~300℃左右）。热电阻线性好，热敏电阻非线性严重,且热敏电阻互换性较差。热电阻比热敏电阻灵敏度低。(因热电阻温度系数较小，＜1%/℃；热敏电阻－2%/℃至－6%/℃)。热电阻都是正温度系数（即阻值随温度的上升而上升），而热敏电阻

电机控制中的传感器技术

电机控制中的传感器技术 一、引言 在电机控制系统中传感器是一个关键的组成部分。目前，它们使用有非常重要意义，位置、速度和方向的旋转运动。最先进的传感器技术的完善具有准确性和可靠性，同时降低成本。许多传感器，现已整合传感器和信号调节电路到一个单一的封装。 在大多数电机控制系统，若干传感器是用来提供反馈信息的运动。这些传感器被用于控制回路，并提高可靠性故障检测条件，电机故障可能会损坏电机。作为一个例子，图1提供了一个框图的直流电动机控制系统的反馈表明该传感器提供了一个典型的电机控制。 电机控制系统中的传感器，可用于反馈信息微控制器名单如下： ?电流传感器 -分流电阻 -电流感应变压器 -霍尔效应电流传感器 图1 ：典型直流电动机方框图。 二、电流传感器 三个最为流行的电流传感器在发动机控制应用是： ?分流电阻 ?霍尔效应传感器 ?电流互感器 分流电阻电流传感器很受欢迎，因为他们提供了一个准确的测量，费用低。

霍尔效应电流传感器被广泛使用，因为他们提供了一个非侵入性的测量，并采用小型IC封装，结合了传感器和信号调节电路。电流互感器也是一个受欢迎的传感器技术，尤其是在高电流或AC线监测应用。综述的优势和缺点每个电流传感器是列于表1 。 图2显示的一个示例的交流电机驱动一个三阶段逆变桥电路。这个例子 结果表明，复合材料目前在所有三个绝缘栅双极型晶体管（ IGBT ）电路腿可衡量一个分流电阻，或者说，目前在每个回合才能确定与三个分流电阻。图2显示的系统，使用分流电阻。不过，霍尔效应和电流互感器也可以被用来提供电流测量。 表1 ：比较电流传感方法 图2 ：交流电动机电流测量

变压器光声光谱

变压器油中气体在线监测技术是以油中溶解气体为监测对象，应用该技术可及时掌握变压器的运行状况，发现和跟踪存在的潜伏性故障。配合计算机系统对故障进行诊断，可以避免部分灾难性事故，实现状态检修、降低维护成本、提高自动化程度，提高变电站运行管理水平。近年来，油中溶解气体在线监测技术研究应用发展迅速，应用气体传感器开发研制小型气体检测装置，已成为新的发展趋势，目的在于实现对变压器油中溶解气体进行在线监测，随时掌握设备的运行状况。 油溶气体 变压器油是天然石油经过蒸馏精炼而成的一种矿物油，由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成，其中碳、氢两种元素占总重量的95％以上，分子中含有-CH3、-CH2和-CH化学基团，由C-C键连接在一起，当放电或温度过高时，某些C-H键和C-C键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳基化合物的自由基，这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固体颗粒以及碳氢聚合物(即x腊)。 故障初期，所形成的气体溶解于油中，当故障能量较大时，也可能聚集成游离气体，低能量放电性故障，如局部放电通过离子反应，促使最弱的C-H键断裂，主要重新化合成

氢气而积累。C-C键的断裂需要较多的能量，即较高的温度，然后迅速以C-C键、C=C键和C≡C键的形式重新化合成烃类气体，所需要的能量越来越高，即故障温度也越来越高。虽然在温度较低时也有少量乙烯生成，但乙烯主要是在高于甲烷、乙烷的温度，即大约500℃下生成。乙炔一般在800℃-1200℃下生成，而且当温度降低时反应迅速被抑制，作为重新化合的稳定产物而积累，因此虽然在较低的温度下有时也会有少量乙炔产生，但乙炔主要是在电弧的弧道中产生。 变压器油起氧化反应时伴随生成少量的一氧化碳和二氧化碳，并且能长期积累，成为数量显著的特征气体。固体绝缘的主要成分是纤维素，纤维素具有很高的强度和弹性，机械性能良好，其分子内含有大量的无水右旋糖环，以及弱的C-0键，它们的热稳定性比油中的碳氢键差，并且能够在较低的温度下重新化合。 聚合物裂解的有效温度高于105℃，完全裂解和碳化高于300℃，在生成水的同时，产生大量的一氧化碳和二氧化碳，以及少量烃类气体和呋喃化合物，同时油被氧化。一氧化碳和二氧化碳的生成不仅随着温度升高而加快，并且随着油中氧的含量和纸的湿度增大而增加。 开放式变压器溶解空气的饱和量为10%，设备里可以含有来自空气中的300μL/L的二氧化碳在密封设备里，空气也可能经泄漏而进入设备油中，油中的二氧化碳浓度将以空

光声光谱原理与色谱原理的对比分析

光声光谱原理与色谱原理的对比分析 一、光声光谱学（PAS，Photo Acoustic Spectroscopy）简介 光声光谱学是以光声效应为基础的一种新型光谱分析检测技术。它是光谱技术与量热技术结合的产物，是 20 世纪 70 年代初发展起来的检测物质和研究物质性能的新方法。 简史：1880 年 A.G.贝尔发现固体的光声效应，1881年他又和 J.廷德尔和 W.K.伦琴相继发现气体和液体的光声效应。他们将气体密封于池子里，用阳光间断照射池中样品，通过接到池上的一个听筒听到了某种声响。 20 世纪 60 年代以后，由于微信号检测技术的发展，高灵敏微音器和压电陶瓷传声器的出现，强光源(激光器﹑氙灯等)的问世，光声效应及其应用的研究又重新活跃起来。对大量固体和半导体的光声研究发现，光声光谱是一种很有前途的新技术。 原理：用一束强度可调制的单色光照射到密封于光声池中的样品上，样品吸收光能，并以释放热能的方式退激，释放的热能使样品和周围介质按光的调制频率产生周期性加热，从而导致介质产生周期性压力波动﹐这种压力波动可用灵敏的微音器或压电陶瓷传声器检测，并通过放大得到光声信号，这就是光声效应。若入射单色光波长可变﹐则可测到随波长而变的光声信号图谱，这就是光声光谱。 在气体分析的应用中，入射光为强度经过调制的单色光，光强度调制可用切光器。光声池是一封闭容器，内放样品和微音器。微音器应该很灵敏，对于气体样品，适宜的微音器配以电子检测系统可测 10-6℃的温升或 10-9 焦／（厘米3·秒）的热量输入，能达到很高的灵敏度。 应用：由于光声光谱测量的是样品吸收光能的大小，因而反射光﹑散射光等对测量干扰很小，故光声光谱适用于测量高散射样品﹑不透光样品﹑吸收光强与入射光强比值很小的弱吸收样品和低浓度样品等，而且样品无论是晶体﹑粉末﹑胶体等均可测量，这是普通光谱做不到的。光声技术是无机和有机化合物﹑半导体﹑金属﹑高分子材料等方面物理化学研究的有力手段，在物理﹑化学﹑生物学﹑医学﹑地质学方面得到广泛应用。 七十年代初，Rosencwaig 就曾将光声光谱技术应用于薄层色谱分析，1974年光声光谱开始用于气相色谱检测，1981年与液相色谱相结合。由于激光光源可聚焦成细小光束，适用于小体积，短光程的测量体系，这种优良特性为光声光谱的微池检测提供了可能性。

光声光谱技术进行气体检测研究综述_逯美红

引言 基于光声效应的光声光谱技术作为一种微量气体检测手段，具有高灵敏度、高选择性、动态检测范围大等优点，受到了国内外研究人员的重视。光声效应是１８８０年美国著名科学家Ｂｅｌｌ在固体中首先发现的，随后在１８８１年也很快发现了液体和气体中有同样的效应 ［１－２］ 。２０世纪七十年代初，Ｋｅｒｒ和 Ａｔｗｏｏｄ首次报道了利用激光光声光谱法探测气体的弱吸收，促进了气体光声光谱技术的研究［３］。当今，光声光谱技术凭借其检测灵敏度高且可以实现多种微量气体同时检测的优势，已发展成为一种新兴研究领域，在物理、化学、生物、材料等领域得到了广泛的应用，是国际上的研究热点之一。１光声光谱技术的物理机制１．１光声效应的产生 放在密闭容器里的样品，当受到光照射后，样品的分子吸收光能且被吸收的光能通过非辐射消除激发的过程使吸收的光能（全部或部分）转变为热。 相当于样品被入射光加热，热流向容器内周围的气体传播，就产生了压强。如果照射的光束经过周期性的强度调制，则容器内气体的压强也将按同样的频率周期变化，因而产生声信号，此种信号称光声信号。 光声信号的频率与光调制频率相同，其大小正比于样品吸收的光能量，可以用高灵敏度的微音器或压电换能器接收，其强度和相位则决定于物质的光学、 热学、弹性和几何的特性，即：容器内样品经过强度调制的单色光照射后能产生与斩波器同频率的声波，这一现象称为光声效应（ｐｈｏ－ｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｅｆｆｅｃｔ）。１．２光声光谱技术 在光声效应的检测中，检测的是被物质所吸收的光能与物质相互作用以后产生的声能。由于光声效应中产生的声能直接正比于物质吸收的光能，而不同成分的物质在不同光波波长处出现吸收峰值，因此当具有多谱线（或连续光谱）的光源以不同波长的光束相继照射样品时，样品内不同成分的物质将在与各自的吸收峰相对应的光波波长处产生光声信号极大值，由此得到光声信号随光波波长改变的曲线称为光声光谱。 因为只有被吸收的光能才转换为光声信号，所以光声光谱图与吸收光谱是相吻 收稿日期：２０１１—０５—１５ 基金项目：山西省高校科技开发项目资助（２０１０１２８）。 作者简介：逯美红（１９７９—），女，山西孝义人，讲师，硕士，主要从事太赫兹光谱和光声光谱技术研究。 光声光谱技术进行气体检测研究综述 逯美红，郝瑞宇，王志军，何春乐，周小芳 （长治学院电子信息与物理系，山西长治０４６０１１） 摘 要：光声光谱技术是近几年发展起来的一种以光声效应为基础的新型光谱分析检测技术。基于 其极高的检测灵敏度，已成为一种快速、安全、可靠、有效的微量气体检测技术手段。文章对光声光谱气体 检测的基本原理及其在气体检测研究中的最新进展进行了概括和总结，并对其在乙烯等果蔬气体检测中的研究前景进行了分析。 关键词：光声效应，光声光谱，微量气体检测，乙烯中图分类号：Ｏ４３３．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－２０１４（２０１１）０５－００２９－０４ ２０１１年１０月长治学院学报 Ｏｃｔ．,２０１１第２８卷第５期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｎｇｚｈｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．２８,Ｎｏ．５ ２９··

现代传感技术第四章课后习题答案

思考题 1.传感器与测量系统有什么关系？ 答：传感器属于测量系统的第一级，即测量信息传感级。其主要功能是检测和敏感被测量。 2.什么叫测量？什么叫计量？它们之间有什么异同？ 答：测量是将被测量同已知量相比较，以确定被测量与选定单位的比值。 计量是规范测量的测量。 异同：工作对象不同；测量的直接目的是得到测得值，计量的目的是保证测量的准确； “测量”就是为获取量值信息的活动；“计量”不仅要获取量值信息，而且要实现量值信息的传递或溯源；“测量”可是以孤立的，“计量”则存在于量值传递或溯源的系统中；“测量”作为一类操作，其对象很广泛，“计量”作为一类操作，其对象就是测量仪器。 3.什么叫量值传递和量值溯源？ 答：将国家计量基准所复现的计量单位量量值，通过检定（或其它传递方式）传递给下一等级的计量标准，并依次逐级传递到工作计量器具，以保证被计量的对象的量值准确一致，称为量值传递。通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准（通常是国家计量标准或国际计量标准）联系起来的特性，称为量值溯源性。 4.传感器的误差主要有哪些？产生的原因是什么？ 答：原理性误差，动态误差，环境噪声干扰误差，测量定标误差，接入系统时的负载误差，人员操作误差等。由环境，原理，噪声干扰，人员等造成。 系统误差，随机误差，(也称偶然误差)和粗大误差三类 在同一条件下,多次测量同一量值时,绝对值和符号保持不变,或在条件改变时,按一定规律变化的误差称为系统误差；在同一条件下,多次测量同一量值时,绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差；超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差,或称“寄生误差”。（绝对误差，相对误差和引用误差三类标准量具的误差；仪器误差；附件误差；环境误差；方法误差；人员误差） 5.简述传感器线性化的主要方法及其原理。 答： 6.说明差动技术的原理及技术环节。 答：采用两个（或两个以上）性能完全相同的敏感元件，同时感受相同的环境影响量和方向相反的被测量。 测量时输入信号同时加到原理相同，性能一致的两个敏感元件上的，但对于输入信号，两个敏感元件的参数变化是成相反方向的；而对于环境变化，两个敏感元件的变化是成相同方向的，通过变换电路，使有用输出量增加，干扰量相减便可以消除环境变动的影响。 7.举例说明误差平均效应的原理。 答：误差平均效应原理是利用n个相同的传感器单元同时感受被测量，因而其输出将是这n 个单元输出的总和。 8.相对于开环测量系统，说明闭环技术的原理和特点。 答：通过输出与输入的比较，其差值去控制系统的输出，来消除输入与输出的偏差进而提高系统的稳定性与精度。 由于各环节之间相互串联，所以系统总的灵敏度为各环节灵敏度之积，系统总的相对误差为各环节相对误差之和。 特点：精度高、稳定性好，动态特性好 9.说明传感器标定与校准的概念及标定的基本方法。 答：利用标准器具对传感器性能进行定度的过程，称为标定。

测控系统概念

第一章 1.1测控系统的概念 测控系统是现代检测技术与现代控制技术发展的必然和现实的需要，是以检测为基础，以传输途径，以处理为手段，以控制为目的的闭环系统。 测控系统的基本构成 由四个部分构成： 传感检测部分：感知信息（传感技术、检测技术） 信息处理部分：处理信息（人工智能、模式识别） 信息传输部分：传输信息（有线、无线通信及网络技术） 信息控制部分：控制信息（现代控制技术） 1.3测控系统的基本特点 设备软件化：简化硬件、缩小体积、降低功耗、提高可靠性。 过程智能化：以计算技术和人工智能为核心。 高度灵活性：实现组态化、标准化、分布式。 高度实时性：采集、传输、处理、控制高速化。 高度可视性：图形编程、三维技术、虚拟现实。 测控一体化：测量、控制、管理。 二、测控系统的分类和组成（ppt图10页） 1.检测系统 又称数据采集系统。以通用计算或嵌入式计算系统为核心，单纯实现系统信号的检测、处理、记录和显示为目的的系统。 2.控制系统 以通用计算机或嵌入式计算系统为核心，单纯以实现控制为目的的系统。3. 测控系统 以通用计算机或嵌入式计算机系统为核心，以实现检测、传输、处理和控制为目的的系统 4. 局域分布式测控系统 以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在局部区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统 5. 广域分布式测控系统 以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在大范区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统 四、测控技术的发展方向 ◆微型化：向微机电系统方向发展 ◆网络化：向无线网、自组织网、物联网、泛在网方向发展 ◆智能化：向人工智能化方向发展 ◆虚拟化：向虚拟现实方向发展 测控系统的网络化 （1）有线测控网络 工业总线、局域网络、广域网 （2）无线测控网络 ADhoc自组织网络、传感网 （3）混合测控网络

【免费下载】检测与传感技术大作业

检测与传感技术大作业题 目：调研测量水稻稻田水位高度和水位温度的传感器专 业 电气工程及其自动化学 生昊学 号 16班 号 1302303，130230302 指导教师 罗清华日 期 2016.5.26 位置保 中 资图 纸 ， 编料试卷

1．课题题目及要求 1.1课题题目 试调研测试水稻稻田水位高度和水位温度的传感器，从成本和性能上进行比较 选择，并分析其技术参数，给出应用电路图及工作流程图，注意要给出标定过程的 描述。 (1) 调研；(2) 分析；(3) 选择；(4) 应用及工作流程； 报告要求： 1.给出调研传感器的技术指标，及价格 2.给出你选择的考虑和思路 3.给出实际应用的系统框图及流程图 2．需求及调研分析 2.1需求分析 经了解我们发现目前能找到的集水位、水温测量为一体的传感器只能适合于家用，如太阳能热水器，没有找到能应用于稻田环境的水位水温传感器。所以我们分 别选择适用于稻田环境的水温传感器和水位传感器进行调研。 2.2调研及资料分析 1．水位传感器的选择 经调研我们选择佛山一众传感仪器有限公司生产的PY201投入式液位传感器。 PY201采用进口高精度感应芯体，选进的贴片工艺，配套带有零点、满量程补偿，温度补偿的高精度和高稳定性放大集成电路。采用全不锈钢封焊结构，具有良好的 防潮能力及优异的介质兼容性。使之产品的抗冲击能力、过载能力、产品密封性等 性能有了较大提高，产品最高压力可达500米水位。主要适用于河流、地下水位、 水库、水塔及容器等的液位测量与控制。 2．水温传感器的选择 经调研我们选择济南工达捷能科技发展有限公司生产的西门子浸入式温度传感 器QAE3075.016。 QAE3075.016多头检测技术，在设计时充分考虑了高精度测量的要求，保护套筒可以装上或取下。适用于测量水流温度，限定回水温度。 2.3方案比较与分析

变压器油光声光谱在线监测系统

On-line monitoring system of photoacoustic spectroscopy for transformer oil-RTGP-9580变压器油光声光谱在线监测系统用于电力变压器油中溶解气体的在线分析与故障诊断，适用于110kV及以上电压等级的电力变压器、电弧炉变压器、电抗器以及互感器等油浸式高压设备。可定量、自动、快速地在线监测变压器等油浸式电力高压设备的油中溶解故障气体的含量及其增长率，并通过故障诊断专家系统早期预报设备故障隐患信息，避免设备事故，减少重大损失，提高设备运行的可靠性。该系统作为油光声光谱在线监测领域的权威产品，为电力变压器实现在线远程DGA分析提供稳定可靠的解决方案，是电力系统状态检修制度实施的有力保障。 RTGP-9580变压器油光声光谱在线监测系统组成 RTGP-9580型变压器油光声光谱在线监测系统由现场监测单元（光声光谱

数据采集器）、主站单元（数据处理服务器）及监控软件组成。现场监测单元即光声光谱数据采集器由油样采集单元、油气分离单元、气体检测单元、数据采集单元、现场控制处理单元、通讯控制单元及辅助单元组成。其中辅助单元包括变压器接口法兰、油管及通信电缆等。其组成示意图如下图所示： RTGP-9580变压器油光声光谱在线监测系统工作原理 RTGP-9580型变压器油光声光谱在线监测系统工作时，采用真空差压方式将变压器油吸入到油样采集单元中，通过油泵进行油样循环；油气分离单元快速分离油中溶解气体至气室，内置的微型气体采样泵把分离出来的气样输送到光声光谱气室内；数据采集单元完成AD数据的转换和采集，嵌入式处理单元对采集到的数据进行存储、计算和分析，并通过RS485转以太网将数据上传至数据处理服务器（安装在主控室），最后由RTGP-9580状态监测软件进行数据处理和故障分析。如图所示