传感器组成资料教程

角位移
速度 线速度
角速度
加速 线加速
度
度
角加速 度
力
压力
时间 率
温度
光
传感器原理与应用——第一章
派生物理量 长度、厚度、应变、振动、磨损、
不平度等 旋转角、偏转角、角振动等 速度、振动、流量、动量等
转速、角振动等 振动、冲击、质量等
角振动、扭矩、转动惯量等
重量、应力、力矩等 周期、记数、统计分布等 热容量、气体速度、涡流等 光通量与密度、光谱分布等
传感器原理与应用——第一章
1.3.1 静态模型 静态模型是指在输入信号不随时间变化的情况
下，描述传感器的输出与输入量的一种函数关系。 如果不考虑蠕动效应和迟滞特性，传感器的静态 模型一般可用多项式来表示：
y a 0 a 1 x a 2 x 2 a n x n （ 1 1 ）
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传感器原理与应用——第一章
1.4 传感器的基本特性
1.4.1 静态特性 1．线性度：输出量与输入量之间的实际关系曲线
偏离直线的程度。又称非线性误差。可用下式表
示:
ELma x10 % 0 yFS
（ 1 7）
Lmax—输出量与输入量实际曲线与拟合直线之间 的最大偏差 yFS—输出满量程值
传感器原理与应用——第一章
传感器原理与应用——第一章
其通式如下：
n
dy
dn1 y
dy
an dtn an1 dtn1 a1 dt a0 y
dmx
dm1x
dx
bm dtm bm1 dtm1 b1 dt b0x
（12）
an,an-1…a0和bm,bm-1…b0 为传感器的结构 参数。除b0 0外，一般取b1,b2…bm为零.
传感器原理与应用——第一章
2. 传递函数 如果y(t)在t≤0时， y(t) =0，则y(t) 的拉氏变换可定 义为
Y syte sd t t （ 13 ） 0
式中s=σ+jω，σ>0。 对微分方程两边取拉氏变换，则得
Y s a n s n a n 1 s n 1 a 0 X s b m s m b m 1 s m 1 b 0
若传感器由r个环节串联而成
x
H1s
H2s
y Hns
则 H s H 1 ： s H 2 s H r s （ 1 5 ）
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若传感器由p个环节并联而成
x
H1s
y
H2s
Hns
则 H s H ： 1 s H 2 s H p s （ 1 6 ）
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显然H(s)与输入量x(t)无关，只与系统结构参数有 关。因而H(s)可以简单而恰当地描述传感器输出 与输入的关系。 对于多环节串、并联组成的传感器，若各环节阻 抗匹配适当，可忽略相互间的影响，传感器的等 效传递函数可按代数方式求得。
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对于较为复杂的系统，可以将其看作是一些较为简单 系统的串联与并联。
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1.2 传感器的组成与分类 1.2.1 传感器的定义 1.2.2 传感器的组成 1.2.3 传感器的分类
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1.2.1 传感器的定义
将被测非电量信号转换为与之有确定对应 关系电量输出的器件或装置叫做传感器，也叫 变换器、换能器或探测器。 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。
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定义输出y(t)的拉氏变换Y(S)和输入x(t)的拉氏变换
X(S)的比为该系统的传递函数H(S)，则
H s Y X s s b a m n s s m n a b m n 1 1 s s n m 1 1 a b 0 0 （ 1 4 ）
对y(t)进行拉氏变换的初始条件是t≤0时， y(t)=0。 对于传感器被激励之前所有的储能元件如质量块、 弹性元件、电气元件等均符合上述的初始条件。
辅助电路通常包括电源等。
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1.2.3 传感器的分类 1．按工作机理分类：根据物理和化学
等学科的原理、规律和效应进行分类 2．按被测量分类：根据输入物理量的
性质进行分类。 3．按敏感材料分类：根据制造传感器
所使用的材料进行分类。可分为半 导体传感器、陶瓷传感器等。
基本物理量 位移 线位移
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1.2.2 传感器的组成
被测 非电量
敏感 元件
有用 非电量
传感 元件
有用 电量
信号调节 转换电路
电量
辅助电路
图1-1 传感器组成框图
3
传感器原理与应用——第一章
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信号调节与转换电路：能把传感元件输出的电信号 转换为便于显示、记录、处理、和控制的有用电信 号的电路。 常用的电路有电桥、放大器、变阻器、振荡器等。
如:电阻式、电容式和电感式等。
5. 其他：按用途、学科、功能和输出信号的性质 等进行分类。
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1.3 传感器的数学模型概述
从系统角度看，一种传感器就是一种系统。而 一个系统总可以用一个数学方程式或函数来描述。 即用某种方程式或函数表征传感器的输出和输入的 关系和特性，从而，用这种关系指导对传感器的设 计、制造、校正和使用。 通常从传感器的静态输入 -输出关系和动态输入-输出关系两方面建立数学模 型。
传感器的静态模型有三种有用的特殊 形式：
1.3.2 动态模型
动态模型是指传感器在准动态信号或动态信 号作用下，描述其输出和输入信号的一种数学关 系。
动态模型通常采用微分方程和传递函数描述。
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1 .微分方程 大多数传感器都属模拟系统之列。描述模拟
系统的一般方法是采用微分方程。 在实际的模型建立过程中，一般采用线性常系数 微分方程来描述输出量 y和输入量 x 的关系。
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4. 按能量的关系分类：根据能量观点分类，可将传 感器分为有源传感器和无源传感器两大类。
有源传感器是将非电能量转换为电能量，称之为能量 转换型传感器，也称换能器。通常配合有电压测量电 路和放大器。
如:压电式、热电式、电磁式等。
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无源传感器又称为能量控制型传感器。被测非电量 仅对传感器中的能量起控制或调节作用。所以必须 具有辅助能源(电能)。