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3.3 任务三：典型传感器的选择
3.3.1 磁检测传感器 磁检测传感器使用的是干簧管。干簧管(Reed Switch)也称
舌簧管或磁簧开关，是一种磁敏的特殊开关。
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图3.5 外形和接口原理图
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4. 按测量对象的特点分类 (1) 静态测量法：指被测对象处于稳定情况下的测量，此 时被测对象不随时间变化，故又称为稳态测量。 (2) 动态测量法：指被测对象处于不稳定情况下进行的测 量，此时被测对象随时间而变化，因此，这种测量必须在瞬 间完成，才能得到动态参数的测量结果。
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4. 按传感器的材料分类 在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有 特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即 那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。 从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列三类： (1) 按照其所用材料的类别分类：金属聚合物和陶瓷混合 物。 (2) 按材料的物理性质分类：导体、半导体、绝缘体和磁 性材料。 (3) 按材料的晶体结构分类：单晶、多晶和非晶材料。
图3.6 光照传感器的外形和接口原理图
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3.3.3 红外对射传感器 红外对射传感器使用的是槽型红外光电开关。红外光电
开关是捕捉红外线这种不可见光，采用专用的红外发射管和 接收管，转换为可以观测的电信号。红外光电传感器有效地 防止周围可见光的干扰，进行无接触探测，不损伤被测物体。
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4. 传感器的灵敏度 灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化Δy对输 入量变化Δx的比值。 它是输出-输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输 入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输 入量的变化而变化。
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5. 按传感器的制造工艺分类 传感器按照其制造工艺分类可分为以下四种： 传感器按照其制造工艺可分为集成传感器、薄膜传感器、 厚膜传感器和陶瓷传感器。
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6. 按传感器的测量目的不同分类 传感器根据测量目的不同可分为物理型传感器、化学型 传感器和生物型传感器。 (1) 物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质发生 明显变化的特性制成的。 (2) 化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化 学量转化成电学量的敏感元件制成的。 (3) 生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成 的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器。
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3.1.3 传感器的性能指标 1. 传感器静态特性 (1) 线性度： (2) 灵敏度： (3) 迟滞： (4) 重复性： (5) 漂移：
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2. 传感器动态特性 所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的 特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准 输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的 响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与 它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了 前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正 弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率 响应来表示。
界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾)， 并将探知的信息传递给其他装置或器官。
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3.1.2 传感器的分类 1. 按传感器的用途分类 传感器按照其用途分为力敏传感器、位置传感器、液面
传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐 射传感器、热敏传感器和24 GHz雷达传感器。
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现代检测系统应当包含测量、故障诊断、信息处理和决 策输出等多种内容，具有比传统的“测量”更丰富的范畴和 模仿人类专家信息综合处理能力。一般具有以下特点：
(1) 软件控制测量过程。 (2) 智能化数据处理。 (3) 高度的灵活性。 (4) 实现多参数检测与信息融合。 (5) 测量速度快。 (6) 智能化功能强。
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3.1 任务一：传感器的基础知识 3.2 任务二：检测技术基础 3.3 任务三：典型传感器的选择 3.4 任务四：物联网中传感器应用实践
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3.1 任务一：传感器的基础知识
3.1.1 传感器的概述 传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外
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3.2.3 检测系统组成 1. 检测系统构成 在工程中，由传感器与多台仪表组合在一起，完成信号
的检测，这就形成了一个检测系统。检测系统是传感器与测 量仪表、变换装置等的有机结合。
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2) 闭环检测系统 闭环检测系统是在开环系统的基础上加了反馈环节，使 得信息变换与传递形成闭环，能对包含在反馈环内的各环节 造成的误差进行补偿，使得系统的误差变得很小。
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5. 传感器的分辨率 分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。 当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变 化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输 入量的变化超过分辨率时，其输出才会发生变化。
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3.1.4 传感器的组成和结构 国家标准(GB 7665—87)中传感器(Transducer/Sensor)的定
义：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。
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3. 传感器的线性度 通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非 直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用 一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度(非线性误 差)，就是这个近似程度的一个性能指标。
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与采用新材料紧密相关的传感器开发工作，可以归纳为 下述三个方向：
(1) 在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使 它们能在传感器技术中得到实际使用。
(2) 探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应来 改进传感器技术。
(3) 在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反应， 并在传感器技术中加以具体实施。
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图3.7 红外对射传感器模块和接口原理图
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3.3.4 人体检测传感器 人体检测传感器使用的是热释电人体红外线感应模块。
人体红外线感应模块是基于红外线技术的自动控制产品，灵 敏度高，可靠性强，用于各类感应电器设备，适合干电池供 电的电器产品；低电压工作模式，可方便与各类电路实现对 接；尺寸小，便于安装。人体红外线感应模块适用于感应广 告机、感应水龙头、各类感应灯饰、感应玩具、感应排气扇、 感应垃圾桶、感应报警器﹑感应风扇等。这类传感器种类繁 多，通常具有高响应、低噪音的特点。
2. 按测量的精度因素分类 (1) 等精度测量法：用相同精度的仪表与测量方法对同一 被测量进行多次重复测量。 (2) 非等精度测量法：用不同精度的仪表或不同的测量方 法，或在环境条件相差很大时对同一被测量进行多次重复测 量。
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3. 按测量仪表特点分类 (1) 接触测量法：传感器直接与被测对象接触，承受被测 参数的作用，感受其变化，从而获得其信号，并测量其信号 大小的方法。 (2) 非接触测量法：传感器不与被测对象直接接触，而是 间接承受被测参数的作用，感受其变化，并测量其信号大小 的方法。
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2. 按传感器的原理分类 传感器按照其原理可分为振动传感器、湿敏传感器、磁 敏传感器、气敏传感器、真空度传感器和生物传感器。
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3. 按传感器的输出信号标准分类 传感器按照其输出信号的标准分类可分为以下四种： (1) 模拟传感器：将被测量的非电学量转换成模拟电信号。 (2) 数字传感器：将被测量的非电学量转换成数字输出信 号(包括直接和间接转换)。 (3) 膺数字传感器：将被测量的信号量转换成频率信号或 短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。 (4) 开关传感器：当一个被测量的信号达到某个特定的阈 值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。
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3.2.2 检测技术分类 1. 按测量过程的特点分类 1) 直接测量法 (1) 偏差测量法。 (2) 零位测量法。 (3) 微差测量法。
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2) 间接测量法 在使用仪表或传感器进行测量时，首先对与测量有确定 函数关系的几个量进行测量，将被测量代入函数关系式，经 过计算得到所需要的结果，这种测量方法称为间接测量法。 间接测量法的测量手续较多，花费时间较长，常用于不易直 接测量或者缺乏直接测量手段的场合。
图3.2 检测系统原理结构框图
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2. 开环检测系统和闭环检测系统 1) 开环检测系统 开环检测系统的全部信息变换只沿着一个方向进行，如 图3.3所示。
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图3.3 开环检测系统框图
3. 检测仪表的组成 检测仪表是实现检测过程的物质手段，是测量方法的具 体化，它将被测量经过一次或多次的信号或能量形式的转换， 再由仪表指针、数字或图像等显示出量值，从而实现被测量 的检测。
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图3.4 检测仪表的组成框图
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3.3.2 光照传感器 光照传感器使用的是光敏电阻。光敏电阻又称光导管，
常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和 硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下， 其阻值迅速减小的特性。
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3) 组合测量法 组合测量法是一种特殊的精密测量方法。被测量必须经 过求解联立方程组才能得到最后结果。组合测量操作手续复 杂，花费时间长，多用于科学实验或特殊场合。
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3.2 任务二：检测技术基础
3.2.1 检测系统概述 检测是人类认识物质世界、改造物质世界的重要手段。
检测技术的发展标志着人类的进步和人类社会的繁荣。现代 工业、农业、国防、交通、医疗、科研等各行业，检测技术 的作用越来越大，检测设备就像神经和感官，源源不断地向 人们传输各种有用的信息。微处理器芯片使传统的检测技术 采用计算机进行数据分析处理成为现实。