传感器原理课程简介（最终5篇）

传感器原理课程简介（最终5篇）
第一篇：传感器原理课程简介
《传感器原理》课程简介
（Sensors Principle）
课程编号：X1602007课程类别：专业选修学时：32学分：2考核方式：随堂课程目的：本课程是针对物联网方向本科学生开设的一门专业课程。

通过《传感器原理》课程的学习，使学生掌握基本的传感技术原理，了解常规敏感元器件的工作原理和特性，掌握常见物理量的检测方法和传感器选型，提高解决实际测量及控制问题的能力。

课程内容：传感与检测技术的理论基础、传感器概述、应变式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器教材：郁有文编《传感器原理及工程应用》西安电子科技大学出版社，2005年。

主要参考书目：
[1] 陈杰著，《传感器与检测技术》，高等教育出版社，2006年
[2] 唐贤远著，《传感器原理及应用》，电子科技大学出版社，2005年
第二篇：传感器原理及应用课程总结
绪论传感器定义：传感器是将各种非电量按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量的装置。

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】
结构：发送器、敏感元件、光接收器、信号处理系统以及光纤构成公式E=Asin(ωt+ ø)
第三篇：传感器原理
传感器原理第一章
1、测量方法：①根据获得测量值的方法，为直接测量、间接测量、组合测量。

②根据测量方式，偏差式测量、零位式测量与微差式测量。

③根据测量条件，等精度测量、不等精度测量
④根据被测量变化快慢，静态测量、动态测量
⑤根据测量敏感原件是否与被测介质接触，接触式测量、非接触式测量
⑥根据测量系统是否向被测量施加能量，主动式测量、被动式测量
2、直接测量：测得值直接与标准量进行比较
间接测量：首先对与被测量有确定函数关系的几个量进行直接测量，将直接测的值带入函数关系式，经过计算得到所需要的结果。

组合测量：被测量必须经过求解联立方程组求的偏差式测量：用仪表指针的位移决定被测量的量值。

零位式测量：用指零仪表的零位反映测量系统的平衡状态，在测量系统平衡时用已知的标准量决定被测量的量值。

微差式测量：将被测量与已知的标准量相比较，获得差值后，再用偏差法测得此差值。

等精度测量：在整个测量过程中，若影响和决定误差大小的全部
因素始终保持不变，对同一被测量进行多次重复测量。

不等精度测量：在不同的测量条件下，用不同精度的仪表，不同的测量方法，不同的测量次数以及不同的测量者进行测量和对比。

3、测量误差：测量值与被测量的真值之差。

①绝对误差：测量结果与真值之差。

②相对误差：绝对误差与被测量之比。

③引用误差：绝对误差与量程之比。

④随机误差：在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号以不可预定方式变化的误差。

通过增加测量次数减小随机误差对测量结果的影响。

⑤粗大误差：超出规定条件下预期的误差，又称疏忽误差。

第二章
1、传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

2、传感器由敏感元件和转换元件组成。

敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。

转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。

3、传感器的基本特性：静态特性和动态特性。

静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。

包括灵敏度，迟滞，线性度，重复性，漂移。

灵敏度：输出量增量与引起输出量增量的相应输入量增量之比。

线性度：传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。

迟滞：传感器在相同工作条件下输入量由小到大及输入量由大到小变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象。

重复性：传感器在相同工作条件下，输入量按同一方向做全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。

漂移：输入量不变的情况下，传感器输出量会随时间变化。

第三章
应变式传感器
1.金属电阻应变片的工作原理:基于电阻应变效应。

2.电阻应变效应:导体在外界作用下产生机械变形(拉伸或压缩)时，其电阻值相应发生变化的现象。

3.半导体电阻应变片的工作原理:基于半导体材料的压阻效应。

4.压阻效应:半导体材料的电阻率ρ随作用应力的变化而发生变化的现象。

5.金属电阻应变片的灵敏度推导及半导体电阻应变片的灵敏度推倒。

6.金属电阻应变片的结构:由敏感栅，基片，覆盖层和引线等部分组成。

敏感栅是应变片的核心部分，它粘贴在绝缘的基片上，其上再粘贴起保护作用的覆盖层，两端焊接引出导线。

7.金属电阻应变片的材料要求:
①灵敏系数大②ρ值大③电阻温度系数小④与铜线的焊接性能好⑤机械强度高8.电阻应变片的温度误差:由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。

产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面: ①电阻温度系数的影响
②试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响
9.电阻应变片的温度补偿方法:线路补偿和应变片自补偿
应变片的自补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片(称之为温度自补偿应变片)来补偿的。

10.电阻应变片的测量电路:电压灵敏度的计算，相互关系公式推导。

第四章
电感式传感器
1.变气隙式电感传感器:特点，工作原理灵敏度的公式推导特点:灵敏度高，非线性严重
2.零点残余电压:把传感器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，记作
3.产生零点残余电压的原因: ①由于由于两电感线圈的电气参数及导磁体几何尺寸不完全对称，因此在两电感线圈上的电压幅值和相位不同，从而形成了零点残余电压的基波分量。

②由于传感器导磁材料磁化曲线的非线性(如铁磁饱和，磁滞损耗)使得激励电流与磁通波
形不一致，从而形成了零点残余电压的高次谐波分量。

4.为了减小电感式传感器的零点残余电压的采取措施。

①在设计和工艺上，力求做到磁路对称，铁芯材料均匀。

要经过热处理以除去机械应力和改善磁性。

两线圈绕制要均匀，力求几何尺寸与电气特性保持一致。

②在电路上进行补偿。

5.电涡流式传感器工作原理:当传感器线圈通以交变电流
时，由于电流的变化在线圈周围产生交变磁场，使置于此磁场中的被测导体产生感应电涡流，电涡流
又产生新的交变磁场。

与
方向相反，因而抵消部分原磁场，从而导致传感器线圈的电感量，阻抗和品质因数发生变化，即线圈的等效阻抗发生变化。

这些变化与被测导体的电阻率
磁导率
以及几何形状有关，也与线圈几何参数，激磁电流频率
有关，还与线圈与被测导体间的距离
有关，因此可写为
式中，为线圈与被测导体的尺寸因子。

第五章
1、电容式传感器结构简单、体积小、分辨率高，可非接触式测量，并能在高温、辐射、强烈震动等恶劣条件下工作。

2、电容式传感器可分为变极距型（测量位移）、变面积型（测量直线位移、角位移、尺寸）、变介电常数型（测量液体液位、材料厚度）。

3、变极距型平板电容式传感器的灵敏度推导
为了提高灵敏度，减小非线性误差，大都采用差动式结构。

4、电容式传感器的应用：电容式压力传感器，电容式加速度传感器，差动式电容测厚传感器。

第六章
压电式传感器
1.压电式传感器的定义:其工作原理是基于某些介质材料的压电效应，是一种典型的有源传感器。

它通过材料受力作用变形时，其表面会有电荷产生而实现非电量测量。

2.压电式传感器的特点:体积小，重量轻，工作频带宽。

3.压电效应:某些电介质，当沿这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。

在它的两个表面上产生符号相反的电荷。

到外力去掉后，又重新恢复到不带电的状态，这种现象称为压电效应。

4.把这种机械能转化为电能的现象称为正压电效应。

5.当在电介质极化方向施加电场时，这些电介质也会产生几何变形，这种现象称为逆压电效应(电致伸缩效应)。

6.压电材料的主要特性参数: 压电常数:压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接关系到压电输出灵敏度。

7.沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应。

沿机械轴y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应。

沿光轴方向的力作用时不产生压电效应。

8.压电式传感器的等效电路的特点
9.压电式传感器的测量电路的特点
10.压电式传感器的应用:
①压电式测力传感器②压电式加速度传感器
③压电式金属加工切削力测量④压电式玻璃破碎报警器第七章
1、磁电感应式传感器：变磁通式、恒磁通式。

变磁通式传感器工作原理：产生磁场的永久磁铁和线圈都固定不动，通过磁通Φ的变化产生感应电动势e。

又称为磁阻式，常用于角速度的测量。

恒磁通式传感器工作原理：气隙磁通保持不变，感应线圈与磁铁作相对运动，线圈切割磁力线产生感应电势。

2、磁电感应式传感器的误差主要有非线性误差和温度误差
⑴非线性误差的主要原因：当磁电式传感器在进行测量时，传感器线圈会有电流流过，这时线圈会产生一定的交变磁通，此交变磁通会叠加在永久磁铁所产生的工作磁通上，使恒定的气隙磁通变化。

补偿非线性误差的方法：在传感器中加入补偿线圈，补偿线圈被
通以一定的电流，适当选择补偿线圈的参数，产生的交变补偿磁通可以与传感器线圈本身产生的交变附加磁通相互抵消。

⑵温度误差产生的主要原因：受温度变化的影响。

温度误差补偿的方法：在结构允许的情况下，在传感器的磁铁下设置热磁分路。

3、霍尔效应：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上垂直于电流和磁场的方向上产生电动势。

霍尔电势的影响因素：霍尔电动势正比于激励电流及磁感应强度，其灵敏度与霍尔系数成正比，而与霍尔片厚度d成反比，为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。

4、霍尔原件的符号
5、霍尔传感器的应用：霍尔式微位移传感器，霍尔式转速传感器，霍尔计数装置。

第八章
光电式传感器 1.光电效应
光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。

在光线作用下物体内的电子溢出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。

在光线作用下物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。

2.光敏电阻的主要参数: ①暗电阻与暗电流光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

②亮电阻与亮电流
光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。

③光电流
亮电流与暗电流之差称为光电流。

3.光敏电阻的基本特性
①伏安特性
在一定照度下流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。

光敏电阻在一定的电压范围内，其曲线为直线，说明其阻值与入射光量有关，而与电压，电流无关。

②光照特性
光敏电阻的光照特性是描述光电流
和光照强度之间的关系的，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。

③光谱特性
光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。

光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。

对应于不同波长，光敏电阻的灵敏度是不同的，而且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也不同。

④频率特性⑤温度特性
4.光敏二极管的工作原理
光敏二极管儿电路中一般是处于反向工作状态，在没有光照时，反向电阻很大，反向电流很小，该反向电流称为暗电流。

当光照射在结上，光子打在结附近，使
结产生光生电子和光生空穴对，它们在结处的内电场作用下作定向运动，形成光电流。

光的照度越大，光电流越大，因此光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态。

5.光敏晶体管的工作原理
大多数光敏晶体管的基极无引出线，当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时，集电结就是反向偏压，当光照射在集电结时，就会在结附近产生电子--空穴对，光生电子被拉到集电极，基区留下空穴，基极与发射极间的电压升高，这样便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的倍，所以光敏晶体管有放大作用。

6.光电池的工作原理
基于光生伏特效应，光电池是因为有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势，从而成为电源。

第四篇：传感器原理
1.Electrochemical（toxic）检测有毒气体
电化学式传感器，用于检测有毒气体。

电化学式包括定电位电解式和伽伐尼电池式氧气传感器。

这里主要指的是定电位电解式传感器。

定电位电解式传感器原理：
筒状塑料池体内，装有电极，电极间充满电解液，由多孔四氟乙
烯做成的隔膜在顶部封装。

电极间加电位且与前置放大器连接。

气体与电解质内的工作电极发生氧化还原反应，电极平衡电位发生变化，变化的值与气体浓度成正比。

2.Catalytic combustion or Infrared 检测可燃气体
催化燃烧式传感器或红外式传感器。

这两种传感器主要用于检测可燃气体。

催化燃烧式传感器原理：
气体扩散到传感器的催化燃烧室。

燃烧室中两只传感器元件上的催化剂使可燃性气体进行无焰燃烧，产生热量。

温度使感应电阻阻值发生变化，打破电桥平衡，产生微小的电压差信号，此信号与可燃气体浓度是成正比的的，从而达到检测可燃气体浓度的目的。

红外式传感器原理：
红外式传感器，是通过一个红外发生器产生红外光，穿过充有样气的气室，然后被各种气体的专用接收器接收。

是利用不同元素对某个特定波长的吸收原理。

3.Diffusion fuel cell 检测氧气
扩散燃烧单元（燃料电池）。

即通常所说的伽伐尼电池式氧气传感器。

用于氧气的检测。

伽伐尼电池式氧气传感器原理：
塑料容器内一面装有对氧气透过性良好的聚四氟乙烯透气膜，在其容器内侧紧粘着贵金属（铂，黄金，银等）阴电极，在容器另一面内侧或容器的空余部分形成阳极（用铅，镉等离子化倾向大的金属）。

氧气在通过电解质时阴阳极发生氧化还原反应，使阳极金属离子化，释放出电子，产生电流。

电流的大小与氧气的多少成正比。

半导体式气体传感器是依据金属氧化物半导体材料，在空气中，在遇到当空气的氧化还原状态发生变化时，半导体才料的电导率会发生相应的变化，比如：当空气中弥漫一定浓度的酒精蒸汽时，二氧化锡半导体材料的电导率会升高，电阻下降；而这种变化的幅度与气体的浓度直接相关，这就是半导体式气体传感器！我们家庭排油烟机下面的电子鼻就是使用的这种传感器。

电化学式气体传感器是依据气体的电化学氧化和还原的原理制备
的，他的原理是与我们的电池几乎相同。

比如，我们检测一氧化碳，CO在电解池的阳极被氧化成二氧化碳，而电解电流与CO的浓度有关。

电化学传感器准确而灵敏，但是，由于大量使用贵金属，另外制作工艺复杂，因此价格较高。

我国敏感元件与传感器行业现状与差距
我国电子信息业在上世纪八十年代第一次腾飞后，随着国民经济信息化进程的加快，之后又进入持续快速发展的新时期。

这个时期电子信息产业的主要特征表现为：一是正在从单一的制造业转变为物质生产与知识生产，装备制造与系统集成，硬件制造与软件制造，工业生产与信息服务相结合的现代信息产业；二是产业结构，产品结构，企业结构，运行机制，管理模式等方面发生了深刻变化；三是我国信息产业成为国民经济的支柱产业和先导产业，是新世纪的战略产业，为国民经济和社会信息化建设提供主要技术和物质支撑。

传感器技术及其产业的特点是：基础、应用两头依附；技术、投资两个密集；产品、产业两大分散。

基础、应用两头依附，是指传感器技术的发展依附于敏感机理、敏感材料、工艺设备和计测技术这四块基石。

敏感机理千差万别，敏感材料多种多样，工艺设备各不相同，计测技术大相径庭，没有上述四块基石的支撑，传感器技术难以为继。

应用依附是指传感器技术基本上属于应用技术，其市场开发多依赖于检测装置和自动控制系统的应用，才能真正体现出它的高附加效益并形成现实市场。

也即发展传感器技术要以市场为导向，实行需求牵引。

技术、投资两个密集技术密集是指传感器在研制和制造过程中技术的多样性、边缘性、综合性和技艺性。

它是多种高技术的集合产物。

由于技术密集也自然要求人才密集。

投资密集是指研究开发和生产某一种传感器产品要求一定的投资强度，尤其是在工程化研究以及建立规模经济生产线时，更要求较大的投资。

增加投资和正确的投资方向是提高传感器产业水平的主要条件之一，也是企事业决策者谋求最佳经济效益的重要手段。

产品、产业两大分散，产品结构和产业结构的两大分散是指传感器产品门类品种繁多，生产、研究单位分布在除地方外有12个部委（电子、机械、科学院、航空航天、教委、冶金、。