第一章 传感器基础知识
第一章 传感器的基本知识
第一章传感器的基本知识复习思考题1. 简述传感器的概念、作用及组成。
2. 传感器的分类有哪几种？各有什么优缺点？3. 传感器是如何命名的？其代号包括哪几部分？在各种文件中如何应用？4. 传感器的静态性能指标有哪些？其含义是什么？5. 传感器的动态特性主要从哪两方面来描述？采用什么样的激励信号？其含义是什么？1.1 传感器的作用与地位◆世界是由物质组成的，各种事物都是物质的不同形态。
人们为了从外界获得信息，必须借助于感觉器官。
◆人的“五官”——眼、耳、鼻、舌、皮肤分别具有视、听、嗅、味、触觉等直接感受周围事物变化的功能，人的大脑对“五官”感受到的信息进行加工、处理，从而调节人的行为活动。
◆人们在研究自然现象、规律以及生产活动中，有时需要对某一事物的存在与否作定性了解，有时需要进行大量的实验测量以确定对象的量值的确切数据，所以单靠人的自身感觉器官的功能是远远不够的，需要借助于某种仪器设备来完成，这种仪器设备就是传感器。
传感器是人类“五官”的延伸，是信息采集系统的首要部件。
电量和非电量◆表征物质特性及运动形式的参数很多，根据物质的电特性，可分为电量和非电量两类。
◆电量——一般是指物理学中的电学量，例如电压、电流、电阻、电容及电感等；◆非电量——则是指除电量之外的一些参数，例如压力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、转速、温度、浓度及酸碱度等等。
◆人类为了认识物质及事物的本质，需要对物质特性进行测量，其中大多数是对非电量的测量。
传感器的作用◆非电量不能直接使用一般的电工仪表和电子仪器进行测量，因为一般的电工仪表和电子仪器只能测量电量，要求输入的信号为电信号。
◆非电量需要转化成与其有一定关系的电量，再进行测量，实现这种转换技术的器件就是传感器。
◆传感器是获取自然或生产中信息的关键器件，是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集工具。
采用传感器技术的非电量电测方法，就是目前应用最广泛的测量技术。
传感器的地位◆随着科学技术的发展，传感器技术、通信技术和计算机技术构成了现代信息产业的三大支柱产业，分别充当信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”，他们构成了一个完整的自动检测系统。
传感器原理及应用
一、传感器的静态特性
6、滞后性－续1
对滞后性的衡量，一般用滞环的最大偏差或最大 偏差的一半与满量程输出值的百分比来表示，称为 滞环误差
或
如果传感器存在滞后性，则输入与输出就不能保持 一一的对应关系，因此应尽量使之变小。产生滞后 性的原因主要是材料的物理性质所造成的。
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一、传感器的静态特性
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烟尘浊度测量
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传感器与遥感技术
飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波 船舶：超声波传感器
微波
地面
红外接收传感器
红外线分布差异 矿藏埋藏地区
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二、传感器的分类
1、按传感器输入量（用途）分类
生产厂家往往按输入量分类，以向户提供基本的使用信息。 如：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压 力传感器、流速传感器、温度传感器、光强传感器、湿度传感 器、粘度传感器、浓度传感器、…。
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传感器的分类
2、按传感器工作机理分类
此种分类方法能表示输入变量和输出变之间的关系。
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传感器的分类
2、按传感器工作机理分类－续1
（1）物性型传感器 是利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应把被测量直接 转换为电量的传感器。如：各种压电晶体传感器。
（2）结构型传感器 是以结构（如形状、尺寸）为基础，利用某些物理规律实现把被 测量转换为电量。如：气隙型电感式传感器。
(2) 传感器输入、输出端均存在噪声干扰，Δx过小
时，被外界噪声所淹没。 最小检测量：
其中，C为系数，一般取1～5，N为噪声电平， K为灵敏度。对于数字式传感器，则用输出数字指
示值最后一位数字所代表的输入量来表示，称为分 辨率。
传感器概述
第一章传感器概述1．1 传感器的组成与分类1．1．1 传感器的定义✧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。
通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分。
✧传感器输出信号有很多形式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器的原理确定。
1．1．2 传感器的组成✧一般讲传感器由敏感元件和转换元件组成。
但由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。
因此调节信号与转换电路及所需电源都应作为传感器组成的一部分。
如图1-1所示。
传感器组成方块图✧常见的调节信号与转换电路有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等，他们分别与相应的传感器相配合。
1．1．3 传感器的分类✧表1-1 按输入量分类、按工作原理分类、按物理现象分类、按能量关系分类和按输出信号分类。
1．2 传感器在科技发展中的重要性1．2．1 传感器的作用与地位将计算机比喻人的大脑，传感器比喻为人的感觉器官。
功能正常完美的感觉器官，迅速准确地采集与转换获得的外界信息，使大脑发挥应有的作用。
自动化程度越高，对传感器的依赖性就越大。
1．2．2 传感器技术是信息技术的基础与支柱现代信息技术的基础是信息采集、信息传输与信息处理，它们就是传感器技术、通信技术和计算机技术。
传感器在信息采集系统中处于前端，它的性能将影响整个系统的工作状态和质量。
1．2．3 科学技术的发展与传感器有密切关系传感器的重要性还体现在已经广泛应用于各个学科领域。
如工业自动化、农业现代化、军事工程、航天技术、机器人技术、资源探测、海洋开发、环境监测、安全保卫、医疗诊断、家用电器等领域。
1．3 传感器技术的发展动向✧传感器技术共性是利用物理定律和物质的物理、化学和生物特性，将非电量转换成电量。
✧传感器技术的主要发展方向一是开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化与智能化。
传感器与检测技术期末考试试题与答案
第一章传感器基础l。
检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用.答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。
当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。
下图给出了检测系统的组成框图。
检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置,显然,传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。
测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。
通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大,以满足显示记录装置的要求。
根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作.显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。
2.传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义?依次为主称(传感器）被测量—转换原理—序号主称-—传感器，代号C;被测量—-用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记.见附录表2;转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。
见附录表3；序号—-用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。
若产品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时，其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等，(其中I、Q不用）。
例：应变式位移传感器： C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y—GQ—2.3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法？如何进行?答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量.此时输出电压认可表示为U0，U0=U+△U，其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U来讲为一小量。
如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U0的要求，因此对△U，这个小量造成的U0的变化就很难测准。
传感器第一章课件
缺点：由于是间接与标准量进行比较，测量结 果精度较低。
零位式测量法：又称补偿式测量或平衡式测量， 测量过程中，用指零仪表的零位指示测量系统的 平衡状态，在测量系统达到平衡时，用已知的基 准量决定未知量。用此方法进行测量时，标准量 具设置在仪表内，在测量过程中标准量直接与被 测量相比较；测量时，要调整标准量，即进行平 衡操作，一直到被测量与标准量相等，即指零仪 回零。
按测量系统是否向被测对象施加能量分类：主动 式测量、被动式测量；
按被测量是否是在生产进行的实际过程中被测分 类：在线测量、离线测量。
1.2.1 直接测量、间接测量、联立测量
直接测量：在使用测量仪表进行测量时，对仪表读 数不需经过任何运算，就能直接得到测量结果。
优点：测量过程简单而迅速，
缺点：难以达到较高测量精度。直接测量方法在 工程实践中被广泛应用。
图1-9 重复性的概念
重复性则可定义为此随机误差在一定置信概率 下的极限值，以满量程输出的百分比来表示：
R= (2 ~ 3)S 100%
ymax ymin
样本标准偏差的求法有多种，贝塞尔(Bessel) 公式是比较常用的方法。为求第i个测量点的
标准偏差Si，可以用下列
100 00
绝对线性度的参考直线是事先确定好的，反映的 是一种线性精度。
（2）端基线性度
端基线性度的拟合直线最为简单，但精度不高。 端基线性度定义为传感器实际平均输出特性曲线
对端基直线的最大偏差，以传感器满量程输出的
百分比来表示。
Lte
yte,max yte,max yte,min
100 00
检测：包含了测量与检验两方面的内容。
自动检测：在自动化领域中，需要对某些重要 参数进行实时、自动的测量、检验。这类无需 人手工操作而自动完成的检测。
第1章传感器概述
第1章传感器概述传感器原理及应用第1章传感器概述主要内容：1.1什么是传感器1.2传感器的作用和地位1.3传感器现状和国内外发展趋势1.4检测系统的组成原理1.5传感器的定义、组成和分类方法1.1什么是传感器在我们日常生活中，使用着各种各样的传感器电冰箱、电饭煲中的温度传感器;空调中的温度和湿度传感器;抽油烟机中的煤气泄漏传感器;电视机和影碟机中的红外遥控器;照相机中的光传感器;汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举。
1.1什么是传感器1.1什么是传感器眼（视觉）耳（听觉）鼻（嗅觉）皮肤（触觉）舌（味觉）1.1什么是传感器如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。
传感器又是人体感官的延长，有人又称传感器为“电五官”，它作为替代补充人的感觉器官功能，传感器为人类客观定量认识世界起到重要作用。
1.1什么是传感器1.1什么是传感器1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述第1章传感器概述第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势使现场数据就近登陆，通过Internet网与用户之间异地交换数据远程控制等。
传感器的数字化和网络化1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.6本课程的特点和研究内容1.6本课程的特点和研究内容传感器原理及应用第1章传感器概述传感器发展趋势传感器的历史远比近代科学来得古老，如‘天平’古埃及开始使用、利用液体热膨胀进行温度测量，在16世纪前后实现的。
(完整版)传感器期末复习重点知识点总结必过.doc
国家标准对传感器定义是：
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和装置
以上定义表明传感器有以下含义：
1、它是由敏感元件和转换元件构成的检测装置；
2、能按一定规律将被测量转换成电信号输出；
3、传感器的输出与输入之间存在确定的关系；
按使用的场合不同又称为:变换器、换能器、探测器
1.1.2传感器的组成
传感器由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成：
图示 ：被测量---敏感原件-----转换原件----基本电路-------电量输出
电容式压力传感器-------------------压电式加速度传感器----------------------电位器式压力传感器
1.1.3传感器的分类
第一章传感器概述
人的体力和脑力劳动通过感觉器官接收外界信号， 将这些信号传送给大脑， 大脑把这些信号分析处理传递给肌体。
如果用机器完成这一过程， 计算机相当人的大脑， 执行机构相当人的肌体， 传感器相当于人的五官和皮肤。
1.1.1传感器的定义
广义： 传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号的输出器件和装置。
1） 按传感器检测的范畴分类：生物量传感器、化学量传感器、物理量传感器、
2）按输入量分类：速度、位移、角速度、力、力矩、压力、流速、液面、温度、湿度
3）按传感器的输出信号分类：模拟传感器数字传感器
4）按传感器的结构分类：结构型传感器、物性型传感器、复合型传感器
5）按传感器的功能分类：智能传感器、多功能传感器、单功能传感器
差！
入信号按正弦 化 ，分析 特性的相位、振幅、
率， 称 率响 ；
传感器技术手册
传感器技术手册随着科技的不断发展，传感器技术在各个领域中扮演着越来越重要的角色。
传感器是一种能够感知并转换物理量、化学量或生物量的设备，它们广泛应用于自动化工业控制、环境监测、医疗诊断、智能交通等众多领域。
本手册将为读者提供关于传感器技术的全面介绍和详细内容。
第一章：传感器基础知识1.1 传感器的定义与分类1.2 传感器的工作原理1.3 传感器的特性参数1.4 传感器的选择与应用第二章：传感器应用领域2.1 工业自动化领域的传感器应用- 温度传感器的应用- 压力传感器的应用- 液位传感器的应用2.2 环境监测领域的传感器应用- 气体传感器的应用- 光学传感器的应用- 水质传感器的应用2.3 医疗诊断领域的传感器应用 - 心电传感器的应用- 血糖传感器的应用- 呼吸传感器的应用2.4 智能交通领域的传感器应用 - 路面传感器的应用- 车速传感器的应用- 道路监控传感器的应用第三章：传感器技术的发展趋势 3.1 微型化与集成化3.2 智能化与自适应性3.3 高灵敏度与高精度3.4 高可靠性与长寿命第四章：传感器技术的挑战与应对 4.1 跨学科融合4.2 信号处理与数据分析4.3 能源供给与节能技术4.4 新材料与新工艺第五章：传感器技术的前景展望5.1 人工智能与传感器技术的结合5.2 物联网与传感器技术的发展5.3 生物传感器与医疗应用的突破5.4 可穿戴设备与传感器技术的融合通过阅读本手册，读者将能够深入了解传感器技术的基础知识、应用领域、发展趋势以及面临的挑战和应对措施。
传感器技术的持续创新与发展将为各个行业带来巨大的改变和机遇，期待读者通过本手册对传感器技术有更为全面的认识和理解，为相关领域的研究和应用提供参考和指导。
第一章传感器技术基础知识
时间常数：用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性。τ越小， 频带越宽。
固有频率：二阶传感器的固有频率ωn表征了其动态特性。
传感器的选用原则
与测量条件有关的因素 (1)测量的目的 (2)被测试量的选择 (3)测量范围 (4)输入信号的幅值，频带宽度 (5)精度要求 (6)测量所需要的时间
相应的响应曲线 ：
传感器存在惯性，它的输出不能立即复现输入信号，而是从零开 始，按指数规律上升，最终达到稳态值。 理论上传感器的响应只在t趋于无穷大时才达到稳态值，但实际上 当t=4τ时其输出达到稳态值的98.2%，可以认为已达到稳态。 τ越小，响应曲线越接近于输入阶跃曲线， 因此，τ值是一阶传感器重要的性能参数。
测量
测量是指人们用实验的方法，借助于一定的仪器或 设备，将被测量与同性质的单位标准量进行比较，
并确定被测量对标准量的倍数，从而获得关于被测
量的定量信息。
xnu或
x——被测量值；
n x u
u——标准量，即测量单位；
n——比值，含有测量误差。
测量过程
传感器从被测对象获取被测量的信息，建立起 测量信号，经过变换、传输、处理，从而获得 被测量量值的过程。
线性传感器
S y x
灵敏度是它的静态特性的斜率，即S为常数。
非线性传感器
它的灵敏度S为一变量，用下式表示。
S dy dx
传感器的灵敏度如图1-3所示。
Y
Y
S y - y0
Yo
x
X O
a）线形传感器
Байду номын сангаас
Y dy
dx S dy dx X
传感器培训资料
传感器培训资料第一部分：传感器的基本概念传感器是一种能够感知环境中的各种物理量并将其转化为电信号的装置。
通过测量物理量，传感器可以帮助我们获得环境中各种数据，从而实现自动化控制和监测。
传感器的种类繁多，常见的传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光电传感器等。
在不同的应用场景中，需要选择不同类型的传感器来完成具体的任务。
第二部分：传感器的工作原理传感器的工作原理通常通过物理效应来实现。
例如，温度传感器通常利用热敏电阻或热电偶来测量温度；压力传感器则利用压阻效应或压电效应来转换压力为电信号。
在传感器的内部，通常还会带有信号放大电路、模数转换器等元件，用来将感知到的物理量转化为标准的电信号输出。
第三部分：传感器的应用场景传感器广泛应用于工业控制、汽车领域、医疗设备等各个领域。
例如，温度传感器可以用于控制空调温度、汽车发动机的温度监测等；压力传感器可以用于测量液体或气体的压力、监测管道的泄漏等。
第四部分：传感器的选择和安装在选择传感器时，需要考虑其测量范围、精度、响应时间等指标，以及适用的工作环境，如温度、湿度等。
在安装传感器时，需要注意避免干扰源，保证传感器测量的准确性。
第五部分：传感器的维护和保养传感器作为自动化系统中的重要部件，需要进行定期的维护和保养。
对于一些易受环境影响的传感器，如湿度传感器、光电传感器等，需要保持其表面清洁，防止积灰或水汽影响测量精度。
第六部分：传感器的未来发展随着科技的不断进步，传感器的应用范围将会更加广泛，同时传感器本身的性能也将进一步提升。
例如，新型传感器可能会采用纳米技术制备，具有更高的灵敏度和更小的体积；同时，通过无线传输技术，传感器也有望实现无线监测和控制，大大提高其应用灵活性。
通过本次传感器培训，希望大家能够对传感器有更深入的了解，从而能够更好地应用传感器解决实际问题，提高工作效率和产品质量。
同时也希望大家能够关注传感器领域的最新发展，不断更新自己的知识，为行业的发展做出更大的贡献。
传感器应用技术(答案)
传感器应用技术(答案) -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII四、传感器技术的发展趋势教学目标课，你们想怎样上？方法：评分标准分组：评分标准：（100分制）第一章传感器基础什么是传感器？思考：人身上有传感器吗是什么类型传感器传感器传感器的应用第二章光电式传感器光电式传感器的分类：一、预习问题储料仓二、问题解答概念题1、什么是外光电效应、光电管？光电效应光子能量光子能量吸收光子能量外光电效应使电子逸出物体表面光电管：光电阴极光电阳极光电子光电流光照强度光阴极的灵敏度电阻上的电压一定函数关系2、什么是光电倍增管？若干个倍增极逐级轰击次级发射倍增极106～108倍于紫外/可见/近红外光光度计，旋光仪、糖度计，发光分光光度计等3、什么是内光电效应、光敏电阻？电阻率阻值电流内光电效应开关式光电信号电阻率低阻态阻值亮电流原值呈高阻态4、光电二极管、光电三极管的结构光电特性反向反向偏置反向电阻光电流与阳极电压U AUminI∮U AU AUzI∮UAI∮UQ。
5、请举光源本身是被测物的光电传感器应用实例。
直接照射某些物理参数6、请举被测物吸收光通量的光电传感器应用实例。
光通量光电元件吸收量1—恒流源 2—半导体激光器 3—半反半透镜 4—反射镜5—被测水样 6、9—光电池 7、10—电流/电压转换器8—标准水样恒定红外光部分红外光减弱7、请列举被测物体反射光通量的光电传感器应用实例。
反射反射光通量性质、状态和与光源之间的距离8、请举被测物遮挡光通量的光电传感器应用实例。
光通量减弱尺寸或位置正确位置零遮光面积方向及大小9、什么是光电开关？分别用图片介绍对射式、镜反射式、漫反射式、槽式、光纤式光电开关的用法。
靠近和通过强弱变化电流的变化电隔离的(即电缘绝)“通”与“断”n10、什么是计量光栅莫尔条纹的工作原理应用举例等节距刻线结构原理简单、计量精度高和分辨力强11、什么是光纤传感器其在检测温度、加速度方面怎么应用光纤自身直接接收长度、折射率、直径振幅（强度）、相位、波长和偏振方向被动式无需光源光强信号电信号考光束与测量光束光程差干涉效应电信号12、什么是红外线传感器有什么应用绝对零度热效应温度升高其他物理量自身的温度电信号光—热—电1、如图设计一套检测机构，检测输送带上往前输送的电路板的摆放位置是否正确。
传感器的主要学习知识重点
绪论一、传感器的定义、组成、分类、发展趋势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，通常由敏感元件和转换元件构成。
如果传感器信号经信号调理后，输出信号为规定的标准信号（0~10mA,4~20mA;0~2V,1~5V;…），通常称为变送器，分类：按照工作原理分，可分为：物理型、化学型与生物型三大类。
物理型传感器又可分为物性型传感器和结构型传感器。
按照输入量信息：按照应用范围：传感器技术: 是关于传感器的研究、设计、试制、生产、检测和应用的综合技术.发展趋势: 一是开展基础研究，探索新理论，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化、多功能化与智能化。
1．发现新现象；2．发明新材料；3．采用微细加工技术；4．智能传感器；5．多功能传感器；6．仿生传感器。
二、信息技术的三大支柱现在信息科学（技术）的三大支柱是信息的采集、传输与处理技术，即传感器技术、通信技术和计算机技术。
课后习题1、什么叫传感器，它由哪几部分组成？它们的作用与相互关系？传感器(transducer/sensor)：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（国标GB7665—2005）。
通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件：指传感器中能直接感受或响应被测量并输出与被测量成确定关系的其他量(一般为非电量)部分。
转换元件：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可用输出信号(一般为电信号)部分。
信号调理电路(Transduction circuit) ：由于传感器输出电信号一般较微弱，而且存在非线性和各种误差，为了便于信号处理，需配以适当的信号调理电路，将传感器输出电信号转换成便于传输、处理、显示、记录和控制的有用信号。
第一章传感器的一般特性1.传感器的基本特性动态特性静态特性2.衡量传感器静态特性的性能指标（1）测量范围、量程（2）线性度%100max⨯∆±=⋅SF L y δ 传感器静态特性曲线及其获得的方法传感器的静态特性曲线是在静态标准条件下进行校准的。
传感器与检测技术知识点
第一章传感与检测技术理论基础1．什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？答：测量误差是测得值与被测量的真值之差。
可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。
在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。
在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才能计算。
采用绝对误差难以评定测量精度的高低，而采用相对误差比较客观地反映测量精度。
引用误差是仪表中应用的一种相对误差，仪表的精度是用引用误差表示的。
2．用测量范围为-50～+150kPa 的压力传感器测量140kPa 压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：绝对误差2140142=-=∆kPa 实际相对误差%43.1%100140140142=⨯-=δ标称相对误差%41.1%100142140142=⨯-=δ引用误差%1%10050150140142=⨯---=）（γ3．什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，其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。
随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所造成的。
通过增加测量次数估计随机误差可能出现的大小，从而减少随机误差对测量结果的影响。
第二章传感器概述2-1什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的作用及相互关系如何？答：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。
通常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份；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份。
传感器的概述
第一章 传感器的概述1.传感器的定义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叫做传感器。
2.传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量（位移、速度、加速度、力等）转换成 电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。
3.传感器的组成：传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、辅助电源组成。
传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。
第二章 传感器的基本特性1.传感器的基本特性：静态特性、动态特性。
2.衡量传感器静态特性的主要指标有：线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞 、重复性 、漂移。
3.迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。
4.产生漂移的原因：①传感器自身结构参数老化；②测试过程中环境发生变化。
5.例题：1．用某一阶环节传感器测量100Hz 的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz 的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？ 解：一阶传感器的频率响应特性： 幅频特性：2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216Hz 处，并得到最大福祉比为1.4比1，试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。
3.玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。
现已知某玻璃水银温度计特性的微分方1)(1)(+=ωτωj j H )(11)(ωτω+=A s rad f n n /135********.014.121)(A )(4)(1)(A n max n 21222=⨯=======⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-ππωωξξωωωωωξωωω所以，时共振，则当解：二阶系统程是x y dtdy310224-⨯=+ ，y 代表水银柱的高度，x 代表输入温度（℃）。
求该温度计的时间常数及灵敏度。
解：原微分方程等价于：x y dt dy3102-=+所以：时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3第三章 电阻式传感1.应变式电阻传感器的特点： 1）优点：①结构简单，尺寸小，质量小，使用方便，性能稳定可靠；②分辨力高，能测出极微小的应变；③灵敏度 高，测量范围广，测量速度快，适合静、动态测量；④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测；⑤价格便宜，品种多样，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量多种物理量。
传感器简答题DOC
第一章简答题第一节：机电一体化系统常用传感器知识点一：传感器的定义、组成和功能。
（第一节）1、简述传感器的定义。
2、传感器一般由哪几部分组成？试说明各部分的作用。
（1-1）3、画出传感器组成原理框图。
知识点二：传感器的分类。
（第一节及表1-1 ）4、什么是物性型传感器？什么是结构型传感器？试举例说明。
5、按传感器输出信号的性质可将传感器分为哪几类？6、能量转换型传感器和能量控制型传感器有何不同？试举例说明。
第三节：传感器与检测系统基本特性的评价指标与选用原则7、什么是传感器的特性？如何分类。
8、什么是传感器的静态特性？试举出三个表征静态特性的指标。
（200625）9、传感器检测系统主要有哪些静态评价指标？（套110422）10、什么是传感器的动态特性？举例说明表征动特性的主要性能指标？11、选用传感器的主要性能要求有哪些？12、什么是传感器的测量范围、量程及过载能力？13、什么是传感器的灵敏度？如何表示？14 什么是传感器的线性度？如何计算（200825）？15、生么是传感器的重复性？如何衡量？16、一般情况下，如何表示传感器的稳定性？（200725 ）17、选用传感器时要考虑哪些环境参数？（200525）第四节：传感器的标定与校准18、什么是传感器的标定？什么是传感器的校准？20、什么是传感器的静态标定？标定指标有哪些？21、什么是传感器的动态标定？标定指标有哪些？第五节：传感器与检测技术的发展方向22、简要说明传感器与检测技术的发展方向？(1325)23、现有数字电压表、放大器、信号发生器、功率放大器、振动台、标准传感器、被标定的传感器等。
请设计一个用比较法对被标定传感器进行动态标定的系统，并简要说明标定原理。
（200425）24、现有数字电压表（两个）、测力机、高精度稳压电源、精密电阻箱、数字电压表、应变式侧力传感器等。
请设计一个对传感器进行静态标定的系统，并简要说明标定原理。
第二章简答题1、选用位移传感器应注意哪些问题？答无论选用任何传感器，应注意的问题有其共同点。
生物传感器-讲义(学生完整版)
医用传感器应具有以下特性：
（1） （2） （3） （4） （5） （6） 足够高的灵敏度。能够检测出微弱的生物信号。 尽可能高的信噪比。以便在干扰和噪声背景中提取有用的信息。 良好的精确性。以保证检测出的信息准确、可靠。 足够快的响应速度。能够跟随生物体信息量的变化。 良好的稳定性。保持长时间检测漂移很小，输出稳定。 较好的互换性，调试、维修方便。
第三节
一、医用传感器的用途
医用传感器的用途和分类
医学领域有很多反映生命体征的量，常见的各种量如表 1-1 所示。
反映生命的信息绝大多数属于非电量， 其放大和处理是很困难的。 医用传感器是把非电量转换成电量的器件。 表 1-1 中所列的生物电本身就是电量，但在生物体内处于离子导电的状态，需要采用医用电极将离子导电转换成 导体内的电子导电，然后才能进行放大和处理，所以医用电极也可以被看做是一种特殊的医用传感器。
2
第二章 传感器的基本特性
传感器的特性主要指其转换信息的能力和性质。这种能力和性质常用传感器输人和输出的对应关系来描述。 传感器的输人量可分为静态量和动态量，静态量是指常量或变化缓慢的量，动态量是指周期变化、瞬态变化或随 机变化的量。
第一节 一、静态特性
传感器的静态特性
传感器的输入量在较长时间维持不变或发生极其缓慢的变化， 则传感器的输出量与输人量间的关系即为静态 特性。这种关系一般是由传感器的物理、化学或生物的特性来决定。 输出与输人的关系可分为线性特性和非线性特性。 通常人们都希望传感器的输出和输人之间具有确定的对应 关系，并且具有线性关系，即满足理想的输出输人关系，以便如实反映待测的信息。但实际遇到的传感器大多为 非线性特性，其静态特性可用下列多项式代数方程表示： （2-1） y=a0＋a1x＋a2 x2＋...＋anxn 式中，y 是输出信号；x 是输人信号；a0 是无输入时的输出，零位输出；a1 是传感器的线性灵敏度；a2 ,a3,...,an 是 非线性项的待定常数。 此方程又称为传感器静态特性的数学模型。若 a0 = 0，则静态特性过原点，此时静态特性由线性项和非线性 项叠加而成。一般有以下几种典型情况： （一） 、理想线性特性 当 a2=a3=...=an=0 时，输人与输出之间具有理想的线性关系，特性曲线如图 2-1 （a）所示。此时传感器的静 态特性为 （2-2） y = a1x 静态特性曲线为一条直线。具有这种特性的传感器称为线性传感器。 若 a0≠0，a1≠0， a2 =a3 =a4 =…=0，仍表示线性，只是这时的直线不通过原点，有零偏 a0； 若输人分别为 x，x＋△x，则对应于两者的输出差△y 为 （2-3） △y =a1△x 。 这时的 a1 称为传感器的灵敏度（sensitivity） （二） 、非线性项次数为偶数 当 a3 =a5 =a7 =...=0 时，特性曲线如图 2-1 （b）所示。此时传感器的静态特性为 （2-4） y=a1x+a2 x+a4 x4 +... 不具有对称性，且线性范围较窄，所以传感器设计时一般很少采用这种特性。 （三） 、非线性项次数为奇数 当 a2 =a4＝…=时，传感器的静态特性为 （2-5） y=a1x+a3 x3 + a5 x5+... 特性曲线如图 2-1 （c）所示。特性曲线关于原点对称 y（x）＝-y（-x） ，在原点有较宽的线性区，不少差动 式传感器具有这种特性。在实际应用中，差动式传感器就是将电器元件对称排列以消除电器元件的偶次分量，使 线性得到改善，同时也使灵敏度提高一倍。
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现代检测系统
传感器原理
检测技术
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1 内容选取
1.电子称的设计与制作 压力 2.物位测量仪的设计与制作 温度 传感器的 常见应用 位移 振动 速度 七 个 教 学 情 境
物位
3. 接近开关的设计与制作
4.电子温度计的设计与制作 5. 遥控开关的设计与制作 6.自行车转速表的设计与制作 7.轮式机器人循迹与避障 电路的设计制作
自 动 化 生 产 线 安 装 与 调 试
机 电 产 品 营 销 与 服 务
PLC
先修课程 本课程在专业岗位能力培养中起主要支撑作用。
后续课程
传感器的工作原理、结构、主要 参数、检测电路及其典型应用
电感传感器 电容传感器 压电传感器
应变传感器
其他传感器
光电传感器
课程主要内容
多传感器融合 检测电路
温度传感器 磁敏传感器 基础知识
物联网
网络层
实现更加广阔的互联网功能，需要传 感器网络与移动通信技术、互联网技术 相融合。
感知层
完成数据采集、通信和协同信息处理。 涉及传感器、RFID、多媒体信息采集 二维码和实时定位等技术。
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认识传感器——什么是传感器
传感器是感知层的重要组成部分，是物 联网技术应用的基础。
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等
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注意:
?
考 • 传感器的分类各有什么优 考 缺点？ 你
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4、传感器命名方式
• 传感器常常按工作原理及被测量性质两种 分类合二为一进行命名。 • 如：电感式位移传感器、光电式传感器
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5、传感器应用和发展
计算机与信 息技术
系统技术
自动控制技术
电气、电子专业
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2、传感器的概念
感受 提取 被测非电量 敏感元件
电量 传感器 电信号 输出
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
图1-1
电源
把转换元件输出的 电信号变换为便于 处理、显示、记录、 控制和传输的可用 电信号
早期的传感装置
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2、传感器的概念
1、传感器的定义 1） 传感器是一个测量器件或装置； 2）能将非电量转换成电量；（力、液体、温度„„） 3）转换后的电量与原来的非电量有一定关系或规律。
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液位自动控制
自动系统的工作:
①检测——传感器
②运算、命令——控制器 ③执行——执行器（控制阀）
汽包液位自动控制
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传感器的作用
1、传感器的作用与地位 作用：是信息采集工具，自动测控系统的 “五官”； 地位：传感器技术、通信技术、计算机技 术构成现代信息产业的三大支柱，分别是 “感官”、“神经”、“大脑”，构成一个 完整的自动测控系统。 2、传感器的应用和发展 有控制电路的地方，几乎就有传感器！
开发、海洋探索、环境保护、
资源利用、医学诊断、生物
工程、文物保护等等广泛领
域，并逐渐深入到人们的生 活中。
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1、信息社会与传感的关系
1）信息传播的载体：图片、声音、 光、气味…… 2）涉及的技术：电子学、自动控 制、计算机、通信技术
3）从烽火台到现代信息技术：
70年代——同步卫星 80年代——光钎取代电缆 20世纪——扩频通信，全方位 的移动通信
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2、传感器的组成和重要性
转换 元件
敏感 元件
图1-2 压力传感器结构简图
并不是所有的传感器必须包 括敏感元件和转换元件。 如果敏感元件直接输出的是 电量，它就同时兼为转换元件 如果转换元件能直接感受被 测量而输出与之成一定关系的 电量，它就同时兼为敏感元件。 例如压电晶体、热电偶、热敏 感电阻及光电器件等。敏感元 件与转换元件两者合二为一的 传感器是很多的。
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思考题
1、如何理解传感器？ 2、举例说明传感器在信息技术中的重要性？
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传感器的认知（二）
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一、我们周围的传感器
• 工业控制系统——饮料灌装车间
认识传感器——什么是传感器
• 小型电子秤
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认识传感器——什么是传感器
• 家庭用煤气报警器
传感器名称：发送器、传送器、变送器、检测器、探头
紧记：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，通常由敏感元件和转换元件组成。
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3、传感器的机理
五官
获取信息
检测非电量
传感器属于检测技术领域（狭义）
实质：非电量电测技术
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3、传感器的机理
1）传感器与人体机理的关系
体现针对性 和适用性
二、《传感器与检测技术》考核方式
考核 分类 考核项目 平时考核 期末考试 实验准备 分数比例 (%) 15 70 85 5 预习报告 独立完成情况、数据 正确性 书写规范、数据分析 正确 预习检查、抽查提问 考核指标 学习主动性与创造性 考核要求 课堂提问、课外答疑 笔试
职业 能力
传感器技术与应用
清远职业技术学院 主讲：罗芳
教师信息
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一、课程的简介
教师与行业 企业技术专家 调研 学生就业岗位群 确定
自动化生产线组装、检测、调试，设备维护与管理岗位
专业人才培养目标
设置 课程体系
了解生产线、家电系统的体系结构和应用特点，掌握自动 控制应用技术，能够从事自动化上产险、智能电器设备制 造、安装、调试、操作、管理、维修的生产第一线高素质 技能型人才。
如：电子计算机——人脑——电脑
传感器——人或动物的五官——电五官
2）人体五官的机理
3）生物传感器
科学的进步来源动物界的特征
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感官
神经
大脑
肢体
信息获取
信息传送
信息处理
执 行
传感器技术
通信技术
计算机技术
执行机构
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4、历史事件的促进
1、1919年的事件 2、第一次世界大战
家用电器90%用的是温度传感器、其 次是湿度传感器。
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2、传感器的组成和重要性
它是直接感受被测量，并输出与 被测量构成有确定关系、更易于 转换的某一物理量的元件。 被测非电量 电量
敏感元件
转换元件
转换电路
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
图1-1 传感器的组成
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1、家用传感器归类
电子控制的目的 舒适 方便 有关家用电器 空调、冷暖设备 洗衣机、烘干机 微波炉、电磁炉 遥控装置 防火、防灾 节能节电 石油、煤气、燃烧器具 煤气、空调、洗衣机、 电视机 传感器 湿度、温度、压力、霜 湿度、温度、压力、水 位、漂洗度 湿度、温度、重量、哼 调 光、超声 温度、流量、缺氧、煤 气 温度、流量、压力、煤 气
注意：a1决定传感器的灵敏度，相当于函数y=y=a0+a1x的 一次函数的斜率
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二、传感器系统静态特性
2、传感器的静态性能指标
（1）线性度
在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏 差（ΔYmax）与满量程输出（Y）的百分比，称为线性度（线
性度又称为“非线性误差”），其静态特性可由下列方程式
电源
把转换元件输出的 电信号变换为便于 处理、显示、记录、 控制和传输的可用 电信号
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2、传感器的组成和重要性
传感器的组成： 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的 部分。
是不是所有的传感器都包含敏感元件和转换元件呢？？
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Any
Question
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传感器的基本知识（三）
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一、知识回顾
1、什么是传感器？ 2、传感器的组成是哪些？
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二、传感器系统静态特性
当被测量不随时间变化或变化很慢时，
可以认为检测系统的输入量和输出量都和时 间无关，表示它们之间关系的是一个不含时 间变量的代数方程，在这种关系基础上，确 定的检测装置性能参数称为静态特性。
小计1
职业 素质
实验操作
实验报告
5
5 15
操作过程考核
实验报告
小计2
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该门课程的技术背景
信息技术
信息获取
（传感器技术）
信息传输
（通信技术）
信息处理
（计算机技术）
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三、蓬勃发展的传感器技术
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1、信息社会与传感的关系
传感器几乎渗透到所有的技 术领域。如工业生产、宇宙
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3、传感器的分类
一般可按传感器的输入量分，按输出量分或按原理来分。
1、按工作原理分类——便于研究设计传感器
构成原理：物性型、结构型
信号转换效应：物理型、化学型和生物型
2、按输入量分类：位移、压力、速度、温度、湿度等
3、按敏感元件和材料来分类：半导体、功能陶瓷、光钎
和高聚物类
4、按应用领域分类：医用、汽车、自动化生产线、材料
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二、传感器的定义
传感器的定义
• “能感受（或响应）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”。 • 这一定义包含了几个方面的含义： ①传感器是测量装置，能完成测量任务； ②输入量：非电量 ③输出量：电量，这种量要便于传输、转换、处理和显示 等，这就是所谓的“可用信号”的含义； ④输出与输入有一定的对应关系，这种关系要有一定的规 律。根据字义可以理解传感器为一感二传，即感受信息 并传递出去。