传感器 绪论
202006 - 第1章 绪 论【传感器技术案例教程】
1.2.3 按被测量分类
按传1感.2器.4被按测量工，作即原输理入分信类号分类，便于表示传感器功能，
也便于用户使用； 传感器分为温度、压力、流量、物位、质量、位移、速度、
加速度、角位移、转速、力、力矩、湿度、浓度等传感器；厂 家和用户习惯于这种分类方法
传感器技术案例教程
(第1章 绪 论)
1.2 传感器的分类
本课程重点讨论物理型传感器
物理型传感器
(第1章 绪 论)
传感器按照工作原理的分类
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(第1章 绪 论)
1.3 传感器技术的特点
1. 涉及多学科与技术； 2. 品种繁多； 3. 应用领域十分广泛； 4. 总体要求性能优良，环境适应性好； 5. 应用要求千差万别； 6. 在信息技术中发展缓慢，但生命力强大
传感器技术案例教程
(第1章 绪 论)
1.1 传感器的作用实例分析
实例1：电位器式真空膜盒压力传感器 (potentiometer pressure transducer)
真空膜盒压力敏感元件
电位器式真空膜盒压力传感器
压力 → 膜盒位移 → 电位器电刷（通过传动机构）→ 输出电压
传感器技术案例教程
传感器基本结构组成示意图
传感器技术案例教程
1.2 传感器的分类
1.2.1 按输出信号的类型分类 1.2.2 按传感器能量源分类 1.2.3 按被测量分类 1.2.4 按工作原理分类
(第1章 绪 论)
传感器技术案例教程
(第1章 绪 论)
1.2 传感器的分类
1.2.1 按输出信号的类型分类
分为1三.2类.2：按模拟传式感、器数能字量式源、分开类关型(二值型)； 模拟1式.2传.3感按器：被输测出量连分续类电信号； 数字1式.2传.4感按器：工输作出原数理字分信类号；
传感器与测试技术教案 第一章 绪论
第一章绪论1课程简介【引题，作为整门课程的开始，开篇引题要能抓住学生兴趣】设计1：带几个机器人去教室，演示机器人功能，以其中一个机器人（排雷机器人）为例，提问：以这个排雷机器人为例，分析一下它具体实现了哪些功能？首先，当地面有雷的时候，它能够“看”到。
然后，它能将“看”到的信息，通过它的“神经”，也就是这些数据线，传达给它的“大脑”。
它的大脑就做出反应：此处有雷。
引出：这其实也就是我们这门课程中，主要研究的问题：怎样让一个系统去感知它周围的世界，然后，把它所感知到的信息，传递给它的大脑，来完成相应的系统任务。
（接课程内容）提到武器测试技术这个名词，我们可能都不陌生，我们在很多新闻、书籍、电影乃至动画片当中，都见到过关于武器测试技术的片段（图1.1 武器测试技术应用）。
如果我们把研究的对象放宽，那测试技术可以说遍布我们身边的方方面面（图1.2 测试技术的应用）。
仔细看一看这些系统我们能够发现，它们的基本任务大体一致：将研究目标的相关信息检测出来，再传输给系统，来完成相应的系统任务。
1.1课程内容也就是说，我们这门课当中的主要内容：1、是系统感知世界的感官，也就是传感器。
2、是我们怎样利用这些感官，以及这些感官所感知到的信息（测试技术）。
3、最后，我们一起来简单的了解一下这门学科当前的应用以及未来的发展趋势。
图1.3 课程内容及学时安排我们这门课的主要内容，就一起来学习一下，作为一个电气系统，它们用什么来感知外界的信息（传感器），又如何对感知到的信息加以处理，并应用到系统中去的（测试技术），最后，我们一起来简单的了解一下这门学科当前的应用以及未来的发展趋势。
1.1.1章节内容1.1.2学时安排1.2课程特点1.2.1涉及范围广传感器部分物理电路模拟电路测试技术部分信号与系统电路模拟电路自动控制原理单片机原理1.2.2知识点零散1.2.3贴近工程应用1.3学习要求1.3.1课上：认真听讲、记好笔记1.3.2课后：按时、独立完成作业1.3.3实验：充分预习，勇于实践1.4参考书目1.4.1《传感器与检测技术》魏学业主编人民邮电出版社1.4.2《传感器与自动检测技术》张玉莲主编机械工业出版社1.4.3《现代传感器技术》徐群和主编科学出版社1.4.4《传感器与的检测技术》李增国主编北京航空航天大学出版社1.4.5《MATLAB基础与应用教程》蔡旭晖等著人民邮电出版社1.4.6《LabVIEW程序设计基础》德湘轶主编清华大学出版社2产生背景【引题】这门学科是如何产生的呢？我们已经知道，这是一门主要研究传感器原理和使用方法的学科，那么，这门学科是怎样产生的呢？2.1生物能够感知外界信息人们从很早就知道，生物，可以通过视觉、听觉、味觉等形形色色的感官感知我们周围的世界（图1-4~图1-6）。
传感器1例题+习题
20.43 20.39 20.30 20.40 20.43
20.42 20.41 20.39 20.39 20.40
试用拉依达准则判别有无坏值？
1-17假设使用传感器器对某温度进行了12次的等精度测量，获得的实验数据如下（单位为C）：
20.46 20.52 20.50 20.52 20.48 20.47
解： 根据精度定义表达式 %，并由题意已知Ａ＝0.5％，ＹＦ．Ｓ＝（1200-600）℃，得最多允许误差
△Ａ＝Ａ·ＹＦ．Ｓ＝0.5％×（1200-600）＝３℃
此温度传感器最大允许误差位３℃。检验某点的最大绝对误差为４℃，大于３℃，故此传感器不合格。
例题1-2已知电感压力传感器最小检测量为0.5mmH2O，测量范围为0～250mmH2O，输出电压为0～500mＶ，噪声系数Ｃ＝２；另一个电容压力传感器最小检测量为0.5mmH2O，测量范围为0～100mmH2O，输出电压为0～300mＶ，噪声系数Ｃ＝２。问：哪个传感器噪声电平大？大多少？
20.50 20.49 20.47 20.49 20.51 20.51
要求对该数据进行加工整理，并写出最终结果。
1-18、指出下列原因引起的误差属于哪种类型的误差？
1．米尺的刻度有误差。
2．利用螺旋测微计测量时，未做初读数校正。
3．两个实验者对同一安培计所指示的值读数不同。
4．天平测量质量时，多次测量结果略有不同。
表1.1输入值与输出值的关系
输入值
(mm)
1
5
10
15
20
25
30
输出值
（mV）
1.50
3.51
6.02
新型生物传感器的研究与应用
新型生物传感器的研究与应用第一章绪论生物传感器是一种利用生物材料特异性和灵敏性进行检测、传感和定量测量的底物，是理解生理学和生物化学过程的工具，因此在医学、环境、食品等领域得到了广泛应用。
随着生物技术、微电子技术、纳米技术等的发展，新型生物传感器逐渐走进人们的视野，该文将深入探讨新型生物传感器的研究和应用。
第二章离子通道生物传感器离子通道生物传感器是一种高灵敏、快速响应的光学或电化学生物传感器，它是以离子通道蛋白为生物识别元素的传感器。
离子通道生物传感器广泛应用于判断环境污染、肿瘤标志物的检测以及疾病的诊断等。
第三章基于生物芯片的传感器生物芯片是一种应用于系统生物学、药物筛选等领域的重要工具，它将生物分析技术、微电子技术和高通量片上合成技术有机融合在了一起。
基于生物芯片的传感器利用上述技术，可以高速、高效、高通量地进行生物分析和检测，被广泛应用于药物筛选、细胞检测、分子诊断等领域。
第四章纳米生物传感器纳米生物传感器是近年来快速发展的一类传感器，它是将纳米材料与生物分子相结合形成的一种高灵敏、高选择性和高特异性的传感器。
纳米生物传感器广泛应用于物质检测、医学诊断、环境监测等领域。
第五章生物燃料电池型传感器生物燃料电池型传感器是利用微生物代谢进行电荷传递的一种传感器，其工作原理在于将微生物附着在电极表面，通过代谢产生的电子质子传递至电极表面，从而实现生物分子的检测。
生物燃料电池型传感器被广泛应用于环境污染检测和危险物质监测等领域。
第六章结论本文重点介绍了离子通道生物传感器、基于生物芯片的传感器、纳米生物传感器、生物燃料电池型传感器等领域的研究与应用。
这些新型生物传感器不仅具有高度的灵敏性、快速响应，而且能够实现快速、准确、可靠的检测和分析。
因此，研究和开发新型生物传感器，对于促进生物医学、环境监测、食品安全等领域的发展，具有重要的意义。
光学传感器的制备及其测量技术研究
光学传感器的制备及其测量技术研究第一章：绪论光学传感器是一种利用光学原理设计制造的传感器，具有高灵敏度、高精度、快速响应等特点，广泛应用于制造业、生命科学、环境监测等领域。
本文将围绕光学传感器的制备及其测量技术展开讨论，为读者提供相关的知识和实践经验。
第二章：光学传感器的制备2.1 光学传感器的基本结构光学传感器的基本结构由光源、传感单元、接收器等组成。
其中传感单元是光学传感器的核心部件，主要用于感知外部环境的变化并将变化转换为光信号输出。
2.2 光学传感器的制备材料目前常用的光学传感器材料主要包括光纤、光波导等。
其中光纤具有成本低、维护方便、稳定性好等特点，广泛应用于生物传感器、环境传感器等领域。
2.3 光学传感器的制备工艺制备光学传感器的工艺包括光学传感器芯片加工、光学元件制备、封装等。
在制备过程中，需要考虑材料的选取、工艺的优化以及制备过程中的精密控制等因素。
第三章：光学传感器的测量技术3.1 光学传感器测量原理光学传感器测量原理基于光的传播特性和介质的光学参数变化关系，通过光电转换技术将光信号转换为电信号输出。
常用的光学测量技术包括反射法、透射法、散射法等。
3.2 光学传感器的测量方法随着光学传感器的发展，出现了很多多种测量方法。
比如：FBG传感器、拉曼光谱传感器等等。
3.3 光学传感器的测量精度光学传感器测量精度是评价传感器性能的重要指标之一，影响因素包括光源、光路设计、接收机灵敏度等。
为提高测量精度，需要对这些因素进行优化和控制。
第四章：光学传感器的应用4.1 制造业应用光学传感器在制造业中被广泛应用，主要用于测量零件的尺寸、位置等参数，控制生产过程的精度和质量。
4.2 生命科学应用光学传感器在生命科学中应用广泛，如荧光分析、蛋白质检测等领域。
应用光学传感器技术可以获得更高的测量精度和分析能力。
4.3 环境监测应用光学传感器可以用于环境监测，如检测水质、空气质量等。
由于光学传感器具有快速响应、高精度等优点，可以提高监测效率和数据的准确性。
毕业论文《光电传感器技术的新发展及应用》
摘要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。
它可用于检测直接引起光量变化的非电量,如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等;也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量,如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度,以及物体的形状、工作状态的识别等。
光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点,因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。
关键字:光电元件传感器分类传感器应用摘要ABSTRACTThe photoelectric transducer adopts the photoelectric component as the transducer measuring the component. It changes the change measured into a change of the optical signal at first, then further change the optical signal into an electric signal through the photoelectric component. The photoelectric transducer is generally made up of light source, optical thorough fare and photoelectric component three parts. The photoelectric detection method has precision high, reacts fast, advantage of exposed to ing etc.s, and can examine the parameter more,the transducer is of simple structure, the form is flexible, so, it is very extensive that the photoelectricity type transducer is employed in measuring and controlling. The photoelectric transducer realizes the key component that the photoelectricity changes in various photoelectric detection systems, it change into electric device of signal optical signal (infrared can seeing and purple other ray radiation). The photoelectricity type transducer is regarded photoelectric device as and changed the transducer of the component. It was not electric consumption that it caused the light quantity to change directly that it can be used for measuring, only strong, illuminance, radiation examine warmly, the gas composition is analyzed etc.; Other ones that can also be used and measured and can change into a light quantity and change are not the electric consumption such as part diameter, surface roughness, meets an emergency, the displacement, vibration, pace, acceleration, and the form of object, discernment of working state,etc.. The photoelectricity type transducer is not exposed to, respond the fast, reliable characteristic of performance, so won extensive application in the industrial automation device and machine philtrum. In recent years, new Devices photoelectric constantly emerge, especially CCD picture the births of transducer, transducers photoelectric the further to last chapter innovated to turn on.Keywords:Photoelectric component Transducer classification Application of transducer目录第一章绪论 (1)1.1 传感器发展史 (1)1.2光电传感概述 (2)第二章光电传感器基本原理 (3)2.1 光电效应 (3)2.2 光电元件及特性 (3)2.3 光电传感器 (6)第三章 CCD传感器 (11)3.1 光固态图象传感器 (11)3.1.1 CCD的结构和基本原理 (11)3.1.2 线型CCD图像传感器 (12)3.1.3 面型CCD图像传感器 (13)3.2 C CD图像传感器应用 (15)3.2.1 工件尺寸检测 (15)3.2.2 CCD传感器在公共交通上的应用 (16) 第四章光纤传感器 (17)4.1 光纤传感器的原理和组成 (17)4.2 光纤传感器的类型及特点 (17)4.3 光纤传感器的应用领域 (18)4.4 光纤传感器(FOS)应用原理 (20) 4.5 光纤传感器的实际应用 (21) 4.5.1 光纤液位传感器 (22)4.5.2 电力工业中的应用 (22)第五章其它光电传感器 (25)5.1 高速光电二极管 (25)5.1.1 PIN结光电二极管 (25)5.1.2 雪崩光电二极管(APD) (26) 5.2 色敏光电传感器 (26)5.3 光位置传感器 (27)第六章总结与展望 (29)6.1 总结 (29)6.2 展望 (30)致谢 (31)参考文献 (33)第一章绪论 1第一章绪论1.1 传感器发展史传感技术的发展经历了三个阶段,即结构型传感器、物性型传感器和智能型传感器,其测量技术、方法和特点的发展历程见表1。
现代传感技术与系统课后题及答案
特点：
(1)采用两个（或两个以上）性能完全相同的敏感元件。其中一个感受被测量和环境量，另一个只感受环境量作补偿用。
(2)两个敏感元件同时接到电桥的相邻两臂或反串。
(3)能消除环境和条件变化干扰的影响（如温度变化、电源电压波动）。
3.差动结构型
特点：
(1)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。
1.传感器的基本概念是什么？一般情况下由哪几部分组成？
国家标准（GB7665-87）传感器的定义：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，通常由敏感元件和转换元件组成。
2.传感器有几种分类形式，各种分类之间有什么不同？
共有10种分类形式。根据传感器的工作机理：基于物理效应、基于化学效应、基于生物效应；传感器的构成原理：结构型与物性型；能量转换情况：能量转换型和能量控制型；根据传感器的工作原理分类：可分为电容式、电感式、电磁式、压电式、热电式、气电式、应变式等；根据传感器使用的敏感材料分类：可分为半导体传感器、光纤传感器、陶瓷传感器、高分子材料传感器、复合材料传感器等；根据传感器输出信号为模拟信号或数字信号：可分为模拟量传感器和数字量（开关量）传感器；根据传感器使用电源与否：可分为有源传感器和无源传感器；根据传感器与被测对象的空间关系：可分为接触式传感器和非接触式传感器；根据与某种高新技术结合而得名的传感器：如集成传感器、智能传感器、机器人传感器、仿生传感器等；根据输入信息分类：可分为位移、速度、加速度、流速、力、压力、振动、温度、湿度、粘度、浓度等。
传感器通常由敏感元件和转换元件、转换电路组成。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：将电路参数量（如电阻、电容、电感）转换成便于测量的电学量（如电压、电流、频率等）。
徐科军主编传感器及检测技术第一章绪论
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43
第三节测量误差与数据处理 4、随机误差
（1）正态分布 （2）随机误差的评价指标 （3）测量的极限误差
44
第三节测量误差与数据处理
4、随机误差
（1）正态分布
随机误差是以不可预定的方式变化着的误差，但在一定条件下服从统计规律
y f
1
e
2 2 2
2
F 1
能量转换
能量控制型 能量转换型
物理原理： 电参量式传感器、磁电传感器、压电式传感器等
用 途： 位移、压力、振动、温度
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第三节测量误差与数据处理
1、测量误差的概念和分类
有关测量技术中的部分名词 （1）等精度测量 （2）非等精度测量 （3）真值 （4）实际值
（5）标称值 （6）示值 （7）测量误差
误差的分类 （1）系统误差
28
第一节自动检测技术概述
1、自动检测技术的重要性
军事战斗力
“阿波罗10”： 火箭部分---2077个传感器 飞船部分---1218个传感器
神州飞船： 185台（套）仪器装置
检测参数---加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、 声学等
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第一节自动检测技术概述 1、自动检测技术的重要性 综上所述，自动检测技术与我们的生产、生活密切相关。它是自动化领域的重要组成部分， 尤其在自动控制中，如果对控制参数不能有效准确的检测，控制就成为无源之水，无本之木。
可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步等方面起着重要作用。
7
第一节自动检测技术概述 1、自动检测技术的重要性
电动助力转向系统
电动转向助力系统的部件有方向盘、 转向柱、方向盘转角传感器、转向力 矩传感器、转向齿轮、转向助力电动 机及转向助力控制单元组成
传感器与检测技术绪论
0.2 现代检测系统的构成
3）数据采集系统
数据采集系统在检测系统中的主要作用是对信 号调理后的连续模拟信号进行离散化，并转换成与 模拟信号电压幅度相对应的一系列数值信息，同时 以一定的方式把这些转换数据及时传递给微处理器 或依次自动存储。数据采集系统通常以各类模/数 （A/D）转换器为核心，辅以模拟多路开关、采样/ 保持器、输入缓冲器和输出锁存器等。
0.1 传感器与检测技术的地位和作用
（1）测量与数据采集
（4）环境保护和资源探测
（2）检测和控制作用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
传感器的作 用和功能
（5）诊断与监控作用
（3）人体状态检测
（6）辅助性的观测器
0.1 传感器与检测技术的地位和作用
传感器的应用非常广泛，其重要性也非常突出。在 “神舟”飞船上，装备着许许多多的检测与控制系统，传 感器测出飞船的飞行参数及发动机的工作状态等物理量， 传送给自动控制系统，并进行调节，使飞船按人们预设的 轨道运行。在机器制造业中，对于机床，以前往往只是对 一些静态参数进行测量，但现在还要对一些动态性能进行 测量，如切割状态下的动态稳定性和精度等，因此要利用 有关传感器测量刀架、机床等有关部位的振动、机械阻抗 等参数，检验其动态特性。
0.1 传感器与检测技术的地位和作用
在人类的各项生产活动和科学实验中有各种各 样的研究对象，若要从数量方面对它们进行研究和评 估，则要通过对代表其特性的物理量的检测来实现。 而检测就是利用各种物理效应，选择恰当的方法和装 置，将其中的有关特征信息通过各种测量方法赋予定 性与定量的过程。能够自动地完成整个检测过程的技 术称为自动检测技术。自动检测技术以信息的获取、 转换、显示和处理为主要研究内容，现已成为一门完 整的技术性学科。
无线传感器的论文
无线传感器网络作为一项新兴的信息采集技术正日趋成熟，随着硬件成本的进一步降低，其巨大的应用前景正逐渐体现。
介绍了现场总线湿度测量系统、数字式湿度测量系统和短距离无线多点湿度测量系统三种系统，并对比系统之间的优缺点。
本文采用低电压、低功耗的湿度传感器设计一种湿度信息采集的无线传感器网络节点。
将湿度传感模块和数据发送模块都放在一个单片机上，这样可以节省系统开发维护成本。
设计节点和组网的时候，节点只负责短距离传输数据，通过多跳的方式，将数据发送到基站上。
这样设计可以节省节点能源消耗，增加大规模数据传输距离，提升系统的应用范围。
基于WSN湿度采集节点，采集完数据后，传输到基站上，保证数据的可靠性和实时性。
再由节点以多跳的方式把数据传输到基站上，由基站统一传送，大大提高了数据的传输距离。
其可支持节点数，大大超越了现有系统所支持的节点数，支持节点的增加和删除，并且自动形成网络拓扑结构，不需要人为的干预。
虽然或多或少的会受环境所影响，但是通过实时监控节点状态和WSN所特有的可扩展性，可以第一时间检测出无效节点，可以减少损失。
对远程数据采集和传感器网络组网方案进行了研究和选择，并根据系统应用的要求，提出了层次型的体系结构，无线湿度测量系统的三种层次结构为PC机及监控软件构成的监控中心；由中心控制节点构成的传感器主网和由传感器节点、中继节点、路由节点构成的传感器子网。
关键词：无线传感器网络湿度采集路由协议监控系统A STUDY AND DESIGN OF HUMIDITY MEASURINGSYSTEM BASED ON WSNABSTRACTWireless sensor networks as a new information collection technology is becoming more mature, with a further reduction of hardware cost, and its greatprospect is gradually reflected. Describes the field bus and humidity measurementsystem, digital humidity measurement system and the short-range wireless multi-pointhumidity measurement system of three systems, and compare the advantages anddisadvantages between the systems. This low-voltage, low power humidity sensor andhumidity information to design a wireless sensor network node collection. Thehumidity sensor module and data transmission modules are on a single chip, so thatsaves system development and maintenance costs. When the nodes and networkdesign, node is only responsible for short-distance transmission of data, throughmulti-hop manner, to send data to the base station. This design can save node energyconsumption, increased large-scale data transmission distance and enhance systemapplications.Moisture collecting on WSN nodes, collecting complete data, transmitted to the base station to ensure data reliability and real-time. Then the node multi-hop way tothe data to the base station by base station to send a unified, greatly improving thedata transmission distance. The number of nodes can support, well beyond theexisting number of nodes supported by the system to support add ing and remov ingnodes, and automatically form a network topology, without human intervention.Although more or less be influenced by the environment, but through real-timemonitoring WSN node status and unique scalability, can be the first time to detectinvalid nodes, can reduce the losses.Remote data acquisition and sensor network research and networking program choices and requirements of the application of the system proposed hierarchicalarchitecture, wireless humidity measurement system, the hierarchy of the threemonitoring software for the PC, and composition of the monitoring center, by thecentral control node and the main network of sensors constituted by the sensor nodes,relay nodes, the routing nodes of the sensor subnets.KEY WORDS:WSN; humidity acquisition;route protocol; monitoring system无线传感器网络技术的迅速发展引起了全世界范围的广泛关注。
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。
新型生物传感器技术研究及实现方案
新型生物传感器技术研究及实现方案第一章：绪论生物传感器技术是一种在生物体表面或者内部进行生物信息监测的技术。
新型生物传感器技术的出现，使得生物监测具有更高的灵敏度、准确度和速度，并且能够在更广泛的应用领域中发挥作用，例如医药、环保和食品安全等领域。
本文将就新型生物传感器技术进行探讨，并提出相应的实现方案。
第二章：新型生物传感器技术目前，新型生物传感器技术主要包括光电子生物传感器、纳米生物传感器、基于生物分子相互作用的生物传感器和微型生物传感器等。
（一）光电子生物传感器光电子生物传感器属于基于光电子学和生物学的交叉学科，通过将生物材料或标记物体系与光电子学器件进行结合，实现对目标物质的灵敏检测。
光电子生物传感器可以检测和分析生物样本中的生物分子，例如蛋白质和核酸等，并能够在生命科学、临床分析等领域发挥作用。
（二）纳米生物传感器纳米生物传感器是在纳米技术的基础上结合生物材料或标记物体系的一种新型生物传感器技术。
它利用纳米材料的特殊性质（例如表面增强拉曼散射、量子点荧光和磁性等）对目标物质进行检测和分析。
纳米生物传感器具有灵敏度高、响应速度快、分析精度高等优点，并且可以用于生物标记、细胞诊断等领域。
（三）基于生物分子相互作用的生物传感器基于生物分子相互作用的生物传感器主要利用生物分子之间的互相识别和相互作用实现对目标物质的检测。
它可以用于蛋白质相互作用的研究、药物筛选、感染性疾病的诊断等方面。
（四）微型生物传感器微型生物传感器是以微米尺度的生物体为基础的生物传感器。
它可以实现对生物体内部的变化进行监测，例如对代谢物的检测、对生长状态的监测等。
微型生物传感器具有尺寸小、灵敏度高、响应速度快等优点，并且可以用于医学诊断、生理监测等方面。
第三章：新型生物传感器技术实现方案（一）生物传感器元件设计生物传感器的元件设计是实现传感器检测的基础，因此需要进行精心的设计。
1. 在光电子生物传感器中，需要选择适当的光电子器件和生物材料，将其进行双层互补结合。
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四、传感器的分类 按输入量分类 按测量原理分类 此外， 此外，传感器通常也按结构型和物性型 分类
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五、传感器的发展动向
开展基础研究，发现新现象， 开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新 材料和新工艺； 材料和新工艺；实现传感器的集成化与智能化 开发新型传感器 开发新材料 新工艺的采用 集成化、 集成化、多功能化 智能化
南京工业大学自动化与电气工程学院仪器科学系
传感器应用技术
主讲教师：权义萍
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课程主要内容
数字式传感器 压电式传感器
传感器的工作原理、结构、 传感器的工作原理、结构、主要 参数、 参数、检测电路及其典型应用
热电式传感器 固态传感器
电感式传感器 光纤传感器 基础知识
定义、分类 发展趋势 选用原则 一般特性
电容式传感器 电阻式传感器
传感器原理
检测技术
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课程特点： 课程特点：
实践性强
教学方法： 教学方法：
理论教学 案例教学 实践教学 三者结合
期望逐步解决侧重课本教学中存在的一些问题： 期望逐步解决侧重课本教学中存在的一些问题： 1.检测技术应用、发展部分空洞； 检测技术应用、发展部分空洞； 2.传感器部分没有实物对象、枯燥无味； 传感器部分没有实物对象、枯燥无味； 3.信号分析理论部分深奥、难懂。 信号分析理论部分深奥、难懂。
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4．集成化、多功能化 集成化、
为同时测量几种不同被测参数， 为同时测量几种不同被测参数，可将几种不同的传感器元件复 合在一起，作成集成块。例如一种温、 合在一起，作成集成块。例如一种温、气、湿三功能陶瓷传感 器已经研制成功。 器已经研制成功。 把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多种参 把多个功能不同的传感元件集成在一起， 数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和评价， 数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和评价， 可反映出被测系统的整体状态。 可反映出被测系统的整体状态。 同一功能的多元件并列化， 同一功能的多元件并列化，即将同一类型的单个传感元件用集 成工艺在同一平面上排列起来， 图像传感器。 成工艺在同一平面上排列起来，如CCD图像传感器。 图像传感器 多功能一体化，即将传感器与放大、 多功能一体化，即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环 节一体化，组装成一个器件。 节一体化，组装成一个器件。
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二、传感器及传感技术
国家标准（ 国家标准（GB7665-87）中传感器（Transducer/Sensor）的定义： ）中传感器（ ）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。 的器件或装置。
是将各种非电量按一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定规律转换成便于处理和 传输的另一种物理量的装置
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一、传感器的作用
传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 传感器是获取信息的主要途径与手段。 传感器是获取信息的主要途径与手段。 没有传感器，现代化生产就失去了基础。 没有传感器，现代化生产就失去了基础。 传感器是边缘学科开发的先驱。 传感器是边缘学科开发的先驱。 传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、 传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保 资源调查、医学诊断、生物工程、 护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其 广泛的领域。从茫茫的太空到浩瀚的海洋， 广泛的领域。从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工 程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。 程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
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3．新工艺的采用
在发展新型传感器中，离不开新工艺的采用。 在发展新型传感器中，离不开新工艺的采用。新工艺的含义 范围很广， 范围很广，这里主要指与发展新型传感器联系特别密切的微 细加工技术。该技术又称微机械加工技术， 细加工技术。该技术又称微机械加工技术，是近年来随着集 成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、分子束、 成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、分子束、 激 光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术， 光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术，目前已越来越多 地用于传感器领域。 地用于传感器领域。 例如利用半导体技术制造出压阻式传感器， 例如利用半导体技术制造出压阻式传感器，利用薄膜工艺制 造出快速响应的气敏、湿敏传感器， 造出快速响应的气敏、湿敏传感器，日本横河公司利用各向 异性腐蚀技术进行高精度三维加工，在硅片上构成孔、 异性腐蚀技术进行高精度三维加工，在硅片上构成孔、沟棱 半球等各种开头，制作出全硅谐振式压力传感器。 锥、半球等各种开头，制作出全硅谐振式压力传感器。
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绪
论
科学仅仅是在人们懂得了测量才开始的 －门捷列夫
[Mendelyeev,Dmitry Ivanovich]
“没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世界 没有传感器就没有现代科学技术” 没有传感器就没有现代科学技术 所公认。 所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官 一样， 一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种 信息，成为人们认识自然、改造自然的有利工具。 信息，成为人们认识自然、改造自然的有利工具。
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1．开发新型传感器
新型传感器包括： 采用新原理； 填补传感器空白； 新型传感器包括：①采用新原理；②填补传感器空白； 仿生传感器等方面。它们之间是互相联系的。 ③仿生传感器等方面。它们之间是互相联系的。
传感器的工作机理是基于各种效应和定律， 传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进 一步探索具有新效应的敏感功能材料， 一步探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有新原 理的新型物性型传感器件 这是发展高性能 多功能、 物性型传感器件， 高性能、 理的新型物性型传感器件，这是发展高性能、多功能、低成本 和小型化传感器的重要途径 结构型传感器发展得较早， 传感器的重要途径。 和小型化传感器的重要途径。结构型传感器发展得较早，目前 日趋成熟。结构型传感器，一般说它的结构复杂 体积偏大， 结构复杂， 日趋成熟。结构型传感器，一般说它的结构复杂，体积偏大， 价格偏高。物性型传感器大致与之相反，具有不少诱人的优点， 价格偏高。物性型传感器大致与之相反，具有不少诱人的优点， 加之过去发展也不够。 加之过去发展也不够。世界各国都在物性型传感器方面投入大 量人力、物力加强研究， 量人力、物力加强研究，从而使它成为一个值得注意的发展动 向。
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传感器的应用
传感器的应用领域涉及机械制造、工业过程控制、 传感器的应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车 电子产品、通信电子产品、消费电子产品和专用设备等。就 电子产品、通信电子产品、消费电子产品和专用设备等。 世界范围而言，传感器市场上增长最快的是汽车市场的需求， 世界范围而言，传感器市场上增长最快的是汽车市场的需求， 占第二位的是过程控制市场，前景看好是通讯市场。 占第二位的是过程控制市场，前景看好是通讯市场。
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传感器技术 传感器技术是利用各种功能材料实现信 息检测的一门应用技术。 息检测的一门应用技术。 检测原理+材料科学 工艺加工 检测原理 材料科学+工艺加工 材料科学 检测（传感） 检测（传感）原理
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三、传感器的组成
非电量
敏感元件
转换元件 辅助电源
基本转换电路
电量
敏感元件是直接感受被测量， 敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某 是直接感受被测量 一物理量的元件。 一物理量的元件。 转换元件：敏感元件的输出就是它的输入， 转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电 路参量。 路参量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（ 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电 ），便可转换成电量输出 便可转换成电量输出。 路），便可转换成电量输出。
可见，传感器技术在发展经济、 可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步等方面 起着重要作用。 起着重要作用。
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实例：电动助力转向系统
电动转向助力系统的 部件有方向盘、转向柱、 方向盘转角传感器、转 向力矩传感器、转向齿 轮、转向助力电动机及 转向助力控制单元组成
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自动化与电气工程学院仪器科学系 方向盘转角传感器为光 电式传感器，安装于转向柱 上。当驾驶员转动方向盘时， 转向柱带动方向盘转角传感 器的转子随方向盘一起转动， 光源就会通过转子缝隙照在 传感器的感光元件上产生信 号电压。由于转子缝隙间隔 大小不同，故产生的信号电 压变化也不同 转向力矩传感器为磁 阻式传感器，其磁性转子和 转向柱连接块为一体，磁阻 传感元件和转向小齿轮连接 块为一体，当转动方向盘时， 转向柱连接块和转向小齿轮 连接块反向运动，即磁性转 子和磁阻传感元件反向运动， 因此转向力矩的大小可以被 测量出来并传递给控制单元
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①传感器是测量装置，能完成检测任务； 传感器是测量装置，能完成检测任务； 输入量是某一被测量，可能是物理量， ②输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化 学量、生物量等； 学量、生物量等； 输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、 ③输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显 示等，可以是气、 电物理量，主要是电物理量； 示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量； 输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。 ④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。 传感器功用：一感二传 即感受被测信息 并传送出去。 即感受被测信息,并传送出去 传感器功用：一感二传,即感受被测信息 并传送出去。