第一章-传感器的技术基础
传感器与检测技术1
第1章 传感器与检测技术基础检测技术是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要技术手段。
而传感器是科学实验和工业生产等活动中对信息资源的开发获取、传输与处理的一种重要手段。
我们已经知道，对于电量参数的测量具有测量精度高、反应速度快、能自动连续地进行测量、可以进行遥测、便于自动记录、可以与计算机方便地连接进行数据处理、也可采用微处理器做成智能仪表、能实现自动检测与转换等一系列优点。
但是在工程上和实际的测量中，所需要测量的参数往往有相当大的部分为非电量，例如温度、位移、压力、流量等，所以通常就把将这些非电量转换为电信号输出的装置或设备称为传感器。
传感器与检测技术是一门随着现代科学技术发展而迅猛发展的综合性技术学科，广泛应用于人类的社会生产和科学研究中，起着越来越重要的作用，成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的重要技术。
检测的基本任务就是获取有用的信息，通过借助专门的仪器、设备，设计合理的实验方法以及进行必要的信号分析与数据处理，从而获得与被测对象有关的信息，最后将结果提供显示或输入其他信息处理装置、控制系统。
因此，传感器与检测技术属于信息科学范畴，它与通信技术、计算机技术一起分别构成信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”，是信息技术的三大支柱(传感技术、通信技术和计算机技术)之一。
检测技术的发展与生产和科学技术的发展是紧密相关的，它们互相依赖、相互促进。
现代科技的发展不断地向检测技术提出新的要求，推动了检测技术的发展。
与此同时，检测技术迅速吸取各个科技领域(如材料科学、微电子学、计算机科学等)的新成果，开发出新的检测方法和先进的检测仪器，同时又给科学研究提供了有力的工具和先进的手段，从而促进了科学技术的发展。
在各种现代机械设备的设计和制造中，检测技术的成本已达到设备系统总成本的50%～70%。
据资料统计：一辆汽车需要30～100余种传感器及配套检测仪表用以检测车速、方位、转矩、振动、油压、油量、温度等；而一架飞机需要3600余种传感器及配套检测仪表用来监测飞机各部位的参数(压力、应力、温度等)和发动机的参数(转速、振动等)等。
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。
第一章 传感器与检测技术基础思考题答案
第1章传感器与检测技术基础思考题答案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。
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。
测量原理如下图所示：图中使用了高灵敏度电压表——毫伏表和电位差计，R r和E分别表示稳压电源的内阻和电动势，凡表示稳压电源的负载，E1、R1和R w表示电位差计的参数。
在测量前调整R1使电位差计工作电流I1为标准值。
然后，使稳压电源负载电阻R1为额定值。
调整RP的活动触点，使毫伏表指示为零，这相当于事先用零位式测量出额定输出电压U。
正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻R L的值，负载变动所引起的稳压电源输出电压U0的微小波动值ΔU，即可由毫伏表指示出来。
传感器技术课件ch011技术基础
（1）电容式传感器——结构型传感器
C 0 0rl b
d
固定极板 b
C C0 C 0r（l l） b d
L
△L
d
化简得： C 1 l l l 活动极板
C0
l
l
输出灵敏度 S C C 0 0rb
l l
d
结构型传感器的特性主要由其结构参数决定，
与构成传感器的物质的性质无关。
5
电源
L 线圈
永久磁铁
动铁芯（衔铁）
特点：通过带外电源的 变换电路，才能获得有 用的电量输出 能量控制型
11
四、传感器的分类
按输入物理量：位移、速度、温度传感器
按工作原理：电容式、电感式、热电式传感器
分类方法
按能量关系： 能量转换型（有源传感器） 能量控制型（无源传感器）
按输出信号性质：模拟式、数字式传感器
传感
有用 电量
信号调节
电量
元件
元件
转换电路
辅助电路
物性型 传感器
被测非电量 传感元件 有用电量
结构型 传感器
被测非电量 敏感 有用非电量 传感 有用电量
元件
元件
7
例1-2 大吨位电容式称重传感器
C 0 A 0 r
d
C A 0 r
d
弹性体
极板 支架
被测非电量： 外界压力
敏感元件： 弹性体
（2）压敏传感器——物性型传感器
压阻效应
压力 P
压力大小 电阻率的变化来自材料性质半导体材料物性型传感器主要由构成传感器的物质的性质决定。
特性 性能 成本 应用
结构型传感器
结构参数决定 稳定 较高 广泛
物性型传感器
传感器与检测技术1-传感器与检测技术的基础知识
y a0 a1x a2 x2 a3x3 an xn
1.3 传感器的基本特性
1.3.1 传感器的静态特性
2.静态特性的校准(标定)条件—静态标准条件
检测系统(传感器)的静态特性是在静态标准条件下进行校准 (标定)的。
检测技术研究的主要内容包括测量原理、测量方法、测量 系统和数据处理四个方面。
检测是利用各种物理、化学及生物效应，选择合适的方法 与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与 测量的方法赋予定性或定量结果的过程。
1.1 检测技术概述
1.1.2 检测方法
1.直接测量、间接测量和联立测量 (1)直接测量 (2)间接测量 (3)联立测量 2.偏差式测量、零位式测量和微差式测量 (1)偏差式测量 (2)零位式测量 (3)微差式测量
测量范围是指检测系统所能测量到的最小被测输入量(下限)
至最大被测输入量(上限)之间的范围，即( xmin , xmax )。
②量程 量程是指检测系统测量上限和测量下限的代数差，即
L xmax xmin
1.3 传感器的基本特性
1.3.1 传感器的静态特性
3.传感器的静态性能指标
(2)灵敏度
灵敏度是指检测系统(传感器)在静态测量时，输出量的增量
15.1数字式检测仪表的设计
1.1.3 检测系统的组成
1.2 传感器基础知识
1.2.1 传感器的定义及组成
传感器的国家标准定义为能感受(或响应)规定的被测量，并按 照一定规律将其转换成可用信号输出的器件或装置。这里的可用 信号是指便于处理、传输的信号，目前电信号是最易于处理和传 输的。
传感器的通常定义为“能把外界非电信息转换成电信号输出 的器件或装置”或“能把非电量转换成电量的器件或装置”。
第1章_传感器技术基础
第1章 传感器技术基础
频率响应函数
对于稳定系统 ，令s=j，得
H (j) Y (j) X (j)
bm j m an j n
bm1 j m1 b1 j b0 an1 j n1 a1 j a0
(2.19
H(j) 系统的频率响应函数，简称频率响应或频率特性。
第1章 传感器技术基础
传感器的动态模型： 传递函数
研究一个传感器系统，只要给系统一个激励x(t)，并通过 实验求得系统的输出y(t)，则由H(s)=L[y(t)]/L[x(t)]即可确定 系统的特性。
本章主要分析传感器对正弦输入的响应（频率响应）和 阶跃输入的响应（阶跃响应）特性及性能指标。
第1章 传感器技术基础
第一节 传感器的一般数学模型
第1章 传感器技术基础
第一节 传感器的一般数学模型
（2）传感器的动态模型：
▪ 微分方程
▪ 传递函数
第1章 传感器技术基础
第二节 传感器的特性与指标
一、传感器的静态特性
研究传感器的频域特性时主要用幅频特性。
第1章 传感器技术基础
二、传感器的动态特性
➢ 对数幅频特性
▪ 将各种频率不同而幅值相等的正弦信号输入传感器， 其它输出正弦信号的幅值、相位与输入信号频率之间 的关系
第1章 传感器技术基础
传感器的种类和形式很多，但它们一般可以简化为零阶 环节（比例环节）、一阶或二阶系统。
第1章 传感器技术基础
2)二阶传感器的单位阶跃响应
二阶传感器的传递函数:
H(s)
s2
n2 2n s
s
,s传感器输出的拉氏变换为 1
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。
传感器技术及传感器信号处理
传感器技术及其信号处理方法第一章传感器概述1.1 传感器技术基础传感器(sensor)是一种把物理量转换成电信号的器件。
可以说，传感器代表了物理世界与电气设备（如计算机）世界接口的一部分。
这种接口的另一部分由把电信号转换成物理量的执行器（actuator)表示。
为什么我们这么关心这个接口？近年来，电子行业拥有了巨大的信息处理能力。
其中最明显的例子是个人计算机。
此外，价格低廉的微处理器的使用对汽车、微波炉、玩具等嵌入式计算产品的设计产生了重大影响。
最近几年，使用微处理器进行功能控制的产品越来越多。
在汽车行业，为满足污染限制要求必须利用微处理器的这种信息处理能力。
而在其他行业，这种能力又带来了降低产品成本、提高产品性能的优势。
所有这些微处理器都需要输人电压以接收指令和数据、因此，随着廉价微处理器的出现，传感器在各种产品中的应用也越来越多。
此外，由于传感器输出的是电信号，因而传感器也就能够按电子没备的描述方式来插述。
同电子产品数据手册一样，很多传感器数据手册也都遵照某种格式撰写。
然而，目前存在很多种格式，而且传感器规格说明的国际标准还没有制订，这样，传感器系统设计师就会遇到对同一传感器性能参数存在不同的解释，这常常令人混淆。
这种混淆并非由于这些术语的含义无法理解，而是在于传感器界不同的人群习惯于使用不同的术语，认识到这一点至关重要。
1.1.1 传感器数据手册为了解决上述术语使用的差异向题，有必要首先命绍数据手册的功用，数据手册主要是一份营销文件，用来突出某一传感器的优点，強调其潜在的应用，但是有可能忽视该传感器的不足。
很多情况下，传感器是设计用来满足特定用户的特定性能要求的，而数锯手册就集中了该用户最感兴趣的性能参数。
这种情况下，传感器制造商和客户就有可能越来越习惯于使用某种约定的传感器性能参数定义，而这种定义却未必通用，这样，这种传感器未来的新用户必须认清这种情形以便恰当地理解这些参数。
人们常常遇到不同的定义。
传感器与检测技术基础知识
X Ax A0
测量值：由测量器具读数装置 所指示出来的被测量的数值。
【例1】
约定真值：被测 量用基准器测量
出来的值。 （真值的替身）
某采购员分别在A 、B 、C 三家商店购买 100kg牛肉干、10kg牛肉干、1kg牛肉干，发现均 缺少约0.5kg，但该采购员对C家卖牛肉干的商店
意见最大，是何原因？
（2）相对误差 —— 反映测量值的精度
①实际相对误差
A
X A0
100%
②示值相对误差
x
X Ax
100%
③满度相对误差
m
X Am
100%
仪器 满度值
当ΔX取为ΔXm时，最大满度相对误差就被用来 确定仪表的精度等级S：—— 反映仪表综合误差的 大小
S X m 100 Am
或
S X m 100 Amax Amin
1.传感器的静态特性 —— 被测量的值处于稳定
（1）线性度
状态时的输出-输入关系。
指传感器的输出与输入之间数量关系的线性 程度。
传感器的输出与输入关系：
y a0 a1x1 a2x2 anxn
如果传感器非线性的方次不高，输入量变化 范围较小，则可用一条直线（切线或割线）近似 地代表实际曲线的一段，使传感器的输出-输入特 性线性化，所采用的直线称为拟合直线。
（仪表下限刻 度值不为零时）
S X m 100 Am
若已知仪表的精度等级和量程，则最大绝对误 差为？
Xm S% Am
我国电工仪表等级分为七级，即： 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0级
【思考题】有一数字温度计，它的测量范围为 - 50℃ ～ + 150℃，精度为0.5级。求当示值分别为 - 20℃和 + 100℃时的绝对误差和示值相对误差。
2019-2020年最新电大《传感器》练习题及答案
第一章传感器技术基础1、传感器是将（）量转化为与之有确定对应关系的，便于应用的另一种量的（）装置。
2、传感器一般由（）元件和（）元件组成。
3、在采用直线拟合线性化时，传感器输出输入的校正曲线与其拟合曲线之间的最大偏差，通常用相对误差γL来表示，称为( ),其计算公式为（）。
4、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，( )的变化量与 ( )的变化量的比值。
对线性传感器来说，其灵敏度是( )。
5. 用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。
下列属于这类传感器的是（）A、红外报警装置B、走廊照明灯的声控开关C、自动洗衣机中的压力传感装置D、电饭煲中控制加热和保温的温控器6、属于传感器动态特性指标的是（）A. 重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率7、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的( )A.线性度越好B.迟滞越小C.重复性越好D.分辨率越高8、非线性度是表示校准曲线( )的程度。
A.接近真值B.偏离拟合直线C.正反行程不重合D.重复性9、某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至2.5V，求该仪器的灵敏度。
10、某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器：0.45Ω/℃电桥：0.02V/Ω放大器：100(放大倍数)笔式记录仪：0.2cm/V求：(1)测温系统的总灵敏度；(2)记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值。
11、有一个电位器式位移传感器（线性），其线圈总电阻是10Ω，电刷最大行程4mm。
若最大消耗功率不允许超过40W，传感器所用激励电压为允许的最大激励电压，试确定输入位移量为1.2mm时的输出电压值。
12、名词解释：（1）传感器的静态特性（2）传感器的动态特性第二章电阻式传感器1.要使直流电桥平衡，必须使电桥相对臂电阻值的________相等。
2.电阻式传感器的主要类型有___、____、_____ 等三种。
传感器技术及其应用复习基础知识
第1章 传感器基础知识1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？答：从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。
我们对传感器定义是：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输出的器件和装置。
从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
我国国家标准对传感器的定义是：“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”。
定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。
按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。
2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。
答：组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。
②传感器：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。
③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的 装置。
④变送器：能输出标准信号的传感器关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。
传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
第二章:传感器特性 何谓传感器的静态特性，传感器的主要静态特性有哪些? 静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。
主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。
(1) 线性度指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。
(2) 灵敏度灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。
其定义为输出量的增量Δy 与引起该增量的相应输入量增量Δx 之比。
它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，显然，灵敏度S 值越大，表示传感器越灵敏.(3) 迟滞传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。
传感器与检测技术基础知识
3.发展智能型传感器
智能型传感器是一种带有微处理器并兼有 检测和信息处理功能的传感器。智能型传感器 被称为第四代传感器，使传感器具备感觉、辨 别、判断、自诊断等功能，是传感器发展的主 要方向。
1.2 检测技术基础 1.2.1 检测技术的概念与作用
检测技术是人们为了对被测对象所包含的信息 进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术 措施。
切削力测量应变片
动圈式磁电传感器
3)按信号变换特征: 能量转换型和能量控制型.
能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计.
能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化.例如:电阻应变片.
4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:
物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来 实现信号变换.如:水银温度计.
间的关系式为：y＝f(x1x2x3…) 。间接测量手续多，
花费时间长，当被测量不便于直接测量或没有相应直 接测量的仪表时才采用。
（2）偏差式测量、零位式测量和微差式测量 Ⅰ.偏差式测量 在测量过程中，利用测量仪表指针相对 于刻度初始点的位移(即偏差)来决定被测量的测量方法，称为 偏差式测量。它以间接方式实现被测量和标准量的比较。 偏差式测量仪表在进行测量时，一般利用被测量产生的 力或力矩，使仪表的弹性元件变形，从而产生一个相反的作 用，并一直增大到与被测量所产生的力或力矩相平衡时，弹 性元件的变形就停止了，此变形即可通过一定的机构转变成 仪表指针相对标尺起点的位移，指针所指示的标尺刻度值就 表示了被测量的数值。偏差式测量简单、迅速，但精度不高， 这种测量方法广泛应用于工程测量中。
1.用物理现象、化学反应和生物效应设计制作各种用途 的传感器，这是传感器技术的重要基础工作。
传感器技术基础
器的重要基础，每一种新原理、新材料的发现都会伴随着新 的传感器种类诞生。 2. 集成化，多功能化 向敏感功能装置和集成化发展，将半导体集成电路技术及其 开发思想应用于传感器制造。如采用微细加工技术MEMS制 作微型传感器，采用厚膜和薄膜技术制作传感器等。
在自动控制系统中，也需要获取外界信息，这些需要依靠传 感器来完成。所以，传感器相当于人的五官部分(“电五官”)。
两者之间的关系可用图1-1表示。 另外，对于某些外界信息，人的感觉器官是不可以感受的，
如有毒的气体、过热的物体、紫外线、微波等；人的感觉器 官无法定量地感受外界信息……这些都需要依靠传感器来完 成。可以说传感器是人类五官的延伸。 实际上传感器对我们来说并不陌生，在我们的生活和生产中 都可以看到它们的身影，如声光控节能开关中的光敏电阻、 驻极体话筒、电视机遥控系统的红外接收器件等都是传感器。 传感器实际上是一种功能模块，其作用是将来自外界的各种 信号转换成电信号，然后再利用后续装置或电路对此电信号 进行处理。
1.6 传感器的特性
传感器所测量的被测量经常处在变动过程中。例如测量温度 时，若温度恒定，传感器的输出值可能十分稳定；若遇到温 度不恒定甚至出现突变时，传感器的输出值可能有缓慢起伏 或者周期性脉动变化，甚至出现突变的尖锋值。传感器能否 将这些被测量的变化不失真地变换成相应的电量，就需要考 虑传感器本身的基本特性，即输出-输入特性。该基本特性通 常用传感器的静态特性和动态特性来描述。
楼宇自动化系统是智能建筑的重要组成部分。计算机通过中 继器→路由器→网络→显示→网关控制管理各种设备(空调制 冷、给水排水、变配电系统、照明系统、电梯、安全防护、 自动识别等等)，实现以上功能使用的传感器有温度传感器、 湿度传感器、液位传感器、流量传感器、压差传感器、空气 压力传感器、烟雾传感器、气体传感器、红外传感器、玻璃 破碎传感器、图像传感器等。
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1.3 传感器的构成
2. 传感器的构成方法
（6）环境敏感元件补偿型：由两个原理性质不 同的敏感元件为核心组成。
输入
环境 影响
敏感元件
输出
敏感元件
转换电路
电源
如：采用热敏元件的温度补偿、压电的温度
2020和/5/4加速度干扰补偿等
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1.3 传感器的构成
2. 传感器的构成方法
(7)反馈型：传感器敏感元件同时兼做反馈元件，使 传感器输入处于平衡状态，也称为平衡式传感器。
力140、信号501、遥控142）飞船P：1218：离散信号 392 “整个宇宙飞船就是一个高性能传感器的集合体”， 耗资300亿、40万人参加。 资源调查：大气污染、水质检测，噪声
1.4传感器的地位和作用
2.基础科学领域：
宏观上千光年宇宙→微观 10-13 cm微粒 时长数十亿年天→ 10-24 秒瞬变 温度1亿度等离子→0.01k超导体？ 压力3000↑大气压→ 10-15 mmHg真空 从宏观到微观的测试，均离不开传感器
3.生活领域：
家用领域（饭、洗、报警…） 交通领域（汽、火、飞、船）、高速动车
1.4传感器的地位和作用
二、信息社会的两大支柱
1、从第一次产业革命说起… （1） 动力→体力 （2）信息（感知、控制）→脑力 2、电脑与电五官 笨拙的“人——机”联系“人——传感器——计算机” ➢ “大脑发达、五官迟钝”被动局面 计算机核心、芯片运算记忆功能↑1倍∕年 电路密度还可增100倍↑、价格↓↓ ➢ 战略重点的转移 八十年的技术革新的主角是传感器 我国2012年开始关注先进仪器仪表的研制：国内研究人员的研究
输出
敏感元件
转换电路
电源
如：应变式、固态压阻式等传感器
2020/5/4
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1.3 传感器的构成
2. 传感器的构成方法
（5）推挽型：测量时输入信号同时加到原理 相同、性能一致的两个敏感元件上，通过测 量电路，使有用的输出量增加，干扰相减。
输入
敏感元件
输出
敏感元件
环境 影响
转换电路
电源
2020/5/4
流量；
声: 声压，噪声。
磁: 磁通，磁场。
温度: 温度、热量、比热。
光： 亮度、色彩。
2020/5/4
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1.2. 传感器的分类
3.按传感器工作原理分类: 机械式,电气式,光学式,流体式等.
2020/5/4
线速度型传感器
11
1.2. 传感器的分类
4.按信号变换特征分类:
物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来 实现信号变换.如:水银温度计.压电测力计
现代传感器设计及应用
崔云先 2014.3
2020/5/4
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1.1传感器的概念与定义
1. 传感器概念
传感器是一种能把特定的被测量信息按一定 规律转换成某种可用信号输出的器件或装置，以 满足信息的传输、处理、记录显示和控制的要求。
借助检测元件将一种形式的信息转换成另一 种信息的装置。
物理量
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压敏二极管 霍尔元件
触觉（皮）：热→电
热电偶压电元件 热敏电阻
嗅觉（鼻）：
湿 气
电 电
味觉（舌）：酸度传感器、盐度传感器、离子传感器
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1.2. 传感器的分类
2.按被测物理量分类
机械量:长度、厚度、位移、速度、加速度、
旋转角、转数、质量、重量、力、
压力、真空度、力矩、风速、流速、
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1.1传感器的概念与定义
以上均为传感器的狭义定义，综合国内外 传感器的定义可得到其广义定义：可感知 信息并能进行转换的器件和装置。
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1.2 传感器的分类
1.按功能分类
视觉（眼）：光→电（电→光 ）
光电池（太阳能） 发光二极管、光电晶体 半导体计数器
半导体应变计
听觉（耳）：位移→电
为“能感受规定的物理量并按照一定规律转化成可
用信号的装置叫传感器，通常由敏感元件和转换元
件组成” 。
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5
1.1传感器的概念与定义
2. 传感器定义
国外：美国仪器仪表协会（ISA）定义：传感
器是把被测量变换为有用信号的一种装置。包 括敏感元件、变换电路以及把这些元件和电路 传感器的概念与定义
2. 传感器定义
定义 ：（国际、国内尚未有统一）
国内：原机械工业部在所指定的《过程检测控制仪
表术语》中对传感器的定义是：“借助于检测元件
接受物理量形式的信息，并按一定规律转换成同样
或别种物理量的信息仪表”。
国家标准GB/T7665-1987 《传感器通用术语》中
结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器.
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1.2. 传感器的分类
5.按敏感元件与被测对象之间的能量关系: 分为：能量转换型和能量控制型
能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 无源传感器 例如:热电偶温度计,压电式加速度计.
能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 有源传感器 供给能量的变化.例如:电容、电感型
输入
输出
敏感元件
如：热电偶传感器，压电传感器等。
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1.3 传感器的构成
2. 传感器的构成方法
(2) 有源型：采用辅助能源使敏感元件的工作点稳 定。不需要变换电路即可有较大的电量输出。
输入
输出
敏感元件
辅助能源
如光电管、霍尔式传感器等。
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1.3 传感器的构成
2. 传感器的构成方法
成果均用国外的先进仪器设备测试。
本课程的要求：
一、外文翻译：新型传感器 二、自学内容：分为8个小组，每组选择一个
方向形成报告，并制作精美PPT，课堂讲述。 三、参考资料：
传感器及应用手册：大连理工大学孙宝元 测试技术基础：清华大学王伯雄 工程测试与信号处理: 华中科技大学蔡共宣 林富生
转换元件：将敏感元件输出的非电物理量（如 应变、位移、应力等）转换为电学量的元件。
测量电路：能把转换元件输出的电信号转换为 便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的 电路。
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1.3 传感器的构成
2. 传感器的构成方法
（1）基本型：基本型是最简单、最基本的传感 器构成形式，也叫自源型，只由敏感元件单独 组成。输出量多为力学量输出量一般为电学量 。特点：不需要外能源，敏感元件可直接从被 测对象获得能量，并转换成电量。
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目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲， 传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。
非电量电测法
定义：通过传感器把被测的非电量（如压力、 流量、温度等）转换成电信号（电压、电流、 电阻、电感等）输出，再经过二次仪表测量出 电信号的大小，然后根据电信号与非电量之间 的关系，最后得到非电量的数值。这类仪表称 为电测仪表。这种方法称为非电量电测法。
目前主要有力反馈型和热反馈型。
输出
输入
敏感元件 敏感元件
非电量
反向敏感元件
电量
如：差动电容力平衡式加速度传感器、热线
热反馈型流速传感器等。
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1.4传感器的地位和作用
支撑现代文明的传感器 1.工程领域中的应用：
机电工程：从数控机床到机器人 宇宙开发：阿波罗10飞船：火箭P：2077（温559、压
传感器.
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1.3 传感器的构成 1. 传感器的基本构成
敏感元件 转换元件 测量电路
显示器 记录仪
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辅助电源
数据处理仪器
传感器的构成框图
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1.3 传感器的构成 1. 传感器的基本构成
敏感元件：直接感受被测量（一般为非电量） ，并输出与被测量成确定关系的其他量（也包 括电量）的元件。
(3)有源变换型：在有源型基础上加上转换电路 而构成。
输入
输出
敏感元件
转换电路
辅助能源
如：电阻应变式、电感位移式、电涡流位移式等。
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1.3 传感器的构成
2. 传感器的构成方法
（4）双敏感元件补偿型：采用原理相同，性能 一致的的两个敏感元件加辅助电路构成。
输入
敏感元件
环境 影响