最新传感器技术基础
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人机系统的机能对应关系
人体系统
外
感官
人脑
肢体
界
信
息
传感器
计算机
执行器
“机电五官” 机 器 系 统
Sensor、Transducer
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五官与传感器
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4
性能凌驾于人的感官之上：
（1）测量人体无法感知的量 （2）恶劣环境下工作 （3）测量范围宽、精确高、可靠性好
麦克风:电容传声器
声卡:A/D卡 + D/A卡 软驱:速度,位置伺服
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5）传感检测技术在汽车中的应用日新月异
汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容 普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。
发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等
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
①传感器是测量装置，能完成检测任务； 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； 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、
光、电物理量，主要是电物理量； ④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。
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在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位….
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楼宇控制与安全防护
为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生
活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和
传感器技术基础
1.1 自然定律与基础效应1.1.1 自然定律守恒定律：能量、动量、电荷量守恒定律场的定律：动力场运动定律、电磁场感应定律、光电磁场干涉现象等。
应定律、电容式、光的直线传播定律、光的干涉、衍射现象、多普勒效应 统计法则：如热噪声温度传感器物质定律：物性型传感器。
热平衡现象传输现象量子现象1.1.2 基本效应光电效应：光电子发射效应（外光电效应）：发射电流与阴极所吸收的光通量成正比；发子的最大动能随入射光频率的增高而线性地增大。
光电管、光电倍增管光导效应（内光电效应）：本征光电导；杂质光电导。
光敏电阻光生伏特效应：势垒效应产生的光生伏特效应；体积光生伏特效应。
光敏二极极管、光电池、太阳电池电光效应：光学特性受外电场影响而发生变化的现象。
泡克耳斯（Pockes）效应：平面偏振光沿着处在外电场内的压电晶体的光轴传折射现象（称为电致双折射），两个主折射率之差与外电场强度成正比。
25*1电光调制器、电光开关、光纤电压、电场传感器。
电光克尔（Kerr）效应：光照具有各向同性的透明物质，在与入射光垂直的方电压将发生双折射现象，即一束入射光变成正常和异常两束出射光，⊿n=KE2,观察放电现象、照相机快门、光导纤维传感器。
光弹性效应：弹性体产生应变时，弹性体的折射率发生变化，呈双折射性质。
振动、声响传感器。
光致发光效应：外电场及光的作用下发出冷光（荧光、磷光），在外电场的作现象。
如：发光二极管、半导体激光器。
磁光效应：置于外磁场中的物体，在光和外磁场作用下，其光学特特性、折射率）发生变化的现象。
包括：塞曼效应（应用于双频激光器中）、效应、磁光克尔效应、科顿-蒙顿效应可用于光纤传感器法拉第（Faraday）效应：平面偏振光通过带磁性的透光物体或通过在纵向磁场与光传播方向平行）作用下的非旋光物质时，其偏振光面发生偏转的现象。
从出的合成偏振光的偏转角度θ=KHL磁光克尔（Kerr）效应：平面偏振光垂直入射于抛光的强电磁铁的磁极表面，射光是一束椭圆偏振光，且偏振面偏转角度随磁场强度而变化。
传感器技术基础课件重点
R
dt
式中，R-介质的热阻； C-热偶的比热。
若令τ=RC，上式可写为：
T0 Ti q热流
dT0 dt
T0
KTi
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例4，弹簧-阻尼器组成的机械系统如图，也属于一阶 传感器系统。其微分方程为
c
dyt
dt
k
yt
b0
xt
式中，c-阻尼系数； k-弹簧刚度。
上式可写为：
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1
n
K0 2
2
j
n
幅频特性： A(w)
K0
[1 n ]2 [2 n ]2
相频特性：
(w)
arctg
1
2
n
n 2
幅频特性与相频特性参见教材P20图1-10。
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例5，质量-弹簧-阻尼器组成的机械系统如图，属于 二阶传感器系统。其微分方程为
m
d
2 yt
dt 2
c
dyt
y(S) x(S )
b0 a0
K0
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2．一阶环节：
微分方程：
a1(dy/dt)+a0y(t)= b0x(t)
dy dt
yt
K0 xt
传递函数 频率特性
Y(S) K0
X (S) S 1 Y ( jw) K0
X ( jw) jw 1
时间常数 τ越小， 20系22统/9/1的3 频率特性越好
an
dny dt n
an1
d n1 y dt n1
a0 y
bm
dmx dt m
bm1
d m1x dt m1
传感器与检测技术基础
转换元件 它是将敏感元件输出的非电信号直接转换为电信号，或直接将被测非电信号转换为电信号(如应变式压力传感器的电阻应变片，它作为转换元件将弹性敏感元件的输出转换为电阻)。 转换电路 它能把转换元件输出的电信号转换为便于显示、处理和传输的有用信号。
传感器的分类 传感器技术是一门知识密集型技术。
1.2 测量误差与准确度
3)恰为第n位单位数字的0.5，则第n位为偶数或零时就舍去，为奇数时则进1。 (2)参加中间运算的有效数字的处理 1)加法运算：运算结果的有效数字位数应与参与运算的各数中小数点后面的有效位数相同。 2)乘除运算：运算结果的有效数字位数，应与参与运算的各数中有效位数最小的相同。 3)乘方及开方运算：运算结果的有效数字位数比原数据多保留一位。 4)对数运算：取对数前后有效数字位数应相同。 2.测量数据的处理 常用的数据处理方法有列表法、图示法、最小二乘法线性拟合。
列表法 列表法是把被测量的数据列成表格，可以简明地表示有关物理量之间的对应关系，便于随时检查测量结果是否合理，及时发现和分析问题。
01
图示法 图示法是用图形或曲线表示物理量之间的关系，它能更直观地表示物理量之间的变化规律，如递增或递减。
02
最小二乘法线性拟合 图示法虽然能很直观方便地将测量中的各种物理量之间的关系、变化规律用图像表示出来，但是，在图像的绘制上往往会引起一些附加的误差。
1.1 传感器简述
1.1 传感器简述
1)超调量σ：传感器输出超出稳定值而出现的最大偏差，常用相对于最终稳定值的百分比来表示。 2)延滞时间td：阶跃响应达到稳态值的50%所需要的时间。 3)上升时间tr：传感器的输出由稳态值的10%变化到稳态值的90%所需的时间。 4)峰值时间tp：传感器从阶跃输入开始到输出值达到第一个峰值所需的时间。 5)响应时间ts：传感器从阶跃输入开始到输出值进入稳态值所规定的范围内所需的时间。 (2)频率响应法 频率响应法是从传感器的频率特性出发研究传感器的动态特性。
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
传感器技术基础知识课件 (一)
传感器技术基础知识课件 (一)传感器技术基础知识课件是关于传感器的一套教学材料。
传感器技术是近年来非常重要的技术之一，利用传感器技术可以实现对物理、化学、生物等信号的检测和转化，然后再传输给其他系统进行处理。
因此，对传感器技术有一定的了解是非常必要的。
下面，我们从以下三个方面来介绍传感器技术基础知识课件。
一、课件内容传感器技术基础知识课件包括以下内容：传感器的基础知识、传感器的分类与应用、传感器的特性与参数、传感器的使用方法等。
其中，传感器的基础知识包括传感器的定义、传感器的作用、传感器的优缺点等；传感器的分类与应用包括传感器的类型、传感器在各领域中的应用等；传感器的特性与参数包括传感器的灵敏度、精度、带宽等；传感器的使用方法包括传感器的安装、调试和维护等。
二、课件优势传感器技术基础知识课件的优势在于：内容详尽、专业权威、图文并茂。
具体地说，这些优势体现在以下几个方面：首先，课件的内容涵盖了传感器技术的基础、分类、特点和使用等各个方面，能够满足学生对传感器技术的全面了解和学习需求。
其次，课件制作有专业人员完成，内容权威可靠、语言通俗易懂，能够帮助学生更好地理解传感器技术的原理和应用。
最后，课件中的图文并茂，配合课件内容，使学生更容易理解和掌握传感器技术的相关知识。
三、课件应用传感器技术基础知识课件的应用主要在以下两个方面：教育和应用。
在教育方面，它可以帮助教师更好地开展传感器技术的教学工作，提高学生的学习效果和兴趣；在应用方面，它可以帮助工程师更好地掌握传感器技术的应用，提高工作效率和成果质量。
此外，课件还可以应用于科普宣传、实验展示等方面。
总之，传感器技术基础知识课件是一套非常有价值的教学材料，它可以帮助学生更好地掌握传感器技术的相关知识，提高工程师的工作效率和成果质量，同时还可以作为科普宣传和实验展示的重要工具。
公共基础知识传感器技术基础知识概述
《传感器技术基础知识概述》一、引言在当今科技飞速发展的时代，传感器技术作为现代信息技术的三大支柱之一，正发挥着越来越重要的作用。
传感器犹如人类的感官，能够感知周围环境的各种物理量、化学量和生物量，并将其转化为电信号或其他易于处理和传输的信号，为人们提供了了解和控制世界的重要手段。
从智能手机中的各种传感器到工业自动化中的精密传感器，从医疗诊断中的生物传感器到环境监测中的智能传感器，传感器技术已经广泛应用于各个领域，深刻改变了人们的生活和工作方式。
本文将对传感器技术的基础知识进行全面的概述，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、传感器的基本概念（一）定义传感器是一种能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件是指传感器中直接感受被测量的部分，它能将被测量转化为另一种物理量；转换元件则将敏感元件输出的物理量转换为电信号或其他易于处理和传输的信号。
（二）分类传感器的分类方法有很多种，常见的分类方式有以下几种：1. 按被测量分类：可分为物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器。
物理量传感器包括温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器等；化学量传感器包括气体传感器、湿度传感器等；生物量传感器包括生物传感器、免疫传感器等。
2. 按工作原理分类：可分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器等。
3. 按输出信号分类：可分为模拟式传感器和数字式传感器。
模拟式传感器输出的是连续变化的电信号，数字式传感器输出的是离散的数字信号。
（三）主要性能指标1. 灵敏度：指传感器在稳态下输出变化量与输入变化量之比，它反映了传感器对被测量的敏感程度。
2. 线性度：指传感器的输出与输入之间的线性关系程度，通常用非线性误差来表示。
3. 精度：指传感器的测量结果与真实值之间的接近程度，它包括准确度和精密度两个方面。
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。
传感器检测技术基础知识单选题100道及答案
传感器检测技术基础知识单选题100道及答案1. 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. 分辨力越高答案：D2. 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. 固有频率答案：D3. 下列传感器中，属于物性型传感器的是（）A. 应变式传感器B. 电容式传感器C. 压电式传感器D. 电感式传感器答案：C4. 测量范围大的电容式位移传感器的类型为（）A. 变极板面积型B. 变极距型C. 变介质型D. 容栅型答案：D5. 利用涡流效应测量位移的传感器属于（）A. 电感式传感器B. 电容式传感器C. 压电式传感器D. 光电式传感器答案：A6. 热电偶的热电动势包括（）A. 接触电动势和温差电动势B. 感应电动势和温差电动势C. 接触电动势和感应电动势D. 感应电动势和汤姆逊电动势答案：A7. 热电阻测量温度时，经常采用的三线制接法的主要作用是（）A. 减小非线性误差B. 提高测量精度C. 减小引线电阻的影响D. 提高灵敏度答案：C8. 下列不属于光电式传感器的是（）A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 压敏电阻答案：D9. 能够测量微小位移的传感器是（）A. 电涡流传感器B. 压电传感器C. 光栅传感器D. 霍尔传感器答案：C10. 磁电式传感器是把被测物理量转换为（）的一种传感器。
A. 电阻变化量B. 电荷量C. 电感变化量D. 感应电动势答案：D11. 半导体应变片的工作原理是基于（）A. 压阻效应B. 应变效应C. 热阻效应D. 光电效应答案：A12. 以下哪种传感器适合测量高速旋转物体的转速（）A. 电容式传感器B. 磁电式传感器C. 压电式传感器D. 热电偶答案：B13. 测量温度不可选用的传感器是（）A. 热电阻B. 热电偶C. 电感式传感器D. 热敏电阻答案：C14. 光敏二极管在电路中一般处于（）工作状态。
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。
传感器技术基础知识
2 电学量
包括电流、电压、电阻等。
传感器的特点和性能指标
高精度
测量结果具有较高的准确性。
稳定性好
在长期使用中能够保持稳ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的性能。
响应速度快
能够在短时间内对变化做出反应。
耐用性强
能够承受较高的工作条件。
传感器的分类和应用领域
1
机械量传感器
常见应用领域包括工业自动化、汽车
电学量传感器
2
制造和航天航空等。
随着科技的不断进步，传感器技术也在不断发展，朝着更小、更精确、更智能的方向发展。 人工智能、物联网和大数据分析等技术的应用，将进一步拓展传感器的应用领域。
传感器技术基础知识
本演示将介绍传感器技术的基础知识，涵盖了传感器的定义、作用以及不同 类型的传感器原理和应用领域。
传感器技术的定义和作用
传感器技术是指应用于各个领域中的装置，能够感知并转换物理或化学量， 以提供相关信息来监测、控制和决策。
传感器在各个行业中起着至关重要的作用，如工业生产、农业、环境保护、 医疗、交通等，为实现智能化和自动化提供支持。
常见应用领域包括电力系统、电子设
备和家用电器等。
3
光学量传感器
常见应用领域包括摄影、安全监控和 医学诊断等。
传感器在智能制造中的应用
传感器在智能制造中发挥关键作用，通过实时监测和反馈，提高生产效率、 质量和安全性。
智能传感器、无线传感器网络和云计算技术的发展，进一步推动了智能制造 的进程。
传感器技术的发展趋势和未来发展方向
传感器的基本原理
1
电阻原理
根据物体的电阻变化来测量物理量，如电流、温度和压力。
2
电磁原理
通过检测物质受到的电磁场的影响来测量物理量，如速度、位移和震动。
