检测系统的特征与性能指标
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（2）测试对象 测试对象的特性均以信号的形式给出，被测
信号一般都是随时间变化的动态量，即使在检测 不随时间变化的静态量时，由于混有动态的干扰 噪声，通常也按动态量进行检测。
（3）传感器 传感器将感知的被测非电量按一定的规律转化
为某一种量值输出，通常是电信号。传感器输出的 电信号一般不能直接传输到后续的信号处理电路或 输出元件中去，必须经过信号的调理。
y=a0+a1x+a2x2+···+anxn 式中 x 为输入量；y为输出量； a0为零输入时的输出，也叫零位输出； a1为传感器线性项系数也称线性灵敏度，常用K或S表示； a2 , a3 , ···, an为非线性项系数，其数值由具体传感器非线性 特性决定。
图1-1 传感器的静态特性
2. 传1.感微器分的方动程态数学模型
1.1 传感器的基本理论
1.1.1 传感器的定义
能感受（或响应）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。
（1）从输入端来看，一个指定的传感器只能感 受规定的被测量。
（2）从输出端来看，传感器的输出信号为“有 用信号”。 （3）从输入与输出的关系来看，输入输出之间 的关系应具有“一定规律”。
➢ 转换电路（Transduction circuit）：将转换电路 参数接入转换电路，便可转换成电量输出。
1.1.3 传感器的分类
传感器种类繁多，目前常用的分类有多种：
➢以被测量来分 ➢以传感器的原理来分 ➢按信号变换特征分类 ➢按能量关系进行分类
按被测量来分类
被测量类别
被测量
热工量 温度、热量、比热；压力、压差、 真空度；流量、流速、风速
1)微分方程
an
dny dt n
主要内容
❖ 传感器与检测技术基本概论 ❖ 检测系统的误差合成 ❖ 常用传感器的工作原理 ❖ 常见非电参数的检测方法 ❖ 微弱信号检测 ❖ 检测系统抗干扰技术 ❖ 测量信号的调理及处理 ❖ 现代检测系统
第1章 检测系统的特征与性能指标
1.1 传感器的基本理论 1.2 检测技术的基本理论 1.3 传感器与检测系统的基本特性
1.1.2 传感器的组成
➢ 传感器一般由敏感元件、转换元件、转 换电路三部分组成：
被测量 敏感元件
转化元件
转换电路 电路
注：有的书上不包括 虚线后部分
➢ 敏感元件（Sensitive element）：直接感受被测 量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的 元件。
➢ 转换元件（Transduction element）：以敏感元 件的输出为输入，把输入转换成电路参数。
现代检测系统采用了计算机和网络技术，将 调理电路输出的信号直接送到信号分析设备中处 理，进行在线处理。
1.2.3 检测系统的作用
检测（detection)是利用各种物理、化 学效应，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。能够自动地完成整个检测处 理过程的技术称为自动检测与转换技术。
1.2.4 检测技术的现状与发展 ➢ 检测方法的推进 ➢ 检测仪器与计算机技术集成
硬件功能软件化 仪器仪表集成化和模块化 参数整定和修改实时化 硬件平台通用化
1.3 传感器与检测系统的基本特性
1.3.1 传感器的数学模型
1. 静态数学模型 静态数学模型是指在静态信号作用下，传感器输出与
输入量间的一种函数关系。如不考虑迟滞特性和蠕动效应， 传感器的静态数学模型一般可以用n次多项式来表示：
（4）信号调理电路 信号调理电路的主要作用有两方面，一是把来
自于传感器的信号进行转换和放大；第二方面是进 行信号处理，即对经过信号调理的信号，进行滤波、 调制和解调、衰减、运算、数字化处理等。
（5）信号的分析与记录 信号调理电路输出的测量结果是对被测信号
的真实记录，可以采用光线示波器、屏幕显示器、 打印机等输出装置。此外还可用磁记录器来存储 被测信号，以便于检测工作完成后反复使用信号。 要从客观记录的信号中找出反映被测对象的本质 规律，还必须对信号进行分析从而提取有用信息。
机械量
位移（线位移、角位移），尺寸、 形状；力、力矩、应力；重量、 质量；转速、线速度；振动幅度、
频率、加速度、噪声
被测量类别 被 测 量
物性和成分 气体化学成分、液体化学成分；
量
酸碱度（PH值）、盐度、浓度、
粘度；密度、比重
状态量
颜色、透明度、磨损量、材料内 部裂缝或缺陷、气体泄漏、表面 质量
按传感器的原理来分类
1.2.2 检测系统的基本结构
一个广义的检测系统一般由激励装置、
测试装置、数据处理与记录装置所组成
（如图1.1）。
测试对象
传感器
信号调理电路
电信号输出 信号分析与记录
激励信号
图 1.1 检测系统原理图
各组成部分的特点
（1）激励信号 激励信号由激励装置产生，采用激励装置是
为了使被测对象处于预定状态下，并将其有关方 面的内在联系充分显示出来，以便于有效的测量。
子化、网络化的方向发展Fra Baidu bibliotek➢ 开展极端测量
1.2 检测技术的基本概论
1.2.1 检测系统的定义
检测（detection)是利用各种物理、化 学效应，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。 能够自动地完成整个检测处理过程的技术 称为自动检测与转换技术。
按能量关系分类
❖ 能量转换型（有源传感器） 传感器直接由被测对象输入能量使其工
作，如热电偶、光电池等 ❖ 能量控制型（无源传感器）
传感器从外部获得能量使其工作，由被 测量的变化控制外部供给能量的变化。如电 阻式、电感式。
1.1.4 传感器技术的发展方向
➢ 测量仪器向高精度和多功能发展 ➢ 参数测量与数据处理向自动化方向发展 ➢ 传感器向智能化、集成化、微型化、量
➢ 电阻式，光电式（红外式、光导纤维式）， 电感式，谐振式，电容式，霍尔式（磁 式），阻抗式（电涡流式），超声式，磁 电式，同位素式，热电式，电化学式，压 电式，微波式
按信号变换特征分类
❖ 结构型 通过传感器结构参量的变化实现信号转
换，如电容式传感器 ❖ 物性型
利用敏感元件材料本身物理属性的变化 实现信号变换，如水银温度计，压电传感器
信号一般都是随时间变化的动态量，即使在检测 不随时间变化的静态量时，由于混有动态的干扰 噪声，通常也按动态量进行检测。
（3）传感器 传感器将感知的被测非电量按一定的规律转化
为某一种量值输出，通常是电信号。传感器输出的 电信号一般不能直接传输到后续的信号处理电路或 输出元件中去，必须经过信号的调理。
y=a0+a1x+a2x2+···+anxn 式中 x 为输入量；y为输出量； a0为零输入时的输出，也叫零位输出； a1为传感器线性项系数也称线性灵敏度，常用K或S表示； a2 , a3 , ···, an为非线性项系数，其数值由具体传感器非线性 特性决定。
图1-1 传感器的静态特性
2. 传1.感微器分的方动程态数学模型
1.1 传感器的基本理论
1.1.1 传感器的定义
能感受（或响应）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。
（1）从输入端来看，一个指定的传感器只能感 受规定的被测量。
（2）从输出端来看，传感器的输出信号为“有 用信号”。 （3）从输入与输出的关系来看，输入输出之间 的关系应具有“一定规律”。
➢ 转换电路（Transduction circuit）：将转换电路 参数接入转换电路，便可转换成电量输出。
1.1.3 传感器的分类
传感器种类繁多，目前常用的分类有多种：
➢以被测量来分 ➢以传感器的原理来分 ➢按信号变换特征分类 ➢按能量关系进行分类
按被测量来分类
被测量类别
被测量
热工量 温度、热量、比热；压力、压差、 真空度；流量、流速、风速
1)微分方程
an
dny dt n
主要内容
❖ 传感器与检测技术基本概论 ❖ 检测系统的误差合成 ❖ 常用传感器的工作原理 ❖ 常见非电参数的检测方法 ❖ 微弱信号检测 ❖ 检测系统抗干扰技术 ❖ 测量信号的调理及处理 ❖ 现代检测系统
第1章 检测系统的特征与性能指标
1.1 传感器的基本理论 1.2 检测技术的基本理论 1.3 传感器与检测系统的基本特性
1.1.2 传感器的组成
➢ 传感器一般由敏感元件、转换元件、转 换电路三部分组成：
被测量 敏感元件
转化元件
转换电路 电路
注：有的书上不包括 虚线后部分
➢ 敏感元件（Sensitive element）：直接感受被测 量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的 元件。
➢ 转换元件（Transduction element）：以敏感元 件的输出为输入，把输入转换成电路参数。
现代检测系统采用了计算机和网络技术，将 调理电路输出的信号直接送到信号分析设备中处 理，进行在线处理。
1.2.3 检测系统的作用
检测（detection)是利用各种物理、化 学效应，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。能够自动地完成整个检测处 理过程的技术称为自动检测与转换技术。
1.2.4 检测技术的现状与发展 ➢ 检测方法的推进 ➢ 检测仪器与计算机技术集成
硬件功能软件化 仪器仪表集成化和模块化 参数整定和修改实时化 硬件平台通用化
1.3 传感器与检测系统的基本特性
1.3.1 传感器的数学模型
1. 静态数学模型 静态数学模型是指在静态信号作用下，传感器输出与
输入量间的一种函数关系。如不考虑迟滞特性和蠕动效应， 传感器的静态数学模型一般可以用n次多项式来表示：
（4）信号调理电路 信号调理电路的主要作用有两方面，一是把来
自于传感器的信号进行转换和放大；第二方面是进 行信号处理，即对经过信号调理的信号，进行滤波、 调制和解调、衰减、运算、数字化处理等。
（5）信号的分析与记录 信号调理电路输出的测量结果是对被测信号
的真实记录，可以采用光线示波器、屏幕显示器、 打印机等输出装置。此外还可用磁记录器来存储 被测信号，以便于检测工作完成后反复使用信号。 要从客观记录的信号中找出反映被测对象的本质 规律，还必须对信号进行分析从而提取有用信息。
机械量
位移（线位移、角位移），尺寸、 形状；力、力矩、应力；重量、 质量；转速、线速度；振动幅度、
频率、加速度、噪声
被测量类别 被 测 量
物性和成分 气体化学成分、液体化学成分；
量
酸碱度（PH值）、盐度、浓度、
粘度；密度、比重
状态量
颜色、透明度、磨损量、材料内 部裂缝或缺陷、气体泄漏、表面 质量
按传感器的原理来分类
1.2.2 检测系统的基本结构
一个广义的检测系统一般由激励装置、
测试装置、数据处理与记录装置所组成
（如图1.1）。
测试对象
传感器
信号调理电路
电信号输出 信号分析与记录
激励信号
图 1.1 检测系统原理图
各组成部分的特点
（1）激励信号 激励信号由激励装置产生，采用激励装置是
为了使被测对象处于预定状态下，并将其有关方 面的内在联系充分显示出来，以便于有效的测量。
子化、网络化的方向发展Fra Baidu bibliotek➢ 开展极端测量
1.2 检测技术的基本概论
1.2.1 检测系统的定义
检测（detection)是利用各种物理、化 学效应，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。 能够自动地完成整个检测处理过程的技术 称为自动检测与转换技术。
按能量关系分类
❖ 能量转换型（有源传感器） 传感器直接由被测对象输入能量使其工
作，如热电偶、光电池等 ❖ 能量控制型（无源传感器）
传感器从外部获得能量使其工作，由被 测量的变化控制外部供给能量的变化。如电 阻式、电感式。
1.1.4 传感器技术的发展方向
➢ 测量仪器向高精度和多功能发展 ➢ 参数测量与数据处理向自动化方向发展 ➢ 传感器向智能化、集成化、微型化、量
➢ 电阻式，光电式（红外式、光导纤维式）， 电感式，谐振式，电容式，霍尔式（磁 式），阻抗式（电涡流式），超声式，磁 电式，同位素式，热电式，电化学式，压 电式，微波式
按信号变换特征分类
❖ 结构型 通过传感器结构参量的变化实现信号转
换，如电容式传感器 ❖ 物性型
利用敏感元件材料本身物理属性的变化 实现信号变换，如水银温度计，压电传感器