传感器的组成与分类
高中物理--传感器
C. 物体M不动时，电路中没有电流
D. 物体M不动时，电压表没有示数
2、热电传感器
热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，
如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的温度控制、火
警报警器、恒温箱等。
例5：如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中R2 为用半导
器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性
膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体
的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号 转变为电信号。下列说法正确的是
(B
)
A 该传感器是根据电流的磁效应工作的
B 该传感器是根据电磁感应原理工作的
C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
受热时电阻值小，ab间电流大，电磁继电器磁性强，衔铁与下触点接 触，电铃响。
①将热敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b 端，如图示：
②将学生用电源与绿灯泡分别接入c、e之 间。
③将学生用电源与电铃分别接入c、d、之 间。
t° 变式：提高灵敏度，应该如何调节
滑动变阻器？
a bc d e
①风力大小F与θ的关系式； F=Mg·tanθ①
②风力大小F与电流表示数I/ 的关系式。思路？ tanθ=L//h②
I/=E/[R0+k(L-L/）] ③ E=I(R0+kL) ④ ③由此①装到置④所得测：F定 的Mhg最• (大kL风 Rk力0I)(/ 是I / 多I )少⑤？
F Mg L ⑥ 两种理解
例7.如图示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的
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。
传感器基本组成与分类
1 传感器的组成
➢最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组 成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶。 有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转 换电路，如压电式加速度传感器，其中质量块是 敏感元件，压电片（块）是转换元件。有些传感 器，转换元件不只一个，要经过若干次转换。
按照物理原理分类：
★电参量式传感器：电阻式、电感式、电容式等； ★磁电式传感器：磁电感应式、霍尔式、磁栅式等； ★压电式传感器：声波传感器、超声波传感器； ★光电式传感器：一般光电式、光栅式、激光式、 光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等； ★气电式传感器：电位器式、应变式； ★热电式传感器：热电偶、热电阻； ★波式传感器：超声波式、微波式等； ★射线式传感器：热辐射式、γ射线式； ★半导体式传感器：霍耳器件、热敏电阻； ★其他原理的传感器：差动变压器、振弦式等。
➢由于空间的限制或者其他原因,测量电路常装入 电箱中。然而，因为不少传感器要在通过测量电 路后才能输出电信号，从而决定了测量电路是传 感器的组成环节之一。
1 传感器的组成
传感器自动检测系统的组成
2 传感器分类方法与分类
一、分类方法与分类
1、按工作机理（检测范畴）：物理型、化学型、生物型等 2、按构成原理：结构型、物性型转换型 4、按物理原理：十种 5、按传感器用途 ：位移、压力、振动、温度传感器等 6、按转换过程可逆与否 ：单向和双向 7、按输出信号：模拟信号和数字信号 8、按能源：有源传感器和无源传感器
传感器基本组成与分类
传感器基本组成与分类
1
传感器的组成
2 传感器分类方法与分类
1传感器的组成
被测量 敏感元件
转换元件 测量电路 电量
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。
传感器的组成与分类.课件
影响因素
提升方法
影响传感器线性范围的因素包括传感器的 响应特性、非线性误差等。
优化结构设计、改良制造工艺、加强校准 和维护等措施可以提高传感器线性范围。
稳定性
总结词 详细描述 影响因素 提升方法
稳定性是指传感器在长时间工作或多次使用后保持性能参数不 变的能力。
稳定性好的传感器能够长期稳定工作，性能参数不易产生变化 。稳定性差的传感器则容易出现性能衰退或漂移现象。
影响传感器稳定性的因素包括材料老化、环境条件、使用方式 等。
选用高质量的材料、加强密封和防护措施、定期校准和维护等 措施可以提高传感器稳定性。
05
新型传感器技术
智能传感器
总结词
智能传感器是一种能够自动检测和传输信号的传感器，具有自诊断、自校准、 自适应等多种功能。
详细描述
智能传感器通常采用微处理器和先进的信号处理技术，能够实时检测、处理和 传输信号，提高了传感器的测量精度和可靠性。此外，智能传感器还具有远程 控制和网络通讯功能，可以实现远程监控和维护。
传感器的组成与分类.课件
• 传感器概述 • 传感器组成 • 传感器分类 • 传感器性能参数 • 新型传感器技术
01
传感器概述
传感器的定义与作用
定义
传感器是一种检测装置，能够感 知和响应被测量的变化，并将其 转换为可处理和传输的电信号。
作用
传感器在各种领域中发挥着重要 作用，用于监测、控制和自动化 系统的数据采集，为决策提供实 时、准确的信息。
控等。
医疗领域
用于监测生理参数，如血压、 血糖、体温等。
环境监测
用于检测空气质量、水质、气 象参数等。
航空航天
用于飞行器控制、导航、气象 观测等。
传感器的组成及分类
三、传感器的主要性能指标
5．分辨力与分辨率 分辨力指传感器能检测到的最小的输入量的变化量。 对数字表而言，一般可以认为该表的最后一位所表示的数
就是它的分辨力。数字仪表能稳定显示的位数越多，分辨力 越高。分辨力用绝对值表示。
将分辨力除以仪表的满量程就是仪表的分辨率，一般用 分数表示。分辨率反映了传感器检测输入微小变化的能力。
例如某温度计的测量范围为- 20～100℃，则其量程
有的传感器一旦过载（即被测量超出测量范围）就将损 坏，而有的传感器允许一定程度的过载，但过载部分不作为 测量范围，这一点在使用中应加以注意。
三、传感器的主要性能指标
4．线性度误差 传感器的线性度误差 L是指实际的静态特性曲线与规定直 线之间，在垂直方向上的最大偏差∣（△YL）max∣与最大 输出ymax的百分比，如图1-2-3所示。
三、传感器的主要性能指标
2．精确度 传感器的精确度是指传感器的输出指示值与被测量约定
真值的一致程度，它反映了传感器测量结果的可靠程度。 工程上，根据传感器的最大引用误差来划分精确度等级
三、传感器的主要性能指标
3．测量范围与量程 传感器的测量范围是指按其标定的精确度可进行测
量的被测量的变化范围，而测量范围的上限值ymax与下 限值ymin之差就是传感器的量程ym即
一、传感器的组成
如图所示，气体压力传感器，其 工作原理是将气体压力转换成电信号 的输出。
敏感元件--膜盒，其外部与大气压力Pa相通， 内部感受被测压力p。当p变化时，引起膜盒上半 部移动，即输出相应的位移量。它是直接感受被 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--可变电感线圈，它把输入的位移量 转换成电感的变化，经过测量转换电路，把电感的 变化转换成电量输出。敏感元件的输出就是它的输 入，它将敏感元件输出的量转换成为电量输出。
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
传感器的主要知识点
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 概 述
第2章 传 感 器 概 述
4. 重复性
重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所
得特性曲线不一致的程度（见图2-6）。
y YF S Rm ax 2 Rm ax 1 o
图2-6 重复性
x
第2章 传 感 器 概 述
重复性误差属于随机误差，常用标准差σ 计算，也可用正反行程中 最大重复差值Δ Rmax计算，即
第2章 传 感 器 概 述
Lm ax
y YF S
y YF S
Lm ax
L1 ＝ Lm ax
y YF S
y YF S
L3 ＝ Lm ax
L2
o (a )
x
o (b )
x
o (c)
L1
x
o (d )
L2
L3
x
(a) 理论拟合；
(b) 过零旋转拟合；
(c) 端点连线拟合；
特性线性化，所采用的直线称为拟合直线。
传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之 间的最大偏差值Δ Lmax与满量程输出值YFS之比。线性度也称为非线性
误差，用γ L表示，即
Lmax L 100% YFS
式中： Δ Lmax——最大非线性绝对误差； YFS——满量程输出值。
y YF S 实际 特性曲 线
理想 特性曲 线 o
图2-3 线性度
x
第2章 传 感 器 概 述
在实际使用中，为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系， 因此引入各种非线性补偿环节，如采用非线性补偿电路或计算机软件 进行线性化处理，从而使传感器的输出与输入关系为线性或接近线性， 但如果传感器非线性的方次不高， 输入量变化范围较小时，可用一条 直线（切线或割线）近似地代表实际曲线的一段，使传感器输入输出
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。
传感器的分类
传感器的分类
传感器是工业控制自动化中最基础的元件，用来检测及监控物理量的变化并作出反应，是应用最广泛的传感器之一。
传感器的分类主要包括几大类：
（1）光电型传感器：它是由一种特殊的光照度传感器组成，包括光敏元件、放大电路、显示电路，主要用来测量当前环境光照强度，并能根据光照强度模拟输出电信号，常
用于控制灯光亮度、检测烟雾及温湿度等。
（2）温度传感器：温度传感器可以检测到温度的变化，其中包括温度湿度传感器、
温度热电偶、温度探头等，它们的特点是响应时间短、信号分辨率高，可以用于测量温度、降温控制等。
（3）力传感器：力传感器可以测量静力、动力、负重和刚度等，其中包括微力传感器、膜式压力传感器等，可以用于家用电器控制系统、娱乐设备及航空航天应用等。
（4）对比与比较传感器：包括滑触线传感器、近程接近开关以及安全开关等，一般
用来监测两个物体之间的夹紧程度或者检测物体的距离，常应用于触摸屏的控制以及机器
人的运动控制等。
（5）磁传感器：主要用于测量磁场梯度及方向，包括磁力计、磁铁传感器、磁开关等，可以用于检测磁场等液体和气体流量，还可以用于安全监控、汽车电子行业、智能机
器人等。
（6）位移传感器：它用来检测深度、距离、高度及颜色等，其中包括电容式传感器、行程开关、测试芯片以及光距离传感器等，可以用于地震监测、应答手柄等实时监控系统。
第1章-传感器的特性
j=1, 2, …, m;
n ——
yji的含义是,若输入值x=xj,则在相同条件下进行n次 重复试验,获得n个输出值yj1～yjn
i —— y j ——算术平均值。
或
S Wn dn
(1.9)
第1章
式中： Wn——极差,是指某一测量点校准数据的最大
dn——极差系数。 极差系数可根据所用数据的数目n由表1.4查得。理 论与实践证明,n不能太大,如n大于12,则计算精度变差, 这时要修正dn 。
第1章 表1.4
第1章
3.
迟滞表明传感器在正（输入量增大）、反（输入
量减小）行程期间,输出-输入曲线不重合的程度。也就 是说,对应于同一大小的输入信号,传感器正、反行程的 输出信号大小不相等。迟滞是传感器的一个性能指标, 它反映了传感器的机械部分和结构材料方面不可避免
的弱点,如轴承摩擦、灰尘积塞、间隙不适当,元件磨蚀、
Δi=yi-(b+kxi)
第1章
n
按 最 小 二 乘 法 原 理 , 应 使 i2 最 小 。 故
n
n
i 1
由 i2 [ yi (kxi b)]2 min ,分别对k和b求一阶
偏导i数1 并令i其1 等于零，即可求得k和b：
n
k
n
xi yi xi2 (
xi xi )2
n b
设ai≥0, a0≥0。
1) 这种情况见图1.2(a)。此时
a0=a2=a3=…=an=0 于是
y=a1x
(1.2)
因为直线上任何点的斜率都相等,所以传感器的灵
敏度为
a1= y =k=常数（1.3 x
第1章
2) 输出这种情况见图1.2（b）。此时,在原点附近相当范 围内曲线基本成线性,式（1.1）只存在奇次项：
传感器基础知识
一阶传感器
二阶传感器
⑶ 瞬态响应特性指标
各指标定义如下：
① 时间常数τ 一阶传感器的上升到63.2%所需的时间，称为时
间常数。 ② 延迟时间td 输出达到稳态值的50%所用的时间。
③上升时间tr 输出达到稳态值的90%所用的时间。
⑶ 瞬态响应特性指标
④峰值时间tp 阶跃响应曲线达到第一个峰 值所需时间。
1.1.2 传感器的组成和分类
1．传感器的组成
传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路 组成。
2024/2/9
1
直接感受被测量的变化，并输出与被测量成确 定关系的某一物理量的元件。
敏感元件是传感器的核心
2024/2/9
2
转换元件： 将敏感元件输出的物理量转换成 适于传输或测量电信号的元件。
2024/2/9
B、结构型传感器是依靠传感器结构参数的变化实 现信号变换，如：电容式传感器。
2024/2/9
6
1.1.3 传感器基本特性
传感器的基本特性是指系统的输入与输出关系特性， 即传感器系统的输出信号y(t)和输入信号（被测量） x(t)之间的关系，
传感器系统示意图
当传感器的输入信号是常量，不随时间变化 时，其输入输出关系特性称为静态特性。
2) 偏差式测量、零位式测量与微差式测量
3) 等精度测量与非等精度测量 4) 静态测量与动态测量
2024/2/9
45
1.2. 3 检测系统
1、检测系统的构成
检测系统是由被测对象、传感器、数据传输环节、 数据处理环节和数据显示环节构成。 （P9）
2024/2/9
46
1.2. 3 检测系统
检测系统又分：开环检测系统与闭环检测系统
简述传感器分类
简述传感器分类
传感器是一种能够检测和测量物理量(如温度、压力、湿度、运动、电流、电压等)的设备,通常由感知元件和转换电路两部分组成。
传感器广泛应用于各种领域,如工业、医疗、航空航天、汽车、电子等等。
根据传感器工作原理的不同,可以将传感器分类为以下几种类型:
1. 热传感器:热传感器可以检测和测量物体表面或内部的温度,常见的热传感器包括红外线传感器和热电偶传感器。
2. 光学传感器:光学传感器可以通过检测和测量光线的强度和颜色等信息来检测和测量物体的距离、形状和表面状态等。
3. 压力传感器:压力传感器可以检测和测量物体表面的压力,常见的压力传感器包括压敏电阻传感器和电容压力传感器。
4. 湿度传感器:湿度传感器可以检测和测量物体表面的水分含量,常见的湿度传感器包括电感湿度传感器和超声波湿度传感器。
5. 温度传感器:温度传感器可以检测和测量物体表面的温度,常见的温度传感器包括红外线传感器和热电偶传感器。
6. 运动传感器:运动传感器可以检测和测量物体的运动状态,常见的运动传感器包括陀螺仪传感器和加速度计传感器。
7. 电流传感器:电流传感器可以检测和测量电路中的电流,常见的电流传感器包括电阻式电流传感器和电容式电流传感器。
除了以上几种常见的传感器类型外,还有许多其他类型的传感器,如气体传感器、声波传感器、超声波传感器等。
不同类型的传感器适用于不同的应用场景,可以根据实际需要选择合适的传感器。
传感器在工业、医疗、航空航天、汽车、电子等领域的应用越来越广泛,不同类型的传感器也在不断地被研发和推出。
随着技术的不断发展,传感器的精度、可靠性和成本等方面也在不断提高,相信传感器在未来的发展中将会发挥越来越重要的作用。
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。
传感器的概论
对式(1-5)两边取拉氏变换，则得 ：
我们定义输出y(t)的拉氏变换Y(S）和输入x(t)的拉氏变换X(S)的比为该系统的 传递函数H(S)：
Y (S ) bm S m bm1 S m1 b0 H (S ) X (S ) an S n an1 S n1 a0
其他各种弹性敏感元件
在上图中的各种弹性元件也能将压力转换为 角位移或直线位移。
压力传感器的外形及内部结构
被测量通过敏感元件转换后，再经转换 元件转换成电参量 。
在右图中， 电 位器为转换元 件，它将角位 移转换为电参 量-----电阻的 变化（ΔR）
360度圆盘形电位器 右图所 示的360度圆 盘形电位器 的中间焊片 为滑动片， 右边焊片接 地，左边焊 片接电源。
激励
传感器
传感器作为一个完整的系统，即对相 应的输入有一定对应关系的输出。 但是，输出是否能准确且按规律的反 映输入，这是评价一台传感器优劣的关键！ 要评奖一台传感器的优劣，需要动态 特性和静态特性几个指标来衡量。 因此，了解和掌握传感器的基本特性，是 正确选择和使用传感器的基本条件。
三、传感器的静态特性
传感器的组成 举例：测量压力的电位器式压力传感器
1-弹簧管 2-电位器
弹性敏感元件（弹簧管）
敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换 成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。
弹性敏感元件（弹簧管） 在下图中，弹簧管将压力转换为角位 移α
弹簧管放大图
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动 齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。
Emax Y FS 100% (1 14)
max—正、反行程中最大偏差。
传感器的定义、组成及分类
传感器一．传感器的定义传感器是一种能感受规定的被测量件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”。
传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。
其包含以下几个方面的含义：1.传感器是测量装置，能完成检测任务2.它的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，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量。
4.输入输出有对应关系，且应有一定的精确度。
二．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：1.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。
2.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。
3.转换电路（Transduction circuit）：上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。
实际上，有些传感器很简单，仅由一个敏感元件（兼作转换元件）组成，它感受被测量时直接输出电量。
如热电偶。
有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路。
有些传感器，转换元件不止一个，要经过若干次转换。
三．传感器的分类一、根据输入物理量可分为：位移传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器及气敏传感器等。
二、根据工作原理可分为：电阻式、电感式、电容式及电势式等。
三、根据输出信号的性质可分为：模拟式传感器和数字式传感器。
即模拟式传感器输出模拟信号，数字式传感器输出数字信号.四、根据能量转换原理可分为：有源传感器和无源传感器。
有源传感器将非电量转换为电能量，如电动势、电荷式传感器等；无源程序传感器不起能量转换作用，只是将被测非电量转换为电参数的量，如电阻式、电感式及电容光焕发式传感器等。
传感器分类表。
简述传感器的基本组成
简述传感器的基本组成传感器的定义传感器是一种能够感知、测量和转换环境中各种物理量或化学量的设备。
它能够将感知的信息转化为能量信号或电信号，并传递给控制系统或处理设备。
传感器的作用传感器在现代科技中起着至关重要的作用。
它们被广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、医疗保健、环境监测等。
传感器能够提供准确的数据和信息，以便系统实时监测、控制和决策。
传感器的基本组成传感器通常由以下几个基本组成部分构成：1. 传感器元件传感器元件是传感器的核心部分，其基本功能是将物理量或化学量转换为电信号。
常见的传感器元件包括电阻、电容、电感、半导体材料、光敏元件等。
2. 信号调理电路信号调理电路是将传感器元件输出的电信号进行放大、滤波、增益和校正等处理的电路部分。
它能够提高信号的质量和可靠性，使得传感器输出的信号更加准确和稳定。
3. 接口电路接口电路是将信号调理电路输出的电信号转换为标准的电压、电流或数字信号的电路部分。
它能够将传感器输出的信号与外部系统或设备进行连接和交互。
4. 外壳和防护装置外壳和防护装置是保护传感器元件和电路的外部封装部分。
它能够避免传感器受到外界环境的干扰和损坏，确保传感器的正常工作和使用寿命。
5. 电源供给装置电源供给装置是为传感器提供电能的装置。
不同类型的传感器所需的电源有所不同，有的采用直流电源，有的采用交流电源，还有的采用电池供电。
传感器分类根据传感器测量的物理量或化学量的不同，传感器可以分为多种类型。
以下是常见的传感器分类：1. 温度传感器温度传感器是测量温度变化的设备。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻、半导体温度传感器等。
2. 压力传感器压力传感器是测量压力变化的设备。
常见的压力传感器有压阻式传感器、压电式传感器、毛细管压力传感器等。
3. 湿度传感器湿度传感器是测量空气湿度的设备。
常见的湿度传感器有电容式传感器、电阻式传感器、共振式传感器等。
4. 光传感器光传感器是测量光强度的设备。
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1.3.1
静态模型
静态模型是指在输入信号不随时间 变化的情况下，描述传感器的输出与输 入量的一种函数关系。 如果不考虑蠕动效应和迟滞特性，传感 器的静态模型一般可用多项式来表示：
y a0 a1 x a2 x an x
2
n
（ 11 ）
1.3.2动态模型动态模型是指传感器在准动态信 号或动态信号作用下，描述其输出和 输入信号的一种数学关系。 动态模型通常采用微分方程和传递 函数描述。
（ 1 4 ）
对y(t)进行拉氏变换的初始条件是t≤0时， y(t)=0 。对于传感器被激励之前所有的 储能元件如质量块、弹性元件、电气元 件等均符合上述的初始条件。
显然 H(s) 与输入量 x(t) 无关，只与系统 结构参数有关。因而H(s)可以简单而恰 当地描述传感器输出与输入的关系。 对于多环节串、并联组成的传感器， 若各环节阻抗匹配适当，可忽略相互 间的影响，传感器的等效传递函数可 按代数方式求得。
信号调节 转换电路
电 量
辅助电路
图1-1
传感器组成框图
3
敏感元件：直接感受被测非电量并按 一定规律转换成与被测量有确定关系 的其它量的元件。 传感元件：又称变换器。能将敏感元 件感受到的非电量直接转换成电量的 器件。
传感元件
敏感元件
应变片电阻改变
膜片形变（应变）
压 力 作 用
压力传感器示例
信号调节与转换电路：能把传感元件输 出的电信号转换为便于显示、记录、处 理、和控制的有用电信号的电路。 常用的电路有电桥、放大器、变阻器、 振荡器等。 辅助电路通常包括电源等。
19
对于较为复杂的系统，可以将其看作是 一些较为简单系统的串联与并联。 若传感器由r个环节串联而成
x
H1 s
H 2 s
H n s
y
则：H s H1 s H 2 s H r s
（ 1 5 ）
20
若传感器由p个环节并联而成
x
H1 s
旋转角、偏转角、角振动等 速度、振动、流量、动量等 转速、角振动等 振动、冲击、质量等 角振动、扭矩、转动惯量等 重量、应力、力矩等 周期、记数、统计分布等
速度
线速度 角速度
加速度 线加速度 角加速度 力 时间 压力 频率
温度 光
热容量、气体速度、涡流等 光通量与密度、光谱分布等
4. 按能量的关系分类：根据能量观点
1.2.3
传感器的分类
1．按工作机理分类：根据物理和化学
等学科的原理、规律和效应进行分类
2．按被测量分类：根据输入物理量的 性质进行分类。 3．按敏感材料分类：根据制造传感器 所使用的材料进行分类。可分为半
导体传感器、陶瓷传感器等。
8
基本物理量
派生物理量
位移
线位移
角位移
长度、厚度、应变、振动、磨损、不平 度等
1000
0
（ 1 7 ）
max—输出量与输入量实际曲线与拟 合直线之间的最大偏差 yFS—输出满量程值
传感器的静态模型有三种有用的特殊 形式： （1） 理想的线性特性
1.2 传感器的组成与分类
1.2.1 传感器的定义
1.2.2 传感器的组成
1.2.3 传感器的分类
1.2.1 传感器的定义
将被测非电量信号转换为与之 有确定对应关系电量输出的器件或 装置叫做传感器，也叫变换器、换 能器或探测器。
1.2.2
被测 有用
传感器的组成
有用 电量
非电量
敏感 元件
非电量
传感 元件
an,an-1…a0和bm,bm-1…b0 为传感器的结构 参数。除b0 0外，一般取b1,b2…bm为零.
n
n 1
2. 传递函数 如果y(t)在t≤0时， y(t) =0，则y(t) 的拉 氏变换可定义为
st Y s y t e dt 0
（ 1 3 ）
式中s=σ+jω，σ>0。
如:电阻式、电容式和电感式等。 5. 其他：按用途、学科、功能和输出
信号的性质等进行分类。
1.3
传感器的数学模型概述
从系统角度看，一种传感器就是一种系 统。而一个系统总可以用一个数学方程 式或函数来描述。即用某种方程式或函 数表征传感器的输出和输入的关系和特 性，从而，用这种关系指导对传感器的 设计、制造、校正和使用。 通常从传感 器的静态输入-输出关系和动态输入-输出 关系两方面建立数学模型。
分类，可将传感器分为有源传感器
和无源传感器两大类。
有源传感器是将非电能量转换为电能量， 称之为能量转换型传感器，也称换能器。 通常配合有电压测量电路和放大器。 如:压电式、热电式、电磁式等。
无源传感器又称为能量控制型传感器。 被测非电量仅对传感器中的能量起控制 或调节作用。所以必须具有辅助能源(电 能)。
Y san s an1s a0 X sbm s bm1s
n n1 m
对微分方程两边取拉氏变换，则得
m1
b0
定义输出y(t)的拉氏变换Y(S)和输入x(t) 的拉氏变换X(S)的比为该系统的传递函 数H(S)，则
m m 1 bm s bm 1 s b0 Y s H s n n 1 X s a n s a n 1 s a0
1 .微分方程
大多数传感器都属模拟系统之列。 描述模拟系统的一般方法是采用微分 方程。
在实际的模型建立过程中，一般采用 线性常系数微分方程来描述输出量 y 和输入量 x 的关系。
其通式如下：
d y d y dy an n an1 n1 a1 a0 y dt dt dt m m 1 d x d x dx bm m bm 1 m 1 b1 b0 x dt dt dt （ 1 2 ）
H 2 s
y
H n s
则：H s H1 s H2 s H p s
（ 1 6 ）
21
1.4
传感器的基本特性
1.4.1 静态特性 1．线性度：输出量与输入量之间的实 际关系曲线偏离直线的程度。又称非 线性误差。可用下式表示:
E
max
yFS