第1章--传感器概述ppt课件
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传感器概论.ppt
学习纪律： 考试要求：笔试＋实验＋平时作业 教师答疑： 联系方式：陈光柱，cgzhu@
压力传感器
光栅传感器
气体传感器
热电偶
CCD传感器 无线传感器
光纤传感器
本书需要掌握的内容
掌握传感器的共性性质 掌握主要传感器的工作原理及特性 掌握传感器的信号调理电路设计 掌握传感器的应用选择 具有初步设计传感器结构的能力
第1章 传 感 器 概 述
1.1 传感器的组成和分类 1.2 传感器的重要性 1.3 传感器技术的发展
/chgq/chap111/cgq001.htm 具体参考书： 1. 传感器与应用电路设计 ,科学出版社，2002 2. 最新传感器实用手册 ,人民邮电出版社， 2004 3. 传感器实用电路设计与制作 ,科学出版社， 2005
课程学习
实验（4学时）课地点：南湖校区机电学 院楼
显 示 装置
数据处理环节
变送器：将非标准信号转换成标准电信号的仪 器
处于信息采集系统的前端，其性能会影响整个 系统的工作状态和质量
1.3 传感器技术的发展
基础研究的促进：新现象、新材料、新加工技术 集成化、智能化、网络化
课程学习
参考资料： 检索相关主题的资料，网络资料 1. 应用：中国传感器网 2. 学习：东南大学，
图0.1 身体与机器人的对应关系
传感器的定义
传感器是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。
传感器的作用：把外界输入的非电信号转换成 电信号
传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等
说明
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。
压力传感器
光栅传感器
气体传感器
热电偶
CCD传感器 无线传感器
光纤传感器
本书需要掌握的内容
掌握传感器的共性性质 掌握主要传感器的工作原理及特性 掌握传感器的信号调理电路设计 掌握传感器的应用选择 具有初步设计传感器结构的能力
第1章 传 感 器 概 述
1.1 传感器的组成和分类 1.2 传感器的重要性 1.3 传感器技术的发展
/chgq/chap111/cgq001.htm 具体参考书： 1. 传感器与应用电路设计 ,科学出版社，2002 2. 最新传感器实用手册 ,人民邮电出版社， 2004 3. 传感器实用电路设计与制作 ,科学出版社， 2005
课程学习
实验（4学时）课地点：南湖校区机电学 院楼
显 示 装置
数据处理环节
变送器：将非标准信号转换成标准电信号的仪 器
处于信息采集系统的前端，其性能会影响整个 系统的工作状态和质量
1.3 传感器技术的发展
基础研究的促进：新现象、新材料、新加工技术 集成化、智能化、网络化
课程学习
参考资料： 检索相关主题的资料，网络资料 1. 应用：中国传感器网 2. 学习：东南大学，
图0.1 身体与机器人的对应关系
传感器的定义
传感器是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。
传感器的作用：把外界输入的非电信号转换成 电信号
传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等
说明
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。
传感器原理介绍及应用ppt课件
西门子 Senaco AS100 声传感器
目录
1 传感器的基本概念 2 常用传感器 3 公司产品介绍 4 产品应目方案分析
项目评估 工艺流程图
沈阳某电视台网管中心空调自控工程
一、项目背景 通常现代建筑中的中央空调系统冷冻主机的负荷能 随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹 配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，不仅造 成电能的极大耗费，同时也恶化了中央空调的运行 环境和运行质量。 随着新技术、新设备在电视台的 广泛应用，数字化、网络化、智能化有效的提高了 电视信号的播出水平。沈阳某电视台网管中心集中 着电视的大部分关键设备，使用空调自控系统对设 备的安全起到保障作用。因此，这对电视台网管中 心的空调系统自动控制改造提出了更高要求。沈阳 新华控制系统有限公司成功中标沈阳某电视台网管 中心的空调自控系统的设计、安装与调试工程。
常用传感器—霍尔传感器
概念：霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁
场传感器。
分类：霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型
霍尔传感器两种。
结构：霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、
霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成。
应用：测量电流、位移、转速、风速、流速、自
动电路。
常用传感器—温度传感器
概念：是指能感受温度并转换成可用输出信号的
SITRANS FM MAG 1100 F电 磁流量传感器是 特地为食品、饮 料和制药工业而 设计的，配置各 种卫生型快速接 头。
公司产品介绍—西门子工业业务
西门子 SITRANS P ZD 系列压力测量仪表可 配置的压力变送器， 测量气体、液体和蒸 汽的表压和绝压。带 数字显示，量程比10 ︰1，数字显示与过程 连接的可选经向或轴 向两种方式。
目录
1 传感器的基本概念 2 常用传感器 3 公司产品介绍 4 产品应目方案分析
项目评估 工艺流程图
沈阳某电视台网管中心空调自控工程
一、项目背景 通常现代建筑中的中央空调系统冷冻主机的负荷能 随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹 配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，不仅造 成电能的极大耗费，同时也恶化了中央空调的运行 环境和运行质量。 随着新技术、新设备在电视台的 广泛应用，数字化、网络化、智能化有效的提高了 电视信号的播出水平。沈阳某电视台网管中心集中 着电视的大部分关键设备，使用空调自控系统对设 备的安全起到保障作用。因此，这对电视台网管中 心的空调系统自动控制改造提出了更高要求。沈阳 新华控制系统有限公司成功中标沈阳某电视台网管 中心的空调自控系统的设计、安装与调试工程。
常用传感器—霍尔传感器
概念：霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁
场传感器。
分类：霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型
霍尔传感器两种。
结构：霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、
霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成。
应用：测量电流、位移、转速、风速、流速、自
动电路。
常用传感器—温度传感器
概念：是指能感受温度并转换成可用输出信号的
SITRANS FM MAG 1100 F电 磁流量传感器是 特地为食品、饮 料和制药工业而 设计的，配置各 种卫生型快速接 头。
公司产品介绍—西门子工业业务
西门子 SITRANS P ZD 系列压力测量仪表可 配置的压力变送器， 测量气体、液体和蒸 汽的表压和绝压。带 数字显示，量程比10 ︰1，数字显示与过程 连接的可选经向或轴 向两种方式。
传感器课件
变磁通式传感器对环境条 件要求不高，能在-150 ～ +90℃的温度下工作，不影 响测量精度，也能在油、 水雾、灰尘等条件下工作。 但它的工作频率下限较高， 约 为 50 Hz ， 上 限 可 达 100 kHz。
3 磁电感应式传感器的应用 1．转速测量 2．振动测量 3．扭矩测量
当转轴不受扭矩时，两线圈输出信号相同，相位差为零。 当被测轴感受扭矩时，轴的两端产生扭转角，因此两个传感 。扭转 器输出的两个感应电动势将因扭矩而有附加相位差 0 角 与感应电动势相位差的关系为
磁铁与线圈相对运动使线圈切割磁力线，产生与运动速 度dx/dt成正比的感应电动势E，其大小为
dx E NBl dt
式中：N为线圈在工作气隙磁场中的匝数；B为工作气隙 磁感应强度；l为每匝线圈平均长度。
当传感器结构参数确定后，N、B和l均为恒定值，E与 dx/dt成正比，根据感应电动势E的大小就可以知道被测速 度的大小。
Y j f X j
动态特性与静态特性的主要区别： 动态特性中输出量与输入量的关系不是一个定值， 而是时间的函数，它随输入信号的变化而改变。 例：动态测温：设环境温度为T0 ,水槽中水的温度 为T, 而且 T ＞T0。传感器突然插入被测介质中； 用热电偶测温,理想情况测试曲线T是阶跃变化的； 实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过程
开磁路式转速传感器结构比较简单，但输出信号小，另外当被 测轴振动比较大时，传感器输出波形失真较大。在振动强的场 合往往采用闭磁路式转速传感器。
被测转轴带动椭圆形测量轮5在磁场气隙中等速转动，使气隙 平均长度周期性地变化，因而磁路磁阻和磁通也同样周期性地 变化，则在线圈3中产生感应电动势，其频率f与测量轮5的转 速n(r/min)成正比。在这种结构中，也可以用齿轮代替椭圆形 测量轮5，软铁(极掌)制成内齿轮形式。
3 磁电感应式传感器的应用 1．转速测量 2．振动测量 3．扭矩测量
当转轴不受扭矩时，两线圈输出信号相同，相位差为零。 当被测轴感受扭矩时，轴的两端产生扭转角，因此两个传感 。扭转 器输出的两个感应电动势将因扭矩而有附加相位差 0 角 与感应电动势相位差的关系为
磁铁与线圈相对运动使线圈切割磁力线，产生与运动速 度dx/dt成正比的感应电动势E，其大小为
dx E NBl dt
式中：N为线圈在工作气隙磁场中的匝数；B为工作气隙 磁感应强度；l为每匝线圈平均长度。
当传感器结构参数确定后，N、B和l均为恒定值，E与 dx/dt成正比，根据感应电动势E的大小就可以知道被测速 度的大小。
Y j f X j
动态特性与静态特性的主要区别： 动态特性中输出量与输入量的关系不是一个定值， 而是时间的函数，它随输入信号的变化而改变。 例：动态测温：设环境温度为T0 ,水槽中水的温度 为T, 而且 T ＞T0。传感器突然插入被测介质中； 用热电偶测温,理想情况测试曲线T是阶跃变化的； 实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过程
开磁路式转速传感器结构比较简单，但输出信号小，另外当被 测轴振动比较大时，传感器输出波形失真较大。在振动强的场 合往往采用闭磁路式转速传感器。
被测转轴带动椭圆形测量轮5在磁场气隙中等速转动，使气隙 平均长度周期性地变化，因而磁路磁阻和磁通也同样周期性地 变化，则在线圈3中产生感应电动势，其频率f与测量轮5的转 速n(r/min)成正比。在这种结构中，也可以用齿轮代替椭圆形 测量轮5，软铁(极掌)制成内齿轮形式。
传感器ppt课件
汽车电子
总结词
传感器在汽车电子中发挥重要作用，提高车 辆安全性能和驾驶体验。
详细描述
现代汽车中，传感器被广泛应用于发动机控 制、底盘控制、车身控制等系统中。通过使 用传感器，车辆可以实现燃油喷射、点火时 刻控制、刹车防抱死等复杂的功能。同时， 传感器还为驾驶者提供诸如车速、转速、水 温等实时信息，帮助驾驶者更好地掌握车辆
将传感器输出的信号通过数据采集系统进行 采集，并将其转换为计算机能够处理的数字 信号。
数据处理
采集到的数字信号需要进行数据处理，包括 数据分析和处理、数据存储和检索等，以便 得到有用的信息和结果。
04
传感器在自动化中的应用
工业自动化
要点一
总结词
传感器在工业自动化中应用广泛，提高生产效率和产品质 量。
05
传感器的发展趋势与挑战
新材料与新技术的应用
纳米材料
随着纳米材料的发展，传感器正朝着纳米级精度和灵 敏度的方向发展，提高传感器的响应速度和准确性。
新型传感器材料
新型传感器材料如碳纳米管、石墨烯等具有优异的物理 、化学性能，为传感器设计提供了更多的选择和可能性 。
智能化与微型化趋势
智能化
智能化传感器能够通过算法和数据处理技术对感知数据进行处理、分析和解释，提高传感器输出的准确性和可靠 性。
压电式传感器
总结词
高精度、响应快、适合动态测量
详细描述
压电式传感器利用压电效应原理，通过检测压电材料的电压变化来检测物理量，如压力、加速度等。 由于其具有高精度、响应快、适合动态测量等优点，因此在振动、冲击、噪声等测量领域得到广泛应 用。
磁性传感器
总结词
高灵敏度、宽测量范围、易于实现小型化和集成化
传感器原理及应用PPT教程课件专用
湿度传感器
湿度传感器能够监测室内湿度变化，与加湿器、除湿器等设备配合，保持室内湿度在适宜 范围内，避免潮湿或干燥对家居环境和人体健康的影响。
光照传感器
光照传感器能够感知室内光线强弱，与照明设备联动，实现室内光线的自动调节。同时， 还可用于窗帘、百叶窗等设备的自动控制，提高室内采光效果。
未来发展趋势预测
传感器应用领域
医疗领域
用于监测人体生理参数，如体 温、血压、心率等，以及医疗 设备中的控制和检测。
智能家居
用于实现家庭环境的智能化控 制，如温度控制、照明控制等。
工业自动化
用于检测和控制生产过程中的 各种参数，如温度、压力、流 量等。
环保领域
用于监测大气、水质等环境参 数，为环境保护提供数据支持。
传感器与通信接口的电路 设计
介绍传感器与通信接口之间的 电路设计，包括信号调制、解 调、编码、解码等。
接口电路设计的实例分析
通过具体案例，分析接口电路 设计的实现过程及效果。
06 传感器在物联网和智能家 居中应用展望
物联网中传感器作用及发展趋势
物联网中传感器的作用
物联网中的传感器是实现万物互联的基础， 它们能够感知和测量各种物理量，如温度、 湿度、压力、光照等，并将这些数据转换为 可处理和传输的数字信号，为物联网应用提 供实时、准确的数据支持。
新型传感器的研发
针对特定应用场景和需求，未来将研发更多新型传感器。例如，柔性传感器、生物传感器、化学传感器 等，它们将具有更高的灵敏度、选择性和稳定性，为物联网和智能家居等领域的发展提供有力支持。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
牌和型号。
注意传感器的尺寸、重量、 安装方式等是否符合应用场
湿度传感器能够监测室内湿度变化，与加湿器、除湿器等设备配合，保持室内湿度在适宜 范围内，避免潮湿或干燥对家居环境和人体健康的影响。
光照传感器
光照传感器能够感知室内光线强弱，与照明设备联动，实现室内光线的自动调节。同时， 还可用于窗帘、百叶窗等设备的自动控制，提高室内采光效果。
未来发展趋势预测
传感器应用领域
医疗领域
用于监测人体生理参数，如体 温、血压、心率等，以及医疗 设备中的控制和检测。
智能家居
用于实现家庭环境的智能化控 制，如温度控制、照明控制等。
工业自动化
用于检测和控制生产过程中的 各种参数，如温度、压力、流 量等。
环保领域
用于监测大气、水质等环境参 数，为环境保护提供数据支持。
传感器与通信接口的电路 设计
介绍传感器与通信接口之间的 电路设计，包括信号调制、解 调、编码、解码等。
接口电路设计的实例分析
通过具体案例，分析接口电路 设计的实现过程及效果。
06 传感器在物联网和智能家 居中应用展望
物联网中传感器作用及发展趋势
物联网中传感器的作用
物联网中的传感器是实现万物互联的基础， 它们能够感知和测量各种物理量，如温度、 湿度、压力、光照等，并将这些数据转换为 可处理和传输的数字信号，为物联网应用提 供实时、准确的数据支持。
新型传感器的研发
针对特定应用场景和需求，未来将研发更多新型传感器。例如，柔性传感器、生物传感器、化学传感器 等，它们将具有更高的灵敏度、选择性和稳定性，为物联网和智能家居等领域的发展提供有力支持。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
牌和型号。
注意传感器的尺寸、重量、 安装方式等是否符合应用场
第1章传感器概述
H max——正反行程输出值间的最大差值。 式中：
1.2 传感器的一般特性
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，如图所示:
图1-5 重复性
1.2 传感器的一般特性
重复性误差属于随机误差，常用标准偏差σ表示， 也可用正反行程中的最大偏差ΔRmax表示，即：
1.2 传感器的一般特性
以动态测温的问题为例说明传感器动态特性。 在被测温度随时间变化或传感器突然插入被测 介质中以及传感器以扫描方式测量某温度场的 温度分布等情况下，都存在动态测温问题，如 图所示:
动态测温
1.2 传感器的一般特性
传感器的种类和形式很多，但它们一般可以 简化为一阶或二阶系统。 高阶可以分解成若干个低阶环节。 对于正弦输入信号，传感器的响应称为频率 响应或稳态响应；对于阶跃输入信号，则称 为传感器的阶跃响应或瞬态响应。
1.1 基本概念
附：传感器组成示意图
敏感元件的输出作 为转换元件的输入
被测量
敏感 元件
转换 元件
转换 电路
电量
直接感受被测量
转化为电量参数
传感器组成示意图
1.1 基本概念
1.1.3 传感器的分类
按工作机理分类 可分为物理型、化学型、生物型 按构成原理又分为：结构型、物性型和复合型三大类 按能量的转换分类 可分为能量控制型和能量转换型 按输入量分类 常用的有机、光、电和化学等传感器 按输出信号的性质分类 可分为模拟式传感器和数字式传感器
图1-3 传感器的灵敏度
1.2 传感器的一般特性
3．迟滞
传感器在正（输入量增大）反（输入量减小） 行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象 称为迟滞，如下图所示:
第1章传感器概述
第1章传感器概述传感器原理及应用第1章传感器概述主要内容：1.1什么是传感器1.2传感器的作用和地位1.3传感器现状和国内外发展趋势1.4检测系统的组成原理1.5传感器的定义、组成和分类方法1.1什么是传感器在我们日常生活中，使用着各种各样的传感器电冰箱、电饭煲中的温度传感器;空调中的温度和湿度传感器;抽油烟机中的煤气泄漏传感器;电视机和影碟机中的红外遥控器;照相机中的光传感器;汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举。
1.1什么是传感器1.1什么是传感器眼（视觉）耳（听觉）鼻（嗅觉）皮肤（触觉）舌（味觉）1.1什么是传感器如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。
传感器又是人体感官的延长，有人又称传感器为“电五官”，它作为替代补充人的感觉器官功能，传感器为人类客观定量认识世界起到重要作用。
1.1什么是传感器1.1什么是传感器1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述第1章传感器概述第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势使现场数据就近登陆，通过Internet网与用户之间异地交换数据远程控制等。
传感器的数字化和网络化1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.6本课程的特点和研究内容1.6本课程的特点和研究内容传感器原理及应用第1章传感器概述传感器发展趋势传感器的历史远比近代科学来得古老，如‘天平’古埃及开始使用、利用液体热膨胀进行温度测量，在16世纪前后实现的。
传感器的基础知识-PPT课件
2019/3/7 33
压力传感器的外形及内部结构
2019/3/7
34
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。
2019/3/7
35
被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转
换成电参量
在右图 中， 电位器 为传感元件， 它将角位移 转换为电参 量-----电阻 的变化（ΔR）
用途：就是采集信息和信息量。
用在：工业，农业，医疗，卫生， 国防，军事，航天，航空，气象，安 检以及日常生活等等方面。
2019/3/7 5
在流水线上，边加工，边检验，可提 高产品的一致性和加工精度。
2019/3/7 6
2019/3/7
7
传感器早已渗透到诸如工业生产、 宇宙开发、海洋探测、环境保护、 医学诊断、生物工程、甚至文物保 护等等极其之泛的领域。可以毫不 夸张地说，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。
2019/3/7 8
二、传感器的组成 举例：测量压力的电位器式压力传感器
传感器 组成框图
1-弹簧管 2-电位器
2019/3/7 9
三、传感器分类
1.根据被测对象，可分为物理量传感器、 化学量传感器和生物量传感器三大类; 按被测量分类：可分为位移、力、力矩、 转速、振动、加速度、温度、压力、流量、 流速等传感器。 2. 按测量原理分类：可分为电阻、电容、 电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红 外、光导纤维等传感器。 ……
m a x L L 1 0 0 % y y m a x m in
（ 1－ 2）
16
压力传感器的外形及内部结构
2019/3/7
34
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。
2019/3/7
35
被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转
换成电参量
在右图 中， 电位器 为传感元件， 它将角位移 转换为电参 量-----电阻 的变化（ΔR）
用途：就是采集信息和信息量。
用在：工业，农业，医疗，卫生， 国防，军事，航天，航空，气象，安 检以及日常生活等等方面。
2019/3/7 5
在流水线上，边加工，边检验，可提 高产品的一致性和加工精度。
2019/3/7 6
2019/3/7
7
传感器早已渗透到诸如工业生产、 宇宙开发、海洋探测、环境保护、 医学诊断、生物工程、甚至文物保 护等等极其之泛的领域。可以毫不 夸张地说，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。
2019/3/7 8
二、传感器的组成 举例：测量压力的电位器式压力传感器
传感器 组成框图
1-弹簧管 2-电位器
2019/3/7 9
三、传感器分类
1.根据被测对象，可分为物理量传感器、 化学量传感器和生物量传感器三大类; 按被测量分类：可分为位移、力、力矩、 转速、振动、加速度、温度、压力、流量、 流速等传感器。 2. 按测量原理分类：可分为电阻、电容、 电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红 外、光导纤维等传感器。 ……
m a x L L 1 0 0 % y y m a x m in
（ 1－ 2）
16
传感器介绍PPT课件
原理。
例题：（新教材 2003天津理综）如图，当电键K断开时，用光
子能量为的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，
调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于时，电流表读数仍不为零；
当电压表读数大于或等于时，电流表读数为零。由此可知阴极材料
的逸出功为 (
)
A
A. 1.9eV B. 0.6eV
解：反向截止电压为，
解：a=2kS/m
10
0
10
∴ S=ma/2k
U=U0 Rx / R = U0 S / L
P
=maU0 / 2kL
U
=mU0 a / 2kL∝a
U0
（3）测 力
例题：（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原
理图，图中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点， R0是保护电阻，CD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金 属丝始终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C点接触，此 时电路中的电流为I，有风时细金属丝将偏转一角度θ（θ与风力大 小有关），细金属丝与电阻丝在C/点接触，已知风力方向水平向左， OC=h，CD=L，球的质量为M，电阻丝单位长度的电阻为k，电源 内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转θ角时，电流表的示数
1、干簧管 是一种能感知磁场的传感器 2、光敏电阻 电阻随光照的增强而减小 （半导体材料） 3、热敏电阻 一般随温度升高电阻减小 （半导体材料） 4、金属热电阻 温度升高电阻增大 5、电容式位移传感器 6、霍尔元件
如图所示，R1为定值电阻，R2为热敏电阻， L为小灯泡，当温度降低时（ C ）
A、R1两端的电压增大 B、电流表的示数增大 C、小灯泡的亮度变强 D、小灯泡的亮度变弱
传感器PPT概述
8．静态误差（精度）
静态误差是传感器在其全量程内任一点的输出值与 其理论输出值的偏离程度。
求静态误差是把全部校准数据与拟合直线上对应值的残
差看成是随机分布，求出其标准偏差σ，取2σ或3σ值即
为传感器的静态误差。或用相对误差表示：
（2 ~ 3） 100 %
yFS
（1 15）
也可以由非线性误差、迟滞误差、重复性误差这几个
6
6
1.2.3 传感器的分类
基本物理量
线位移 位移
角位移
派生物理量 长度、厚度、应变、振动、磨损、不平度 旋转角、偏转角、角振动等
线速度 速度、振动、流量、动量等 速度
角速度 转速、角振动等
线加速度 振动、冲击、质量等 加速度
角加速度 角振动、扭矩、转动惯量等
力 压力
重量、应力、力矩等
时间 频率
周期、记数、统计分布等
11
1.3 传感器的数学模型概述
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。
n
dy
d n1 y
dy
an dtn an1 dtn1 a1 dt a0 y
bm
dmx dt m
参数。除b0 0外，一般取b1,b2…bm为零.
13
1.3 传感器的数学模型概述
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
Y S yt estdt 0
（1 3）
式中S=σ+jω，σ>0。
对微分方程两边取拉氏变换，则得
传感器PPT教学课件
热电阻ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基于电阻随温度变化的原 理，常用于中低温测量。
集成温度传感器
将温敏元件、信号调理电 路等集成于一体，具有体 积小、响应快等优点。
压力传感器
压阻式压力传感器
利用压阻效应将压力转换为电阻变化 ，具有灵敏度高、线性度好等特点。
压电式压力传感器
电容式压力传感器
通过测量电容变化来反映压力大小， 具有稳定性好、抗干扰能力强等优点 。
智能安防
02
利用红外传感器、门窗磁感应器等监测家庭安全状况，及时发
现异常情况并报警。
智能家电
03
传感器在智能家电中广泛应用，如温度传感器在空调中调节室
内温度，湿度传感器在加湿器中控制室内湿度等。
汽车电子领域应用
汽车安全系统
利用碰撞传感器、加速度传感器等监测车辆行驶状态，及时触发安 全气囊、安全带预紧器等安全装置，保障驾乘人员安全。
网络化
传感器具有数字接口和通信协议，可方便地与计 算机或网络进行连接和通信。
物联网应用
传感器作为物联网的感知层设备，广泛应用于智 能家居、智能交通、智能农业等领域。
多功能化与复合化趋势
多功能化
一个传感器可以同时检测多个参数，如温度、湿度、压力等，实 现一机多用。
复合化
将不同功能的传感器进行组合和封装，形成复合传感器，提高检测 效率和精度。
转换元件
将敏感元件输出的物理量 转换为电信号。
测量电路
将转换元件输出的电信号 进行放大、处理、转换， 以便于显示、记录、控制 和处理。
传感器信号转换过程
传感器接收被测量，通过敏感元件转换为相应的物理量 。
转换元件将物理量转换为电信号，如电压、电流或电阻 等。
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传统技术的传感器 智能传感器、模糊传感器、微传感器、 网络传感器
必须由外部提供激励源，如电阻、电感、电 容等传感器。
传感器将从被测对象获取的信息能量直接转换 成输出信号能量，不需要外电源。如基于压电 效应、热电效应等传感器都属于此类传感器。
24
25
非电量 能量变换型 传感器
能量形式电量 （电动势、电荷等）
第1节 传感器
1.2 传感器的定义与组成
被测对象
敏感元件
转换元件
基本部分
信号调理 电量输出 与转换电路
辅助电源
敏感元件：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：将敏感元件输出的非电量信号直接转换为电信 号。
测量电路：将转换元件输出的电信号进行调理，使之便于 显示、处理和传输。
第1节 传感器
1.2 传感器的定义与组成
“阿波罗10”：
火箭部分---2077个传感器 飞船部分---1218个传感器
检测参数---加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、 声学等
第1节 传感器
1.2 传感器的定义与组成
国家标准（GB7665-87）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
没有传感器对原始信息进行精确、可靠的捕获和转换，一切测 量和控制都是不可能实现的。
第一章 概述
1.1 课程简介 1.1.2 本课程的内容体系结构
三大模块
传感器原理
检测技术
检测系统
从待测对象那获得反映 待测对象的特征与状态 的信号
被测对象包含的信息进行定性 了解和定量掌握所采取的一系 列措施
传感原理 + 检测技术 = 检测系统
机器系统中，传感器是各种机 械和电子设备的感觉器官。感知 光、色、温度、压力、声音、湿 度、气味及辐射等。
外 部 信 息
2021/3/5
行动
8
9
现代信息技术的三大支柱
计算机技术
通信技术
传感器在信息 社会的地位？？
传感器技术
信息处理
信息传输
信息采集
现代测量与自动控制的首要环节 传感器是信息采集系统的首要部件，计算机的“五官”
课程简介
课程类型
专业基础课
学时学分
共32学时
课程时间
16周理论教学
课程简介
学习目的与要求 （1）建立传感器技术的整体概念； （2）掌握传感器技术的基本理论、常用传感器的工作原
理和应用技术； （3）培养学生进一步学习、研究和应用传感器技术的兴
趣； （4）为学习后续课程和独力解决实际问题打下必要的基
础。
传感器
是一门应用科学，研究自动检测系统中 的信息提取、信息转换、信息处理的理 论和技术。
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
自动检测系统是自动测量、自动计量、 自动保护、自动诊断、自动信号处理等 诸系统的总称。
12
第一章 概述
1.1 课程简介 1.1.3 本课程的任务及要求
不同传感器的组成
（2）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 质量块是敏感元件，压电片是转换元件。
压电式加速度传感器
石英晶体的压电效应演示
当力的方向改变时，电荷的极性随之改变， 输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力 变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏 、消失。
重点：传感器的工作原理
难点：传感器的应用技术；内容涉及知识面广，理论性、综 合性和实践性强。
上篇 传感器原理
3
第一章 概述
1.1 课程简介 1.1.1 本课程的地位和作用
工科最重要的专业课 起源于仿生研究
人体系统：
人类有五大感觉器官，即眼、 耳、鼻、舌、皮肤。通过这些感 觉器官感知外界信息。
机器系统：
电量
测量电路
电压、电流
非电量 能量控制型 传感器
非能量形式电量 （电阻、电容、电感
电量
测量电路
电压、电流
辅助电源
26
能量转换型传感器
光电式鼠标
高精度热电偶
压电式无源蜂鸣器
能量转换型传感器 发电型传感器
按能量关系分
所蕴含的技 术特征
能量控制型—有源型—参量型 能量转换型—无源型—发电型
普通型 新型
以其敏感元件物理特性变化实现信号转换 以其转换元件结构参数变化实现信号转换 气体、液体、固体分析、PH值、浓 度酶、微生物、抗体、免疫抗原
传感器的输出量由外源供给，但受被测量控制 传感器的输出量直接由被测量能量转换而得
器件或装置。
① 传感器是测量装置，能完成检测任务；
非电量电测技术
② 输入量是某一被测量，物理量、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 输出与输入有对应关系，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。
1.3 传感器的分类
分类法
输入量分类 输出量分类
类型
位移、温度、压力式等 模拟式 数字式
光电式、压电式、 热电式
说明
以被测量命名
输出量为模拟信号 输出量为数字信号
应变电阻式、电
感式、电容式及 磁电式
工作原理分 电阻、电感、电容、压电等
以传感器对信号的转换的工作原理命名
基本效应分
物性型 结构型 化学型 生物型
涉及众多基础理论和技术的综合性技术课程 先修课程：高等数学、普通物理学、电路基 础、模拟与数字电子技术
第1节 传感器
1.2 传感器的定义与组成
1.红外线传感器 空调遥控器 2.温度传感器二号的CCD立体相机可以获得 直径大于21米的月坑的清晰图像；
不同传感器的组成
（1）只有一个转换元件 传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组成，感受被测 量时直接输出电量，如热电偶。
A
①
②
T
T’
B
热电偶
先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
左端：测
量端（工 作端、热
A
端）
B
热电势
热电极B
右端：自 由端（参 考端、冷 端）
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
一种能把特定的被测信号 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、显示和控制等要求。
嫦娥一号卫星搭载 的CCD立体相机
第1节 传感器
1.2 传感器的定义与组成
5.汽车上使用的传感器
传统：行驶速度、距离、 发动机旋转速度、燃料 剩余量。 安全：安全气囊系统、 防盗装置、防滑控制系 统、防抱死装置、电子 变速控制装置、汽车 “黑匣子”。 环保：排气循环装置、 电子燃料喷射装置。
必须由外部提供激励源，如电阻、电感、电 容等传感器。
传感器将从被测对象获取的信息能量直接转换 成输出信号能量，不需要外电源。如基于压电 效应、热电效应等传感器都属于此类传感器。
24
25
非电量 能量变换型 传感器
能量形式电量 （电动势、电荷等）
第1节 传感器
1.2 传感器的定义与组成
被测对象
敏感元件
转换元件
基本部分
信号调理 电量输出 与转换电路
辅助电源
敏感元件：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：将敏感元件输出的非电量信号直接转换为电信 号。
测量电路：将转换元件输出的电信号进行调理，使之便于 显示、处理和传输。
第1节 传感器
1.2 传感器的定义与组成
“阿波罗10”：
火箭部分---2077个传感器 飞船部分---1218个传感器
检测参数---加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、 声学等
第1节 传感器
1.2 传感器的定义与组成
国家标准（GB7665-87）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
没有传感器对原始信息进行精确、可靠的捕获和转换，一切测 量和控制都是不可能实现的。
第一章 概述
1.1 课程简介 1.1.2 本课程的内容体系结构
三大模块
传感器原理
检测技术
检测系统
从待测对象那获得反映 待测对象的特征与状态 的信号
被测对象包含的信息进行定性 了解和定量掌握所采取的一系 列措施
传感原理 + 检测技术 = 检测系统
机器系统中，传感器是各种机 械和电子设备的感觉器官。感知 光、色、温度、压力、声音、湿 度、气味及辐射等。
外 部 信 息
2021/3/5
行动
8
9
现代信息技术的三大支柱
计算机技术
通信技术
传感器在信息 社会的地位？？
传感器技术
信息处理
信息传输
信息采集
现代测量与自动控制的首要环节 传感器是信息采集系统的首要部件，计算机的“五官”
课程简介
课程类型
专业基础课
学时学分
共32学时
课程时间
16周理论教学
课程简介
学习目的与要求 （1）建立传感器技术的整体概念； （2）掌握传感器技术的基本理论、常用传感器的工作原
理和应用技术； （3）培养学生进一步学习、研究和应用传感器技术的兴
趣； （4）为学习后续课程和独力解决实际问题打下必要的基
础。
传感器
是一门应用科学，研究自动检测系统中 的信息提取、信息转换、信息处理的理 论和技术。
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
自动检测系统是自动测量、自动计量、 自动保护、自动诊断、自动信号处理等 诸系统的总称。
12
第一章 概述
1.1 课程简介 1.1.3 本课程的任务及要求
不同传感器的组成
（2）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 质量块是敏感元件，压电片是转换元件。
压电式加速度传感器
石英晶体的压电效应演示
当力的方向改变时，电荷的极性随之改变， 输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力 变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏 、消失。
重点：传感器的工作原理
难点：传感器的应用技术；内容涉及知识面广，理论性、综 合性和实践性强。
上篇 传感器原理
3
第一章 概述
1.1 课程简介 1.1.1 本课程的地位和作用
工科最重要的专业课 起源于仿生研究
人体系统：
人类有五大感觉器官，即眼、 耳、鼻、舌、皮肤。通过这些感 觉器官感知外界信息。
机器系统：
电量
测量电路
电压、电流
非电量 能量控制型 传感器
非能量形式电量 （电阻、电容、电感
电量
测量电路
电压、电流
辅助电源
26
能量转换型传感器
光电式鼠标
高精度热电偶
压电式无源蜂鸣器
能量转换型传感器 发电型传感器
按能量关系分
所蕴含的技 术特征
能量控制型—有源型—参量型 能量转换型—无源型—发电型
普通型 新型
以其敏感元件物理特性变化实现信号转换 以其转换元件结构参数变化实现信号转换 气体、液体、固体分析、PH值、浓 度酶、微生物、抗体、免疫抗原
传感器的输出量由外源供给，但受被测量控制 传感器的输出量直接由被测量能量转换而得
器件或装置。
① 传感器是测量装置，能完成检测任务；
非电量电测技术
② 输入量是某一被测量，物理量、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 输出与输入有对应关系，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。
1.3 传感器的分类
分类法
输入量分类 输出量分类
类型
位移、温度、压力式等 模拟式 数字式
光电式、压电式、 热电式
说明
以被测量命名
输出量为模拟信号 输出量为数字信号
应变电阻式、电
感式、电容式及 磁电式
工作原理分 电阻、电感、电容、压电等
以传感器对信号的转换的工作原理命名
基本效应分
物性型 结构型 化学型 生物型
涉及众多基础理论和技术的综合性技术课程 先修课程：高等数学、普通物理学、电路基 础、模拟与数字电子技术
第1节 传感器
1.2 传感器的定义与组成
1.红外线传感器 空调遥控器 2.温度传感器二号的CCD立体相机可以获得 直径大于21米的月坑的清晰图像；
不同传感器的组成
（1）只有一个转换元件 传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组成，感受被测 量时直接输出电量，如热电偶。
A
①
②
T
T’
B
热电偶
先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
左端：测
量端（工 作端、热
A
端）
B
热电势
热电极B
右端：自 由端（参 考端、冷 端）
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
一种能把特定的被测信号 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、显示和控制等要求。
嫦娥一号卫星搭载 的CCD立体相机
第1节 传感器
1.2 传感器的定义与组成
5.汽车上使用的传感器
传统：行驶速度、距离、 发动机旋转速度、燃料 剩余量。 安全：安全气囊系统、 防盗装置、防滑控制系 统、防抱死装置、电子 变速控制装置、汽车 “黑匣子”。 环保：排气循环装置、 电子燃料喷射装置。