《传感器原理及应用》PPT课件
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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
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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
传感器原理及应用ppt课件
图1-3 传感器的重复性
ppt课件
24
（3）重复性 重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量
程连续多次变动时所得到的特性曲线的不一致程 度，如图1-3所示，用公 式表示为
x
mmax ymax
100%
（1-5）
式中，⊿mmax取⊿ m1、 ⊿ m2中最大的计算，ymax为满 量程输出值。
传感器输出特性的不重复性主要是由传感器的机械
定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由
对被测量敏感的元件和转换元件组成，其中敏感元件
是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，如应
变式压力传感器中的弹性膜片，就是敏感元件；转换
元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应到的被测
量转换成适于传输或测量的电信号（电压、电流）部
分，如电阻应变片就是转换元件。
要，传感器必须向小型化、微型化方向发展，以便减小体积 和质量。
4. 向多功能化方向发展 传感器多功能化也是传感器今后发展的一个重要方向，
在一块集成传感器上综合多个传感器的功能，可以同时测量 多个被测量，它可以借助于敏感元件中的不同物理结构或化 学物质及其不同的表征方式，用单独一个传感器系统来同时 实现多种传感器的功能。
组成网络直接通信，实现数据的实施发布、共享，以 及网络控制器对节点的控制操作。另外，通过 Internet网，传感器与用户之间可异地交换信息，厂 商能直接与异地用户交流，能及时完成传感器故障诊 断，指导用户维修或交换新仪器改进的数据，软件升 级等工作。另外，在微机电技术、自组织网络技术、 低功耗射频通信技术及低功耗微型计算机技术的共同 促进下，传感器朝微型化和网络化的方向迅速发展， 产生了无线传感器网络。
ppt课件
17
传感器原理及应用PPT课件(共8单元)第7章 智能传感器
应满足
yx
y0
x xR
( yR
y0 )
（7-5）
智能传感器采用模型方法进行自诊断。
图7-9 智能传感器自诊断流程
智能传感器应用案例
7.3.1 智能传感器在智能窗户中的应用
智能窗户是智能家居的一个重要组成部分，在防盗、通 风、采光和防跌落等方面都有着重要的作用。
它的主要功能包括：利用雨滴传感器检测是否有雨；利 用光敏传感器检测光线强度；通过红外检测功能，判断是否 有异物；手动、自动开（关）窗户功能。
智能窗户一般是由单片机、智能传感器、执行结构和报 警电路组成的。
智能传感器是智能窗户采集环境数据的核心器件，常用 的传感器包括雨滴传感器、红外传感器和限位开关等。
图7-10 智能窗户硬件电路
智能雨滴传感器它主要用于检测是否下雨及雨 量的大小。
智能雨滴传感器是混合结构的智能传感器，雨 滴传感器和信号调理电路通过串行线连接。
（a）
（b）
（c）
图7-5 A/D转换芯片
（a）ADC0809芯片 （b）AD9220芯片 （c）ADS1015芯片
7.2.2 智能传感器的软件设计
智能传感器的软件部分可分为系统软件和应用软件两种。系统软件一般由微处理器 厂家提供；而应用软件则是面向用户的程序，
在智能传感器中，软件的最主要功能是完成数据处理任务，其主要内容包括标度变 换、非线性校正及误差的自校准、自诊断和自补偿等。
在智能传感器校零过程中，多路选择开关首先接通零点标准值（ x0 0 ），此时的
输出 y0 a0 ；然后，多路选择开关接通标准值 xR （标定），此时的标定输出 yR 为
yR y0 a1xR
（7-3）
即
a1
传感器的原理及其应用解读课件
磁电式传感器
磁电式传感器利用磁场和导磁材料的 相互作用来检测物理量，如转速、振 动等。
VS
磁电式传感器由永久磁铁和感应线圈 组成。当被测物体接近或离开感应线 圈时，线圈中的磁通量产生变化，从 而产生感应电动势。常见的磁电式传 感器有霍尔效应和磁阻效应传感器。
03
传感器的应用
工业自动化
01
总结词
02
详细描述
传感器在工业自动化领域的应用广泛，主要用于监测和控制生产过程 中的各种参数，提高生产效率和产品质量。
传感器可以监测温度、压力、流量、物位、重量、速度等参数，并通 过信号转换和控制回路实现自动化生产线的精确控制，提高生产效率 和产品质量。
环境监测
总结词
传感器在环境监测领域的应用主要涉 及气象、水文、空气质量等方面的监 测，为环境保护和治理提供数据支持 。
智能家居
总结词
传感器在智能家居领域的应用主要涉及家庭安全和智能控制，提高居住的舒适性和安全性。
详细描述
传感器可以监测门窗的开关状态、烟雾浓度、一氧化碳浓度等参数，实现家庭安全的智能化监控和管 理。同时，传感器还可以用于智能照明、智能空调等设备的控制，提高居住的舒适性和安全性。
安全防护
总结词
传感器在安全防护领域的应用主 要涉及安全监控和预警系统，保 证人员和财产的安全。
总结词
提高传感器的可靠性和稳定性是当前面临的 重要挑战。
详细描述
传感器的可靠性和稳定性直接影响其测量精 度和使用寿命，因此需要不断改进传感器的 设计、制造工艺和材料，以提高其性能和可 靠性。
传感器的成本问题及市场推广
总结词
降低成本是传感器市场推广的关键，需要从材料、工 艺、设计等方面入手，提高生产效率并降低制造成本 。
常用传感器原理及应用课件
电感式传感器
总结词
利用电磁感应原理检测物理量的传感器
缺点
灵敏度较低，需要进行温度补偿和湿度补 偿。
优点
结构简单、稳定性好、可靠性高。
工作原理
通过改变线圈的自感系数或互感系数来检 测位移、角度、重量等物理量变化，从而 输出相应的电信号。
应用领域
广泛应用于位移、角度、重量测量等领域 。
压电式传感器
工作原理
详细描述
传感器可以监测温度、压力、流量、物位、重量等参数，控制机器设备的运行状 态，实现自动化生产。例如，压力传感器可以监测液压系统的压力，温度传感器 可以监测冷却水的温度，流量传感器可以监测流体的流量。
环境监测
总结词
传感器在环境监测领域的应用主要是对大气、水质、土壤等环境因素进行实时监测，为环境保护和治理提供数据 支持。
交通工具
总结词
传感器在交通工具领域的应用主要是用于监测车辆的运行状态和路况信息，提高行车安 全和交通效率。
详细描述
传感器可以监测车辆的发动机参数、车速、油量等参数，以及路面状况、天气状况等信 息。这些数据可以帮助驾驶员及时了解车辆和路况状况，采取相应的行车措施，提高行 车安全和效率。同时，还可以用于智能交通系统的建设，实现交通信号灯的自适应控制
多功能化与集成化发展
多功能化
传感器正朝着多功能化方向发展，一个传感 器可以同时检测多种参数，如温度、湿度、 压力等，减少了系统的复杂性和成本，提高 了测量效率。
集成化
传感器集成化是未来发展的重要趋势，通过 将多个传感器集成在一个芯片上，可以实现 多参数同时检测和测量，提高了系统的可靠 性和稳定性。同时，集成化传感器也有利于 实现小型化、微型化发展，满足各种便携式
传感器原理及应用ppt课件
香港理工AGV模型
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23
传感器在生物医学上的应 用
• 对人体的健康状况进行 • 诊断需要进行多种生理 • 参数的测量。 • 国内已经成功地开 • 发出了用于测量近红外 • 组织血氧参数的检测仪 • 器。人类基因组计划的研究
也大大促进了对酶、免疫、 微生物、细胞、DNA、RNA、 蛋白质、嗅觉、味觉和体液 组份以及血气、血压、血流 量、脉搏等传感器的研究。
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32
传感器的分类
2、按传感器工作机理分类－续2
（3）化学传感器 是利用化学反应的原理，把无机和有机化学物质的成分、浓度等 转换为电信号的传感器。如：离子选择性电极。
（4）生物传感器 是一种利用生物活性物质选择性的识别和测定生物化学物质的传 感器。近年来发展很快。
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33
13
可编辑课件PPT
14
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15
在汽车、机床、电机、发动机等产品出厂 时，必须对其性能质量检测
• 图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括
润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机
转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以
了解产品质量。
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16
• 汽车扭距测量 机床加工精度测量
传感器的分类
3、按信息能量变换方式分类
在传感器内部，信息的传递与变换伴随着能量 的流动。
（1）能量变换型：传感器从被测对象中获取能 量，用于直接输出。如：热电偶、光电池、压 电式、电磁感应式、固体电解质气敏传感器等。
（2）能量控制型：传感器从被测对象中获取能 量，用于控制激励源，故又称有源型传感器。 如：电阻式、电感式、电容式、霍尔式、…。
传感器原理与应用课件
磁学传感器
总结词
利用磁场变化进行检测的传感器 。
工作原理
基于霍尔效应、磁阻效应等磁学原 理，将磁场变化转换为电信号。
应用领域
磁场检测、电流检测、位置检测等 。
光学传感器
总结词
利用光学原理进行检测的 传感器。
工作原理
基于光电效应、干涉、衍 射等光学原理，将光信号 转换为电信号。
应用领域
图像辨认、光谱分析、环 境监测等。
温度传感器
温度传感器是一种能够将温度信号转换为可测量的电 信号的装置。它广泛应用于温度测量和控制领域，如
工业炉温、环境温度、体温等。
输标02入题
温度传感器的工作原理基于热电效应或热电阻效应。 热电效应是指温度变化引起电势变化，而热电阻效应 则是温度变化引起电阻值变化。
01
03
温度传感器的应用非常广泛，如空调系统、冰箱制冷 系统、温室温度监测等。它们能够实时监测温度变化
02
性能优化
01
03
考虑提高传感器的准确性、 稳定性、响应速度和可靠性
。
改进建议
04
05
根据实际使用情况和测试结 果，提出改进建议，进一步
提高传感器的性能。
06
传感器实例分析
压力传感器
压力传感器是一种能够将压力信号转 换为可测量的电信号的装置。它广泛 应用于各种领域，如工业控制、汽车 电子、医疗设备等。
考虑材料的稳定性、可靠性、成本和可加工性。
材料选择与制备
1. 准备原材料
根据选定的材料，准备所需的原材料。
2. 加工与成型
对原材料进行加工和成型，以获得所需的传感器结构 。
3. 表面处理
对传感器的表面进行适当的处理，以提高其性能和稳 定性。
新型传感器原理及应用ppt课件
半导瓷材料的表面电阻下降。由此可见，不论是N型还是P型 半导瓷，其电阻率都随湿度的增加而下降。
5.1 气敏、湿敏传感器
2) 正特性湿敏半导瓷的导电原理 正特性材料的结构、电子能量状态与负特性材料有所不 同。当水分子附着在半导瓷的表面使电动势变负时，导 致其表面层电子浓度下降，但这还不足以使表面层的空 穴浓度增加到出现反型程度，此时仍以电子导电为主。 于是，表面电阻将由于电子浓度下降而加大，这类半导 瓷材料的表面电阻将随湿度的增加而加大。
5.1 气敏、湿敏传感器
2. 半导体陶瓷湿敏电阻
通常，用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成为多孔陶瓷，这 些材料有ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系和Fe3O4等， 前三种材料的电阻率随湿度增加而下降，故称为负特性湿敏半导体陶瓷， 最后一种材料的电阻率随湿度增加而增大，故称为正特性湿敏半导体陶瓷 (以下简称半导瓷)。
1—ZnO-LiO2-V2O5；2—Si-Na2OV2O5；3—TiO2-MgO-Cr2O3
Fe3O4半导瓷正湿敏特性图
5.1 气敏、湿敏传感器
1) 负特性湿敏半导瓷的导电原理
由于水分子中的氢原子具有很强的正电场，当水在半导瓷表面吸 附时，就有可能从半导瓷表面俘获电子，使半导瓷表面带负电。 如果该半导瓷是P型半导体，则由于水分子吸附使表面电动势下降， 将吸引更多的空穴到达其表面，于是，其表面层的电阻下降。若 该半导瓷为N型，则由于水分子的附着使表面电动势下降，如果表 面电动势下降较多，不仅使表面层的电子耗尽，同时吸引更多的 空穴达到表面层，有可能使到达表面层的空穴浓度大于电子浓度， 出现所谓表面反型层，这些空穴称为反型载流子。它们同样可以 在表面迁移而表现出电导特性。因此，由于水分子的吸附，使N型
5.1 气敏、湿敏传感器
2) 正特性湿敏半导瓷的导电原理 正特性材料的结构、电子能量状态与负特性材料有所不 同。当水分子附着在半导瓷的表面使电动势变负时，导 致其表面层电子浓度下降，但这还不足以使表面层的空 穴浓度增加到出现反型程度，此时仍以电子导电为主。 于是，表面电阻将由于电子浓度下降而加大，这类半导 瓷材料的表面电阻将随湿度的增加而加大。
5.1 气敏、湿敏传感器
2. 半导体陶瓷湿敏电阻
通常，用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成为多孔陶瓷，这 些材料有ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系和Fe3O4等， 前三种材料的电阻率随湿度增加而下降，故称为负特性湿敏半导体陶瓷， 最后一种材料的电阻率随湿度增加而增大，故称为正特性湿敏半导体陶瓷 (以下简称半导瓷)。
1—ZnO-LiO2-V2O5；2—Si-Na2OV2O5；3—TiO2-MgO-Cr2O3
Fe3O4半导瓷正湿敏特性图
5.1 气敏、湿敏传感器
1) 负特性湿敏半导瓷的导电原理
由于水分子中的氢原子具有很强的正电场，当水在半导瓷表面吸 附时，就有可能从半导瓷表面俘获电子，使半导瓷表面带负电。 如果该半导瓷是P型半导体，则由于水分子吸附使表面电动势下降， 将吸引更多的空穴到达其表面，于是，其表面层的电阻下降。若 该半导瓷为N型，则由于水分子的附着使表面电动势下降，如果表 面电动势下降较多，不仅使表面层的电子耗尽，同时吸引更多的 空穴达到表面层，有可能使到达表面层的空穴浓度大于电子浓度， 出现所谓表面反型层，这些空穴称为反型载流子。它们同样可以 在表面迁移而表现出电导特性。因此，由于水分子的吸附，使N型
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dd
柱式电容器电容量：
C 2L
ln D d
Chapter4
空气介质的变间隙式电容传感器： C d
C0 d0
灵敏度： K C / C0 1
d
d0
非线性误差：
L
(d / d0 )2 d / d0
100 %
d / d0
100 %
具有固体介质的变间隙式电容传感器：
C C
N1
d1 d1 d2
线位移变面积式电容传感器：
Chapter1
1．明确传感器的定义、组成及其分类；传感器技术的特 点；传感器与传感器技术的地位和作用及其发展趋势；
2．掌握传感器静态特性指标及定量描述方法； 3．掌握传感器动态特性的描述方法（微分方程，传递函 数，频率特性）及其动态特性指标（一阶传感器的时间常 数，二阶传感器的固有频率n和阻尼比）的意义； 4．掌握传感器动态响应（阶跃响应和频率响应）的分析 方法； 5．掌握传感器动态误差的意义及其计算方法； 6．了解机-电模拟的基本方法和意义。
M M
4．掌握高频反射式电涡流式传感器的结构、工作原理及其 基本特性；
5．掌握各类电感式传感器的典型应用（位移型传感器）。
Chapter4
被测量 （d，S，） C U(I,f)
1．掌握不同类型的电容传感器构成原理及其用途，并结 合应用设计电容式传感器：
平行板电容器电容量： C S r 0 S
L 0W 2 l2
lr 2 r lc rc 2
KL
L lc
0W 2
l2
r rc 2
非线性 误差
L
1
1 l r
100 %
L
0W
l2
2
r rc2lc
差动结构：灵敏度加倍；非线性误差减小。
Chapter3
2.掌握电感式传感器的电桥测量电路的输出特性：
交流电桥输出：U•O
Z1
Z1
Z2
Z2
Z3
b C Cx C0 d x
K C b
x d
Chapter4
角位移变面积式电容传感器：
C
Cx
nC0
nb x
d
K
C
C0
变介电常数式电容传感器： C r0S(线性) d
2．分析各种电容式传感器测量电路特点：交流不平衡电 桥，二极管检波电路，差动脉冲宽度调制电路，运算法测量 电路等；
主要计算公式
一阶传感器
二阶传感器
微分方程 传递函数
dyt yt Kxt
dt
Hs K
1 s
频率特性 幅频特性
Hj K
1 j
A Hj K 1 2
相频特性 arctan arctan
动态误差
1 1
1 2
1 d 2 yt 2 dyt yt Kxt
n2 dt 2 n dt
3．了解杂散电容产生原因及减少或消除杂散电容影响的 方法；
4．明确电容式差压变送器结构原理，掌握分析计算电容 变送器初始电容及灵敏度变化的方法。
Chapter5
力(F ) 电荷(Q)
1．掌握压电材料压电效应的意义及描述方法(Q=dijF)； 2．掌握石英及压电陶瓷材料的压电机理及其压电特性； 3．掌握压电式传感器的等效电路（等效电容器Ca=S/h， 或电荷源Q= dijF、电压源Ua=Q/Ca）及测量电路的特点;分析 电压前置放大器与电荷前置放大器的特性及区别：
R 1 2 /
R
K R / R 1 2 / 1 2
2．掌握压阻式传感器工作原理，固态压阻式传感器的设
计特点及其应用；
R R
1 2
L E
L
KB
R / R
1
2
/
LE
Chapter2
3．掌握电阻应变式传感器测量线路（直流惠斯通电桥） 的结构形式（特别是差动结构）及特点，一般情况下，电桥 输出电压为
被测量 L，M 电磁感应
自感式传感器（电感式传感器）
电感式传感器—
差动变压器
互感式传感器—
电涡流式传感器
Chapter3
1.掌握电感式传感器结构、原理及其基本特性：
变气隙型电感式传感器 螺管式电感传感器
电感量 L W 2 0SW 2 K 1
Rm l r
l r
灵敏度
KL
L
L
1
1
l
r
电压灵敏度
Ku
U am Fm
Ca
d33 Cc Ci
Chapter5
测量电路的时间常数： R( Ca Cc C，i )n=1/，
幅值比， 相位差；
K Uim / n
U am 1 ( / n )2 2 arctan( / n )
低频响应动态误差：
《传感器原理与应用》
内容提要和基本要求
教学内容和重点： •传感器的基本概念及其基本特性（静态、动态特性）； •传感器的标定和校准方法； •各类传感器的转换原理；特性分析及其设计方法；测量 电路；实际应用； •实验。 参考学时： •56或64学时，其中讲课44~50学时；实验12~14学时。 考核方法： •平时(作业、考勤)15%+实验15%+期末考试70%
Chapter5
电压前置放大器
传感器的电压灵敏度：Ku
Uim Fm
d33R 1 ( R )2( Ca Cc Ci )2
输入电压Ui与作用力之间的相位差:
2
arctan(
/
n
)
理想情况：幅值比 K Uim R(Ca Cc Ci )
U am 1 (R)2 (Ca Cc Ci )2
Hs
K
1
2 n
s2
2 n
s
1
H j
K
1 n 2 2 j n
A
K
1 n 2 2 4 2 n 2
arctan 2 n 1 n 2
1
1
1 n 2 2 4 2 n 2
Chapter2
被测量 应变（） 电阻变化（R） 电压(U)
1．掌握金属电阻应变片的结构、原理（电阻-应变效应， K=(R/R)/）及特性：
Z3
Z4
Z4
•
E
Z
•
差动电阻平衡臂电桥：
•
U
o
E
L
或
2L
Uo
E 2
RS
RS
•
差动变压器电桥：
•
U
o
E
Z
2Z
或
Uo
L
E
2 RS 2 (L)2
Chapter3
3．掌握差动变压器组成结构、工作原理、输出特性及其差 动整流电路和相敏检波电路的工作原理，
输出信号：
ES
2ME P
R
2 P
L P
2
M M
2ES0
UO
Ui 4
R1 R
R2 R
R3 R
R4 R
Ui 4
K 1
2
3
4
4．掌握电阻应变式传感器的组成、应用及其分析方法； 弹性敏感元件+电阻应变片 电阻应变式传感器；
弹性敏感元件的应变-应力关系：=/E； 弹性敏感元件的泊松比：Δd/d=l/l=。
5．了解电位计式传感器结构和基本特性（自学）。
Chapter3
柱式电容器电容量：
C 2L
ln D d
Chapter4
空气介质的变间隙式电容传感器： C d
C0 d0
灵敏度： K C / C0 1
d
d0
非线性误差：
L
(d / d0 )2 d / d0
100 %
d / d0
100 %
具有固体介质的变间隙式电容传感器：
C C
N1
d1 d1 d2
线位移变面积式电容传感器：
Chapter1
1．明确传感器的定义、组成及其分类；传感器技术的特 点；传感器与传感器技术的地位和作用及其发展趋势；
2．掌握传感器静态特性指标及定量描述方法； 3．掌握传感器动态特性的描述方法（微分方程，传递函 数，频率特性）及其动态特性指标（一阶传感器的时间常 数，二阶传感器的固有频率n和阻尼比）的意义； 4．掌握传感器动态响应（阶跃响应和频率响应）的分析 方法； 5．掌握传感器动态误差的意义及其计算方法； 6．了解机-电模拟的基本方法和意义。
M M
4．掌握高频反射式电涡流式传感器的结构、工作原理及其 基本特性；
5．掌握各类电感式传感器的典型应用（位移型传感器）。
Chapter4
被测量 （d，S，） C U(I,f)
1．掌握不同类型的电容传感器构成原理及其用途，并结 合应用设计电容式传感器：
平行板电容器电容量： C S r 0 S
L 0W 2 l2
lr 2 r lc rc 2
KL
L lc
0W 2
l2
r rc 2
非线性 误差
L
1
1 l r
100 %
L
0W
l2
2
r rc2lc
差动结构：灵敏度加倍；非线性误差减小。
Chapter3
2.掌握电感式传感器的电桥测量电路的输出特性：
交流电桥输出：U•O
Z1
Z1
Z2
Z2
Z3
b C Cx C0 d x
K C b
x d
Chapter4
角位移变面积式电容传感器：
C
Cx
nC0
nb x
d
K
C
C0
变介电常数式电容传感器： C r0S(线性) d
2．分析各种电容式传感器测量电路特点：交流不平衡电 桥，二极管检波电路，差动脉冲宽度调制电路，运算法测量 电路等；
主要计算公式
一阶传感器
二阶传感器
微分方程 传递函数
dyt yt Kxt
dt
Hs K
1 s
频率特性 幅频特性
Hj K
1 j
A Hj K 1 2
相频特性 arctan arctan
动态误差
1 1
1 2
1 d 2 yt 2 dyt yt Kxt
n2 dt 2 n dt
3．了解杂散电容产生原因及减少或消除杂散电容影响的 方法；
4．明确电容式差压变送器结构原理，掌握分析计算电容 变送器初始电容及灵敏度变化的方法。
Chapter5
力(F ) 电荷(Q)
1．掌握压电材料压电效应的意义及描述方法(Q=dijF)； 2．掌握石英及压电陶瓷材料的压电机理及其压电特性； 3．掌握压电式传感器的等效电路（等效电容器Ca=S/h， 或电荷源Q= dijF、电压源Ua=Q/Ca）及测量电路的特点;分析 电压前置放大器与电荷前置放大器的特性及区别：
R 1 2 /
R
K R / R 1 2 / 1 2
2．掌握压阻式传感器工作原理，固态压阻式传感器的设
计特点及其应用；
R R
1 2
L E
L
KB
R / R
1
2
/
LE
Chapter2
3．掌握电阻应变式传感器测量线路（直流惠斯通电桥） 的结构形式（特别是差动结构）及特点，一般情况下，电桥 输出电压为
被测量 L，M 电磁感应
自感式传感器（电感式传感器）
电感式传感器—
差动变压器
互感式传感器—
电涡流式传感器
Chapter3
1.掌握电感式传感器结构、原理及其基本特性：
变气隙型电感式传感器 螺管式电感传感器
电感量 L W 2 0SW 2 K 1
Rm l r
l r
灵敏度
KL
L
L
1
1
l
r
电压灵敏度
Ku
U am Fm
Ca
d33 Cc Ci
Chapter5
测量电路的时间常数： R( Ca Cc C，i )n=1/，
幅值比， 相位差；
K Uim / n
U am 1 ( / n )2 2 arctan( / n )
低频响应动态误差：
《传感器原理与应用》
内容提要和基本要求
教学内容和重点： •传感器的基本概念及其基本特性（静态、动态特性）； •传感器的标定和校准方法； •各类传感器的转换原理；特性分析及其设计方法；测量 电路；实际应用； •实验。 参考学时： •56或64学时，其中讲课44~50学时；实验12~14学时。 考核方法： •平时(作业、考勤)15%+实验15%+期末考试70%
Chapter5
电压前置放大器
传感器的电压灵敏度：Ku
Uim Fm
d33R 1 ( R )2( Ca Cc Ci )2
输入电压Ui与作用力之间的相位差:
2
arctan(
/
n
)
理想情况：幅值比 K Uim R(Ca Cc Ci )
U am 1 (R)2 (Ca Cc Ci )2
Hs
K
1
2 n
s2
2 n
s
1
H j
K
1 n 2 2 j n
A
K
1 n 2 2 4 2 n 2
arctan 2 n 1 n 2
1
1
1 n 2 2 4 2 n 2
Chapter2
被测量 应变（） 电阻变化（R） 电压(U)
1．掌握金属电阻应变片的结构、原理（电阻-应变效应， K=(R/R)/）及特性：
Z3
Z4
Z4
•
E
Z
•
差动电阻平衡臂电桥：
•
U
o
E
L
或
2L
Uo
E 2
RS
RS
•
差动变压器电桥：
•
U
o
E
Z
2Z
或
Uo
L
E
2 RS 2 (L)2
Chapter3
3．掌握差动变压器组成结构、工作原理、输出特性及其差 动整流电路和相敏检波电路的工作原理，
输出信号：
ES
2ME P
R
2 P
L P
2
M M
2ES0
UO
Ui 4
R1 R
R2 R
R3 R
R4 R
Ui 4
K 1
2
3
4
4．掌握电阻应变式传感器的组成、应用及其分析方法； 弹性敏感元件+电阻应变片 电阻应变式传感器；
弹性敏感元件的应变-应力关系：=/E； 弹性敏感元件的泊松比：Δd/d=l/l=。
5．了解电位计式传感器结构和基本特性（自学）。
Chapter3