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。

✧利用物理现象、化学反应和生物效应是各种传感器工作的基本原理，所以发现新现象与

新效应是发展传感器的重要工作，是研究新型传感器的重要基础，意义深远。

EXAM

填空

1.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。

2.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。

3.传感器一般由（敏感元件）、传感元件和其它辅助部件组成。

4.传感元件，它（不直接）感受被测量，而是将敏感元件的输出量转换为电量输出的元件。

5.传感器通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件指（传感器中能直接感受被测量）

的部分。

6.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）。

7.传感器技术的主要发展动向是：实现传感器的集成化、多功能化和（智能化）。

8.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）。

9.转换元件是指传感器中能（将敏感元件输出）转换为适用于传输和测量的电信号部分。

10.传感器是（感受）与被测对象接触的环节，它将被测量转换成与（有确定对应关系）的

（电量的器件）的机构。

11.传感器的分类有很多方法，常用有（按输入量分类）和（按工作原理分类）。

第二章传感器的一般特性

✧传感器的输入-输出关系特性是传感器的基本特性。从误差角度去分析输出-输入特性是

测量技术要研究的主要内容之一。

✧输出-输入特性虽是传感器的外部特性，但与其内部参数有密切关系。

✧传感器测量的物理量有两种形式，一种是稳态（静态或准静态）的形式，这种信号不随

时间变化（或变化缓慢），另一种是动态（周期变化或瞬态）的形式，这种信号是随时间变化而变化的。

✧由于输入物理量状态不同，传感器所表现出来的输出-输入特性也不同，因此存在所谓

静态特性和动态特性。

✧一个高精度传感器，必须有良好的静态特性和动态特性，这样才能完成信号（或能量）

无失真的转换。

2．1 传感器的静态特性

✧传感器在稳态信号作用下，其输出-输入关系称为静态特性。

✧衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性。

2．1．1线性度

✧传感器的线性度是指传感器输出与输入之间的线性程度。

✧理想的输出-输入特性是线性的。实际传感器的输出-输入特性是非线性的，如果不考虑

迟滞和蠕变效应，有式2-1表示。

Y=A0+A1X+A2X*2。。。。。。。。+ANX*N

Y为输出量，X为输入物理量

A0零位输出，A1传感器线性灵敏度

✧在研究线性特性时，可不考虑零位输出。多项式2-1的输出特性曲线如图2-1（D）所

示。

传感器的静态特性（D）

✧公式2-1的三种特殊情况：

1.理想的线性特性，如图2-1A所示的直线。在这种情况下，有公式2-2，

Y=A1X

传感器的静态特性（A）

因为直线上任何点的斜率都相等，所以传感器的灵敏度为常数

SN=Y/X=A1=常数

2.仅有偶次非线性项，如图2-1B所示。其输出-输入特性方程为公式2-3，

Y= A1X+A2X*2。。。。。。。。