2011_0610_北航_传感器技术及应用_樊尚春_014_to
传感器技术及应用_北航稿
2.3 传感器的主要静态性能指标及其计算
2.3.1 测量范围 2.3.2 量 程
•量程：装置示值范围上、下限之差的模
•测量范围：装置的测量误差处于允许极 限内，它所能测量的被测量值范围。
2.3 传感器的主要静态性能指标及其计算
2.3.3 静态灵敏度sensitivity •单位输入所产生的输出，称为静态灵敏度。 •灵敏度是有量刚的量，单位取决于输入、输出量 的单位。
xi ,min max
ymax Ry 100% Ymax Ymin
•数字装置的分辨力就是最后位数的一个字 •模拟装置的分辨力为指示标尺分度值的一半。
阈值（灵敏限、灵敏阈、失灵区、死区、 钝感区threshold ）
•定义：输入量由零变化到使输出量开始发生可观测变化 的输入量值。 •是能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量 值，即零位附近的分辨力。有的传感器在零位附近有严 重的非线性，形成所谓“死区”，则将死区的大小作为 阈值；更多情况下阈值主要取决于传感器的噪声大小， 因而有的传感器只给出噪声电平。
2. 对所用的标定设备的要求
1 1 ； s m s m 10 3
3. 标定过程的要求
x
i
yuij ； xi
ydij
2.2 传感器的静态标定 一定等级的 ?
7个基本量：
长度、质量、时间、温度、电流、发光强度、物质量
2个辅助量：
平面角、球面角
2.2 传感器的静态标定
2.2.2 传感器的静态特性
考虑全部测点
s maxsui，sdi
物理意义
2.3 传感器的主要静态性能指标及其计算
2.3.12 重复性（指标计算）
传感技术-概念
常见物理量的分类
传感器分类表
分类法 按基本效应分 型式 物理型、化学型、 物理型、化学型、生物型 结构型 按构成原理分 物性型 混合型 能量转换型（自源型） 能量转换型（自源型） 按能量关系分 能量控制型（外源型） 能量控制型（外源型） 传感器输出量能量有外源供给， 传感器输出量能量有外源供给，但受被测量控制 说明 分别以转换中的物理效应、 分别以转换中的物理效应、化学效应等命名 以其转换元件结构参数变化实现信号转换 以其转换元件物理特性变化实现信号转换 结构性与物性型传感器组合而成的 传感器输出量直接由被测量能量转换而得
传感器的基本作用和传感器的相关名词*
传感器的功用: 一感二传，即感受被测信息， 传感器的功用: 一感二传，即感受被测信息，并传 送出去。 送出去。 传感器的基本作用体现在测量或检测上， 传感器的基本作用体现在测量或检测上，是应用传 感器的目的，也是学习本课程的目的。 感器的目的，也是学习本课程的目的。 国内曾出现过多种关于传感器名称，如发送器、 国内曾出现过多种关于传感器名称，如发送器、传 送器、变送器、检测器、探头等， 送器、变送器、检测器、探头等，这些名词是从其基本 作用来称谓的，它们的内涵相同或相似， 作用来称谓的，它们的内涵相同或相似，近来已趋向统 大都使用传感器这一名称。 一，大都使用传感器这一名称。 现实中对传感器的称谓仍有混乱，如传感器与敏感 元件的混用等。实际上它们是两个不同概念。国外对传 感器和敏感元件的概念也不统一， 常用词如Sensor、 Transducer及detector。
绪 论
----传感器及传感器技术概述 ----传感器及传感器技术概述
传感器和传感器技术的概念 传感器的工作基础 传感器的组成 传感器分类 传感器的地位与作用 传感器技术发展趋势
加速度传感器介绍
加速度传感器介绍加速度传感器的简述北京航空航天⼤学仪器科学与光电⼯程学院夏伟强1.加速度传感器的意义加速度传感器是⼀种能够测量加速⼒的电⼦设备，⼴泛⽤于航空航天、武器系统、汽车、消费电⼦等。
通过加速度的测量，可以了解运动物体的运动状态。
可应⽤在控制，⼿柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，结构物、环境监视，⼯程测振、地质勘探、铁路、桥梁、⼤坝的振动测试与分析；⿏标，⾼层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。
2.加速度传感器的⼯作原理根据⽜顿第⼆定律：A(加速度)=F(⼒)/M(质量)。
只需测量作⽤⼒F就可以得到已知质量物体的加速度。
利⽤电磁⼒平衡这个⼒，就可以得到作⽤⼒与电流（电压）的对应关系，通过这个简单的原理来设计加速度传感器。
本质是通过作⽤⼒造成传感器内部敏感元件发⽣变形，通过测量其变形量并⽤相关电路转化成电压输出，得到相应的加速度信号。
3.加速度传感器主要技术指标a）量程。
⽐如测量车辆运动只需⼏⼗个g量程，但是测量武器系统的侵彻指标，就需要传感器的量程达10万g甚⾄更⼤。
b）灵敏度。
⼀般来说，越灵敏越好。
越灵敏的传感器对⼀定范围内的加速度变化更敏感，输出电压的变化也越⼤，这样就⽐较容易测量，从⽽获得更精确的测量值。
c）带宽。
主要指传感器可测量的有效频带。
对于⼀般只要测量倾⾓的应⽤，50HZ的带宽应该⾜够了，但是对于需要进⾏动态性能，⽐如振动，你会需要⼀个具有上百HZ带宽的传感器。
4.加速度传感器发展现状及发展趋势市场上占统治地位的加速度传感器是压电式、压阻式、电容式、谐振式等。
压阻式加速度传感器具有加⼯⼯艺简单，测量⽅法易⾏，等优点。
但是，温度效应严重，⼯作温度范围窄，并且灵敏度低，⼀般只有1mg左右，要继续提⾼灵敏度难度很⼤。
压电式加速度计信噪⽐⾼，灵敏度⾼，结构简单，但是信号处理电路较复杂，存在零漂现象不可避免，并且回零慢，不适宜连续测试。
微电容式加速度计具有结构简单、灵敏度⾼、动态特性好、抗过载能⼒⼤，易于集成，不易受温度影响，功耗低，但是，存在输出特性的⾮线性、寄⽣电容、分布电容对灵敏度的影响，以及信号处理电路复杂等问题。
传感器技术与应用第3版第10章智能传感器
智能传感器的关键技术
智能传感器的应用领域
智能传感器的发展趋势与挑战
未来发展趋势预测及挑战分析
微型化与集成化
随着微电子技术和纳米技术的不断发展，智能传感器将朝着微型化和集成化的方向发展，实现更高的性能和更小的体积。
Part 03.
温度智能传感器
采用先进的温度测量技术，实现高精度的温度测量。
高精度测量
具有自校准功能，能够消除传感器自身的漂移和误差。
自校准功能
适应不同温度环境，实现宽温度范围内的测量。
宽测量范围
压力智能传感器
高灵敏度
对压力变化具有高灵敏度，能够快速响应压力变化。
多功能集成
可集成温度、湿度等多种测量功能于一体。
通过内置算法或外部编程，智能传感器可实现多种复杂测量和控制功能，如温度补偿、非线性校正、数字滤波等。
结构组成与功能划分
接口电路
提供与外部设备或系统的通信接口，如I2C、SPI、UA号采集、数据处理、控制输出等功能，实现智能传感器的智能化。
信号处理电路
对转换后的信号进行放大、滤波、整形等处理，以提高信噪比和抗干扰能力。
传感器技术与应用第3版第10章智能传感器
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目录
01.
智能传感器概述
总结与展望
03.
智能传感器类型及其特点
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05.
智能传感器接口电路设计与应用
2011_0524_北航_传感器技术及应用_樊尚春_012_to
仪器科学与光电工程学院
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5.5.1 谐振弦式压力传感器 结构与原理 特性方程 激励方式
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5.5.1 谐振弦式压力传感器 结构与原理
F
传力膜片
石英晶体 (敏感元件)
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5.5.4 石英谐振式集中力传感器 结构与原理 特性方程
f K f f02 F
Kf
与谐波次数，谐振器材料、
F
传力膜片
结构参数，外壳材料、结构
参数等有关的修正系数
——传感器装配 ——功耗高 ——结构复杂
铂电阻 基座
——抗干扰能力差
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5.5.2 谐振筒压力传感器
原理结构示意图（压电激励） 应用特点
——功耗低
——结构简单 ——抗干扰能力强 ——振型的选择 ——传感器装配 ——接触模式
课 程 内 容
第1讲：绪 论 第2讲：传感器的输入输出特性 第3讲：传感器敏感结构的力学特性 第4讲：几种典型的模拟式传感器 第5讲：谐振式传感器 第6讲：发展中的传感器新技术 第7讲：总 结
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2012_0515_北航_传感器技术及应用_017_to
1942年,“膜盒式空速表”—国际首创
林士谔(1913-1987)
利用膜盒的“压力—位移”特性实现测量
——典型的模拟式仪表【指针式】
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5.1 概 述
典型案例
谐振式传感器的重要性
1970，电位器式高度、空速传感器 在我国飞机上使用[～1％]
5.1 概 述
技术视角
谐振式传感器的重要性
谐振式传感器的
特点
k M k eq(M)
meq M (M) eq
数字式 高性能
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5.1 概 述
技术视角
谐振式传感器的重要性
谐振式传感器的
谐振敏感元件
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5.2.1 谐振现象
谐振状态(实际)
A 1
P n
1 P 2 P
2 2 n
2
当 P 1 2 n 2
Amax 1 2 n 1 n
Q 2π ES Ec
Q
1 Am 2 n
Q
2 1
r
1
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5.2.2 谐振子的机械品质因数
ES Q 2π Ec
1 Q Am 2 n
传感器技术及应用 教学大纲
传感器技术及应用——教学大纲一、课程基本信息课程编号：17z8315课程名称：传感器技术及应用Sensor Technology and Application学分/学时：3/42先修课程：主要有：物理、材料力学(工程力学)、电工基础、电子技术基础、自动控制元件、自动控制理论。
二、课程教学目的本课程是仪器科学与光电工程学院测控技术与仪器专业本科生的专业课。
其目标是：提供了解、使用、分析和初步设计常用传感器的敏感元件及系统的理论与实践基础，为后续其他专业课打下较坚实的基础。
三、课程教学任务通过本课程的学习，让学生了解传感器技术的发展现状、特点，在信息技术中的重要地位、作用；掌握信息获取范畴的广义理解；掌握常用传感器的基本工作原理，实现方式与结构；了解传感器技术在国防工业和一般工业领域中的典型应用；同时使学生能够在自动化系统、智能化系统中正确应用常用的传感器技术。
四、教学内容及基本要求本课程理论与实践紧密结合。
主要讲授传感器的性能评估，目前在工业领域中常用的几种典型的、有代表性的传感器的敏感元件的物理效应、变换原理、工作特性、主要结构、信号转换电路、误差及其补偿、合理应用等。
同时本课程也重视对新型传感器技术及应用的介绍。
传感器结构设计、工艺及所用材料只作一般介绍。
本课程主要内容可以分为三部分。
第一部分是关于传感器技术的基础理论与知识，共15个学时；第二部分是关于典型传感器的讨论，这是课程的重点，共21个学时；第三部分是关于近年来出现的新型传感器、应用示例的讨论，共6个学时。
教学的基本知识模块顺序及对应的单元教学任务。
五、教学安排及方式第1章绪论（6学时，基本掌握，讲授为主）1.1 传感器的作用与功能1.2 传感器的分类1.3 传感器技术的特点1.4 传感器技术的发展1.5 与传感器技术相关的一些基本概念1.6 本教材的特点及主要内容第2章传感器的特性（5学时，掌握，讲授为主，讨论为辅）2.1 传感器静态特性的一般描述2.2 传感器的静态标定2.3 传感器的主要静态性能指标及其计算第3章基本弹性敏感元件的力学特性（4学时，掌握，讲授为主）3.1 概述3.2 弹性敏感元件的基本特性3.3 基本弹性敏感元件的力学特性3.4 弹性敏感元件的材料第4章电位器式传感器（1学时，掌握，讨论为主，讲授为辅）4.1 概述4.2 线绕式电位器的特性4.3 非线性电位器4.4 电位器的负载特性及负载误差4.5 非线绕式电位器4.6 典型的电位器式传感器第5章应变式传感器（5学时，掌握，讲授为主，讨论为辅）5.1 应变式变换原理5.2 金属应变片5.3 应变片的动态响应特性5.4 应变片的温度误差及其补偿5.5 电桥原理5.6 典型的应变式传感器第6章压阻式传感器（2.5学时，掌握，讲授为主）6.1 压阻式变换原理6.2 典型的压阻式传感器第7章热电式传感器（2.5学时，掌握，讲授为主，讨论为辅） 7.1 概述7.2 热电阻测温传感器7.3 热电偶测温7.4 半导体P-N结测温传感器7.5 其他测温系统第8章电容式传感器（1学时，掌握，讲授为主，讨论为辅）8.1 基本电容式敏感元件8.2 电容式敏感元件的主要特性8.3 电容式变换元件的信号转换电路8.4 典型的电容式传感器8.5 电容式传感器的结构及抗干扰问题第9章变磁路式传感器（2学时，掌握，讨论为主，讲授为辅）9.1 电感式变换原理9.2 差动变压器式变换元件9.3 电涡流式变换原理9.4 霍尔效应及元件9.5 典型的变磁路式传感器第10章压电式传感器（1学时，基本掌握，讲授为主）10.1 石英晶体10.2 压电陶瓷10.3 聚偏二氟乙烯10.4 压电换能元件的等效电路10.5 压电换能元件的信号转换电路10.6 压电式传感器的抗干扰问题10.7 典型的压电式传感器第11章谐振式传感器（6学时，基本掌握，讲授为主）11.1 谐振状态及其评估11.2 闭环自激系统的实现11.3 振动筒压力传感器11.4 谐振膜式压力传感器11.5 石英谐振梁式压力传感器11.6 谐振式科里奥利直接质量流量传感器第12章微机械与智能化传感器技术（5时，基本掌握，讲授为主，讨论为辅）12.1 概述12.2 几种典型的微硅机械传感器12.3 几种典型的智能化传感器12.4 若干新型传感器应用实例分析课程总结（1学时，讲授为主，讨论为辅）六、教学的基本思路“传感器技术及应用”教学以“一条主线、二个基础、三个重点、多个独立模块”的基本原则来进行。
2012_0221_北航_传感器技术及应用_001_to.
信息获取→信息传输→信息处理 信息技术的源头
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第1讲：绪 论
1.1 课程简要介绍
1.2 课程的教学方法与方式
1.3 课程的设置背景(重要性) 1.4 课程的主要内容 1.5 课程教学的基本要求 1.6 课程的考核
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传感器技术及应用
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主讲教师：樊尚春 教授 助 教：郭占社 副教授
李 成 副教授 邢维巍 副教授 …
1.1 课程简要介绍
什么是传感器？
弹簧
如何获取信息？
真空膜盒
输入
压力→膜盒位移→杠杆位移 →电刷位移→电位器电压
输出
电刷 电位器 引线
p 壳体
p
p
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1.1 课程简要介绍
什么是传感器？
弹簧
如何获取信息？
1.3 课程的设置背景(重要性)：例子2
应变片
膜片
F16
激振电 磁线圈
参考腔
放大器
P
输出频率
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1.3 课程的设置背景(重要性)：例子3
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第5讲：谐振式传感器(习题辅导)
11.12 在谐振式压力传感器中， 谐振子可以采用哪些敏感元件？ 11.17 振动筒压力传感器中如何进行温度补偿？ 11.21 简述谐振式科里奥利直接质量流量传感器 的工作原理及特点。 11.26 利用谐振式科里奥利直接质量流量传感器， 能够实现双组分测量的原理是什么？有什么条件？
第7讲：总 结
7.1 课程内容
7.2 课程重点 7.3 考核要求
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7.1 课程内容
第1讲：绪 论 第2讲：传感器的输入输出特性 第3讲：传感器敏感结构的力学特性 第4讲：几种典型的模拟式传感器
最重要的组成部分？
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课 程 内 容
第1讲：绪 论 第2讲：传感器的输入输出特性 第3讲：传感器敏感结构的力学特性 第4讲：几种典型的模拟式传感器 第5讲：谐振式传感器 第6讲：发展中的传感器新技术 第7讲：总 结
物理效应、变换原理、 不同传感器各自的特点
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7.2 课程重点——如何学好传感器 ？
注重 注重 注重 注重
产学研用
与行业挂钩，面向行业
传感器本身，特别是一次敏感机理 与系统，自动化、智能化系统相结合
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传感器技术及应用
主讲教师：樊尚春 教授 北京航空航天大学
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第6讲：发展中的传感器新技术(习题辅导)
14.2 微机械传感器的主要优点有哪些？ 14.3 与传统的传感器技术相比，
微机械传感器技术的主要特征有哪些？ 14.4 为什么说硅微传感器技术是微机械传感器技术中
School of Instru. Sci. & Opto-e式传感器(习题辅导)
11.2 实现谐振式测量原理时，通常需要构成以谐振子 (谐振敏感元件)为核心的闭环自激系统。 该闭环自激系统主要由哪几部分组成？ 各有什么用途？
激励器
谐振子
拾振器
放大器
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要尊重科学、注意积累！ 广义上学习“传感器”！
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第7讲：总 结
7.3 考核要求
自己的思考、个性化的语言 基本知识点、知识综合应用
2008年A卷考题
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谢 谢！ 祝顺利！ 祝成功！
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物理效应、变换原理、 不同传感器各自的特点
不同传感器既有联系， 又相互独立，可选择
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7.2 课程重点
一条主线 两个基础 三个重点 多个独立模块 获取信息、测量 特性评估、基本敏感特性
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答 疑
时间 6月12日，下午15-18；
6月13日，上午08-11
地点 B-514、B-515
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第5讲：谐振式传感器(习题辅导)
11.6 谐振式传感器的主要优点是什么？
它有哪些可能的不足点？
11.9 利用谐振现象构成的谐振式传感器，
除了检测频率的敏感机理外，还有哪些敏感机理？ 它们在使用时应注意什么问题？
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第5讲：谐振式传感器
第6讲：发展中的传感器新技术
第7讲：总 结
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7.1 课程内容 (教学基本原则)
一条主线 两个基础 三个重点 多个独立模块 获取信息、测量 基本敏感特性、特性评估
第7讲：总 结
考 试：
时 间： 地 点：
6月14日，上午 08-10 1号楼102
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课 程 内 容
第1讲：绪 论 第2讲：传感器的输入输出特性 第3讲：传感器敏感结构的力学特性 第4讲：几种典型的模拟式传感器 第5讲：谐振式传感器 第6讲：发展中的传感器新技术 第7讲：总 结
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第7讲：总 结 思考题(第7讲)
1. 系统梳理所学的内容
2. 哪些内容是你的难点
3. 对课程的建议、意见
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