现代传感器与执行器工程学
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现代传感器与执行器工 程学
2020年7月20日星期一
“现代传感器与执行器（S&A）工程学” 目录与编写大纲 第一篇 总论
第一章 现代传感器与执行器(以下简称S&A)的 概念、定义、分类；
1.1 S&A的概念与定义 1.2 S&A的分类 1.3 S&A的统一性
2
第二章 S&A的统一理论及其物理基础
9
第十二章 声学量S&A
12.1 X/声 效应的统一性与可逆性 12.2 超声波传感器与换能器 12.3 超声波执行器 12.4 超声波微电机及其应用 12.5 声发射（AE）传感器 12.6 声表面波传感器及其应用
第十三章 化学量传感器 第十四章 仿声传感器与执行器 第十五章 微S&A及其系统
象;(3)量子现象
4
第五章 A &S的构成法
5.1 传感器的构成法 5.2 执行器的构成法 5.3 S& A的信号变换与数学模型 5.4 S &A的信号选择方式
第六章A &S的技术现状与发展趋势
6.1 传感器的技术现状与发展趋势 6.2 执行器的技术现状与发展趋势
5
第二篇 典型传感器与执行器
13
1.1.2 执行器的定义 目前国内外尚未发现有关执行 器的统一定义。
根据与参考传感器定义的国家标准(GB7665-87)， 可以对执行器定义为：在控制信号作用下，按照一定 规律产生某种运动的器件或装置。
上述定义只是执行器的狭义定义，其广义定义应为 ：凡是利用物性（物理、化学、生物）法则、定理、 定律、效应等进行能量转换与信息转换，并且输出与 输入严格一一对应，以便达到对对象物的驱动、控制 、操作和改变其状态的目的的装置与器件均可称谓执 行器。所谓现代执行器，是在上述定义基础上，利用 先进理论、原理与先进的制造技术利用物性效应做成 的执行元器件。主要应用在国防与民用的高新技术领 域和产业部门以及3A（办公自动化、家庭自动化、工 厂自动化）设备与装置上。
12
1.1.1 传感器的定义 过去一机部、七机部、国标等 对传感器都有各自的定义。 “为测量目的将感受到的物理量（一般为非电量） 按照相应的关系转化成另一种物理量（一般为电量） 输出的装置叫传感器。在传感器中直接感受被测物理 量部分叫做敏感元件。”（QJ30-81标准） “能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规 律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由 直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的 转换元件以及相应的电子线路所组成。”（GB7665-87 ）。该定义同美国仪表协会（ISA）的定义相似。
第七章 力学量S&A原理与设计
7.1 压电效应与压电方程(机电换能器的可逆性) 7.2 二次压电效应 7.3三次压电效应(史丽萍论文部分) 7.4典型力学量传感器(压电式力、压力、加速度等) 7.5典型压电执行器（压电双晶、叠堆、弯曲、扭转、
复合等执行器）
6
7.6 自感知传感执行器(SSA) 自感知执行器原理与技术关键 基于电桥电路的自感知执行器 基于观测器的自感知执行器
10
第一篇 总论
11
第一章 现代传感器与执行器(S&A)的 概念、定义与分类
1.1 S&A的概念\定义
传感器与执行器都是自动化系统中的重要组成部 分。如果把电子计算机称为电脑，传感器称为“电五 官”，那么，执行器就应该是“电手足”了。其各自 都承担着重要和不可替代的任务。关于执行器的概念 详见文献[1]。
14
由上述S&A的定义可以看出:对于物性型S&A动作原 理与运行过程正式互逆的。所以，有人将这种S&A称为 “双向传感器”。
1.2 S&A的分类
1.2.1 传感器的分类 其分类方法有多种多样:如按结 构和材料可分为结构型(空间型)和物性型(材料型)两 大类;按能量关系可分为有源型与无源型,能量控制型 与能量转换型等传感器;按输出量又可分为模拟量和数 字量等传感器;其中物性型传感器又可按物性效应再分 类……。一般常用的多是按工作原理和使用要求（被 测量）分类或者将两者合起来进行综合分类。
3
第三章 A &S的多种能量间的物性效应及其模 型
3.1 三种能量间的物性效应模型 3.2 四种能量间的物性效应模型 3.3 六种能量间的物性效应模型 3.4 主要能量间典型的物性效应
第四章 S& A的物理基百度文库-物理四大定律的应用
4.1 能量守恒定律的应用 4.2 空间场定律的应用 4.3 统计定律的应用 4.4 物资特性规律的应用 (1)热平衡现象;(2)传输现
第八章 电学量S&A原理与设计
8.1 X/电S&A的可逆性 8.2压阻效应 8.3压阻式压力传感器 8.4压阻式加速度传感器
7
第九章 磁学量S&A原理与设计
9.1 X/磁S&A(换能器)的可逆性 9.2 机磁偶合与机磁效应 9.3 压磁式传感器 9.4 磁致伸缩与超磁致伸缩执行器
第十章 热学量传感器S&A原理与设计
10.1 X/热S&A的可逆性 10.2 热电效应和热释电效应 10.3热电偶传感器
刀杆式测温仪 薄膜热电偶传感器
8
10.4 热敏电阻传感器 10.5 热驱动执行器(多晶硅微泵等) 10.6 电热微执行器
第十一章 光学量S&A
11.1 X/光的效应的可逆性 11.2 光S&A的基本效应(以光电效应为主) 11.3 光电传感器 11.4 CCD器件及检测电路 11.5 激光与光导纤维传感器 11.6 光执行器与激光武器
15
按结构、材料分类：
16
按使用要求（被测量）分类：
17
1.2.2 执行器的分类 象传感器一样，执行器也可以按照能源种类、工
作机理（作用原理）、使用要求、技术水平等进行分 类的。按能量种类分为机、电、热、光、声、磁等6种 能量执行器；按工作机理可分为：结构型（空间型） 和物性型（材料型）两大类，其中各类又可细分；按 使用要求可分为位移、振动、力、压力、温度执行器 等等。按技术水平又可分为普通型与先进型两大类 ……。
2.1 S & A的物性效应的可逆性 2.2 S & A 的物性效应的相似性 2.3 双向可逆换能器原理 2.4 二次效应与多次感生效应 2.5 机电耦合、模拟与变换 ▪ 2.5.1机电模拟 ▪ 2.5.2 机电耦合与变换 ▪ 2.5.3 典型S&A的应用实例 2.6 S & A的集成与一体化
2020年7月20日星期一
“现代传感器与执行器（S&A）工程学” 目录与编写大纲 第一篇 总论
第一章 现代传感器与执行器(以下简称S&A)的 概念、定义、分类；
1.1 S&A的概念与定义 1.2 S&A的分类 1.3 S&A的统一性
2
第二章 S&A的统一理论及其物理基础
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第十二章 声学量S&A
12.1 X/声 效应的统一性与可逆性 12.2 超声波传感器与换能器 12.3 超声波执行器 12.4 超声波微电机及其应用 12.5 声发射（AE）传感器 12.6 声表面波传感器及其应用
第十三章 化学量传感器 第十四章 仿声传感器与执行器 第十五章 微S&A及其系统
象;(3)量子现象
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第五章 A &S的构成法
5.1 传感器的构成法 5.2 执行器的构成法 5.3 S& A的信号变换与数学模型 5.4 S &A的信号选择方式
第六章A &S的技术现状与发展趋势
6.1 传感器的技术现状与发展趋势 6.2 执行器的技术现状与发展趋势
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第二篇 典型传感器与执行器
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1.1.2 执行器的定义 目前国内外尚未发现有关执行 器的统一定义。
根据与参考传感器定义的国家标准(GB7665-87)， 可以对执行器定义为：在控制信号作用下，按照一定 规律产生某种运动的器件或装置。
上述定义只是执行器的狭义定义，其广义定义应为 ：凡是利用物性（物理、化学、生物）法则、定理、 定律、效应等进行能量转换与信息转换，并且输出与 输入严格一一对应，以便达到对对象物的驱动、控制 、操作和改变其状态的目的的装置与器件均可称谓执 行器。所谓现代执行器，是在上述定义基础上，利用 先进理论、原理与先进的制造技术利用物性效应做成 的执行元器件。主要应用在国防与民用的高新技术领 域和产业部门以及3A（办公自动化、家庭自动化、工 厂自动化）设备与装置上。
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1.1.1 传感器的定义 过去一机部、七机部、国标等 对传感器都有各自的定义。 “为测量目的将感受到的物理量（一般为非电量） 按照相应的关系转化成另一种物理量（一般为电量） 输出的装置叫传感器。在传感器中直接感受被测物理 量部分叫做敏感元件。”（QJ30-81标准） “能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规 律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由 直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的 转换元件以及相应的电子线路所组成。”（GB7665-87 ）。该定义同美国仪表协会（ISA）的定义相似。
第七章 力学量S&A原理与设计
7.1 压电效应与压电方程(机电换能器的可逆性) 7.2 二次压电效应 7.3三次压电效应(史丽萍论文部分) 7.4典型力学量传感器(压电式力、压力、加速度等) 7.5典型压电执行器（压电双晶、叠堆、弯曲、扭转、
复合等执行器）
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7.6 自感知传感执行器(SSA) 自感知执行器原理与技术关键 基于电桥电路的自感知执行器 基于观测器的自感知执行器
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第一篇 总论
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第一章 现代传感器与执行器(S&A)的 概念、定义与分类
1.1 S&A的概念\定义
传感器与执行器都是自动化系统中的重要组成部 分。如果把电子计算机称为电脑，传感器称为“电五 官”，那么，执行器就应该是“电手足”了。其各自 都承担着重要和不可替代的任务。关于执行器的概念 详见文献[1]。
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由上述S&A的定义可以看出:对于物性型S&A动作原 理与运行过程正式互逆的。所以，有人将这种S&A称为 “双向传感器”。
1.2 S&A的分类
1.2.1 传感器的分类 其分类方法有多种多样:如按结 构和材料可分为结构型(空间型)和物性型(材料型)两 大类;按能量关系可分为有源型与无源型,能量控制型 与能量转换型等传感器;按输出量又可分为模拟量和数 字量等传感器;其中物性型传感器又可按物性效应再分 类……。一般常用的多是按工作原理和使用要求（被 测量）分类或者将两者合起来进行综合分类。
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第三章 A &S的多种能量间的物性效应及其模 型
3.1 三种能量间的物性效应模型 3.2 四种能量间的物性效应模型 3.3 六种能量间的物性效应模型 3.4 主要能量间典型的物性效应
第四章 S& A的物理基百度文库-物理四大定律的应用
4.1 能量守恒定律的应用 4.2 空间场定律的应用 4.3 统计定律的应用 4.4 物资特性规律的应用 (1)热平衡现象;(2)传输现
第八章 电学量S&A原理与设计
8.1 X/电S&A的可逆性 8.2压阻效应 8.3压阻式压力传感器 8.4压阻式加速度传感器
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第九章 磁学量S&A原理与设计
9.1 X/磁S&A(换能器)的可逆性 9.2 机磁偶合与机磁效应 9.3 压磁式传感器 9.4 磁致伸缩与超磁致伸缩执行器
第十章 热学量传感器S&A原理与设计
10.1 X/热S&A的可逆性 10.2 热电效应和热释电效应 10.3热电偶传感器
刀杆式测温仪 薄膜热电偶传感器
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10.4 热敏电阻传感器 10.5 热驱动执行器(多晶硅微泵等) 10.6 电热微执行器
第十一章 光学量S&A
11.1 X/光的效应的可逆性 11.2 光S&A的基本效应(以光电效应为主) 11.3 光电传感器 11.4 CCD器件及检测电路 11.5 激光与光导纤维传感器 11.6 光执行器与激光武器
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按结构、材料分类：
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按使用要求（被测量）分类：
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1.2.2 执行器的分类 象传感器一样，执行器也可以按照能源种类、工
作机理（作用原理）、使用要求、技术水平等进行分 类的。按能量种类分为机、电、热、光、声、磁等6种 能量执行器；按工作机理可分为：结构型（空间型） 和物性型（材料型）两大类，其中各类又可细分；按 使用要求可分为位移、振动、力、压力、温度执行器 等等。按技术水平又可分为普通型与先进型两大类 ……。
2.1 S & A的物性效应的可逆性 2.2 S & A 的物性效应的相似性 2.3 双向可逆换能器原理 2.4 二次效应与多次感生效应 2.5 机电耦合、模拟与变换 ▪ 2.5.1机电模拟 ▪ 2.5.2 机电耦合与变换 ▪ 2.5.3 典型S&A的应用实例 2.6 S & A的集成与一体化