传感器的基本概念
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传输、转换、处理、显示等，这种量可 以是气、光、电，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。
3. 传感器的作用和重要性
（1）传感器的作用
为什么要转换成电信号？
传感器实际上是一种功能块，其作用是将
来自外界的各种信号转换成电信号。
传感器所检测的信号进来显著地增加，因
而其品种也极其繁多。为了对各种各样的
（2）集成化，多功能化：
向敏感功能装置发展 传感器的集成化， 最近积极地应用了半导体集成电路技术 及其开发思想。
传感器的一般要求
➢ 足够的容量——传感器的工作范围或量
程足够大；具有一定的过载能力。
➢ 灵敏度高，精度适当——即要求其输出
信号与被测信号成确定的关系（通常为 线性），且比值要大；传感器的静态响 应与动态响应的准确度能满足要求。
➢ 响应速度快，工作稳定，可靠性高。
➢ 使用性和适应性强——体积小，重量轻，
传感器原理与应用
郭迎庆
第一章 传感器的基本概念
传感器的定义与组成 传感器的分类 传感器的技术特点 传感器的数学模型概述 传感器的基本特性
传感器的引入
➢ 人通过五官（视、听、嗅、味、触）接受 外界的信息，经过大脑的思维（信息处 理），作出相应的动作。
➢ 而用计算机控制的自动化装置来代替人的 劳动，则可以说电子计算机相当于人的大 脑（一般俗称电脑），而传感器则相当于 人的五官部分（“电五官” ）。
传感器就成了现代科学的中枢神经系统， 它日益受到人们的普遍重视，这已成为
4. 传感器的应用：
➢ 传感器技术在工业自动化、军事国防和 以宇宙开发、海洋开发为代表的尖端科 学与工程等重要领域有广泛应用。
➢ 同时，它正以自己的巨大潜力，向着与 人们生活密切相关的方面渗透；生物工 程、医疗卫生、环境保护、安全防范、 家用电器、网络家居等方面的传感器已 层出不穷，并在日新月异地发展。
传感器的开发方向，大致分为如下四个 方面：
➢ 向检测范围挑战。 ➢ 集成化，多功能化。 ➢ 向未开发的领域挑战—生物传感器。 ➢ 智能传感器（Smart sensor）
（1）向检测范围挑战：
传感器的量子化 传感器的极限检测范 围大多取决于量子力学效应。其比较典 型的例子是利用核磁变振吸收的磁传感 器以及利用约瑟夫效应的磁传感器。
（2）物性型则是利用物质的某种和某些客 观属性构成的，其性能与构成材料有明显的 关系。由构成材料的物理特性、化学特性或 生物特性直接敏感于被测非电量，并可以将 被测非电量转换成电信号的敏感元器件或装 置。
特点：响应快，材料本身就是敏感体，不 存在显著的结构特征，也无所谓的“结构变 化” ；易集成化、小型化、智能化。
第二节 传感器的分类
1. 按工作机理分类 将物理、化学和生物等学科的原
理、规律、效应作为分类的依据。可 分为结构型、物性型和复合型。
（1）结构型的性能与构成材料关系不大， 其结构的几何尺寸（厚度、角度、位 置等）在被测量作用下发生变化，能 获得比例于被测非电量的电信号的敏 感元件或装置。
例如，测量压力位移、流量、温度的 力平衡式、振弦式、电容式、电感式 等传感器。
金属传感器。 4. 按能量的关系分类
有源传感器和无源传感器。 5.其他分类法
用途分类、科目分类、功能分类、输出信 号的性质分类。
第三节 传感器的技术特点
传感器技术包括：传感器的研究、设计、 试制、生产、检测与应用。 特点： ➢ 内容范围广且离散 ➢ 知识密集程度甚高、边缘学科色彩极浓 ➢ 技术复杂、工艺要求高 ➢ 功能优、性能好 ➢ 品种繁多、应用广泛
动作能量小，对被测对象的状态影响小； 内部噪声小而又不易受外界干扰的影响； 其输出力求采用通用或标准形式，以便 与系统对接。
➢ 使用经济——成本低，寿命长，且便于
使用、维修和校准。
传感器开发的新趋势
传感器开发的新趋向包括: ➢ 社会对传感器需求的新动向 ➢ 传感器新技术的发展趋势
传感器技术的发展趋势
➢ 传感器是获取自然领域中信息的主要途径 与手段，即传感器是信息采集系统的首要 部件。
人与机器人的对应关系
第一节 传感器的定义与组成
1. 传感器（transducer or sensor ）的定义：
传感器是指那些对被测对象的某一确定 的信息具有感受（或响应）与检出功能， 并使之按照一定规律转换成与之对应的有 用输出信号的元器件或装置。
例：半导体、金属、陶瓷、合金传感器
（3）复合型传感器是将中间转换环节与物 性型敏感元件复合而组成传感器。
中间环节的作用是把被测量转换为 物性型敏感元件能够感受的信号，再将 其转换成电信号。
2. 按被测量分类： 物理量、化学量、生物量
如：温度、位移、加速度、力、气体、湿度等
3. 按敏感材料分类：制造传感器的材料 如：半导体、陶瓷、光导纤维、高分子材料、
信号进行检测、控制，就必须获得尽量简
单易于处理的信号，这样的要求只有电信 号能够满足。电信号能较容易地进行放大 、反馈、滤波、微分、存贮、远距离操作
等。
因此作为一种功能块的传感器可狭义的 定义为：“将外界的输入信号变换为电 信号的一类元件。”
来自外界的信号 传感器 电信号
（2）传感器的重要性
作为人脑的一种模拟的电子计算机的发展 极为迅速，可是起五种感觉模拟作用的 传感器却发展很慢，因而如果不进行传 感器的开发，现在的电子计算机将不能 适应实际需要。现代社会要求传感器、 电子计算机和执行器三者都能相互协调 才行。
最常见的是把非电量转换成电量，但是 这肯定不是唯一的形式。
2. 传感器的组成： （1）敏感元件：是指传感器中能直接感受（或响
应）与检测出被测指传感器中能将敏感元件所感
受（或响应）出的信息直接转换成电信号的部分。
（3）其他辅助部件：包括信号调节电路、辅助
电路等
注：并不是所有 的传感器都必须 包括敏感元件和 转换元件
——为什么呢？
传感器是一种以一定的精确度把被测量转 换为与之有确定对应关系的、便于应用 的某种物理量的测量装置。其包含一下 几个方面的意思：
（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
3. 传感器的作用和重要性
（1）传感器的作用
为什么要转换成电信号？
传感器实际上是一种功能块，其作用是将
来自外界的各种信号转换成电信号。
传感器所检测的信号进来显著地增加，因
而其品种也极其繁多。为了对各种各样的
（2）集成化，多功能化：
向敏感功能装置发展 传感器的集成化， 最近积极地应用了半导体集成电路技术 及其开发思想。
传感器的一般要求
➢ 足够的容量——传感器的工作范围或量
程足够大；具有一定的过载能力。
➢ 灵敏度高，精度适当——即要求其输出
信号与被测信号成确定的关系（通常为 线性），且比值要大；传感器的静态响 应与动态响应的准确度能满足要求。
➢ 响应速度快，工作稳定，可靠性高。
➢ 使用性和适应性强——体积小，重量轻，
传感器原理与应用
郭迎庆
第一章 传感器的基本概念
传感器的定义与组成 传感器的分类 传感器的技术特点 传感器的数学模型概述 传感器的基本特性
传感器的引入
➢ 人通过五官（视、听、嗅、味、触）接受 外界的信息，经过大脑的思维（信息处 理），作出相应的动作。
➢ 而用计算机控制的自动化装置来代替人的 劳动，则可以说电子计算机相当于人的大 脑（一般俗称电脑），而传感器则相当于 人的五官部分（“电五官” ）。
传感器就成了现代科学的中枢神经系统， 它日益受到人们的普遍重视，这已成为
4. 传感器的应用：
➢ 传感器技术在工业自动化、军事国防和 以宇宙开发、海洋开发为代表的尖端科 学与工程等重要领域有广泛应用。
➢ 同时，它正以自己的巨大潜力，向着与 人们生活密切相关的方面渗透；生物工 程、医疗卫生、环境保护、安全防范、 家用电器、网络家居等方面的传感器已 层出不穷，并在日新月异地发展。
传感器的开发方向，大致分为如下四个 方面：
➢ 向检测范围挑战。 ➢ 集成化，多功能化。 ➢ 向未开发的领域挑战—生物传感器。 ➢ 智能传感器（Smart sensor）
（1）向检测范围挑战：
传感器的量子化 传感器的极限检测范 围大多取决于量子力学效应。其比较典 型的例子是利用核磁变振吸收的磁传感 器以及利用约瑟夫效应的磁传感器。
（2）物性型则是利用物质的某种和某些客 观属性构成的，其性能与构成材料有明显的 关系。由构成材料的物理特性、化学特性或 生物特性直接敏感于被测非电量，并可以将 被测非电量转换成电信号的敏感元器件或装 置。
特点：响应快，材料本身就是敏感体，不 存在显著的结构特征，也无所谓的“结构变 化” ；易集成化、小型化、智能化。
第二节 传感器的分类
1. 按工作机理分类 将物理、化学和生物等学科的原
理、规律、效应作为分类的依据。可 分为结构型、物性型和复合型。
（1）结构型的性能与构成材料关系不大， 其结构的几何尺寸（厚度、角度、位 置等）在被测量作用下发生变化，能 获得比例于被测非电量的电信号的敏 感元件或装置。
例如，测量压力位移、流量、温度的 力平衡式、振弦式、电容式、电感式 等传感器。
金属传感器。 4. 按能量的关系分类
有源传感器和无源传感器。 5.其他分类法
用途分类、科目分类、功能分类、输出信 号的性质分类。
第三节 传感器的技术特点
传感器技术包括：传感器的研究、设计、 试制、生产、检测与应用。 特点： ➢ 内容范围广且离散 ➢ 知识密集程度甚高、边缘学科色彩极浓 ➢ 技术复杂、工艺要求高 ➢ 功能优、性能好 ➢ 品种繁多、应用广泛
动作能量小，对被测对象的状态影响小； 内部噪声小而又不易受外界干扰的影响； 其输出力求采用通用或标准形式，以便 与系统对接。
➢ 使用经济——成本低，寿命长，且便于
使用、维修和校准。
传感器开发的新趋势
传感器开发的新趋向包括: ➢ 社会对传感器需求的新动向 ➢ 传感器新技术的发展趋势
传感器技术的发展趋势
➢ 传感器是获取自然领域中信息的主要途径 与手段，即传感器是信息采集系统的首要 部件。
人与机器人的对应关系
第一节 传感器的定义与组成
1. 传感器（transducer or sensor ）的定义：
传感器是指那些对被测对象的某一确定 的信息具有感受（或响应）与检出功能， 并使之按照一定规律转换成与之对应的有 用输出信号的元器件或装置。
例：半导体、金属、陶瓷、合金传感器
（3）复合型传感器是将中间转换环节与物 性型敏感元件复合而组成传感器。
中间环节的作用是把被测量转换为 物性型敏感元件能够感受的信号，再将 其转换成电信号。
2. 按被测量分类： 物理量、化学量、生物量
如：温度、位移、加速度、力、气体、湿度等
3. 按敏感材料分类：制造传感器的材料 如：半导体、陶瓷、光导纤维、高分子材料、
信号进行检测、控制，就必须获得尽量简
单易于处理的信号，这样的要求只有电信 号能够满足。电信号能较容易地进行放大 、反馈、滤波、微分、存贮、远距离操作
等。
因此作为一种功能块的传感器可狭义的 定义为：“将外界的输入信号变换为电 信号的一类元件。”
来自外界的信号 传感器 电信号
（2）传感器的重要性
作为人脑的一种模拟的电子计算机的发展 极为迅速，可是起五种感觉模拟作用的 传感器却发展很慢，因而如果不进行传 感器的开发，现在的电子计算机将不能 适应实际需要。现代社会要求传感器、 电子计算机和执行器三者都能相互协调 才行。
最常见的是把非电量转换成电量，但是 这肯定不是唯一的形式。
2. 传感器的组成： （1）敏感元件：是指传感器中能直接感受（或响
应）与检测出被测指传感器中能将敏感元件所感
受（或响应）出的信息直接转换成电信号的部分。
（3）其他辅助部件：包括信号调节电路、辅助
电路等
注：并不是所有 的传感器都必须 包括敏感元件和 转换元件
——为什么呢？
传感器是一种以一定的精确度把被测量转 换为与之有确定对应关系的、便于应用 的某种物理量的测量装置。其包含一下 几个方面的意思：
（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