_传感器原理及其应用电子教案6

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1、无线传感器节点任课教师：孙红兵参考教材：传感器原理及其应用（俞阿龙、李正、孙红兵等编著）淮阴师范学院物理与电子电气工程学院二0一一年二月十九日113113第1章传感器的一般特性Ø教学要求1．掌握传感器的基本概念。2．掌握传感器的组成框图（P2，图1.1）。3．掌握传感器的静态性能和动态性能。4．了解传感器的课程性质和课程任务。Ø教学内容1.1  传感器的组成和分类1.1.1传感器的定义和组成:⑴定义：与人的感觉器官相对应的元件，指能够能感受（或响应）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。①传感器是测量装

2、置，能完成检测任务；②输入量是某一被测量，可能是物理量、化学量、生物量等；③输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量；④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。⑵传感器的结构组成:一般应由三部分组成，即：敏感元件、转换元件、转换电路。传感器组成框图如图1.1所示。被测量转换元件基本转换电路辅助电源敏感元件标准信号图1.1传感器组成框图①敏感元件：指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分，并以确定关系输出某一物理量。如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输出。为了获取被测

3、变量的精确数值，不仅要求敏感元件对所测变量的响应足够灵敏，还希望它不受或少受环境因素的影响。②转换元件：指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量(如位移、应变、光强等)转换成适于传输和测量的电信号（如电阻、电感等）的部分。为了加强通用性和灵活性，某些传感器的输出可以靠转换器将输出的非标准信号变成标准信号，使之与带有标准信号输入电路或接口的仪表配套，从而实现检测或调节功能。③转换电路：将电路参数转换成便于测量的电量，如电压、电流、频率等。通常，传感器输出信号—般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或变换为容易传输、

4、处理、记录和显示的形式。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调节与转换可以安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。因此，信号调节与转换电路以及所需电源都应作为传感器的组成部分。1.1.2、传感器的分类:113传感器种类繁多,功能各异。同一被测量可用不同转换原理实现探测,利用同一种物理法则、化学反应或生物效应可设计制作出检测不同被测量的传感器,而功能大同小异的同一类传感器可用于不同的技术领域,故传感器有不同的分类法。⑴根据传感器感知外界信息所依据的基本效应:基于物理效应如光、电、声、磁、热等

5、效应进行工作的物理传感器;基于化学反应如化学吸附、选择性化学反应等进行工作的化学传感器;基于酶、抗体、激素等分子识别功能的生物传感器。⑵根据传感器工作原理分类:113u应变式u电容式u电感式u电磁式u压电式u热电式113⑶根据传感器使用的敏感材料分类:113u半导体传感器u光纤传感器u陶瓷传感器u金属传感器u高分子材料传感器u复合材料传感器113u⑷按照被测量分类:113u力学量传感器u热量传感器u磁传感器u光传感器u放射线传感器u气体成分传感器u液体成分传感器u离子传感器113⑸按能量供给形式分类:u无源传感器：被动

6、地接收来自被测物体的信息；u有源传感器：有意识地向被测物体施加某种能量，并将来自被测物体的信息变换为便于检测的能量后再进行检测。传感器分类一览表见表1.1所示:表1.1传感器分类一览表分类法型式说明按基本效应分类物理型化学型生物型采用物理效应进行转换采用化学效应进行转换采用生物效应进行转换按能量关系分类能量转换型能量控制型传感器输出量直接由被测量能量转换而来传感器输出量能量由外部能源提供，但受输入量控制按工作原理分电阻式电容式电感式压电式磁电式热电式光电式光纤式利用电阻参数变化实现信号转换利用电容参数变化实现信号转换利用电

7、感参数变化实现信号转换利用压电效应实现信号转换利用电磁感应原理实现信号转换利用热电效应实现信号转换利用光电效应实现信号转换利用光纤特性参数变化实现信号转换113按输入量分类长度、角度、振动、位移、压力、温度、流量、距离、速度等以被测量命名（即按用途分类）按输出量分类模拟式数字式输出量为模拟信号（电压、电流、……）输出量为数字信号（脉冲、编码、……）1.2传感器的地位和作用⑴传感器的地位21世纪是现代信息技术的时代，而现代信息技术的三大基础是：信息采集、信息传输和信息处理技术，与人体系统对比如图1.2所示。而信息采集就是通过

8、传感器技术来实现的。有人说：征服了传感器，几乎就征服了科学技术。话虽夸张，却说明了传感器技术在现代科学技术中的重要地位。“没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有利工具。