传感器原理及应用1new

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1、传感器原理及应用第一章概述1.1传感器及其作用1.2传感器的组成和分类1.3传感器技术的发展动向1.4机电模拟及双向传感器的统一理论1.1传感器及其作用一、传感器传感器是测量装置和控制系统的首要环节。传感器是各类检测和自动化系统的重要组成部分，其作用是从被测对象中获取原始信息，将其变换为系统可以利用的信号（如电压、电流、频率、脉冲等），以满足信息的传输、处理、记录和控制的要求。传感器是信息采集系统的首要部件。传感技术与信息技术、计算机技术并列成为支撑整个现代信息产业的三大支柱、可以设想如果没有高度保真和性能可靠的传感器，没有先

2、进的传感器技术，那么信息的准确获取则成为一句空话，信息技术和计算机技术就成了无源之水。二、传感器的定义传感器：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。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和将敏感元件输出转换为可用信号输出的转换元件以及相应的电子电路所组成。并不是所有的传感器都能明显分清敏感元件与转换元件两个部分，而是二者合为一体。例如半导体气体、湿度传感器等，它们一般都是将感受的被测量直接转换为电信号。上述定义表述了传感器的主要内涵和主要特征：（1）传感器对规定的被测量应当有最大的选择性；（

3、2）传感器的输出定义为可用信号，意味着信号中不但包含有原始信息，而且是后续部件最便于接收和进一步处理的信号形式；（3）从输出与输入的关系来看，传感器的输出与输入之间的关系，应具有可以复现的某种规律。（4）一般说来，传感器是由多个敏感元件及变换元件构成的物理实体，在结构上是不依附于系统而相对独立的专用技术装置。1.2传感器的组成和分类一、传感器的组成敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的元件。传感元件（变换器转换元件）：一般情况下不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出量转换为电量输出的元件。信号调节与转换电路：把传

4、感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。信号调节与转换电路的种类要视传感元件的类型而定，常用的电路有电桥、放大器、振荡器、电荷放大器、阻抗变换器等。二、传感器的分类按照传感器定义，可依据几种原则对传感器进行分类，即按输入端被测量分类，按输出信号特征分类，按工作机理或按信息能量的转换方式分类等。(1)按传感器输入量（用途）分类以被测物理量命名，厂家向用户提供最基本的使用信息。(2）按传感器的工作机理分类以工作原理命名，有利于了解同类型传感器的特性。本课程以工作机理为主线索进行安排，介绍一些典型的传感

5、器，并适当介绍一些新型传感器。(3）按信息能量变换方式分类①能量变换型传感器将从测被对象获取的能量（信息能量），直接变换为输出信号。②能量控制型传感器将从被测对象获取的信息能量，不是直接转换为输出能量，而是用于调制或激励源，使激励源的部分能量载有信息而形成输出信号。这类方法的优点：①概括了所有传感器的共同特征，有利于利用系统的理论和方法对具有复杂变换的传感器进行分析；②将信息与能量联系起来，可以建立传感器的通用评价标准，如能量变换效率、信噪比等；③考虑了激励源特性对传感器的影响。1.3传感器技术的发展动向传感器技术所涉及的知识

6、非常广泛，渗透到各个学科领域。但是它们的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。如何采用新技术、新工艺、新材料以及探索新理论，以达高质量的转换效能，是总的发展途径。传感器技术的主要发展动向，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。（1）发现新现象（2）开发新材料（3）采用微细加工技术（4）研究多功能集成传感器（5）智能化传感器（6）新一代航天传感器研究（7）仿生传感器研究*1.4机电模拟及双向传感器的统一理论一、相似系统能用同一类型的微分方程描述的不

7、同系统称为相似系统。具有相同类型的微分方程的不同物理系统，尽管微分方程的解所代表的物理含义不同，但其解的数学形式并不依赖于方程所代表的物理系统。任何物理系统对给定激励的响应，只要系统是用同一微分方程来描述，则它们对相同激励函数的响应特性也是相同的。一个由电阻、电容、电感组成的电系统可以和一个由阻尼器、质量、弹簧组成的机械系统相似。研究机械系统时．可以充分利用相似特性进行机电模拟，这样将带来许多好处。以机械系统为原型系统，确定相似的电系统，可以:①充分利用电路的理论，利用阻抗概念及网络理论来分析计算实际的机械系统。②由于电系统的

8、电路元件易于更换，测量电压、电流都较容易，为模拟和试验提供很大的方便。通过机电模拟，对于处理电和机相互联系的机电系统显得更有价值。二、变量的分类（1）依各类物理量的物理属性区分为机械量、电学量、热学量、声学量等。这种分类方法便于区分变量的物理属性，但看不出不同种类的物理量所表