《传感器的基本概念》PPT课件

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1、传感器与信号处理电路杨芬13507243824第一章传感器的基本概念学习本课程所需的预备知识电路基础、电子测量技术、电子线路。教学提要（重难点）、课程内容、教学要求、实验指导传感器的概念以及传感器的基本特性是本章重点。从传感器的作用开始，逐一介绍了传感器的概念、组成以及分类，对传感器的基本特性作了详细阐述。1.1传感器的定义关于传感器的定义，至今尚无一个比较全面的定义。不过，对以下提法，学者们似乎不持异议。国际电工委员会的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。根据中华人民共和国国家标准（GB7665——87），传感器（Transducer/Sensor

2、)的定义是：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。对于一个测量系统，它所测量的各种物理量，其形式是不一样的，可以是机械量、电磁量、热工量、光学量…，但不论是哪种物理量，它们都可以分为模拟量和数字量两大类。传感器是一种以测量为目的，以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、易于处理的电量信号输出，如电压、电流、频率等信号。这一定义包含以下方面:(1)传感器是一种测量装置，能够完成一定的检测任务；(2)它的输入量种类很多，且多为模拟信号的非电量；(3)它的输出量是经转换后的电量信号，且有一定的对应关系和转换精度。传感器的组成传感器是由敏感元件、转换元件及测量电路三部分

3、组成的。敏感元件是指传感器中能直接感受被测量，并能输出相应非电量的元件；转换元件是指传感器中能将敏感元件输出的非电量转换成电参数或电量的元件。测量电路是把电参数或电量变成标准电压、电流或频率量这种便于显示、记录、处理和控制的电信号的电路。辅助电路通常包括电源，即交、直流供电系统。被测对象非电量非电量电参量电量传感器的组成电源辅助电路敏感元件转换元件基本转换电路A型结构传感器：被测量→敏感元件B型结构：敏感元件与转换元件是同一元件被测量→敏感元件→测量电路（热敏电阻式传感器、电容式传感器、感应同步器、角度编码器）C型结构传感器:被测量→敏感元件+转换元件+测量电路（电位器传感器、电感式传感器、压

4、磁式传感器）D型结构传感器:将两个传感器构造成一个人测量正增益变化，一个测量负增益变化，他们的输出经差动电路处理后在输出。差动结构型传感器举例：测量压力的应变式压力传感器应变式压力传感器是由弹性膜片和电阻应变片组成。其中弹性膜片就是敏感元件，它能将压力转换成弹性膜片的应变(形变)；弹性膜片的应变施加在电阻应变片上，它能将应变量转换成电阻的变化量，电阻应变片就是转换元件。弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。弹簧管放大图当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。即弹簧管为敏感元件，它将压

5、力转换成角位移α。在下图中，弹簧管将压力转换为角位移α其他各种弹性敏感元件在上图中的各种弹性元件也能将压力转换为角位移或直线位移。压力传感器的外形及内部结构被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量在右图中，电位器为传感元件，它将角位移转换为电参量-----电阻的变化（ΔR）360度圆盘形电位器接地1.3传感器的分类可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。传感器种类繁多按被测量分类按测量原理分类按能量的传递方式分类目前常用的分类有两种：一种是以被测量来分，另一种是以传感器的原理来分。按被测量分类——物理量传感器——化学

6、量传感器——生物量传感器物理量传感器：按照被测量的物理性质（位移、速度、温度、压力、流量。。。）位移传感器、速度传感器、负荷传感器、压力传感器、温度传感器、流量传感器。。。按工作原理分类电容式传感器谐振式传感器电位器式传感器应变（计）式传感器电阻式传感器 压电式传感器电磁式传感器 压阻式传感器电感式传感器 磁阻式传感器电离式传感器差动变压器式传感器电化学式传感器霍耳式传感器光导式传感器激光传感器光伏式传感器辐射传感器光纤传感器超声（波）传感器热电式传感器声表面波传感器伺服式传感器按能量的传递方式分类有源传感器：一种能量转换器，非电能量转化成电能量。热电偶：热能→热电势光电池:光能→光电势可逆的

7、传感器:压电材料(电能←→机械能)无源传感器:不进行能量转换,一般不可逆传感器的基本特性传感器所测量的一般有两种形式：一种是稳定的，即不随时间变化或变化极其缓慢，称为静态信号；另一种是随时间变化而变化，称为动态信号。由于输入量的状态不同，传感器所呈现出来的输入—输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。为了降低或消除传感器在测量控制系统中的误差，传感器必须具有良好的静态和动态特性，才能使信