传感器应用技术第1章1

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1、第1章传感器基础1.1传感器的作用和地位1.2传感器的组成与分类1.3传感器的物理基础1.4传感器的基本特性与标定1.5传感器中的弹性敏感元件1.1传感器的作用和地位1.传感器的作用现代科学技术使人类社会进入了信息时代，来自自然界的物质信息都需要通过传感器进行采集才能获取。如图1-1所示，人们把电子计算机比作人的大脑，把传感器比作人的五种感觉器官，执行器比作人的四肢。尽管传感器与人的感觉器官相比还有许多不完善的地方，但传感器在诸如高温、高湿、深井、高空等环境及高精度、高可靠性、远距离、超细微等方面所表现出来的能力是人的感官所不能代替的。传感器的作用

2、包括信息的收集、信息数据的交换及控制信息的采集三大内容。图1-1人体和机器的对应关系2.传感器的应用领域1)传感器在工业检测和自动控制系统中的应用在石油、化工、电力、钢铁、机械等工业生产中需要及时检测各种工艺参数的信息，通过电子计算机或控制器对生产过程进行自动化控制，如图1-2所示。传感器是任何一个自动控制系统必不可少的环节。图1-2微机化检测与控制系统的基本组成2)传感器在汽车中的应用目前，传感器在汽车上不只限于测量行驶速度、行驶距离、发动机旋转速度以及燃料剩余量等有关参数，而且在一些新设施中，如汽车安全气囊、防滑控制等系统，防盗、防抱死、排

3、气循环、电子变速控制、电子燃料喷射等装置以及汽车“黑匣子”等都安装了相应的传感器。美国为实现汽车自动化，曾在一辆汽车上安装了90多只传感器去检测不同的信息。3)传感器在家用电器中的应用现代家庭中，用电厨具、空调器、电冰箱、洗衣机、电子热水器、安全报警器、吸尘器、电熨斗、照相机、音像设备等都用到了传感器。4)传感器在机器人中的应用在生产用的单能机器人中，传感器用来检测臂的位置和角度；在智能机器人中，传感器用作视觉和触觉感知器。在日本，机器人成本的二分之一是耗费在高性能传感器上的。5)传感器在医学中的应用在医疗上，应用传感器可以准确测量人体

4、温度、血压、心脑电波，并帮助医生对肿瘤等进行诊断。6)传感器在环境保护中的应用为了保护环境，研制用以监测大气、水质及噪声污染的传感器，已被世界各国所重视。7)传感器在航空航天中的应用飞机、火箭等飞行器上，要使用传感器对飞行速度、加速度、飞行距离及飞行方向、飞行姿态进行检测。8)传感器在遥感技术中的应用在飞机及卫星等飞行器上，利用紫外、红外光电传感器及微波传感器来探测气象、地质等信息。在船舶上，利用超声波传感器进行水下探测。9)传感器在军事方面的应用利用红外探测可以发现地形、地物及敌方各种军事目标。红外雷达具有搜索、跟踪、测距等功能，可

5、以搜索几十到上千千米的目标。红外探测器在红外制导、红外通信、红外夜视、红外对抗等方面也有广泛的应用。3.传感器在国民经济中的地位传感器技术不仅对现代化科学技术、现代化农业及工业自动化的发展起到基础和支柱的作用，同时也被世界各国列为关键技术之一。可以说“没有传感器就没有现代化的科学技术，没有传感器也就没有人类现代化的生活环境和条件”，传感器技术已成为科学技术和国民经济发展水平的标志之一。1.2传感器的组成与分类1.2.1传感器的组成从功能上讲，传感器通常由敏感元件、转换元件及转换电路组成，如图1-3所示。敏感元件是指传感器中能直接感受(或响应)被测

6、量对象的部分。在完成非电量到电量的变换时，并非所有的非电量都能利用现有手段直接转换成电量，往往是先变换为另一种易于变成电量的非电量，然后再转换成电量。图1-3传感器的组成1.2.2传感器的分类1)按输入量(被测对象)分类输入量即为被测对象。按输入量分类，传感器可分为物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器三大类。其中，物理量传感器又可分为温度传感器、压力传感器、位移传感器等等。这种分类方法给使用者提供了方便，容易根据被测对象选择所需要的传感器。2)按转换原理分类从传感器的转换原理来说，通常分为结构型、物性型和复合型三大类。结构型传感器利用机械构

7、件(如金属膜片等)在动力场或电磁场的作用下产生变形或位移，将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量，它是利用物理学运动定律或电磁定律实现转换的。物性型传感器是利用材料的固态物理特性及其各种物理、化学效应(即物质定律，如虎克定律、欧姆定律等)来实现非电量转换的。它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。复合型传感器是由结构型传感器和物性型传感器组合而成的，兼有两者的特征。例如，电阻式、电感式、电容式、压电式、光电式、热敏、气敏、湿敏、磁敏传感器等等。这种分类方法清楚地指明了传感器的原理，便于学习和研究。3)按输出信号的形式分类

8、按输出信号的形式，传感器可分为开关式、模拟式和数字式。4)按输入和输出的特性分类按输入和输出特性，传感器可分为线性和非