传感器与检测技术(I)

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1、传感器原理传感器与检测技术32学时7/20/20211沈理工测控教研室传感器——感觉，感知（Sensor、Transducer）人类有五大感觉器官，即眼、耳、鼻、舌、皮肤。通过这些感觉器官感知外界信息。机器系统中，传感器是各种机械和电子设备的感觉器官。能感知光、色、温度、压力、声音、湿度、气味及辐射等。7/20/20212沈理工测控教研室人机系统的机能对应关系外界信息感官人脑肢体人体系统传感器计算机执行器机器系统“机电五官”7/20/20213沈理工测控教研室性能凌驾于人的感官之上：（1）测量人体无法感知的量（3）测量范围宽、精确高、可靠性好（2）恶劣环境下工作温度传感器：-196℃~180

2、0℃压力传感器：0.01psi~10000psi精度：0.1%~0.01%可靠度：8~9级7/20/20214沈理工测控教研室0传感器与检测技术概念1传感器的特性2电阻式传感器3电感式传感器4电容式传感器5磁电式传感器6压电式传感器7光电式传感器8热电式传感器传感器与检测技术7/20/20215沈理工测控教研室0传感器与检测技术概念0.1传感器的组成与分类0.2传感器的作用与地位0.3传感器技术的发展动向0.4检测技术的定义0.5检测技术的作用1传感器的特性1.1传感器的静态特性1.2传感器的动态特性传感器与检测技术7/20/20216沈理工测控教研室传感器与检测技术概念----0.1传感器

3、的组成与分类一、传感器的定义把特定的被测量信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。四层含义：（1）传感器是一种测量器件或装置测速发电机、发电机测速传感器（2）“特定的被测量信息”：非电量发电机是不是传感器？物理量化学量生物量电量7/20/20217沈理工测控教研室传感器与检测技术概念----0.1传感器的组成与分类（3）“某种可用信号输出”把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系的电量输出的器件或装置。——非电量电测技术把外界信息按一定规律转换成电信号输出的器件。（4）“转换”：传感器、变换器、变送器、换能器、转换器、探测器工业测量标准输出信号能量转换转换效率把特定的被测量信息按一

4、定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。7/20/20218沈理工测控教研室传感器与检测技术概念----0.1传感器的组成与分类敏感元件辅助电路传感元件被测非电量有用非电量有用电量信号调节转换电路电量二、传感器的组成敏感元件：是指传感器中能直接感受（或响应）与检出被测对象的待测信息（输入量）的部分。转换元件：是指传感器中能将敏感元件感受（或响应）的信息直接转换成电信号的部分。基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。7/20/20219沈理工测控教研室传感器与检测技术概念----0.1传感器的组成与分类三、传感器的分类电容式、电感式、热电式传感器等位移

5、、速度、温度传感器等分类方法按输入物理量：按工作原理：按能量关系：按输出信号性质：按构成原理：按构成传感器的功能材料：按高新技术：能量转换型（有源传感器）能量控制型（无源传感器）模拟式、数字式传感器结构型、物性型传感器半导体传感器等集成传感器、智能传感器仿生传感器、机器人传感器7/20/202110沈理工测控教研室传感器与检测技术概念----0.1传感器的组成与分类传感元件被测非电量有用电量物性型传感器结构型传感器敏感元件传感元件被测非电量有用电量有用非电量按构成原理：物性型传感器是利用物质定律构成的,如虎克定律、欧姆定律等。物质定律是表示物质某种客观性质的法则。这种法则，大多数是以物质本身

6、的常数形式给出。这些常数的大小，决定了传感器的主要性能。因此，物性型传感器的性能随材料的不同而异。如，光电管，它利用了物质法则中的外光电效应。显然，其特性与涂覆在电极上的材料有着密切的关系。又如，所有半导体传感器，以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金等性能变化的传感器，都属于物性型传感器。结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括动力场的运动定律，电磁场的电磁定律等。物理学中的定律一般是以方程式给出的。对于传感器，这些方程式就是许多传感器在工作时的数学模型。这类传感器的特点是传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础，而不是以材料特性变化为基础。7

7、/20/202111沈理工测控教研室（1）压敏传感器——物性型传感器物性型传感器主要由构成传感器的物质的性质决定。电阻率的变化压力大小材料性质压阻效应半导体材料压力P例1-1举例说明物性型传感器和结构型传感器的区别。7/20/202112沈理工测控教研室（2）电容式传感器——结构型传感器化简得：输出灵敏度：结构型传感器的特性主要由其结构参数决定，与构成传感器的物质的性质无关。固定极板活动极板△LbdL7/20