能量变换与信号变换

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1、第一节　　信息与能量一、信息一能量理论基础信息和能量是紧密相关的。从信息的定义可知，信息需用一定的能量或物质形式来表示其确定含义。在自然科学范畴里，信息是客观世界中物质运动的内容，例如物体受热、发生地震等。它有明确的、确定的含义。但信息本身并非能量，或与能量没有直接的关系，又非物质形态。因此，必须要用一定的能量或物质形式来表现这个信息的确定含义。物体受热这一信息，是通过温度上升、红外线辐射强度加大等能量或体积膨胀、形态改变、，磁导率和电导率变化等物质形式来表现的，检测其中任一量的变化量都可用来判断这一信息。第二章　传感器能量变换与信号变换第一节　　信息与能量从信息在时空上的传输可

2、知，信息的传输必须依靠物质或能量。信息的传输可分为时间（时刻）内的传输和空间内的传输两种方式。时间传输：书写、印刷、记录。记忆及存储等为信息；空间传输：从微米甚至更小到千百万公里距离上信息的传输。两种信息传输的方法都是利用物质或能量来实现的。例如，书信、电子计算机的穿孔卡片和穿孔纸带。磁化的磁带等是利用物质传输信息的，而谈话时发出的声振动、电缆传送的电流脉冲等则是利用能量传输信息。第一节　　信息与能量信息与能量的关系：（1）信息是由能量或物质形态表示的；（2）信息是载荷于能量流传输的；（3）信息在传输过程中要消耗能量，维持信息传输必须供给能量；（4）信息传输的方向与携带信息的能量

3、流方向是一致的；第一节　　信息与能量二、传感器传递的信息与能量的关系在生产和科学研究的计量与测试中，对被测对象不仅要求作出定性的评价，而且要求对被测对象的状态进行定量的描述。例如:检验机加工轴产品质量需要定量的测量其直径大小、表面粗糙度值和圆度误差等参数。又如，某人身体不适，医生认为他病了，还必须通过测量其体温、血压，检查心肺，进行各种化验等检查手段来判断他患病这一信息的可靠性及准确量值，即确定患何种疾病及病情轻重程度。因此一个信息中往往包含着多个待测参量或被测量，而这些被测量的处理结果则确定了该信息的可靠性和准确量值。传感器所转换的被测量往往是所传递信息中的一种参量。在拾取信息

4、～测量过程中，传感器与被测对象间的能量关系有如下两种情况：第一节　　信息与能量（１）当被测对象的物理状态与某种形式的能量有关时，从被测对象的状态所获得的信息中，便可确定传感器得到的能量与信息的相互关系。例如：应用热电偶测量温度，将热电偶与被测对象接触，这时热量便从被测对象传向热电偶，直至热平衡，热电偶得到与被测温度有关的热量并将它转换为电动势，通过测量电路，最后显示出温度值。（2）当被测对象的物理状态与某种形式的能量无关时，为了测量，则需要对被测对象施加一定的能量，根据其响应的情况来获得有关被测对象的信息。例如，采用一般光电式传感器测量物体的位置，它是利用传感器发出的光照射被测物

5、体，根据被测物体的反射光量的变化便可测出物体的位置。这时，传感器的受光能量与发光能量之比便包含着位置的信息。三、传感技术的广义内容从信息科学的角度，传感技术的广义内容应该是：（1）发现与各种自然信息相对应的信号表现形式，以及信息与这些信号之间的定性、定量关系，以开辟新的传感器技术领域。例如，材料中有裂纹这一信息，由于利用了超声波使其产生声反射信号，因而能定性、定量进行检测，从而开辟声发射无损检测新兴领域。（2）对反映某一信息的各种信号，在不同的环境条件下，寻求最佳的信号拾取、变换等方法和手段。寻求最佳传感器。第一节　　信息与能量Eg1:热电偶—热平衡—热能—电能Eg2:光—

6、被测物体———标定位置Eg3:Hall效应—磁场Eg4:流量传感器—把流体中的部分动能转化成其它形式的能量—换能器Eg5:遥感探矿—Eg6:自动汽车——车辆位置自动监测Eg7:酸碱度、气体成分检测第一节　　信息与能量能量信息计测方法不同精度不同环境适应性不同信号处理不同物理效应反射、折射、遮盖强度—能量电信号位置—调制外加能量磁场分布电磁波模糊控制红外扫描激光扫描雷达扫描第二章　传感器能量变换与信号变换第二节　被测量与能量变换一、示容变量和示强变量根据与被测对象有关的物理量的特点，可将物理量大致分为示容变量和示强变量两大类。示容变量（或称流通变量）是表示能容纳多

7、少的量或表示物质形态的量。例如长度、面积、体积、质量、位移、速度、电荷等都是与空间的分布成比例，也即容纳多少的量，因此叫示容变量。示强变量或称作用变量是表示在某种场合下作用程度的量。例如力、压力、温度、电压等都属于示强变量。第二节　被测量与能量变换二、传感器能量变换示容变量与示强变量组合之积是与某一种能量相对应的。例如：力与位移的积是功，力与速度的积是功率，功和功率可以视为力学的能量；压力与体积的乘积是气体力学的能量；温度与熵的积是热能，温差与热流之积是热功率；电压与电荷的乘积是