第1章 传感器概论ppt课件.ppt

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1、第1章传感器概论1.1传感器的组成与分类1.2传感器在科技发展中的重要性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传感器的组成与分类1.1.1传感器的定义1.1.2传感器的组成1.1.3传感器的分类1.1.1传感器的定义传感器是能感受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。通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的部分转换元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分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。如半导体气体、湿度传感器等，一般都是将感受的被

2、测量直接转换为电信号，没有中间转换环节。传感器输出信号有很多形式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器的原理确定。1.1.2传感器的组成一般讲传感器由敏感元件和转换元件组成。由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调节与转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。因此，信号调节与转换电路以及所需电源都应作为传感器组成的一部分。常见的信号调节与转换电路有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等，它们分别与相应的传感器相配合。传

3、感器组成辅助电源1.1.3传感器的分类1.2传感器在科技发展中的重要性1.2.1传感器的作用和地位1.2.2传感器技术是信息技术的基础与支柱1.2.3科学技术的发展与传感器有密切关系1.2.1传感器的作用和地位信息时代人们的各种活动主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制系统之首。传感器成为感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息，都要通过传感器获取并通过它转换为容易传输与处理的电信号。所以传感器的作用与地位特别重要。20世纪80年代以来，世界各国都将传感器技术列为重点发展的高新技术而倍受

4、重视。1.2.2传感器技术是信息技术的基础与支柱信息技术对社会发展，科学进步将起决定性作用。现代信息技术的基础是信息采集、信息传输与信息处理，它们就是传感器技术、通信技术和计算机技术。而且传感器在信息采集系统中处于前端，它的性能将会影响整个系统的工作状态与质量。1.2.3科学技术的发展与传感器有密切关系传感器的重要性还体现在广泛应用的各个学科领域。例如工业自动化、农业现代化、军事工程、航天技术、机器人技术、资源探测、海洋开发、环境监测、安全保卫、医疗诊断、家用电器等领域，都与传感器有密切关系。而且传感器发展水平，会对其他学科发展产生制约作用。科学技术上的每一个发现与进

5、步，都离不开传感器与检测技术的保证。1.3传感器技术的发展动向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：如超导2．开发新材料：如光导纤维3．采用微细加工技术：如光刻、扩散、沉积4．研究多功能集成传感器：如多离子传感器5．智能化传感器：兼有检测、判断和信息处理6．新一代航天传感器研究7．仿生传感器研究：嗅觉、听觉、视觉1.4机电模拟及双向传感器的统一理论1.4.1变量的分类1.4.2机电模拟1.4.3双向传感器的统一理论为什么要机电模拟？在非电量测量中，位移、速度、加速度、力等机械量

6、占有很重要地位。为了测量这些机械量必须采用能将机械量转换为电量的传感器。这不仅需要研究机和电两个方面，而且要从机电耦合角度去研究传感器。就是说不仅研究传感器电系统的输出特性和机械系统的输入特性，而且还要研究机和电之间的变换特性。机电系统的相似性输入与输出关系都可用相同类型的微分方程来描述，因此对相同输入激励的响应特性也是相同的。这些能用同一类型的微分方程描述的不同系统称为相似系统。一个电阻、电容、电感组成的电系统可以和一个阻尼器、质量、弹簧组成的机械系统相似。因此在研究机械系统时，可以充分利用相似特性进行机电模拟，好处是可以将复杂的机械系统变成便于分析系统状态的电路图和符

7、号可充分利用电路理论，利用阻抗概念及网络理论电系统的电路元件易于更换，测量电压、电流都较容易．这将为模拟和试验提供很大的方便。1.4.1变量的分类各类基本物理量可以按它们在‘‘路”中表现的形式分为通过变量和跨越变量。还可根据变量与时间的关系划分为状态变量和速率变量状态变量是与时间无关的变量，它可以用空间和路上的某一点或两点间的状态来说明，如电荷、位移。速率变量是指用状态变量对时间的变化率表示的变量，如速度V，电流i。变量的分类通过变量：只由空间或路上的一个点来确定的变量，例如力、电流跨越变量：必须由空间和路上的两个点来确定的变