传感器第01章传感器概论0603讲义（Word）

1、1 / 6Copyright 南京理工大学 陈文建2006参考教材Copyright 南京理工大学 陈文建2006传感器原理南京理工大学· 2006年春季主讲：陈文建Email: chenwj 传感器原理、设计与应用 （第三版、第四版） 刘迎春 叶湘滨 编著 国防科技大学出版社 传感器原理与应用 1999年第一版 黄贤武 郑筱霞 编著电子科技大学出版社2006.3.20Copyright 南京理工大学 陈文建2006第一章传感器概论第一节传感器及其在科技发展中的作用 第二节传感器组成和分类第三节传感器技术发展动向Copyright 南京理工大学 陈文建20061.1传感器及其在科技发

2、展中的作用一、传感器的定义别名：换能器、变换器、变送器、探测器等 英文名：transducer, sensor, pick up, transverter,detector, sender, detecting element及sensing等Copyright 南京理工大学 陈文建2006Transducer把输入信号变成不同形式输出信号的装置。 如麦克风、留声机、扩音机、气压计光电管、门铃等Sensor感知物理量的绝对值或变化量的装置的总称。 通常情况下，将温度、压力、流速、PH值、光及放射线 等物理量的强度变换成信息采集系统有用的输入信号。 因此电视摄像机是一个敏感元件（sensor）,

3、而传感器（transducer）则是一种特殊的敏感元件。Copyright 南京理工大学 陈文建2006所谓传感器是能感知有用信息，并能检知的设备。 功能：感知+采集+转换+传输+处理信息 用途：能够取代甚至超出人的“五官”，具有视觉、 听觉、触觉、嗅觉或味觉等。根据中华人民共和国国家标准(GB7665.87)传感器通用术 语，传感器(Transducer/Sensor)的定义是：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。Copyright 南京理工大学 陈文建2006因为电信号易于放大、反馈、滤波、微分、 存储、和远距离传输，加之当代电子计算机只能 处理电信号，所以通

4、常狭义地说：传感器是能感 受规定的被测量（物理量、化学量、生物量等） 并按照一定的规律转换成可用输出信号（一般为 电量）的器件或装置。传感器输出信号有不同的形式，如电压、电 流、频率、脉冲、电阻、电容、电感等，以满足 信号的传输、处理、记录、显示和控制等要求。Copyright 南京理工大学 陈文建2006二、传感器在科学技术中的地位与作用 发展历史传感器的历史比近代科学的出现还要来得古老。 天平等工具自古埃及王朝时代开始使用，一直沿用到 现在；利用液体的膨胀特性进行温度测量，在十六世 纪前后就开始出现。电磁学的基础建于十九世纪，法 拉弟所完成的各种巧妙实验对人类作出了很大贡献， 他所发现的物

5、理法则直到现在作为各种传感器的工作原理仍在应着。Copyright 南京理工大学 陈文建2006Copyright 南京理工大学 陈文建2006认识自然为了对自然现象有一个定量的认识，传感器作为 一种不可缺少的工具，起到了应有的作用。也就是说 先通过传感器取得关于对象的信息（一次信息），再 根据对这些信息处理的结果，进一步推论和了解自然现代测控系统中传感器是现代测控系统中不可缺少的元件，通常体积 小，结构也不复杂。然而传感器处于连接被测对象和测试 系统的接口位置，构成了系统信息输入的主要“窗口”，提 供着系统赖以进行处理和决策所必需的原始信息，是现代 技术的起点，在很大程度上影响和决定了系统的

6、功能。信号变换处理现象的本质。（例如：最大辐射波长法则测量天体温被测对象传感器显示记录度）。被测量 有用信号控制器 传感器与测控系统 的关系Copyright 南京理工大学 陈文建2006多数二次仪表都能高保真度再现传感器的输出，但无 法追加新的检测信息，或消除传感器所引入的误差。换句 话说，信息的质量往往是一次性地由传感器的能力所确 定。也就是对传感器的第一要求是可靠性。信号变换处理Copyright 南京理工大学 陈文建2006常用这样的例子，若干过程不能进行有效的控制，多 半是由于无法解决合适的检测元件，不能掌握其变化规律 所致；若干系统精度达不到要求，关键也往往与传感器有 关。所以它是

7、当前工程技术中一个十分薄弱的部分，国内被测对象 传感器被测量 有用信号显示记录外都将传感器列为高技术，在美、日等发达国家传感器倍 受重视。控制器 传感器与测控系统 的关系例如：炼钢厂炼钢炉内温度测量直接影响钢的质量。基础科学中在基础科学中，传感器同样具有独特的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新境地，以主要支柱物理学为 例：宏观上可观察上千光年的茫茫宇宙，微观上可小到深入10-13cm的粒子世界，长达数十亿年的天体演化，短到10-24秒的瞬间反应，几乎无所不包。显然要获得大量人类感官或单纯电子设备所无法直接加以检测的信息，没有相 应的传感器技术，就无法解决检测与被检测量间的“媒介” 问题。许

8、多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度检测传感器的出现， 就会导致该领域内的突破。换句话说，若干传感器的发 展，是一些边缘研究开展的先驱，正是基于上述原因，有人评价说：“一般说来，如没有传感器检测各种信息，那么，支撑现代文明的科学技术，就不可能发展。”日常生活中也离不开传感器。 如：全自动洗衣机、VCD、电视机、计算机等。Copyright 南京理工大学 陈文建2006应用在自动检测与自动控制的领域传感器主要应用在自动检测与自动控制的领域，它将 诸如温度、压力、流量等参量转换为电量然后通过电的 方法进行测量和控制。因此传惑器是一种获得信息的手 段，它获得信

9、息的正确与否，关系到整个测量系统的精 度。人们常把电子计算机比为人的大脑称电脑，把传感器 比喻人的五育，因此如果一个失去了某种传感器感官 的人即使有健全的大脑利发达的四肢，也难于对某些外 界信息作出反应。Copyright 南京理工大学 陈文建20061.2传感器的组成和分类一、传感器的组成 传感器一般由敏感元件（预变换器）、传感元件（转换元件）和信号调节与转换电路三部分组成，有时还需要加辅助电源。敏感元件转换元件信号调节电路将敏感元件所检出的待测量转换成电信号（电阻应变片） 被测信息输出信息辅助电路二、传感器的分类传感器种类很多，一般如下几种常用的分类方法：1、按输入量对象来分，如速度传感器

10、、温度传感 器、压力传感器等；2、按工作原理来分，如压阻式传感器、压力传感 器；直接感受、响应、检出待测量（弹性敏感元件）电源信号的放大、规化Copyright 南京理工大学 陈文建20063.按物理现像分类：结构型、物性型传感器 可分成两类一类是按照传感器的结构参数在信号变换过程中足是发生变化，把传感器分为物性型、结构型。物性型传感器在实现信号的变换过程中，其结构参数基本上是不变化的，而是依靠敏感元件的物理性质的变化来实现信号的变换。物性型结构休积小尤其大多数物性型传感器都是以半导体性能变化而工作可以实现传感器生产标准化、智能化、功能化。Copyright 南京理工大学 陈文建2006还有一类方法是按照能量传递方式来分，可 分为有源和无源传感器两大类前者有如一台 微型发电将非电功率转换为电功率，这类典 型的传感器如压电式、电磁式、热电式(热电 偶）等等。后者(无源传感器)并不起换能作用， 它必须具有辅助能源这类典型的传感器如电 阻式、电容式、电感式等遥感技术中微波、 激光等传感方法也可归属于这类。分类依据： 工作机理：结构型、物性型、复合型 被测量性质：物理量、化学量、生物量； 敏