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传感器原理 南京理工大学紫金学院陈姝君 1 传感器原理与应用，王化祥。天津大学出版社，2005 传感器原理及工程应用，郁有文。西安电子科技大学出版社，2008 /cobbs/ /TechSearch.asp?KeyType=3 / 第1章 传感器概论 1.1 什么是传感器？？ 1.2 传感器技术的作用和地位 1.3 传感器的组成和分类 1.4 机电模拟 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是： 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置 1.2 传感器技术的作用和地位 一、构成现代信息技术的三大支柱 传感器技术（信息采集） 通信技术（信息传输） 计算机技术（信息处理） 它们在信息系统中分别起到“感官”、“神经”和“大脑”的作用。 是获取信息的主要途径和手段，它的性能将会影响整个系统的工作状态与质量。 日本科学技术厅把传感器技术列为六大核心技术（计算机、通讯、激光、半导体、超导和传感器）之一。日本政府还在21世纪技术预测中将传感器列为首位。 美国白宫将“传感器及信号处理”列为对国家安全和经济发展有重要影响的关键技术之一。 西欧各国在制定“尤里卡”发展计划中，把传感器技术作为优先发展的重点技术。 我国政府在“863计划”及重点科技攻关项目中，均把传感器列在重要位置。 1.2.2 传感器的作用 一、汽车与传感器 未来世界是个充满传感器的世界，还会有： 智能房屋（自动识别主人，太阳能提供能源） 智能衣服（自动调节温度） 智能公路（自动记录公路的压力、温度、车流量） 智能汽车（无人驾驶、卫星定位） 智能…… 1.3 传感器的组成和分类 1.3.1 传感器的组成 传感器=敏感元件+转换元件（+信号调节电路） 1.3.2 传感器的分类 可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转 换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们 的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料 和工艺等。见书P2表1-1。 将物理、化学和生物等学科的原理、规律、效应 作为分类的依据。按传感器工作机理的不同，可分 为如下三大类： （1） 结构型 （2） 物性型 （3） 复合型（物性型+中间转换环节） 包括物理量、化学量、生物量传感器等。 (1)物理量传感器：压力传感器、荷重传感器、位移传感器、温度传感器等； (2)化学量传感器：湿度传感器、气体传感器等。 (3)生物量传感器：生理化学量传感器，生理机械量传感器，体检生化量传感器，微生物传感器等。 本分类优点是：根据待测量的对象来选择相应的传感器。 （1）模拟式传感器 —— 输出的信号为模拟信号（时域连续，属传统类型，现仍广泛用）。 （2）数字式传感器 —— 输出的信号为数字信号（时域上不连续）。 随着信息处理的数字化，数字式传感器所输出的信号由于可以省略A/D转换环节，便于网络传输，优势是明显的。特别是近年来发展起来的总线数字式传感器，则更加引人注目。 ⑴ 有源传感器（能量转换型传感器）—— 能将非电量直接转换成电信号，所以有时被称为“换能器”。如压电式，热电式，磁电式等。 ⑵ 无源传感器（能量控制型传感器）—— 自身无能量转换装置，被测量仅能在传感器中起能量控制作用，必须有辅助电源供给电能。无源式传感器常用电桥和谐振电路等电路来测量。如电阻式，电容式，和电感式等。 1.4 机电模拟 非电量测量中，需要研究三要素： (1) 传感器机械系统的输入特性； (2) 电系统的输出特性； (3) 机和电之间的变换特性。 1.4.1 力—电压模拟 特性方程对比： 1.4 机电模拟 力-电压相似方法的特点 (1)机械系统的一个质点用一个串联电回路去模拟； (2)机械系统质点上的激励力和串联电路的激励电压相模拟，所有与机械系统一个质点连接的机械元件(m,c,k)与串联回路中的各电气元件（L,R,C）相模拟。 1.4.2 力—电流模拟 特性方程对比： 1.4 机电模拟 力-电流相似方法的特点 (1)机械系统的一个质点与模拟电路的一个结点相对应； (2)流入电路结点的激励电流与机械系统相应质点的激励力模拟。与该结点相连接的电元件（G,L,C）与对应质点相接的机械元件（c,k,m）相模拟； 习题 何谓传感器？试述传感器的组成及各部分的功能？ 何谓有源传感器？何谓无源传感器？二者的区别何在？ 试述力-电压相似和力-电流相似的特点？ 了解一种新型传感器的组成及原理。 m f c k 图1.4.3 机械系统模型 图1.4.4 电系统模型 G L C i 如果一个机械系统可以用一个电路系统来模拟，则它们具有相同的运动规律，因此，可以方便地对电路系统进行试验、分析、研究，获得较好的