传感器原理及应用-第1章

1、湖南科技经贸职业学院课 程 教 案课程名称： 传感器原理与应用 任课教师： 闫德鑫 所属系部： 电气信息工程学院 教学班级： 2013电子、通信、自动化 教学时间： 2014学年下学期 课程基本信息课程名称传感器原理及应用课程代码总计：64 学时讲课： 32 学时 实验：32 学时课程设计：2 周学 分类别必修课（） 选修课（ ） 理论课（ ） 实验课（ ）任课教师闫德鑫职称助教授课对象专业班级： 2013电子、自动化、通信 共 3个班课程简介（不超过1000字）一、课程性质 ：传感器原理及应用是自动化专业、机械制造的一门具有自身的体系，是实践性很强的课程。课程的任务是使应考者获得各种信息、解

2、决工程、生产及科研中遇到的各种具体的检测问题，掌握合理选择和善于应用各种传感器原理及传感技术，培养学生分析问题和解决问题的能力，为以后深入学习相关后续课程，以及工程检测的应用打好基础。实验是教学的重要环节之一，通过实验可以巩固和丰富已学过的理论知识，发现和探讨新的问题、掌握实验方法、培养操作技能，增强动手能力，缩短书本知识和实际的距离。传感器技术是生产过程中检测、监测各种物理量的方法和手段，通过实验可对各种不同的传感器及测量电路原理和组成有直观的感性认识。二、课程目标与要求：通过本课程的学习，应考者应达到以下要求：本课程介绍多种传感器，以论述常见的、应用广泛的传感器，它们是电阻应变式、电感式、

3、电容式、压电式、磁电式、热电式和光电式等传感器；第九章至十三章章介绍国内外近年来研制与开发新型传感器，它们是气敏、湿敏、超声波、核辐射、数字式等传感器，因此，第二章至第八章里的传感器是重点要掌握的。后面章节作为了解。基本教材和主要参考资料传感器技术与应用樊尚春主编 北京航空航天大学出版社出版传感器原理及应用，唐贤远 编著，成都电子科技大学出版社自动检测技术，吴训一 编著，机械工业出版社传感器技术手册，袁希光主编，国防工业出版社出版湖南科技经贸职业学院每章备课首页章 名 称第一章传感器概述教 的学 要目 求1掌握传感器的基本概念2掌握传感器的组成框图（p2，图1-1）。3掌握传感器的静态性能和动

4、态性能。4了解传感器的课程性质和课程任务。5了解传感器的作用地位、分类和发展趋势。内容提要1.1传感器的定义及分类1.2传感器的作用与地位1.3传感器技术的发展动向1.4传感器的特性与标定重 难点 点重 点:传感器的概念、组成以及传感器的特性难 点:传感器的特性课 时 分 布 表节（单元）内 容课 时1.1传感器的定义及分类1.2传感器的作用与地位1.3传感器技术的发展动向21.4传感器的特性与标定2作业布置：辅导安排：1次 湖南科技经贸职业学院课程授课教案授课内容1.1传感器的定义及分类1.2传感器的作用与地位1.3传感器技术的发展动向1.4传感器的特性与标定教学目的与要求分析问题并能利用已

5、学知识解决实际问题的能力掌握传感器的基本概念、组成及特性了解传感器的作用地位以及发展趋势重点难点传感器的定义、组成和特性参考资料传感器技术与应用樊尚春主编 北京航空航天大学出版社出版传感器原理及应用，唐贤远 编著，成都电子科技大学出版社自动检测技术，吴训一 编著，机械工业出版社传感器技术手册，袁希光主编，国防工业出版社出版教学方法案例教学、讲述法、引导法、讨论法教学手段案例教学、讲述法、引导法、讨论法教学过程教学手段方法设计1 传感器定义、组成、分类及作用地位新技术革命的到来，世界已经开始进入信息时代。传感器是构成现代信息技术的三大支柱（传感器技术、通信技术、计算机技术）之一，相当与人类的“感

6、官” 。例一：粮仓温度、湿度检测例二：日常生活中的电冰箱、洗衣机、电饭煲、音像设备、电动自行车、空调器、照相机、电热水器、报警器等家用电器都安装了传感器；例三：感温、 感烟火灾报警器一 传感器的定义传感器是一种能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。二 传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成如图1-2所示图1-2传感器结构图三 传感器的分类 a） 按传感器输入物理量分类可分为加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、负荷传感器、扭矩传感器、温度传感器、气敏传感器等。b）按传感器工作原理分类 可分为电阻应变式、电感式、压电式、电容式、涡流

7、式、光电式、电磁式、热电式等。c） 按传感器的输出信号性质分类可分为模拟式传感器、数字式传感器。d） 按能量的传递方式分类从能量的观点看，所有传感器可分类为有源传感器与无源传感器两大类四 传感器的作用地位2 传感器现状和国内外传感器发展趋势一 传感器现状二 传感器的发展方向 1.向高精度发展2.向高可靠性、宽温度范围发展3.向微型化发展4.向微功耗及无源化发展5.向智能化数字化发展3 传感器的特性与技术指标传感器一般要变换各种信息量为电量，描述这种变换的输入与输出关系表达了传感器的基本特性。对不同的输入信号，输出特性是不同的，对快变信号与慢变信号，由于受传感器内部储能元件（电感、电容、质量块、

8、弹簧等）的影响，反应大不相同。快变信号要考虑输出的动态特性，即随时间变化的特性；慢变信号要研究静态特性，即不随时间变化的特性。一 传感器静态特性当输入量（X）为静态（常量）或变化缓慢的信号时（如温度、压力），传感器的静输入输出关系称静态特性。1.线性度2灵敏度 3迟滞 4重复性 二 传感器动态特性传感器的动态特性是指传感器的输出对随时间变化的输入量的响应特性。例如用阶跃函数作为输入来研究其动态特性，这种方法称为阶跃响应法。用正弦函数做输出来研究其动态特性，称为频率响应。1 瞬态响应传感器的瞬态响应是时间响应，下面以单位阶跃响应来评价传感器的动态性能指标。一阶传感器的单位阶跃响应其响应通式为：一阶传感器的传递函数为：一阶传感器的单位阶跃响应信号为： 时间常数越小响应曲线越接近输入阶跃曲线，因此值是一阶传感器重要的性能参数。二阶传感器的单位阶跃响应二阶传感器的单位阶跃响应通式为：二阶传感器的传递函数：传感器输出的拉氏变换：二阶传感器对阶跃信号的响应在很大程度上取决与阻尼比和固有频率，越高。传感器响应越快。一般取0.7-0.8。瞬态响应特性指标】1）上升时间tr： 输出由稳态值的10%变化到稳态值的90%所用的时间。2）响应时间ts： 系统从阶跃输入开始到输出值进入稳态值所规定的范围内所需要的时间。3）峰值时间tp： 阶跃响应曲线达到第一个峰值所需时间。4）超调量 ： 传感器输出超过