传感器资料幻灯片

11.2传感器与检测的基本概念测量：以确定被测对象属性和量值为目的的全部操作，也就是将被测量与同性质的标准量比较,从而确定被测量对标准量的倍数。它可由下式表示:

或：

式中：x——被测量值；

q——标准量，即测量单位；

n——比值（纯数），含有测量误差。

检测(detection)技术：含检和测两个内容。检是力图发现对象中的某些待测量并以信号的形式表现出来，是回答有无待测量的操作；测是量化待测量的信号。工程中，检测和测量被视为同义词或近义词。测试技术：带试验性质的测量，泛指测量和试验两方面的技术，包含测试过程中所涉及的测试理论、方法、设备等。2例：空调机测量控制室温1.2传感器与检测的基本概念空气被测对象：被测信息：检测器具：操作过程：室内空气温度温度传感器---热电阻、热电偶热敏电阻电信号处理显示空调机传感器、检测仪器、检测装置、检测系统检测过程：信号采集、信号处理、信号显示、信号输出检测器具：

被测信息：(对象的属性、量值)物理量（光、电、力、热、磁、声、…）化学量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……被测对象：宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体……）31.2传感器与检测的基本概念传感器是什么？国家标准GB7665—2005(1987)的定义：传感器(Sensor/Transducer)是指能感受规定的被测量并按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)。定义内涵：①传感器是测量装置，能完成测量/检测任务。②输入量是某一被测量，可能是物理量或化学量、生物量等。③输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电物理量，但主要是电信号。④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。41.2传感器与检测的基本概念从三个方面理解与把握传感器：1）作用——测量；2）工作机理——敏感元件，传感器技术的核心，研究、设计、制作(还应包含选择)传感器的关键；3）输出信号——适于测量的电信号。传感器的基本作用：

功用:一感二传，感受被测信息并传送。(检测信号和信号转换)基本作用：体现在测量或检测上，是应用传感器的目的，也是学习本课程的目的。51.3传感器的组成与分类1.传感器的基本组成系统组成：敏感元件+转换元件+信号条调理与转换电路。（有时还包括供电的辅助电源）传感器是功能器件（FunctionDevice）。敏感元件(SensingElement)：直接感受(响应)外部信息的部分;转换元件(TransductionElement)：能将感受到的被测非电量转换为电量的部分;当传感器的输出为标准信号时称为变送器(Transmitter)。图传感器的基本组成辅助电源转换元件信号调理与转换电路被测量电量敏感元件71.3传感器的组成与分类2.传感器的分类原因：实际要测的量(变量)与其他量总存在一定的相关性(物理的、化学的）。一种被测量可用不同传感器测量；同一原理的传感器通常可测量多种非电量。

益处：有助于从总体认识和掌握传感器的原理、性能、特点。例如：按可变电参量大类中的阻抗形式分类有电阻型…；按产生变化量纲分类有电压型、电荷型或电流型。益处：类别减少，能直接研究设计相关信号转换调节器。常见物理量的分类81.3传感器的组成与分类分类法型式说明按基本效应分物理型、化学型、生物型以转换中的物理效应、化学效应等命名按构成原理或信号变换特征分类结构型以其转换元件结构参数变化实现信号转换物性型以其转换元件物理特性变化实现信号转换混合型结构性与物性型传感器组合而成的按能量关系分能量转换型（自源型）传感器输出量直接由被测量能量转换而得能量控制型（外源型）输出量的能量由外源供给，但受被测量控制按作用原理分应变式、电容式、压电式、热电式等以传感器对信号转换的作用原理命名按被测量分位移、压力、温度、流量等以被测量命名（即按用途分类法）按输出量分模拟式输出量为模拟信号数字式输出量为数字信号91.4检测系统的一般构成存储显示分析监控判断决策

一个完整的检测系统除检、测功能外，还有对检测过程的操控、数据的传输和分析处理等环节，一般构成如下。其中，信号是信息的载体。信号检出┇信号检出信号检出信号转换信号转换信号转换底层处理分析显示底层处理分析显示底层处理分析显示信号检出：功能---将被测信号转换为电信号的变化（detection）器件---传感器（sensor,transducer）信号转换：功能---将传感器的输出信号转换为便于处理的形式(conversion)器件---信号调理电路（signalconditioningcircuit）处理显示：功能---分析(analysis)、处理(processing)、显示(display)通讯接口/总线接口(RS232、RS485、GPIB、CI、······)其它环节：存储、监控、决策接口总线10力位移

速度

加速度

压力流量温度电阻式电容式电感式压电式热电式光电式磁电式电桥

放大器滤波器调制器解调器运算器

阻抗变换器

笔式记录仪光线示波器磁带记录仪电子示波器半导体存储器显示器磁卡数据处理器

频谱分析仪

FFT

实时信号分析仪

电子计算机

被测对象

传感器

中间变换测量装置

显示及记录装置

实验结果处理装置

激发装置

1.4检测系统的一般构成检测系统组成结构与对应的内容、型式、部件、装置、设备示意图111.5传感与检测技术的主要研究内容1）发现和应用新的测量原理以及新材料、新工艺，从事相应传感器的开发研究；2）选择合适的测量原理，确定测量方法；如：电测法和非电测法、直接测量与间接测量、绝对测量与相对测量、开环测量与闭环测量等。3）设计或选用各类装置组成测试系统；4）测量数据的分析处理，得出符合客观实际的结论。121.6检测方法分类1)直接测量–绝对测量、相对测量间接测量2)开环测量与闭环测量3)偏差法、零位法、微差法131.6检测方法分类1)直接测量与间接测量

直接测量：直接将被测量与标准量进行比较标准量标准计量单位（如米尺、光栅尺、激光、……）

绝对测量定值标准量（如某一固定尺寸）

相对测量141.6

检测方法分类--绝对测量：采用仪器、设备手段测量被测量，直接得到测量值测量结果：20.1mm--相对测量：将被测量直接与基准量比较，得到偏差值特点：简单、直观、明了；测量精度不高基准量：20.00mm测量值：+0.08mm结果：20.08mm特点：精度高；复杂、成本高、要求高1)直接测量与间接测量151.6检测方法分类

间接测量:如测导线的导电率：测量与被测量有一定函数关系的参量，被测量由计算获得。1)直接测量与间接测量161.6检测方法分类2)开环测量与闭环测量开环测量：反馈测量：特点：简单、直观、明了；测量精度不高特点：精度高；复杂、成本高、要求高传感器输入量x输出量y传感器输入量x输出量y放大反向传感器171.6检测方法分类3)偏差法、零位法和微差法偏差法：零位法：利用测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示测量数值利用指零机构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到平衡，根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值微差法：偏差法和零位法的结合测量被测量余数被测量值与标准量大体平衡思考：杆秤、磅秤和天平分别属于何种检测方法？！181.7

传感器与检测技术的发展状况1.传感器技术的发展状况(1)新材料、新功能的开发与应用

敏感材料是基础，新材料或新工艺带来新的功能或特点！(2)多功能、集成化和微型化多功能化：单个传感器实现多参数测量，例：“电子鼻”集成化：将同类的单个敏感器件集成为阵列，或将传感、调理、补偿及信号处理电路一体化集成。微型化：以IC制造技术发展起来的MEMS工艺，使敏感结构尺寸达微米、亚微米级，并可批量生产。例：微加速度计

可集中体现到微型化或集成器件中！(3)智能化、网络化(4)仿生19七、传感器与检测技术的发展状况2.检测技术的