第1章传感器概述

《传感器与测试技术》姓名：郭爱芳联系方式ygaf@126.com主讲课程：传感器与测试技术仪器电路河南科技大学机电学院测控技术及仪器教研室（5-506）掌握传感器的基本理论；掌握传感器的静、动态特性的评价方法和实现不失真的条件；掌握传感器的工作原理、结构类型、信号调理电路和工程应用实例，并能合理选用传感器，具备设计测试方案、分析和处理测试信号的能力。课程要求：

课程内容：

传感器概述电阻传感器传感器特性电容传感器电感传感器压电传感器磁电传感器热电传感器光电传感器智能传感器机器人传感器传感器与测试技术传感器与测试技术是一门与工程数学、工程力学、电子技术、信息技术密切相关的快速发展的学科。本教材内容新颖、体系严谨，以传感器原理为基础，以传感器工程应用为重点。在教学内容上采编了多媒体素材和案例，通过教材、课件和电子教案的内容，结合工程应用实例进行学习。学习方法：

传感器与测试技术本课程是培养学生解决实际测试问题能力的专业基础课，具有很强实践性，学习时应充分利用课程所开设实验。

只有通过足够的实验操作，才能得到实际的动手能力，才能更好的掌握理论知识。传感器与测试技术结合项目学习：

培养学生在实践中对知识融会贯通、独立学习和解决实际问题的能力。仓储模型机械手小车骨外固定器传感器与测试技术以传感器原理及应用为主线，以案例和实验为手段进行教学。

教学方法：

煤气包高度测量桥梁固频测量机翼模态分析索道检测传感器与测试技术侧重解决课本教学存在的问题：1.传感器应用、发展部分空洞；2.传感器没有实物对象、枯燥无味。传感器原理及应用第1章传感器概述本章学习要求：1.掌握传感器的定义与作用；2.掌握传感器的组成与分类；3.了解传感器的发展趋势。传感器与测试技术1.1传感器的定义与作用传感器是：国民经济的“倍增器”科学研究的“先行官”现代战争的“战斗力”法庭审判的“物化法官”现代信息技术三大支柱：计算机、通讯、传感器第1章传感器概述

1.1传感器的定义与作用传感器是一种能感受规定的被测量，并按一定规律将它转换成某种可用输出信号的测量装置。1.1.1

传感器的定义（1）传感器是测量装置，能感受被测量的变化，完成检测任务；（2）被测量为物理量、化学量、生物量；（3）输出信号是某种便于传输、转换、处理、显示的可用信号。如电参量(电阻、电容、电感)、电信号(电压、电流、电荷)、光信号、频率信号等。由于电信号易于传输、转换和处理，所以一般概念上的传感器是指将被测量转换成电信号输出的测量装置。1.1传感器的定义与作用1.1.2

传感器的作用1．信息采集科学技术研究与自动化生产过程中所要获取的各种信息，都要通过传感器获取并转换成可用信号。2．诊断与报警对系统或装置的某种状态进行监测判断，若发现异常情况，发出警告信号并启动保护电路，从而对系统或装置进行安全管理。如：产品质量是否合格、设备工况是否正常、人体部位异常诊断等都要由传感器监测判断来完成。3．检测与控制传感器是实现检测与控制的关键部件。如果没有传感器对生产过程中的各个参数进行检测与控制，生产设备将无法达到最佳的工作状态，产品质量也将无法保证。1.2传感器的组成与分类1.2.1传感器的组成传感器不同其组成也不同，一般由敏感元件、转换元件、信号调理电路和辅助电源等组成。敏感元件直接感受被测量；转换元件将敏感元件的输出转换成便于传输和测量的电参量或电信号；信号调理电路则对转换元件输出的信号进行转换、放大、滤波、运算、调制等。信息获取信号转换敏感元件转换元件信号调理电路辅助电源电参量或电信号中间量1.2传感器的组成与分类

有些传感器由敏感元件和转换元件组成。如电感式压力传感器由膜盒和电感线圈组成，膜盒是敏感元件，电感线圈是转换元件。有些传感器不只一个转换元件，要经过多次转换。如应变式密度传感器，浮子先将被测液体的密度转换成浮力变化，浮力作用在悬臂梁上使梁产生变形，粘贴在悬臂梁上的电阻应变片再将梁的变形转换成电阻量变化。

敏感元件与转换元件之间并无严格的界限。如热电偶传感器直接将被测温度转换成热电势输出，热电偶既是敏感元件，又是转换元件，也不需要信号调理电路和辅助电源。1.2传感器的组成与分类1.2.2传感器的分类1.按工作原理分能量转换型：直接将被测量转换为电信号(电压等)。(发电型)

例如：热电偶传感器，压电式传感器。2.按能量关系分能量控制型：先将被测量转换为电参量(电阻、电容等)，(电参量型)在外部辅助电源作用下才能输出电信号。例如：应变式传感器，电容式传感器。1.2传感器的组成与分类机械量：长度,厚度,位移,速度,加速度,旋转角,转速,质量,重量,力,应力,应变,压力,真空度,力矩,风速,流速,流量。声：声压,噪声。磁：磁通,磁场。温度：温度,热量,比热。光：亮度,色彩。4.按被测量分3.按输出信号分传感器按输出信号的形式划分，可分为模拟型传感器（如感应同步器）和数字型传感器（如光电式接近开关）。1.3传感器的发展趋势1.3.1

新材料、新功能的开发半导体材料、压电材料、功能材料、高分子材料等。1.3.2

新工艺、新技术的应用光刻、扩散、薄膜工艺；IC、微细加工技术等。利用IC技术将敏感元件、信号调理电路和辅助电源等集成在同一芯片上，就可制成高精度、超小型的集成传感器。1.3.2

多功能、智能化传感器的研制将多种功能的敏感元件或同一功能的多个敏感元件集成在一个芯片上，就可以检测多种被测量。将传感器、信号调理电路和微处理器等组装在一起构成多功能、智能化传感器。

传感器是人类认识和改造客观世界的基础，其技术水平在相当程度上影响科学技术发展的速度和深度。随着人类活动领域的扩大和探索过程的深化，传感器技术已经成为基础科学研究与现代信息技术相互融合的新领域，它汇集和包容多种学科的成果，是人类探索自然界信息、实现测量和控制的首要环节。

1.4传感器的工程应用（1）机械手、机器人中的传感器

转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近觉距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。

1.4传感器的工程应用

1.机电工程中的应用

在各种自动控制系统中，传感器起着系统感官的作用，是其重要组成部分。密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗（2）AGV自动送货车

超声波测距传感器，判断建筑物内