第1章-传感器概述

1机械工程测试技术课程类型专业基础课学时学分

共32学时课程时间16周理论教学课程简介学习目的与要求

（1）建立传感器技术的整体概念；

（2）掌握传感器技术的基本理论、常用传感器的工作原理和应用技术；

（3）培养学生进一步学习、研究和应用传感器技术的兴趣；（4）为学习后续课程和独力解决实际问题打下必要的基础。课程简介重点：传感器的工作原理难点：传感器的应用技术；内容涉及知识面广，理论性、综合性和实践性强。上篇传感器原理41.1课程简介第一章概述1.1.1本课程的地位和作用工科最重要的专业课起源于仿生研究人体系统：人类有五大感觉器官，即眼、耳、鼻、舌、皮肤。通过这些感觉器官感知外界信息。机器系统：机器系统中，传感器是各种机械和电子设备的感觉器官。感知光、色、温度、压力、声音、湿度、气味及辐射等。7眼（视觉）耳（听觉）鼻（嗅觉）皮肤（触觉）舌（味觉）感知外界信息人体系统和机器系统比较大脑肌体外界信息感官人脑肢体人体系统传感器计算机执行器机器系统人机系统的机能对应关系“电五官”2023/8/199外部信息行动10

现代信息技术的三大支柱现代测量与自动控制的首要环节传感器是信息采集系统的首要部件，计算机的“五官”没有传感器对原始信息进行精确、可靠的捕获和转换，一切测量和控制都是不可能实现的。传感器在信息社会的地位？？传感器技术通信技术计算机技术信息传输信息采集信息处理1.1课程简介第一章概述1.1.2本课程的内容体系结构三大模块传感器原理检测技术检测系统13传感原理检测技术+=检测系统传感器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是一门应用科学，研究自动检测系统中的信息提取、信息转换、信息处理的理论和技术。自动检测系统是自动测量、自动计量、自动保护、自动诊断、自动信号处理等诸系统的总称。从待测对象那获得反映待测对象的特征与状态的信号被测对象包含的信息进行定性了解和定量掌握所采取的一系列措施1.1课程简介第一章概述1.1.3本课程的任务及要求先修课程：高等数学、普通物理学、电路基础、模拟与数字电子技术涉及众多基础理论和技术的综合性技术课程空调遥控器2.温度传感器3.气体传感器4.光电传感器嫦娥一号卫星搭载的CCD立体相机

嫦娥二号的CCD立体相机可以获得直径大于21米的月坑的清晰图像；电冰箱、电饭煲煤气灶烟雾传感器1.红外线传感器1.2传感器的定义与组成第1节传感器一种能把特定的被测信号按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。

传统：行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量。安全：安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱死装置、电子变速控制装置、汽车“黑匣子”。环保：排气循环装置、电子燃料喷射装置。5.汽车上使用的传感器1.2传感器的定义与组成第1节传感器“阿波罗10”：火箭部分---2077个传感器飞船部分---1218个传感器检测参数---加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学等1.2传感器的定义与组成第1节传感器国家标准（GB7665-87）中传感器的定义：能够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。①传感器是测量装置，能完成检测任务；②输入量是某一被测量，物理量、化学量、生物量等；③输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量；④输出与输入有对应关系，且应有一定的精确程度。传感器功用：一感二传，即感受被测信息，并传送出去。非电量电测技术1.2传感器的定义与组成第1节传感器辅助电源敏感元件转换元件信号调理与转换电路电量输出敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：将敏感元件输出的非电量信号直接转换为电信号。测量电路：将转换元件输出的电信号进行调理，使之便于显示、处理和传输。1.2传感器的定义与组成第1节传感器基本部分被测对象（1）只有一个转换元件传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组成，感受被测量时直接输出电量，如热电偶。不同传感器的组成T’①②BAT热电偶先看一个实验——热电偶工作原理演示

结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。

热电极A右端：自由端（参考端、冷端）

左端：测量端（工作端、热端）

热电极B热电势AB（2）有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路。压电式加速度传感器不同传感器的组成如压电式加速度传感器质量块是敏感元件，压电片是转换元件。石英晶体的压电效应演示

当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。分类法类型说明1.3传感器的分类输入量分类位移、温度、压力式等以被测量命名输出量分类模拟式数字式输出量为模拟信号输出量为数字信号

工作原理分基本效应分按能量关系分所蕴含的技术特征电阻、电感、电容、压电等以传感器对信号的转换的工作原理命名物性型结构型化学型生物型以其敏感元件物理特性变化实现信号转换以其转换元件结构参数变化实现信号转换能量控制型—有源型—参量型能量转换型—无源型—发电型传感器的输出量由外源供给，但受被测量控制传感器的输出量直接由被测量能量转换而得普通型新型传统技术的传感器智能传感器、模糊传感器、微传感器、网络传感器应变电阻式、电感式、电容式及磁电式光电式、压电式、热电式必须由外部提供激励源，如电阻、电感、电容等传感器。传感器将从被测对象获取的信息能量直接转换成输出信号能量，不需要外电源。如基于压电效应、热电效应等传感器都属于此类传感器。气体、液体、固体分析、PH值、浓度酶、微生物、抗体、免疫抗原252627能量变换型传感器能量形式电量（电动势、电荷等）测量电路非电量电量电压、电流辅助电源能量控制型传感器非能量形式电量（电阻、电容、电感测量电路非电量电量电压、电流能量转换型传感器光电式鼠标高精度热电偶压电式无源蜂鸣器发电型传感器光电传感器能量转换型传感器差动技术平均技术补偿与修正技