传感器的定义及其组成

第一章传感器概述1．1 传感器的组成与分类1．1．1 传感器的定义✧传感器是能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。

通常由敏感元件和转换元件组成。

敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分。

✧传感器输出信号有很多形式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器的原理确定。

1．1．2 传感器的组成✧一般讲传感器由敏感元件和转换元件组成。

但由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。

因此调节信号与转换电路及所需电源都应作为传感器组成的一部分。

如图1-1所示。

传感器组成方块图✧常见的调节信号与转换电路有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等，他们分别与相应的传感器相配合。

1．1．3 传感器的分类✧表1-1 按输入量分类、按工作原理分类、按物理现象分类、按能量关系分类和按输出信号分类。

1．2 传感器在科技发展中的重要性1．2．1 传感器的作用与地位将计算机比喻人的大脑，传感器比喻为人的感觉器官。

功能正常完美的感觉器官，迅速准确地采集与转换获得的外界信息，使大脑发挥应有的作用。

自动化程度越高，对传感器的依赖性就越大。

1．2．2 传感器技术是信息技术的基础与支柱现代信息技术的基础是信息采集、信息传输与信息处理，它们就是传感器技术、通信技术和计算机技术。

传感器在信息采集系统中处于前端，它的性能将影响整个系统的工作状态和质量。

1．2．3 科学技术的发展与传感器有密切关系传感器的重要性还体现在已经广泛应用于各个学科领域。

如工业自动化、农业现代化、军事工程、航天技术、机器人技术、资源探测、海洋开发、环境监测、安全保卫、医疗诊断、家用电器等领域。

1．3 传感器技术的发展动向✧传感器技术共性是利用物理定律和物质的物理、化学和生物特性，将非电量转换成电量。

✧传感器技术的主要发展方向一是开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化与智能化。

三、简答题（每题 10 分）301、试述传感器的定义、共性及组成。

301 答：①传感器的定义：能感受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；②传感器的共性：利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非电量(如位移、速度、加速度、力等)转换为电量(电压、电流、电容、电阻等)；③传感器的组成：传感器主要由敏感元件和转换元件组成。

302、什么是传感器动态特性和静态特性?简述在什么条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要。

302 答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励(输入)的响应(输出)特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。

传感器的静态特性是指它在稳态(静态或准静态)信号作用下的输入－输出关系。

静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中不含有时间变量。

当输入量为常量或变化极慢时只研究静态特性就能够满足通常的需要。

303、简述在什么条件下需要研究传感器的动态特性?实现不失真测量的条件是什么?303 答：当输入量随时间变化时一般要研究传感器的动态特性。

实现不失真测量的条件是幅频特性:A(ω)= |H(jω)| =A(常数)相频特性:Φ(ω)=-ωt o(线性)304、什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。

304 答：材料的电阻变化是由尺寸变化引起的，称为应变效应。

应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。

输出的电量大小反映了被测物理量的大小。

305、试简要说明使电阻应变式传感器产生温度误差的原因，并说明有哪几种补偿方法。

305 答：温度误差产生原因包括两方面：温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变，试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。

温度补偿方法基本上分为桥路补偿和应变片自补偿两大类。

第1章概论一传感器的概念与发展1．1 传感器基本概念传感器（transducer/sensor）的定义是：能感受规定的被测量并按一定的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。

其中，敏感元件（sensing element）是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件（transducer element）是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号以及其它某种可用信号的部分。

传感器狭义地定义为：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。

可以预料，当人类跨入光子时代，光信息成为更便于快速、高效地处理与传输的可用信号时，传感器的概念将随之发展成为：能把外界信息转换成光信号输出的器件。

传感器的任务就是感知与测量。

在人类文明史的历次产业革命中，感受、处理外部信息的传感技术一直扮演着一个重要的角色。

在18世纪产业革命以前，传感技术由人的感官实现：人观天象而仕农耕，察火色以冶铜铁。

从18世纪产业革命以来，特别是在20世纪信息革命中，传感技术越来越多地由人造感官，即工程传感器来实现。

目前，工程传感器应用如此广泛，以至可以说任何机械电气系统都离不开它。

现代工业、现代科学探索、特别是现代军事都要依靠传感器技术。

一个大国如果没有自身传感技术的不断进步，必将处处被动。

现代技术的发展，创造了多种多样的工程传感器。

工程传感器可以轻而易举地测量人体所无法感知的量，如紫外线、红外线、超声波、磁场等。

从这个意义上讲，工程传感器超过人的感官能力。

有些量虽然人的感官和工程传感器都能检测，但工程传感器测量得更快、更精确。

例如虽然人眼和光传感器都能检测可见光，进行物体识别与测距，但是人眼的视觉残留约为0．1s，而光晶体管的响应时间可短到纳秒以下；人眼的角分辨率为1ˊ，而光栅测距的精确度可达1"；激光定位的精度在月球距离3×104km范围内可达10cm以下；工程传感器可以把人所不能看到的物体通过数据处理变为视觉图像。

传感器的定义及组成
传感器的定义及组成
传感器的概念来自“感觉（sensor）”一词，人们为了研究自然现象，仅仅依靠人的五官获取外界信息是远远不够的，于是发明了能代替或补充人五官功能的传感器，工程上也将传感器称为“变换器”。

根据国标（GB7665－87），传感器的定义为：“能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。

”这一定义所表述的传感器的主要内涵包括：
1）从传感器的输入端来看：一个指定的传感器只能感受规定的被测量，即传感器对规定的物理量具有最大的灵敏度和最好的选择性。

例如温度传感器只能用于测温，而不希望它同时还受其它物理量的影响。

2）从传感器的输出端来看：传感器的输出信号为“可用信号”，这里所谓的“可用信号”是指便于处理、传输的信号，最常见的是电信号、光信号。

可以预料，未来的“可用信号”或许是更先进更实用的其它信号形式。

3）从输入与输出的关系来看：它们之间的关系具有“一定规律”，即传感器的输入与输出不仅是相关的，而且可以用确定的数学模型来描述，也就是具有确定规律的静态特性和动态特性。

第一章 传感器的概述1.传感器的定义能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叫做传感器。

2.传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量（位移、速度、加速度、力等）转换成 电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。

3.传感器的组成：传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、辅助电源组成。

传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。

第二章 传感器的基本特性1.传感器的基本特性：静态特性、动态特性。

2.衡量传感器静态特性的主要指标有：线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞 、重复性 、漂移。

3.迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。

4.产生漂移的原因：①传感器自身结构参数老化；②测试过程中环境发生变化。

5.例题：1．用某一阶环节传感器测量100Hz 的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz 的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？ 解：一阶传感器的频率响应特性： 幅频特性：2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216Hz 处，并得到最大福祉比为1.4比1，试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。

3.玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。

现已知某玻璃水银温度计特性的微分方1)(1)(+=ωτωj j H )(11)(ωτω+=A s rad f n n /135********.014.121)(A )(4)(1)(A n max n 21222=⨯=======⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-ππωωξξωωωωωξωωω所以，时共振，则当解：二阶系统程是x y dtdy310224-⨯=+ ，y 代表水银柱的高度，x 代表输入温度（℃）。

求该温度计的时间常数及灵敏度。

解：原微分方程等价于：x y dt dy3102-=+所以：时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3第三章 电阻式传感1.应变式电阻传感器的特点： 1）优点：①结构简单，尺寸小，质量小，使用方便，性能稳定可靠；②分辨力高，能测出极微小的应变；③灵敏度 高，测量范围广，测量速度快，适合静、动态测量；④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测；⑤价格便宜，品种多样，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量多种物理量。

简答题第一章1 传感器的定义，组成和分类。

定义：人们通常将能把被测物理量或者化学量转换为与之有确定对应关系的电量输出的装置称为传感器组成：传感器由敏感元件、传感元件和其他辅助件组成，有时也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。

分类：一、根据输入物理量可分为：位移传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器及气敏传感器等。

二、根据工作原理可分为：电阻式、电感式、电容式及电势式等。

三、根据输出信号的性质可分为：模拟式传感器和数字式传感器。

即模拟式传感器输出模拟信号，数字式传感器输出数字信号.四、根据能量转换原理可分为：有源传感器和无源传感器。

第二章1 爱因斯坦光电效应方程。

020A mv 21hv += 2 光电效应，外光电效应，内光电效应，光生伏特效应。

光电效应：当光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体中的电子吸收了入射光子的能量，而发生相应的效应外光电效应：在光线作用下使电子逸出物体表面的现象内光电效应：在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象光生伏特效应：在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的现象3 光敏电路分析。

4 光电传感器报警原理，测转速计算。

5 光电池结构。

硅光电池是在一块N 型硅片上，用扩散的方法惨入一些P 型杂质形成PN 结制作而成。

硒光电池是在铝片上涂硒，再用溅射的工艺，在硒层上形成一层半透明的氧化镉。

在正反两面上低溶合金作为电极。

6 光电倍增管结构和工作原理，什么是倍增系数。

光电倍增管结构：由光阴极、次阴极（倍增极）以及阳极3部分组成。

工作原理：光电倍增管除光电阴极外，还有若干个倍增电极。

使用时在各个倍增电极上均加上电压。

阴极电位最低，从阴极开始，各个倍增电极的电位依次升高，阳极电位最高。

阳极电位最高。

同时这些倍增电极用次级发射材料制成，这种材料在具有一定能量的电子轰击下，能够产生更多的“次级电子”。

由于相邻两个倍增电极之间有电位差，因此存在加速电场，对电子加速。