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结构型传感器和物性型传感器的区分
物理型传感器，是从测量目的进行区分的传感器。
而物理型传感器，又可以分为结构型传感器和物性型传感器。
那么接下来我们就结构型传感器和物性型传感器的区分，来作简单的分析吧
结构型传感器，是以结构(如形状、尺寸等)为基础，利用某些物理规律来感受(敏感)被测量，井将其转换为电信号实现测量的。
例如电容式压力传感器，必须有按规定参数设计制成的电容式敏感元件，当被测压力作用在电容式敏感元件的动极板上时，引起电容间隙的变化导致电容值的变化，从而实现对压力的测量。
物性型传感器，就是利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应感受(敏感)被测量，并转换成可用电信号的传感器。
例如利用具有压电特性的石英晶体材料制成的压电式传感器，就是利用石英晶体材料本身具有的正压电效应而实现对压力测量的。
一般而言，物理型传感器对物理效应和敏感结构都有一定要求，但侧重点不同。
结构型传感器强调要依靠精密设计制作的结构才能保证其正常工作；而物性型传感器则主要依据材料本身的物理特性、物理效应来实现对被测量的感应。
通过以上的简单介绍，我们明白了结构型传感器与物性型传感器的区分。
并且随着近年科学技术的飞速发展与进步，物理型传感器应用越来越广泛。
这与该类传感器便于批量生产、成本较低及易于小型化等持点密切相关。
【最新整理，下载后即可编辑】第1章概述1.什么是传感器？传感器定义为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和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
1.2传感器的共性是什么？传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。
1.3传感器由哪几部分组成的？由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。
1.4传感器如何进行分类？（1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。
（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。
（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。
（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。
（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。
1.5传感器技术的发展趋势有哪些？（1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？（1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制(5)稳定性处理第2章传感器的基本特性2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。
主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。
2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。
常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。
传感器应用技术(第2版)1. 引言传感器是现代科技中不可或缺的组成部分，它们广泛应用于各个领域，如工业控制、医疗诊断、环境监测等。
随着科技的不断发展，传感器的种类和应用范围也日益扩大。
本文将介绍传感器的应用技术，包括传感器的分类、工作原理以及在不同领域中的应用实例。
2. 传感器分类传感器按照其工作原理和测量参数的不同可以分为多种类型，常见的传感器分类包括：2.1 基于测量参数的分类•温度传感器：用于测量温度的传感器，常见的有热电偶、热敏电阻等。
•湿度传感器：用于测量湿度的传感器，常见的有湿度电容器、湿敏电阻等。
•压力传感器：用于测量压力的传感器，常见的有压力传感膜片、应变式压力传感器等。
•光学传感器：用于测量光的强度和频率的传感器，常见的有光敏电阻、光电二极管等。
•加速度传感器：用于测量加速度的传感器，常见的有压电式加速度传感器、微机械式加速度传感器等。
2.2 基于工作原理的分类•电阻型传感器：利用电阻的变化来测量参数，常见的有热敏电阻、湿敏电阻等。
•容性传感器：利用电容的变化来测量参数，常见的有湿度电容器、触摸屏等。
•感应型传感器：利用感应原理来测量参数，常见的有电磁感应式传感器、霍尔效应传感器等。
•光学传感器：利用光的变化来测量参数，常见的有光敏电阻、光电二极管等。
•声波传感器：利用声波的变化来测量参数，常见的有振动式、电容式声音传感器等。
3. 传感器工作原理传感器的工作原理基于物理现象或化学过程，并将其转化为电信号输出。
常见的传感器工作原理包括：3.1 电阻变化原理利用电阻随环境或被测参数的变化而变化的性质来测量参数。
例如，热敏电阻的电阻值随温度的变化而变化，可以通过测量电阻值来得到温度信息。
3.2 电容变化原理利用电容随环境或被测参数的变化而变化的性质来测量参数。
例如，湿度电容器的电容值随湿度的变化而变化，可以通过测量电容值来得到湿度信息。
3.3 感应变化原理利用感应原理来测量参数。
例如，霍尔效应传感器利用磁场的变化来测量磁场强度。
传感器型号GJC4矿用低浓度甲烷传GJC4 (A)矿用低浓度GRG5H 矿用红外二氧化GPD5矿用压力传感器GFY15矿用风速传感器GJH4(A)红外甲烷传GJI4/100-40 高ZC2000-Z 瓦斯抽放GTH1000 (B)矿用KHD-O. 8Y 压力式断GF15矿用风速传感器IGPD5F 矿用差压传感器GWD100矿用温度传感GFK80矿用风门开闭状GKT5L矿用设备开停传GYH25氣气传感器GFT20矿用风筒状态传GKT127-V 馈电状态 eGUY10矿用本安型液位GCF抽放气体参数传感器DJ4G-Z固定式甲烷断电仪DJ4G-Z固定式甲烷断电仪主机DJ4SZ固定式甲烷断电仪主机是一种适用于煤矿井下各作业场所，为各种传感器提供直流本安电源，并提供甲烷超眼断电抬令，同时可以与KJ76N煤矿安全监控系统.KJ76N-J犷用信息传输授口直授通讯的固定式仪器-仪器具有数字显示、红井线遥控调校功能.能巡回监测四路檯拟号佰号、四路开关宦信号和提供四路断电输岀。
断电点的设定和断电控制万式在系统通讯状态下.由地面计算机设定：作为独立断电仪使用时通过遥控器进行、【防加型式】矿用隅博兼本质安全型・紡爆林志为Exd【2]i【塌入佶号】4路樓拟Jt・凭率20CHz-10C0Hz＜路开关Jft・0・3叽戎无电位节点【基本误差】相当干士0.02乜Hi【忌示方式】囚位L£D【揃入电压】b6CV/380VM任选一种【绥出电压】提保三路本质安全直流电洙一.二掐缶出18V/210g.三路缶岀1GV/27OnA【断电输岀】AC OOOV/O. 3A AC 30V/1A 2^12V DGg?制细岀【工作方式】连红后备电池在满负載状恣下可保壬设棗正常工作2小时〉【外型尺寸及质笊】3COJTF.X220nmx. 1 OOmn 10kgKDG660矿用隔爆兼本安型断电器KDG660矿用隔爆兼本安型断电器KDG660矿用隔擁兼本安型断电器是一种适用于煤矿井下各作业场所，执行甲烷走限断电指令并具有馈电反馈功能的固定式仪器。
加热型氧传感器原理加热型氧传感器是一种测量气体氧浓度的传感器。
它在工业和汽车领域广泛使用，用于监测和控制气体中氧气的浓度。
加热型氧传感器的工作原理是通过加热特殊的氧电解质材料，利用氧电解质材料与氧气的反应来测量气体中氧气的浓度。
加热型氧传感器由一个加热器和一个氧电解质电池组成。
加热器通过电流加热氧电解质电池，使其保持在一个预定的温度。
在加热的条件下，氧电解质电池与氧气发生电化学反应，产生电流。
氧电解质材料通常是由氧化锆（ZrO2）制成的，它具有高氧离子电导率。
当氧气与氧电解质材料接触时，氧气会从高氧分压（如空气）移到低氧分压（如废气），导致氧离子从氧电解质材料的一侧转移到另一侧。
这种转移会导致氧电解质材料两侧产生电势差。
根据Nernst方程，氧电解质的电势差与氧气分压成正比。
氧电解质电池的两侧连接着两个电极。
一个电极是称为活性电极的材料，它是用来与氧电解质接触的。
另一个电极是称为参比电极的材料，它是用来与氧电解质分隔的。
当氧气与活性电极接触时，活性电极会与氧电解质之间发生氧化还原反应，引起流过电极的电流。
参比电极在这个过程中不发生电化学反应，它的电势保持不变。
通过测量氧电解质电池两侧的电势差，可以确定氧气的浓度。
在标准条件下，也就是在一定温度和压力下，可以通过校准来确定电势差和氧气浓度之间的关系。
加热型氧传感器的优点是响应时间快、精度高、操作稳定。
然而，它也有一些缺点。
首先，加热型氧传感器需要加热器来维持恒定的温度，这会产生额外的能量消耗。
其次，加热型氧传感器对其他气体（如甲烷、乙烯等）的干扰比较敏感，会导致误差。
因此，在实际应用中，需要对加热型氧传感器进行校准和修正，以确保测量结果的准确性。
总之，加热型氧传感器是一种常用的气体浓度传感器，它通过加热氧电解质材料，利用氧电解质与氧气之间的电化学反应来测量气体中氧气的浓度。
它具有快速响应、高精度和稳定的特点，广泛应用于工业和汽车等领域。
然而，它也存在能耗高和对其他气体干扰敏感等一些局限性，需要在使用中进行校准和修正，以提高测量的准确性。
实例：线速度型动圈式磁电传感器
电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。
它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种无源传感器。
在永磁铁产生的磁场内放置一个可动线圈，当线圈如图沿着磁场方向做直线运动时，它产生的感应电动势e=-NBlv.
其中B是磁场的磁感应强度，N是线圈匝数，l是单匝线圈有效长度，v是线圈相对磁场的运动速度。
在这个实例中，“测”的是速度v，线圈和磁场组成了“敏”，将速度信号转化为电信号输出。
体现了传感器定义的核心：测、敏、电。
传感器的内涵是利用敏感元件直接测量被测量并将其转为电信号的完整的测量系统。
被测量：线圈速度v 电磁感应电动势
测量电路（可能是电阻）
电压信号
放大输出。
一．填空题1．传感器是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，通常由灵敏元件和转换元件组成。
其中灵敏元件是指能够感受被测量的部分，转换元件是指将灵敏元件的输出转换为适于传输和测量的电信号部分。
2．传感器的分类:a.按输入量分类：位移传感器，速度传感器，温度传感器，压力传感器等b.按工作原理分类：应变式，电容式，电感式，压电式，热电式等c.按物理现象分类：结构型传感器，特性型传感器d.按能量关系分类：能量转换型，能量控制型e.按输出信号分类：模拟式传感器，数字式传感器3. 传感器技术的主要发展趋势：一是开展基础研究，发现新现象，开发传感器新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化和智能化。
4. 检测技术属于信息科学的范畴，与计算机技术、自动控制技术和通信技术构成完整的信息技术。
5. 传感器的静态特性的主要指标是：线性度，迟滞，重复性，分辨力，稳定性，温度稳定性和各种抗干扰稳定性等。
6. 电阻式传感器的种类繁多，应用广泛，其基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示值的变化。
7. 电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力流量、重量、力矩应变等物理量。
8. 自感式传感器中，调幅电路用得较多，调频、调相电路用得较少。
9. 当金属导体置于变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，称之为电涡流或涡流。
这种现象称为涡流效应。
10. 感应同步器是应用电磁感应原理来测量直线位移或转角位移的一种器件。
测量直线位移的称为直线感应同步器，测量转角位移的称为圆感应同步器。
11. 利用电容器的原理，将非电量转化为电容量，进而实现非电量到电量的转化的器件称为电容式传感器。
12. 在应用中电容式传感器可以有三种基本类型：变极距型，变面积型和变介电常数型。
而它们的电极形状又有平板型，圆柱形和球平面型三种。
13. 电容式传感器把被测量转化成电路参数C。
传感器教案中监测器的类型
简介
本文档旨在介绍传感器教案中常见的监测器类型。
1. 温度传感器
- 用途：测量环境或物体的温度。
- 常见类型：热敏电阻、热电偶、红外温度计。
- 工作原理：通过测量物体的热量来确定温度。
2. 光传感器
- 用途：检测光线的强度或光的特性。
- 常见类型：光电二极管、光敏电阻、光电池。
- 工作原理：转换光线的能量为电信号。
3. 压力传感器
- 用途：测量液体或气体中的压力。
- 常见类型：压阻式传感器、压电传感器。
- 工作原理：根据受力导致的应变或压电效应来测量压力。
4. 水位传感器
- 用途：测量液体中的水位。
- 常见类型：浮子式传感器、电容式传感器。
- 工作原理：通过测量电容变化或浮子的升降来确定水位。
5. 运动传感器
- 用途：检测物体的运动状态。
- 常见类型：加速度传感器、陀螺仪。
- 工作原理：通过测量物体的位移、速度或加速度来判断运动
状态。
以上是传感器教案中常见的监测器类型的简要介绍。
在教学中，可以根据具体的实验目的和要求选择合适的传感器类型来进行监测
和实验。
请注意，本文档中所列举的传感器类型仅供参考，具体教案中
应根据实际需要进行选择和使用。
教案
2010 ～2011学年第1学期
主讲教师管志光
课程名称现代新型传感器技术
课程类别专业选修课
学时及学分32学时2学分
授课班级机械071~074，物理
使用教材王元庆，机械工业出版社《新型传感器原理及应用》
系(院、部)工程机械系
教研室(实验
室)
机械电子技术教研室
课时授课计划
课次序号： 03
一、课题：第二章固态光电传感器
二、课型：课堂讲授
三、目的要求：
1.掌握光电耦合器件，光电位置传感器（PSD），光电开关等；
2.了解象限探测器，自扫描光电二极管阵列。
四、重点、难点：
光电耦合器件，光电位置传感器（PSD），光电开关的应用
五、教学方法及手段：
理论讲授，在讲课过程中适当举例说明光电耦合器件，光电位置传感器（PSD），光电开关的应用，提高学生的实际解决问题的能力。
六、参考资料：
王元庆，机械工业出版社，《新型传感器原理及应用》
七、作业：
八、授课记录：
九、授课效果分析：
十、教学进程（教学内容、教学环节及时间分配等）
1、复习
2、导入课题（5分钟）
现实生活中，传感器是整个测试系统实现测试和自动控制的首要的、关键的环节。
传感器技术是一个汇聚物理，化学，材料，机械，电子，生物工程等多类型交叉学科。
而新型传感器是指最近十几年内研究开发出来的、已经或正在走向实用化的传感器，相对于传统的结构型传感器而言，新型传感器大部分属于物性型传感器。
3、教学内容（80分钟）
传感器与传感器技术
传感器的分类及发展趋势
传感器技术的特点及发展动向
新型传感器
4、课堂总结
总结传感器及传感器技术的相关知识及新型传感器相关效应。
5、布置作业
第一章固态光电传感器
一、光电耦合器件
光电耦合器的发光和接收元件都封装在一个外壳内, 一般有金属封装和塑料封装两种。
发光元件为发光二极管，受光元件为光敏三极管或光敏可控硅。
它以光为媒介，实现输入电信号耦合到输出端。
常见的元器件有TIP621-4,521-4等，元件如下图。
光耦特点
1.强弱电隔离
输入输出极之间绝缘电阻很高。
耐压达2000V以上。
能避免输出端对输入端地线等的干扰。
2. 对系统内部噪声有很强的抑制作用
发光二极管为电流驱动元件，动态电阻很小，对系统内部的噪声有旁路作用，（滤除噪声）。
二、光电开关
光电开关在制造业自动化包装线及安全装置中作光控制和光探测装置。
可实现限位控制、产品计数, 料位检测，越限安全报警及计算机输入接口等用途。
利用输出电平的状态判断有无被测物。
（a)(c)无被测物，输出高电平；有被测物，输出低电平。
(b)无被测物，输出低电平；有被测物，输出高电平。
三、象限探测器
象限探测器是在同一块芯片上制成两个或四个探测器，中间有沟道将它们隔开，因而这两个或四个探测器有完全相同性能参数。
当被测体位置发生变化时，来自目标的辐射量使象限间产生差异，这种差异会引起象限间信号输出变化，从而确定目标方位，同时可起制导、跟踪、搜索、定位等作用。
典型的象限探测器
四象限光电二极管四象限硅光电池
四象限光电倍增管
二象限的硅光电池
四象限精密光电方位探测器
四象限光电探测器实际由四个光电探测器构成，每个探测器一个象限，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像，如图一般将四象限光电探测器置于光学系统焦平面上或稍离开焦平面。
当目标成像不在光轴上时，四个象限上探测器输出的光电信号幅度不相同，比较四个光电信号的幅度大小就可以知道目标成像在哪个象限上（也就知道了目标的方位），若在四象限光电探测器前面加上光学调制盘，则还可以求出像点偏离四象限光电探测器中心的距离或θ角来。
方位探测器原理
四、光敏器件阵列
光敏管阵列是将光敏管以线列或面阵形式集成在一个硅片上，将各管的同一极端
连接在一起，另一端各自单独引出，用来同时探测被测物体各部位提供的不同光信息，并将这些信息转换为电信号的器件。
由于阵列中象元相互独立，每一个象元信号的引出需要一个独立电路，因此光敏管阵列信号引出比较复杂。
一般地，有多少个象元就需要多少路信号处理电路，电路越复杂，可靠性越差。
图为信号引出较简单的一种电路，电路采用多路选择开关和光敏元件的输出线相连，通过地址逻辑选择端对光敏阵列中的每一个光敏元件扫描，每一个元件均采用同一路信号处理电路，电路结构简单，该电路较适合微机应用系统。
五、自扫描光电二极管阵列（SSPD)
早期的光电二极管阵列是利用分立的光敏二极管一次排列而成，再用引线引出正负极。
这种阵列规模小，应用不便。
随着半导体平面工艺和MOS 工艺的成熟，在1976 年实现了将光敏二极管阵列与移位寄存器、MOS多路开关等电路集成在同一硅片上，形成自扫描光电二极管阵列。
器件的外部引线大为减少，引线数与阵列所含二极管单元数无关。
阵列的各项性能指标提高,使用方便。
目前国外已有系列产品，一维光电二极管阵列的光敏二极管单元数为128～4096，二维光电二极管阵列的单元数从14 ×41 到256 ×256、1200 ×400 。
光电二极管阵列是当前光学多通道探测系统中使用最广的探测器之一。
它具有体积小，响应时间快，积分时间可变，无滞后效应，输出噪声低，动态范围大，光谱响应宽等优点。
电荷存贮工作原理
1.连续工作方式
图是电荷存贮的连续工作方式
当一束光照到光电二极管的光敏面上时，假设光电二极管的量子效率为η，那么光电流为
2.电荷存贮工作方式
光电二极管电荷存贮工作方式的原理
1.预充电
首先闭合开关，此时结电容Cd上的电荷
2.曝光过程
打开开关，在曝光过程上所释放的电荷
如果在曝光过程中，辐射照度和光电流都是时间的变化函数，那么所释放的电荷
式中为Ip平均光电流。
同时，结电容Cd上的电压因放电而下降到Vcd，它的值
3.再充电过程
输出的峰值电压
则
若将上述开关K的[开]和[闭]分别用低电位[0]和高电位[1]表示，则结电容上的电压VD和输出信号VR随开关信号的变化关系如图所示。
当曝光量H达到某一数值时，光电二极管产生的光电流使结电容Cd上的全部电荷都释放掉，因此
与连续工作方式相比，在电荷存贮工作方式下负载电阻上的光电流输出信号。
式中，τ=RL‧Cd为电路的时间常数。
从上式可见，电荷存贮工作方式下的光电流输出信号比连续工作方式下的光电流信号大得多。
定义增益
实际电荷储存原理
SSPD组件内部单元的结构图
SSPD线阵原理结构
它主要由三部分组成
N位完全相同的光电二极管数组
N个多路开关
N位数字移位缓存器
SSPD线阵的工作过程
六、光电位置传感器（PSD）
高灵敏度光电位置传感器PSD 是一种新型的光电器件, 或称为坐标光电池, 它是一种非分割型器件, 可将光敏面上的光点位置转化为电信号。
当一束光射到PSD 的光敏面上时, 在同一面上的不同电极之间将会有电流流过, 这种电压或电流随着光点位置变化而变化的现象就是半导体的横向光电效应。
因此利用PSD 的PN结上的横向光电效应可以来检测入射光点的照射位置。
它不像传统的硅光电探测器只能作为光电转换、光电耦合、光接收和光强测量等方面的应用; 而能直接用来测量位置、距离、高度、角度和运动轨迹等。
它与阵列式图像传感器也不一样, 不像固态图像传感器的测量表面由于敏感单元有一定大小而存在死区; PSD 器件能连线检测光点的位置, 没有死区分辨力高, 适配电路简单等特点, 正日益引起人们的重视。
PSD可分为一维PSD和二维PSD。
一维PSD可以测定光点的一维位置坐标，二维PSD可测光点的平面位置坐标。
实用的一维PSD为PIN三层结构，其截面如图所示。
P层为感光面，两边各有一信号输出电极。
当入射光点照射到PSD光敏面上某点时，由于在入射光点到信号电极间存在横向电势，从而从信号电极上分别得到光电流I1和I2。
如果PSD表面层的电阻是均匀的，则PSD的等效电路为图b〕所示的电路。
由于Rsh很大，而Cj很小，故等效电路可简化成图c) 的形式。
PSD 的单个电极输出只与光点的位置坐标x 有关，而与入射光强度无关，此时PSD 就成为仅对入射光点位置敏感的器件。
Px 称为一维PSD 的位置输出信号。
其基本检测和处理电路如图。
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