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简述传感器定义传感器是一种能够感知和测量环境中各种物理量并将其转化为可供人类理解或机器处理的信号的设备。
传感器的作用类似于人类的感官系统，能够帮助我们感知世界并做出相应的反应。
传感器广泛应用于各个领域，如工业生产、医疗保健、环境监测、交通运输等，发挥着重要的作用。
传感器的工作原理基本上是通过将某种物理量转化为电信号，然后通过电路处理这些信号并输出结果。
传感器可以感知的物理量包括温度、压力、光线强度、声音等，不同的传感器可以感知不同的物理量。
传感器的种类也非常多样，包括光学传感器、压力传感器、温度传感器、声音传感器等等。
每种传感器都有其特定的工作原理和应用场景。
在工业生产领域，传感器被广泛应用于监测生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等，以确保生产过程稳定运行并提高生产效率。
在医疗保健领域，传感器被用于监测患者的生理参数，如心率、血压等，帮助医生及时了解患者的健康状况并采取相应的治疗措施。
在环境监测领域，传感器被用于监测大气污染、水质污染等环境参数，以帮助监管部门及时采取措施保护环境。
在交通运输领域，传感器被用于监测交通流量、道路状态等信息，以帮助交通管理部门优化交通流动并提高交通效率。
随着科技的不断发展，传感器技术也在不断创新和进步。
传感器不仅变得更加精确和灵敏，还变得更加智能化和多功能化。
例如，智能手机上的各种传感器可以实现重力感应、光线感应、陀螺仪等功能，为用户提供更加便利的体验。
随着物联网技术的普及，传感器还可以实现设备之间的互联互通，实现智能家居、智慧城市等应用，为人们的生活带来更多的便利和舒适。
总的来说，传感器作为一种重要的感知设备，已经深入到人类社会的各个角落。
它不仅帮助人类更好地了解和控制周围的环境，还推动了社会的科技进步和发展。
随着科技的不断发展和创新，传感器技术也将不断进步，为人类创造出更加美好的未来。
传感器的定义可能会随着技术的不断发展而有所变化，但其作为一种感知和测量设备的基本作用将不会改变。
简述传感器定义
传感器是一种能够感知、检测并接收外部环境信息的设备，它能够将物理量或化学量转换成电信号或其他可以辨识的形式。
传感器的作用在于将各种不同的物理量转换成电信号，从而实现对环境的监测和控制。
传感器在现代科技中扮演着至关重要的角色，它们被广泛应用于各个领域，如工业生产、医疗保健、环境监测、交通运输等。
通过传感器，人们可以实时地获取到各种环境参数，从而更好地了解和控制周围的环境。
传感器的种类繁多，根据其工作原理和应用领域的不同，可以分为多种类型。
常见的传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光敏传感器、声音传感器等。
这些传感器能够实现对不同物理量的监测和检测，从而为人们提供了更多的信息和数据支持。
传感器的工作原理也各不相同，但基本原理是一致的：通过特定的传感元件将感知到的物理量转换成电信号，再通过信号处理电路将其转换成人们可以理解的形式。
这样，人们就可以通过传感器获取到所需的信息，从而实现对环境的监测和控制。
随着科技的不断发展，传感器的应用范围也在不断扩大。
人们不仅可以通过传感器监测环境的温度、湿度、压力等基本参数，还可以通过传感器实现对生物体的监测，如心率、血压等。
传感器的应用
不仅提高了生产效率，还为人们的生活带来了便利与安全。
总的来说，传感器作为一种能够感知、检测并接收外部环境信息的设备，在现代科技中扮演着至关重要的角色。
通过传感器，人们可以实时获取各种环境参数，从而更好地了解和控制周围的环境。
传感器的应用范围越来越广泛，其在各个领域的作用也越来越重要，可以说传感器已经成为现代社会不可或缺的一部分。
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。
传感器的分类和特点1. 传感器的概述传感器是一种能够将物理量或化学量转化为电信号的装置，用于感知和测量环境中的各种参数。
传感器在各个领域中都有广泛的应用，如工业自动化、医疗设备、环境监测等。
传感器的分类主要根据其工作原理、测量物理量和应用领域来进行。
本文将对常见的传感器分类及其特点进行详细介绍。
2. 传感器的分类2.1 按工作原理分类2.1.1 电阻式传感器电阻式传感器是利用物质的电阻随温度、压力等物理量变化而变化的原理进行测量。
常见的电阻式传感器有温度传感器、压力传感器等。
温度传感器根据热敏材料（如热敏电阻、热敏电容）的特性来测量环境温度。
压力传感器则利用压敏电阻或压敏薄膜测量介质压力。
2.1.2 容抗式传感器容抗式传感器是利用物质的电容随温度、湿度等物理量变化而变化的原理进行测量。
常见的容抗式传感器有湿度传感器、接近开关等。
湿度传感器通过测量介质中水分含量来得知湿度信息。
接近开关则通过测量物体与传感器之间的电容变化来判断物体是否接近。
2.1.3 感应式传感器感应式传感器是利用物质对磁场或电磁波的敏感性进行测量的传感器。
常见的感应式传感器有磁场传感器、光电传感器等。
磁场传感器通过检测磁场的强度和方向来获得相关信息。
光电传感器则是利用光敏元件对光信号的敏感性进行测量，常用于测距、检测物体颜色等。
2.2 按测量物理量分类2.2.1 温度传感器温度传感器广泛应用于各个领域，如工业控制、气象监测、医疗设备等。
常见的温度传感器有热敏电阻（如铂电阻）、热敏电容、热电偶等。
热敏电阻是一种电阻随温度变化的传感器，常用于测量室内温度、液体温度等。
热敏电容则是利用介质的电容随温度变化来测量温度。
2.2.2 压力传感器压力传感器用于测量气体或液体的压力，广泛应用于工业自动化、汽车行业等领域。
常见的压力传感器有压阻式传感器和压电式传感器。
压阻式传感器利用弹性元件（如金属薄膜）的形变来测量压力。
压电式传感器则是利用壳体上附着的压电材料产生电荷来测量压力。
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。
✧利用物理现象、化学反应和生物效应是各种传感器工作的基本原理，所以发现新现象与新效应是发展传感器的重要工作，是研究新型传感器的重要基础，意义深远。
EXAM填空1.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。
2.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。
3.传感器一般由（敏感元件）、传感元件和其它辅助部件组成。
4.传感元件，它（不直接）感受被测量，而是将敏感元件的输出量转换为电量输出的元件。
5.传感器通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件指（传感器中能直接感受被测量）的部分。
6.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）。
7.传感器技术的主要发展动向是：实现传感器的集成化、多功能化和（智能化）。
8.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）。
9.转换元件是指传感器中能（将敏感元件输出）转换为适用于传输和测量的电信号部分。
10.传感器是（感受）与被测对象接触的环节，它将被测量转换成与（有确定对应关系）的（电量的器件）的机构。
11.传感器的分类有很多方法，常用有（按输入量分类）和（按工作原理分类）。
第二章传感器的一般特性✧传感器的输入-输出关系特性是传感器的基本特性。
从误差角度去分析输出-输入特性是测量技术要研究的主要内容之一。
✧输出-输入特性虽是传感器的外部特性，但与其内部参数有密切关系。
✧传感器测量的物理量有两种形式，一种是稳态（静态或准静态）的形式，这种信号不随时间变化（或变化缓慢），另一种是动态（周期变化或瞬态）的形式，这种信号是随时间变化而变化的。
✧由于输入物理量状态不同，传感器所表现出来的输出-输入特性也不同，因此存在所谓静态特性和动态特性。
✧一个高精度传感器，必须有良好的静态特性和动态特性，这样才能完成信号（或能量）无失真的转换。
2．1 传感器的静态特性✧传感器在稳态信号作用下，其输出-输入关系称为静态特性。
✧衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性。
2．1．1线性度✧传感器的线性度是指传感器输出与输入之间的线性程度。
✧理想的输出-输入特性是线性的。
实际传感器的输出-输入特性是非线性的，如果不考虑迟滞和蠕变效应，有式2-1表示。
Y=A0+A1X+A2X*2。
+ANX*NY为输出量，X为输入物理量A0零位输出，A1传感器线性灵敏度✧在研究线性特性时，可不考虑零位输出。
多项式2-1的输出特性曲线如图2-1（D）所示。
传感器的静态特性（D）✧公式2-1的三种特殊情况：1.理想的线性特性，如图2-1A所示的直线。
在这种情况下，有公式2-2，Y=A1X传感器的静态特性（A）因为直线上任何点的斜率都相等，所以传感器的灵敏度为常数SN=Y/X=A1=常数2.仅有偶次非线性项，如图2-1B所示。
其输出-输入特性方程为公式2-3，Y= A1X+A2X*2。
传感器的静态特性（B）因为它没有对称性，所以其线性范围较窄。
一般传感器设计很少采用这种特性3.仅有奇次非线性项，如图2-1C所示。
其输出-输入特性方程为公式2-4，Y= A1X+A3X*3。
传感器的静态特性（C）具有这种特性的传感器，一般在输入量X相当大的范围内具有较宽的准线性。
这是比较接近于理想直线的非线性特性，它相对于坐标原点是对称的，所以它具有相当宽的近似线性范围。
✧传感器的输出-输入特性的线性度除受机械输入（弹性元件）特性影响外，也受电气元件输出特性的影响，使电气元件对称排列，以差动工作方式可以消除电气元件中的偶次分量，显著的改善线性范围。
例如差动传感器的一边输出为Y1=A1X+A2X2+。
+ANXN另一边反向输出为Y2=-A1X+A2X2+。
+ANXN总输出为二者之差Y=Y1-Y2=2（A1X+A3X3+。
）差动式传感器消除偶次项，使线性得到改善，同时使灵敏度提高一倍。
✧在使用非线性特性的传感器时，如果非线性项的方次不高，在输入量变化范围不大的条件下，可以用切线或割线等直线来近似地代表实际曲线的一段，图2-2所示，这种方法称为传感器非线性特性的线性化。
采用的直线称为拟合直线。
✧实际特性曲线与拟合直线之间的偏差称为传感器的非线性误差，取其中最大值与输出满度值之比作为评价非线性误差（线性度）的指标。
见公式2-6E1=±ΔMAX/YF。
SE1—非线性误差（线性度）ΔMAX最大非线性绝对误差YF。
S输出满量程✧传感器的输出-输入特性曲线（静态特性）是在静态标准条件进行校准的。
静态标准条件是指没有加速度、振动、冲击，环境温度为20±5度，相对湿度小于85%，气压（101±8）KPA的情况。
2．1．2灵敏度✧灵敏度指传感器在稳态下输出变化对输入变化的比值，用SN来表示。
见公式2-7SN=输出量的变化/输入量的变化=DY/DX✧对线性传感器，它的灵敏度就是它的静态特性的斜率，即SN=Y/X。
非线性传感器的灵敏度为一变量，如图2-3所示。
一般希望传感器的灵敏度高，在满量程内是恒定的，即传感器的输出-输入特性为直线。
灵敏度定义2．1．3迟滞（迟环）✧迟滞（迟环）特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度，如图2-4所示。
就是说，对应于同一大小的输入信号，传感器正反行程的输出信号大小不相等，这就是迟滞现象。
滞环特性示意图✧产生这种现象的原因是传感器机械部分存在不可避免的缺陷，如轴承摩擦、间隙、紧固件松动、材料的内摩擦、积尘等。
✧迟滞大小一般由实验方法测定。
用最大输出差值ΔMAX对满量程输出YF。
S的百分比表示，公式2-8，EL=ΔMAX/YF。
S*100%2．1．4重复性✧重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时所得特性曲线不一致性程度。
图2-5所示。
重复性✧多次重复测试的曲线重复性好，误差也小。
产生这种现象的原因是传感器机械部分存在不可避免的缺陷，如轴承摩擦、间隙、紧固件松动、材料的内摩擦、积尘等。
2．2 传感器的动态特性2．2．1动态参数测试的特殊问题✧在实际测试中，大量的被测信号是动态信号，传感器对动态信号的测量任务不仅需要精确的测量信号幅值的大小，还需要测量和记录动态信号变换过程的波形，这就要求传感器能迅速准确地测出信号幅值的大小和无失真的再现被测信号随时间变化的波形。
✧传感器的动态特性指传感器对激励（输入）的响应（输出）特性。
一个动态特性好的传感器，其输出随时间变化的规律（变化曲线），将能同时再现输入随时间变化的规律（变化曲线），即具有相同的时间函数。
这是动态测量中对传感器提出的新要求。
✧但实际上除了具有理想的比例特性的环节外，输出信号将不会与输入信号具有完全相同的时间函数，这种输出与输入间的差异就是所谓的动态误差。
图2-6所示。
热电偶测温过程曲线✧研究传感器的动态特性主要从测量误差角度分析产生动态误差的原因以及改善措施。
2．2．2研究传感器动态特性的方法及其指标✧研究动态特性可以从时域和频域两个方面采用瞬态响应法和频率响应法来分析。
✧在时域内研究传感器响应特性只能研究几种特定的输入时间函数如阶跃函数、脉冲函数和斜坡函数等的响应特性。
在频域内研究动态特性一般采用正弦函数得到频率响应特性。
动态特性好的传感器暂态响应时间很短或者频率响应范围很宽。
✧在对传感器进行动态特性分析和动态标定时，常常采用正弦变化和阶跃变化的输入信号。
✧在采用阶跃输入研究传感器时域动态特性时，为表征传感器的动态特性，常用上升时间、响应时间、过调量等参数来综合描述。
图2-7所示。
阶跃响应特性✧在采用正弦输入研究传感器频域动态特性时，常用幅频特性和相频特性来描述传感器的动态特性，其重要指标是频带宽度，简称带宽。
EXAM填空1.传感器的（输出-输入）关系特性是传感器的基本特性。
从（误差角度）去分析输出-输入特性是测量技术要研究的主要内容之一。
2.由于输入物理量状态不同，传感器所表现出来的输出-输入特性也不同，因此存在所谓（静态特性）和（动态特性）。
3.衡量传感器静态特性的重要指标是（线性度）、（灵敏度）、（迟滞和重复性）。
4.传感器的线性度是指传感器输出与输入之间的（线性程度）。
5.传感器的输出-输入特性的线性度除受机械输入（弹性元件）特性影响外，也受（电气元件输出特性）的影响，使电气元件（对称排列），以（差动）工作方式可以消除电气元件中的偶次分量，显著的改善（线性）范围。
