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可编辑修改精选全文完整版第1章 传感器概述 1.1 基本概念1.1.1传感器（Transducer/Sensor ）的定义传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；输入输出的转换规律（关系）已知，转换精度要满足测控系统的应用要求。
传感器应用场合（领域）不同，叫法也不同。
如在过程控制中叫变送器。
（标准化的传感器）在射线检测中则称为发送器、接收器或探头。
作为对比，下面介绍一下敏感器：它是一种把被测的某种非电量转换为传感器可用非电量的器件或装置。
设：x ——被测非电量z ——传感器可用非电量y ――传感器输出电量敏感器传输函数：)(x z ψ= 传感器传输函数： )(z y ϕ=敏感器传感器复合函数： )()]([)(x f x z y ===ψϕϕ1.1.2传感器的组成传感器由图1-1所示的几部分组成。
其中，敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
图1-1 传感器的组成由半导体材料制成的物性性传感器基本是敏感元件与转换元件二合一，直接能将被测量转换为电量输出，如压电传感器、光电池。
热敏电阻等。
1.1.3 传感器的分类传感器的品种很多，原理各异，检测对象门类繁多，因此其分类方法甚繁，至今尚无统一的规定。
人们通常是站在不同的角度，突出某一侧面而分类的。
下面有几种常见的分法。
（1）按工作机理分类这种分类方法将物理、化学和生物等学科的原理、规律、效应作为分类的依据，于是可分为物理型、化学型、生物型。
其中按构成原理可分为：结构型、物性型和复合型三大类。
结构型传感器是利用物理学的定律等构成的，其性能与构成材料关系不大。
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。
Copyright 南京理工大学陈文建2006参考教材Copyright 南京理工大学陈文建2006传感器原理南京理工大学·2006年春季主讲：陈文建Email: chenwj@• 《传感器原理、设计与应用》（第三版、第四版）刘迎春叶湘滨编著国防科技大学出版社• 《传感器原理与应用》1999年第一版黄贤武郑筱霞编著电子科技大学出版社2006.3.20Copyright 南京理工大学陈文建2006第一章传感器概论第一节传感器及其在科技发展中的作用第二节传感器组成和分类第三节传感器技术发展动向Copyright 南京理工大学陈文建2006 1.1传感器及其在科技发展中的作用一、传感器的定义别名：换能器、变换器、变送器、探测器等英文名：transducer, sensor, pick up, transverter,detector, sender, detecting element及sensing等Copyright 南京理工大学陈文建2006Transducer－把输入信号变成不同形式输出信号的装置。
如麦克风、留声机、扩音机、气压计光电管、门铃等Sensor－感知物理量的绝对值或变化量的装置的总称。
通常情况下，将温度、压力、流速、PH值、光及放射线等物理量的强度变换成信息采集系统有用的输入信号。
因此电视摄像机是一个敏感元件（sensor）,而传感器（transducer）则是一种特殊的敏感元件。
Copyright 南京理工大学陈文建2006 所谓传感器是能感知有用信息，并能检知的设备。
• 功能：感知+采集+转换+传输+处理信息• 用途：能够取代甚至超出人的“五官”，具有视觉、听觉、触觉、嗅觉或味觉等。
根据中华人民共和国国家标准(GB7665.87)《传感器通用术语》，传感器(Transducer/Sensor)的定义是：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。
Copyright 南京理工大学陈文建2006因为电信号易于放大、反馈、滤波、微分、存储、和远距离传输，加之当代电子计算机只能处理电信号，所以通常狭义地说：传感器是能感受规定的被测量（物理量、化学量、生物量等）并按照一定的规律转换成可用输出信号（一般为电量）的器件或装置。
-《传感器与检测技术》第二版部分计算题解答————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章 传感器与检测技术概论作业与思考题1．某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至2.5V ，求该仪器的灵敏度。
依题意：已知X 1=4.5mm ； X 2=5.5mm ； Y 1=3.5V ； Y 2=2.5V求：S ；解：根据式（1-3） 有：15.45.55.35.21212-=--=--=∆∆=X X Y Y X Y S V/mm 答：该仪器的灵敏度为-1V/mm 。
2．某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器：0.35Ω/℃；电桥：0.01V/Ω；放大器：100（放大倍数）；笔式记录仪：0.1cm/V求：（1）测温系统的总灵敏度；（2）纪录仪笔尖位移4cm 时。
所对应的温度变化值。
依题意：已知S 1=0.35Ω/℃； S 2=0.01V/Ω； S 3=100； S 4=0.1cm/V ； ΔT=4cm求：S ；ΔT解：检测系统的方框图如下：ΔT ΔR ΔU 1 ΔU 2 ΔL（3分）（1）S=S 1×S 2×S 3×S 4=0.35×0.01×100×0.1=0.035（cm/℃） （2）因为：TL S ∆∆=所以：29.114035.04==∆=∆S L T （℃） 答：该测温系统总的灵敏度为0.035cm/℃；记录笔尖位移4cm 时，对应温度变化114.29℃。
3．有三台测温仪表，量程均为0_600℃，引用误差分别为2.5%、2.0%和1.5%，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理？依题意，已知：R=600℃； δ1=2.5%； δ2=2.0%； δ3=1.5%； L=500℃； γM =2.5% 求：γM1 γM2 γM3解：铂电电桥放大记录（1）根据公式（1-21）%100⨯∆=Rδ 这三台仪表的最大绝对误差为：0.15%5.26001=⨯=∆m ℃0.12%0.26002=⨯=∆m ℃0.9%5.16003=⨯=∆m ℃（2）根据公式（1-19）%100L 0⨯∆=γ 该三台仪表在500℃时的最大相对误差为：%75.2%10050015%10011=⨯=⨯∆=L m m γ %4.2%10050012%10012=⨯=⨯∆=L m m γ %25.2%1005009%10013=⨯=⨯∆=L m m γ 可见，使用2.0级的仪表最合理。
可编辑修改精选全文完整版第一章 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。
1)(1)(+=ωτωj j H )(11)(ωτω+=A srad 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。
传感器原理设计与应用考试内容第一课后作业类型题要会做！（斜体笔迹部份未给出答案）第一章：传感器概论传感器的概念；能感受规定的被测量并依照必然的规律转换成可用信号的器件或装置传感器的组成，各组成部份的作用；传感器=灵敏元件+转换元件（+信号调剂电路）灵敏元件：传感器中能直接感受被测量的部份。
转换元件：传感器中能将灵敏元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部份。
信号调剂与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处置、和操纵的有效电信号的电路。
经常使用的电路有电桥、放大器、变阻器、振荡器等。
辅助电路通常包括电源等。
传感器分类：有源、无源⑴有源传感器（能量转换型传感器）——能将非电量直接转换成电信号，因此有时被称为“换能器”。
如压电式，热电式，磁电式等。
有源⑵无源传感器（能量操纵型传感器）——自身无能量转换装置，被测量仅能在传感器中起能量操纵作用，必需有辅助电源供给电能。
无源式传感器经常使用电桥和谐振电路等电路来测量。
如电阻式，电容式，和电感式等。
无源第二章：传感器的一样特性分析传感器的一样特性包括哪两种？各自的含义是什么（什么是静态特性，什么是动态特性）？ 对应的特性指标有哪些？两种特性：静态特性、动态特性静态特性：指在静态信号的作用下，描述传感器的输入、输出之间的一种关系。
静态特性指标：迟滞（关于同一大小的输入信号x ，在x 持续增大的行程中，对应于某一输出量为yi ，在x 持续减小的进程中，对应于输出量为yd ，yi 和yd 二者不相等，这种现象称为迟滞现象。
迟滞特性能说明传感器在正向输入量增大行程和反向输入量减小行程期间，输入输出特性曲线不重合的程度）、线性度（传感器实际的输出—输入关系曲线偏离拟合直线的程度，称为传感器的线性度或非线性误差）、灵敏度（Sn=输出转变量/输入转变量，注意单位）、重复性、分辨力、精度、稳固性、漂移、阈值静态特性的各指标【重点把握迟滞，线性度（非线性误差），灵敏度】的概念；动态特性：输入量随时刻转变时传感器的响应特性。
光纤传感技术第一章概论1、光纤通信的波谱在1.67×1014Hz～3.75×1014Hz之间，即波长在0.8μm～1.8μm之间，属于近红外波区。
2、光纤通信的特点:（1）通信容量大、频带宽（2）衰减小、中继距离长（3）泄漏小、保密性能好（4）串扰小、信号传输质量高（5）体积小、重量轻、便于施工和维护（6）原材料来源丰富，节约有色金属（7）抗电磁干扰，耐化学腐蚀，无电流，可在易燃、易爆场合工作光纤通信的缺点：①需要电/光和光/电变换部分；②光直接放大难；③需要高级的切断接续技术；④弯曲半径不宜太小；⑤分路、耦合不方便。
3、光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。
光纤通信系统主要由光发射机、光纤和光接收机组成。
基本光纤传输系统：光发射机、光纤线路、光接收机。
4、光发射机由光源、驱动器和调制器组成。
光源器件一般是LED和LD。
要求光源的输出功率大，调制频率高。
电信号对光的调制：直接调制、间接调制（外调制）。
5、石英光纤的三个损耗很小的波长窗口：0.85um、1.31um、1.55um。
石英光纤在波长1.55um损耗最小，在波长1.31um色散为零；通过光纤设计，可使零色散波长移到1.55um，制成损耗和色散都最小的色散移位单模光纤；设计成在1.31um和1.55um 之间色散变化不大的色散平坦单模光纤。
6、光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成，光检测器是核心。
7、光检测器一般有PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)两种。
第二章光纤和光缆1、光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。
光在光纤中传输的必要条件： n1>n2.Δ=(n1-n2)/n1 纤芯和包层的相对折射率差.Δ越大，把光束缚在纤芯的能力越强，但传输容量却越小。
2、纤芯直径：突变型多模光纤的纤芯为50－80μm；渐变型多模光纤的纤芯为 50μm；单模光纤的纤芯为8μm～10μm 。
包层：包层位于纤芯的周围。
