现代传感技术与应用 笔记

传感器概述

传感器的作用

传感器的发展趋势

传感器在总体上呈现出多功能、微型化、数字化、集成化、智能化和网络化的发展趋势

传感技术的发展方向

1. 提高与改善传感器的技术指标
2. 寻找新原理、新材料、新工艺

为改善传感器性能采用的多种技术途径

• 差动技术；平均技术；补偿修正技术
• 隔离抗干扰抑制、稳定性处理等

传感器的定义和组成

传感器的定义

• 广义：传感器是一种能把特定的信息(物理、化学、生物)按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
• 侠义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。

传感器的组成

传感器由==敏感元件、转换元件、基本电路==三部分组成:

• 敏感元件感受被测量
• 转换元件将响应的被测量转换成电参量
• 基本电路把电参量接入电路转换成电量
• 核心部分是转换元件，决定传感器的工作原理

传感器的分类方法

按传感器检测的范畴分类：

• 物理量传感器
• 化学量传感器
• 生物量传感器

按传感器的输出信号分类：

• 模拟传感器
• 数字传感器

按传感器的结构分类：

• 结构型传感器
• 物性型传感器
• 复合型传感器

按传感器的功能分类：

• 单功能传感器
• 多功能传感器
• 智能传感器

按传感器的转换原理分类：

• 机-电传感器
• 光-电传感器
• 热-电传感器
• 磁-电传感器
• 电化学传感器

按传感器的能源分类：

• 有源传感器(将非电能量转化为电能量,只转化能量本身,并不转化能量信号的传感器,称为有源传感器)
• 无源传感器

传感器的基本特性

传感器的静态特性指标包括:

灵敏度

在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值

• 对线性传感器灵敏度是直线的斜率$S=\Delta Y/\Delta X$
• 对非线性传感器灵敏度为一变量:$S=\mathrm{d}Y/\mathrm{d}X$
• 相对灵敏度$S_r=\frac{\Delta y}{\Delta x/x}$

线性度

迟滞

传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象称迟滞。

重复性

输入量按同一方向作多次测量时，输出特性不一致的程度。

稳定性

表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力

传感器的动态特性参数有:

瞬态响应特性，频率响应特性

分别讨论一阶传感器、二阶传感器的传递函数,传感器幅频特性、相频特性。

磁电式传感器

2种类型(两种物理过程):磁电感应，霍尔效应

磁电感应式:

主要特点：

1. 属于有源(发电)型(磁生电)，输出功率大;尺寸较大，较重(因为有线圈);
2. 不能做静态测量(静态时没有感生电动势);
3. 可实现无接触测量

工作原理（两种）

(变磁通，恒磁通):

2个公式，各自对应一个典型传感器(变磁通，导线切割磁场)2个典型传感器: 测转速，基本结构，工作原理，公式，特点(不能静态，下限50Hz，高频可到 100kHz) 测振动，基本结构，工作原理(定性理解，记住结论)，特点(不能静态，也不能用于很高频率，一般10-100Hz)(振动传感器的基本特性和误差，不做考核要求)