传感器的概念、分类及其使用
第一章 传感器的基本知识
第一章传感器的基本知识复习思考题1. 简述传感器的概念、作用及组成。
2. 传感器的分类有哪几种？各有什么优缺点？3. 传感器是如何命名的？其代号包括哪几部分？在各种文件中如何应用？4. 传感器的静态性能指标有哪些？其含义是什么？5. 传感器的动态特性主要从哪两方面来描述？采用什么样的激励信号？其含义是什么？1.1 传感器的作用与地位◆世界是由物质组成的，各种事物都是物质的不同形态。
人们为了从外界获得信息，必须借助于感觉器官。
◆人的“五官”——眼、耳、鼻、舌、皮肤分别具有视、听、嗅、味、触觉等直接感受周围事物变化的功能，人的大脑对“五官”感受到的信息进行加工、处理，从而调节人的行为活动。
◆人们在研究自然现象、规律以及生产活动中，有时需要对某一事物的存在与否作定性了解，有时需要进行大量的实验测量以确定对象的量值的确切数据，所以单靠人的自身感觉器官的功能是远远不够的，需要借助于某种仪器设备来完成，这种仪器设备就是传感器。
传感器是人类“五官”的延伸，是信息采集系统的首要部件。
电量和非电量◆表征物质特性及运动形式的参数很多，根据物质的电特性，可分为电量和非电量两类。
◆电量——一般是指物理学中的电学量，例如电压、电流、电阻、电容及电感等；◆非电量——则是指除电量之外的一些参数，例如压力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、转速、温度、浓度及酸碱度等等。
◆人类为了认识物质及事物的本质，需要对物质特性进行测量，其中大多数是对非电量的测量。
传感器的作用◆非电量不能直接使用一般的电工仪表和电子仪器进行测量，因为一般的电工仪表和电子仪器只能测量电量，要求输入的信号为电信号。
◆非电量需要转化成与其有一定关系的电量，再进行测量，实现这种转换技术的器件就是传感器。
◆传感器是获取自然或生产中信息的关键器件，是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集工具。
采用传感器技术的非电量电测方法，就是目前应用最广泛的测量技术。
传感器的地位◆随着科学技术的发展，传感器技术、通信技术和计算机技术构成了现代信息产业的三大支柱产业，分别充当信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”，他们构成了一个完整的自动检测系统。
传感器原理及应用
一、传感器的静态特性
6、滞后性－续1
对滞后性的衡量，一般用滞环的最大偏差或最大 偏差的一半与满量程输出值的百分比来表示，称为 滞环误差
或
如果传感器存在滞后性，则输入与输出就不能保持 一一的对应关系，因此应尽量使之变小。产生滞后 性的原因主要是材料的物理性质所造成的。
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一、传感器的静态特性
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烟尘浊度测量
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传感器与遥感技术
飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波 船舶：超声波传感器
微波
地面
红外接收传感器
红外线分布差异 矿藏埋藏地区
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二、传感器的分类
1、按传感器输入量（用途）分类
生产厂家往往按输入量分类，以向户提供基本的使用信息。 如：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压 力传感器、流速传感器、温度传感器、光强传感器、湿度传感 器、粘度传感器、浓度传感器、…。
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传感器的分类
2、按传感器工作机理分类
此种分类方法能表示输入变量和输出变之间的关系。
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传感器的分类
2、按传感器工作机理分类－续1
（1）物性型传感器 是利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应把被测量直接 转换为电量的传感器。如：各种压电晶体传感器。
（2）结构型传感器 是以结构（如形状、尺寸）为基础，利用某些物理规律实现把被 测量转换为电量。如：气隙型电感式传感器。
(2) 传感器输入、输出端均存在噪声干扰，Δx过小
时，被外界噪声所淹没。 最小检测量：
其中，C为系数，一般取1～5，N为噪声电平， K为灵敏度。对于数字式传感器，则用输出数字指
示值最后一位数字所代表的输入量来表示，称为分 辨率。
传感器技术与应用教案
传感器技术与应用教案传感器技术是现代科学技术中的重要组成部分，广泛应用于各个领域。
本教案旨在介绍传感器技术的基本概念和原理，以及其在实际应用中的具体应用案例。
第一部分：传感器技术概述1. 什么是传感器？传感器是一种能够感知和测量外部物理量的装置。
它能够将物理量转换为电信号，并将其传输给后续的电子设备进行处理和分析。
2. 传感器的分类- 按测量物理量分类：光学传感器、温度传感器、压力传感器等。
- 按工作原理分类：电阻、电容、电感、半导体等。
- 按应用领域分类：环境监测、工业自动化、医疗健康等。
3. 传感器的工作原理传感器通过利用物理量与电信号之间的相互转换来实现测量。
常见的工作原理包括压阻效应、热敏效应、电感耦合效应等。
第二部分：传感器技术应用案例1. 温度传感器的应用温度传感器广泛应用于工业控制、气象监测、家电等领域。
例如，它可以用于测量室内温度、食品加热温度，或者监测工业设备的温度变化。
2. 光学传感器的应用光学传感器可用于测量光照强度、反射率、颜色等物理量。
在自动化控制中，它可以用于检测产品质量、物体定位、防护设备等。
3. 压力传感器的应用压力传感器被广泛应用于流体控制、汽车工业、医疗器械等领域。
它可以用于测量气体或液体压力，监测水位变化，或者监测车辆轮胎的气压。
第三部分：传感器技术教学实践1. 实验项目：温度传感器实验学生可以利用温度传感器和微控制器进行温度测量实验。
他们可以搭建一个基于Arduino的温度监测系统，并通过编程实现温度数据的实时显示和记录。
2. 实践课题：传感器在环境监测中的应用学生可以选择一个特定的环境监测问题，如空气质量监测或土壤湿度监测，并设计一个传感器网络系统来收集和分析环境数据。
他们可以通过这个实践课题来深入了解传感器技术在实际问题解决中的应用。
通过本教案的学习，学生可以深入了解传感器技术的基本原理和分类，了解传感器在不同领域的应用案例，并通过实践掌握传感器技术的应用方法。
传感器技术与应用
热电阻传感器是利用金属导体电阻值随温
度变化而变化的原理进行测温的。热电阻 广泛用来测量-200～850℃范围内的温度， 少数情况下，低温可测量至1K，高温达 1000℃。标准铂电阻温度计的精确度高， 作为复现国际温标的标准仪器，
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传感器技术与应用
一、传感器的概念 1、定义：
人类为了从外界获取信息, 必须借助于 感觉器官。
随着科学技术的发展。 一系列代替、 补充、 延伸人的感觉器官功能的各种手 段就应运而生, 从而出现了各种用途的传 感器。
传感器是与人的感觉器官相对应的元 件。
国家标准GB7665-87对传感器下的定义
0
③ CTR
② P TC
① NTC
40
80
12 0 16 0 20 0
t/℃
（2）半导体热敏电阻电路
RTh Ub
Rs Uout
3 k Ub 33 2.2
RTh
Uout
Rs 3.322 k
（3）晶体二极管PN二极管测 温电路
R1 RW
R3
V
R2 R4
R5 VD
Rf
－ ＋ R6
（4）热电阻传感器
(1)压力; (2 ） 力/荷重; (3 ） 位移（厚 度）; (4）力矩; (5）角度; (6）角速度 （转速）; (7）速度; (8）加速度; (9）角 加速度; (10）倾斜角; (11）编码器; (12） 振动; (13）气体/烟雾; (14）温度; (15） 热能; (16）湿度; (17）水份; (18）露点; (19）液位; (20）料位; (21）流量; (22） 流速
传感器技术的应用与发展
传感器技术的应用与发展近年来，随着物联网技术的不断发展和人们生活质量的不断提高，传感器技术得到了广泛的应用和发展。
传感器技术不仅可以提高生产和生活效率，还可以保护环境和提高安全性。
下面我们就来探讨一下传感器技术的应用与发展。
一、传感器技术的概念和分类传感器技术是指通过各种手段获取各种物理量、化学量或者生物量的信息的一种技术。
通过传感器可以将这些信息转换为易于采集、处理和传输的电信号。
传感器技术可以分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器、压力传感器、温度传感器和气体传感器等多种类型。
二、传感器技术在生产过程中的应用在生产过程中，传感器技术可以大大提高生产效率，降低生产成本。
例如，在制造领域中，通过安装位移传感器和速度传感器等传感器可以实时监测设备的运行状态，从而及时发现问题并及时维修，降低了设备故障的发生率，提高了设备稳定性和生产效率。
另外，在物流管理中，使用传感器技术可以实现对物流环节的实时监测和管理。
例如，通过使用温度和湿度传感器可以监测货物的储存环境，防止货物腐烂或者受到食品安全问题的威胁。
三、传感器技术在生活中的应用除了在生产过程中的应用，传感器技术在人们生活中也得到越来越广泛的应用。
例如，在医疗领域中，使用生物传感器可以实时监测病人的生命体征，及时发现病情恶化的情况，从而及时采取救治措施。
在智能家居方面，使用传感器技术可以实时监测家庭电器的使用情况，从而实现智能控制家电的开关和温度、湿度等环境参数的调节。
另外，在交通运输领域中，使用传感器技术可以实现对车辆状态和道路环境的实时监测和管理，从而大大提高道路交通安全和交通运输效率。
四、传感器技术的发展趋势和挑战传感器技术作为物联网技术的重要组成部分，未来发展前景十分广阔，但是也面临着一些挑战。
一方面，随着传感器技术的不断发展，与之相应的大数据处理和数据安全问题也越来越突出；另一方面，传感器的能耗和对环境的影响也需要大力优化和改善。
随着新一代传感器技术的不断涌现，例如MEMS传感器技术和生物传感器技术等，传感器技术的发展趋势将更加广泛和多样化。
第一章传感器技术基础知识
时间常数：用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性。τ越小， 频带越宽。
固有频率：二阶传感器的固有频率ωn表征了其动态特性。
传感器的选用原则
与测量条件有关的因素 (1)测量的目的 (2)被测试量的选择 (3)测量范围 (4)输入信号的幅值，频带宽度 (5)精度要求 (6)测量所需要的时间
相应的响应曲线 ：
传感器存在惯性，它的输出不能立即复现输入信号，而是从零开 始，按指数规律上升，最终达到稳态值。 理论上传感器的响应只在t趋于无穷大时才达到稳态值，但实际上 当t=4τ时其输出达到稳态值的98.2%，可以认为已达到稳态。 τ越小，响应曲线越接近于输入阶跃曲线， 因此，τ值是一阶传感器重要的性能参数。
测量
测量是指人们用实验的方法，借助于一定的仪器或 设备，将被测量与同性质的单位标准量进行比较，
并确定被测量对标准量的倍数，从而获得关于被测
量的定量信息。
xnu或
x——被测量值；
n x u
u——标准量，即测量单位；
n——比值，含有测量误差。
测量过程
传感器从被测对象获取被测量的信息，建立起 测量信号，经过变换、传输、处理，从而获得 被测量量值的过程。
线性传感器
S y x
灵敏度是它的静态特性的斜率，即S为常数。
非线性传感器
它的灵敏度S为一变量，用下式表示。
S dy dx
传感器的灵敏度如图1-3所示。
Y
Y
S y - y0
Yo
x
X O
a）线形传感器
Байду номын сангаас
Y dy
dx S dy dx X
传感器培训资料
传感器培训资料第一部分：传感器的基本概念传感器是一种能够感知环境中的各种物理量并将其转化为电信号的装置。
通过测量物理量，传感器可以帮助我们获得环境中各种数据，从而实现自动化控制和监测。
传感器的种类繁多，常见的传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光电传感器等。
在不同的应用场景中，需要选择不同类型的传感器来完成具体的任务。
第二部分：传感器的工作原理传感器的工作原理通常通过物理效应来实现。
例如，温度传感器通常利用热敏电阻或热电偶来测量温度；压力传感器则利用压阻效应或压电效应来转换压力为电信号。
在传感器的内部，通常还会带有信号放大电路、模数转换器等元件，用来将感知到的物理量转化为标准的电信号输出。
第三部分：传感器的应用场景传感器广泛应用于工业控制、汽车领域、医疗设备等各个领域。
例如，温度传感器可以用于控制空调温度、汽车发动机的温度监测等；压力传感器可以用于测量液体或气体的压力、监测管道的泄漏等。
第四部分：传感器的选择和安装在选择传感器时，需要考虑其测量范围、精度、响应时间等指标，以及适用的工作环境，如温度、湿度等。
在安装传感器时，需要注意避免干扰源，保证传感器测量的准确性。
第五部分：传感器的维护和保养传感器作为自动化系统中的重要部件，需要进行定期的维护和保养。
对于一些易受环境影响的传感器，如湿度传感器、光电传感器等，需要保持其表面清洁，防止积灰或水汽影响测量精度。
第六部分：传感器的未来发展随着科技的不断进步，传感器的应用范围将会更加广泛，同时传感器本身的性能也将进一步提升。
例如，新型传感器可能会采用纳米技术制备，具有更高的灵敏度和更小的体积；同时，通过无线传输技术，传感器也有望实现无线监测和控制，大大提高其应用灵活性。
通过本次传感器培训，希望大家能够对传感器有更深入的了解，从而能够更好地应用传感器解决实际问题，提高工作效率和产品质量。
同时也希望大家能够关注传感器领域的最新发展，不断更新自己的知识，为行业的发展做出更大的贡献。
传感器概论
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。
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传感器总结
一、概念
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。
通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。
二、传感器
1.3mm/5mm红绿双色LED（共阴）模块：可以用于电子词典、PDA、MP3、耳
机、数码相机、VCD、DVD、汽车音响等等。
2.3色LED模块（RGB）：用Arduino控制。
有三个颜色。
3.7彩自动闪烁LED模块：5mm圆头高亮度发光二极管，发光颜色：粉、黄、
绿(高亮度)。
4.继电器模块：继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥
测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中。
可以：a.扩大控制范围，b.放大，c.综合信号，d.自动、遥控、监测。
5.按键开关模块：按键开关模块和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作
按键提示灯利用数字13 接口自带的LED，将按键开关传感器接入数字3接口，当按键开关传感器感测到有按键信号时，LED 亮,反之则灭。
6.磁簧模块：磁环模块和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作磁场提示
灯利用数字13 接口自带的LED，将磁环传感器接入数字3接口，当磁环传感器感测到有按键信号时，LED 亮,反之则灭。
7.高感度声音检测模块：用于声音检测。
8.光敏电阻：光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱
特性及r 值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域。
9.光遮断模块：光遮断模块和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作光遮
断提示灯利用数字13 接口自带的LED，将光遮断传感器接入数字3接口，当光遮断传感器感测到有按键信号时，LED 亮,反之则灭。
10.红外避障传感器：是专为轮式机器人设计的一款距离可调式避障传感器。
11.红外发射和接收模块：，可将电能直接转换成近红外光并能辐射出去的发光器
件。
12.火焰模块：块模块和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作火焰提示灯
利用数字13 接口自带的LED，将火焰传感器接入数字3接口，当火焰传感器感测到有按键信号时，LED 亮,反之则灭。
13.霍尔磁力传感器模块：和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作磁力闪
光器。
利用数字13 接口自带的LED，将霍尔磁力传感器接入ARDUINO给力板数字3接口，当霍尔磁力传感器到有磁场信号时，LED 灯亮,反之则灯灭。
14.激光发射模块：和数字13 接口自带LED 搭建简单电路。
15.金属触摸模块：和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作触摸提示灯利
用数字13 接口自带的LED，将金属触摸传感器接入数字3接口，当金属触摸传感器感测到有按键信号时，LED 亮,反之则灭。
16.类比霍尔磁性传感器模块：和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作磁
性闪光器。
利用数字13 接口自带的LED，将类比霍尔磁性传感器接入ARDUINO给力板模拟5 接口，当类比霍尔磁性传感器到有信号时，LED 灯亮,反之则灯灭。
17.麦克风声音检测模块：用于声音检测模块有2个输出：1、AO，模拟量输
出，实时输出麦克风的电压信号2、DO，当声音强度到达某个阀值时，输出高低电平信号，【阀值-灵敏度可以通过电位器调节】。
18.磁环模块：和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作磁场提示灯利用数
字13 接口自带的LED，将磁环传感器接入数字3接口，当磁环传感器感测到有按键信号时，LED 亮,反之则灭。
19.倾斜开关模块：和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作倾斜提示灯利
用数字13 接口自带的LED，将倾斜开关传感器接入数字3接口，当倾斜开关传感器感测到有按键信号时，LED 亮,反之则灭。
20.人体感模块：基于红外线技术的自动控制产品, 灵敏度高，可靠性强，超低
电压工作模式, 广泛应用于各类自动感应电器设备, 尤其是干电池供电的自动控制产品。
21.手指侦测心跳模块：采用了超亮红外（IR）和光敏晶体管来探测手指的脉搏，
一个红色LED会随着脉搏闪动。
22.数字温度模块：和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作温度提示灯利
用数字13 接口自带的LED，将数字温度传感器接入数字3接口，当数字温度传感器感测到有按键信号时，LED 亮,反之则灭。
23.游戏摇杆模块：像一个在游戏控制台中操纵杆，可以设置值来实现功能。
24.水银开关模块：和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作倾斜提示灯利
用数字13 接口自带的LED，将水银倾斜开关传感器接入数字3接口，当水银倾斜开关传感器感测到有按键信号时，LED 亮,反之则灭。
25.数字温度传感器模块：测温
26.数字温湿度传感器模块：DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信
号输出的温湿度复合传感器。
27.蜂鸣器：发声
28.线性霍尔磁力模块：和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作磁场提示
灯利用数字13 接口自带的LED，将线性霍尔磁力传感器接入数字3接口，当线性霍尔磁力传感器感测到有按键信号时，LED 亮,反之则灭。
29.旋转编码器可通过旋转可以计数正方向和反方向转动过程中输出脉冲的次数，
旋转计数不像电位计，这种转动计数是没有限制的。
配合旋转编码器上的按键，可以复位到初始状态，即从0开始计数。
30.寻线模块：和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作寻线提示灯利用数
字13 接口自带的LED，将寻线传感器接入数字3接口，当寻线传感器感测到有按键信号时，LED 亮,反之则灭。
31.震动模块：和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作震动闪光器。
利用
数字13 接口自带的LED，将震动传感器接入数字3接口，当震动传感器感测到有震动信号时，LED 闪烁发光。