现代传感器技术-1-绪论-2016[29页]
传感器与测试技术教案 第一章 绪论
第一章绪论1课程简介【引题，作为整门课程的开始，开篇引题要能抓住学生兴趣】设计1：带几个机器人去教室，演示机器人功能，以其中一个机器人（排雷机器人）为例，提问：以这个排雷机器人为例，分析一下它具体实现了哪些功能？首先，当地面有雷的时候，它能够“看”到。
然后，它能将“看”到的信息，通过它的“神经”，也就是这些数据线，传达给它的“大脑”。
它的大脑就做出反应：此处有雷。
引出：这其实也就是我们这门课程中，主要研究的问题：怎样让一个系统去感知它周围的世界，然后，把它所感知到的信息，传递给它的大脑，来完成相应的系统任务。
（接课程内容）提到武器测试技术这个名词，我们可能都不陌生，我们在很多新闻、书籍、电影乃至动画片当中，都见到过关于武器测试技术的片段（图1.1 武器测试技术应用）。
如果我们把研究的对象放宽，那测试技术可以说遍布我们身边的方方面面（图1.2 测试技术的应用）。
仔细看一看这些系统我们能够发现，它们的基本任务大体一致：将研究目标的相关信息检测出来，再传输给系统，来完成相应的系统任务。
1.1课程内容也就是说，我们这门课当中的主要内容：1、是系统感知世界的感官，也就是传感器。
2、是我们怎样利用这些感官，以及这些感官所感知到的信息（测试技术）。
3、最后，我们一起来简单的了解一下这门学科当前的应用以及未来的发展趋势。
图1.3 课程内容及学时安排我们这门课的主要内容，就一起来学习一下，作为一个电气系统，它们用什么来感知外界的信息（传感器），又如何对感知到的信息加以处理，并应用到系统中去的（测试技术），最后，我们一起来简单的了解一下这门学科当前的应用以及未来的发展趋势。
1.1.1章节内容1.1.2学时安排1.2课程特点1.2.1涉及范围广传感器部分物理电路模拟电路测试技术部分信号与系统电路模拟电路自动控制原理单片机原理1.2.2知识点零散1.2.3贴近工程应用1.3学习要求1.3.1课上：认真听讲、记好笔记1.3.2课后：按时、独立完成作业1.3.3实验：充分预习，勇于实践1.4参考书目1.4.1《传感器与检测技术》魏学业主编人民邮电出版社1.4.2《传感器与自动检测技术》张玉莲主编机械工业出版社1.4.3《现代传感器技术》徐群和主编科学出版社1.4.4《传感器与的检测技术》李增国主编北京航空航天大学出版社1.4.5《MATLAB基础与应用教程》蔡旭晖等著人民邮电出版社1.4.6《LabVIEW程序设计基础》德湘轶主编清华大学出版社2产生背景【引题】这门学科是如何产生的呢？我们已经知道，这是一门主要研究传感器原理和使用方法的学科，那么，这门学科是怎样产生的呢？2.1生物能够感知外界信息人们从很早就知道，生物，可以通过视觉、听觉、味觉等形形色色的感官感知我们周围的世界（图1-4~图1-6）。
现代传感器技术概述ppt课件
基本情况
课时：64学时，课堂56，实验8 教材： 传感器原理及应用，王雪文 张 志勇 ，北京航空航天大学出版 社 ，2004年03月 传感器原理、设计与应用 ，刘 迎春, 叶湘滨，国防科技大学出 版社，2002（第4版）
传感器概述
一、传感器的定义
二、传感器的分类
三、传感器基础知识 四、传感器的标定 五、现代传感器的发展
广义地可以把传感器归结为一种能感受外界信息 （力，热、声、光、磁、气体、化学、生物、湿度 等），并按一定的规律将其转换成易处理的电信号 的装置 根据中华人民共和国标准（GB7665-87），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。通常传感器由敏感元件和转换元件组成，其 中敏感元件（sensing clement)是指传感器中能直 接感受被测量的部分，转换元件（Transduction element）是指传感器中能将敏感元件输出量转换 为适于传输和测量的电信号部分。
测量范围
每一个传感器都有一定的测量范围，如果
在超过了这个范围进行测量时，会带来很大 的测量误差，甚至于将其损坏。一般测量范 围确定在一定的线性区域或者保证一定寿命 的范围内。在实际应用时，所选择传感器的 测量范围应大于实际的测量范围，以保证测 量的准确性和延长传感器及其电路的寿命
迟滞
传感器静态特性（2）
动态输入信号
为了说明传感器的动态特性, 下面简要介绍动态 测温的问题。 在被测温度随时间变化或传感器 突然插入被测介质中以及传感器以扫描方式测量 某温度场的温度分布等情况下, 都存在动态测温 问题。如把一支热电偶从温度为t0℃环境中迅速 插入一个温度为t℃的恒温水槽中（插入时间忽 略不计）, 这时热电偶测量的介质温度从t0突然 上升到t, 而热电偶反映出来的温度从t0℃变化到 t℃需要经历一段时间, 即有一段过渡过程, 如图 1 - 9 所示。热电偶反映出来的温度与介质温度 的差值就称为动态误差。
现代传感技术论文
《现代传感技术》姓名沈鹏飞学号0903011045班级09土木（1）班现代传感技术一、传感器技术简介传感器技术是现代科技的前沿技术，是现代信息技术的三大支柱之一，其水平高低是衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一。
传感器产业也是国内外公认的具有发展前途的高技术产业，它以其技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。
革开放20多年来，我国的传感器技术及其产业取得了长足进步，主要表现在：一是建立了“传感技术国家重点实验室”、“微米/纳米国家重点实验室”、“国家传感技术工程中心”等研究开发基地；二是MEMS、MOEMS等研究项目列入了国家高新技术发展重点；三是在“九五”国家重点科技攻关项目中，传感器技术研究取得了51个品种86个规格的新产品；四是初步建立了敏感元件与传感器产业，2000年总产量超过13亿只，品种规格已有近6000种，并已在国民经济各部门和国防建设中得到一定应用。
电感式传感器具有以下优缺点：（1）结构简单，传感器无活动电触点，因此工作可靠寿命长。
（2）灵敏度和分辨力高，能测出0.01微米的位移变化。
传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。
（3）线性度和重复性都比较好，在一定位移范围（几十微米至数毫米）内，传感器非线性误差可达0.05%~0.1%。
同时，这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中广泛被采用。
但不足的是，它有频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。
电感式传感器种类很多，常见的有自感式，互感式和涡流式三种。
1、自感式传感器的工作原理：自感式电感传感器属于电感式传感器的一种。
它是利用线圈自感量的变化来实现测量的，它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。
铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。
当被测量变化时，使衔铁产生位移，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感量变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。
29 现代传感器技术大纲
《现代传感器技术》课程教学大纲课程代码：010142062课程英文名称：Modern Sensor Technology课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0适用专业：机械设计制造及其自动化，机械电子工程大纲编写（修订）时间：2010.7一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标1．课程的地位《现代传感器技术》课程是机械设计制造及自动化专业本科的专业必选课。
本课程的主要任务是使学生获得在工业、科研等领域中常用传感器工作原理、特性参数、测量电路和典型综合应用等方面的知识；掌握信息获取与处理的基本概念、测试数据处理、检测系统静态与动态特性、参数检测方法、现代测试系统构成以及智能仪器与虚拟仪器在检测系统中的应用等方面的基本知识与基本技能，具备将所学到的现代传感器技术灵活应用于生产实践的能力。
2．课程的教学目标学生学完本门课后，掌握传感器与检测技术的基础知识和基本技能，具备检测技术工程师的基本素质与能力，能应用到生产和科研中遇到的检测系统设计以及传感器选型、调试、数据处理等方面的基本问题，初步形成解决科研和生产实际问题的能力。
了解本专业发展动向。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1．知识要求：了解信息获取与处理的基本概念；掌握传感器与检测系统的基本特性；掌握常用非电量的测量方法；了解常用传感器的工作原理、结构、特性参数、测量电路和典型应用；了解现代检测系统的构成及其设计方法、了解虚拟仪器技术在检测系统中的应用。
2．能力、技能方面的基本要求：要求掌握物理学上的电磁学理论知识、控制工程基础中的系统分析方法、电工课的电路分析理论；能阅读和分析常用传感器的结构图及测量电路的框图；能正确掌握常用非电量的测量方法；能根据测量任务正确的选用传感器、设计和组建典型实际量测试系统。
（三）实施说明1．在教学中针对涉及传感器授课内容单调，逻辑性、连贯性差，单纯的讲解难于引起学生兴趣等问题，在课堂教学过程中，充分利用幻灯、投影仪、音像、CAI等现代化教学手段开展多媒体教学和实际工程案例教学。
现代传感器技术论文
现代传感器技术论文传感器是能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,下面是小编精心推荐的现代传感器技术论文，希望你能有所感触!现代传感器技术论文篇一无线传感器网络安全技术摘要：无线传感器网络作为一种相对较新的网络技术，能在许多方面发挥出自己的独特作用，但因为对技术基础的要求非常高，所以长期以来其应用领域一直被局限在军事上。
近些年来，随着技术的进步，这种网络技术的应用领域逐渐拓展，在多个民用领域也得到了一定的普及。
文章以无线传感器网络的概念特征和应用特征为基础，分析了该网络在安全技术方面的常见问题，并提出了目前主要的5种安全防护措施，希望有助于相关研究运用的进一步发展。
关键词：无线传感器网络;安全技术;技术应用无线传感器网络的民用化进程近些年来显著加快，其应用安全问题也越来越为人们所关注。
但从现状来看，相关安全技术的实际应用并不理想，以目前对无线传感器网络应用较多的医疗领域为例，网络滞涩现象非常严重，物理损坏率很高，实际运作的可用网络空间与节点往往不足50%，安全问题导致了应用能效的极大下降。
因此文章将针对这种特殊网络的常见安全技术问题加以分析并探析其安全技术的发展方向。
1无线传感器网络概述无线传感器网络是一种以大量的外部传感器作为末梢的分布传感网络，这些传感器可以以无线的方式进行外部通信。
由于网络灵活性非常高，而且三次元涵盖面极广，所以被认为在军事上有很大的发展潜力，近些年来更进一步进行了大量的民用应用研究。
但民间的技术力毕竟与军方有一定的差距，所以无线传感器网络在民用领域的应用推广面临了一系列的困难，安全技术问题正是其中一例。
2无线传感器网络在安全上的技术问题2.1安全机制缺失问题虽然无线传感器网络近些年的民用发展很快，但从总体水平来看仍远不及普通网络，在诸多方面都存在着一定的局限性，比如后文将要说明的节点能量、通信稳定性等。
在这种情况下，很难系统性地构建完整的安全防护机制，因此目前的安全措施大多是分散的、阶段性的，只针对无线传感器网络中的个别节点，所以不仅漏洞很多，而且有效性也难以保障，安全隐患扩散的几率相当高。
(整理)传感器技术绪论
第1篇传感器技术绪论1.传感器引言当我们看见“传感器技术”的时候，大多数同学都不陌生。
传感器已经渗透到了我们生活的各个层面。
看看下表，就知道了。
请同学们自己补充2-3项举例。
看来传感器技术确实是喜欢电子的人必不可少的一项技术。
那么，什么是传感器呢？就做电子技术的人来说，狭义上传感器是将被测量转换为电信号的一种器件或装置。
但是，我们看见上表中出现了体温计和血压计，很多同学认为它们并不是电信号输出。
实际上，国家标准GB7665-87对传感器的定义是：“能够感受规定的被测量并按照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”。
这里所说的“可用输出信号”是指便于加工处理、便于传输利用的信号。
现在电信号是最易于处理和便于传输的信号。
所以，我们可以暂时以电信号输出作为我们课程的学习对象的。
传感器也可以定义为是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，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。
1.1人类进步发展与传感器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l8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。
传感器的发展是推动人类进步的巨大力量。
传感器系统代替了人类实现了大量的自动化检测与控制，是把人从繁重的体力劳动中解放出来的关键器件。
那么，把它与人的感觉相比较可以帮助我们学习传感器更多知识。
1.2人的感官与传感器技术人类最早感受周围环境的变化是通过人体感知的，我们的耳可以听见声音、鼻可以闻到味道、眼可以看见周围环境、舌可以品尝各种味道、皮肤可以感受冷暖。
有人说传感器就是电五官，这是说如果将计算机比作人的大脑的话，那么传感器的地位和功能就相当于我们的身体。
现代传感技术
光纤的基础知识
• 3. 光纤的特性 • 光纤的特性主要包括传输特性、物理特性、化学特性和几何特性等。 • 物理特性 • （1）弯曲性 光纤的弯曲性与光纤的机械强度有关。 • （2）抗拉强度 • （3）硬度 • （4）耐热性 • （5）热膨胀系数 • （6）电绝缘性能
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• （5）绝对量测量，系统安装及长期使用过程中无需定标。
• （6）使用寿命长。
• （7）光纤传输线路具有自愈功能，可靠性高。
• 但FBG在传感应用中也存在一定的局限性，如灵敏度不高，对单位应力或温度的改变所引起
的波长漂移较小。此外由于FBG是反射型光栅，以致FBG传感系统通常需要隔离器来抑制反
射光对测量系统的干扰。
其中V为范尔德（Verdet）常数 .
F VBL
• 利用磁光效应可以实现磁光调制器、磁光传感器、光隔离器以及光环形器等。前两者是利用磁光晶体调制
特性的线性区域，而后两者是利用该特性的饱和区域。
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相位调制型光纤传感器的特点
• （1）灵敏度高 • 光学中的干涉法是目前最灵敏的探测技术之一。在光纤干涉仪中，由于以光纤代替空气光程，光 纤的长度可达数米且不受机械限制，比普通的光学干涉仪更加灵敏。
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光纤光栅滤光技术
• 光纤光栅调制原理 • 光纤光栅的分类 • 光纤光栅传感器
• 布拉格光纤光栅 • 长周期光纤光栅 • LPFG传感器
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光纤光栅调制原理
• 光纤光栅是利用掺杂（如锗、磷等）光纤材料的光敏性。 • 光纤的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性，它 是光纤光栅周期性折射率变化的根本原因。 • 外界入射光子和纤芯相互作用而引起后者折射率的永久性变化。 • 在单模光纤的纤芯内形成的空间相位光栅，其实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或反射镜。
传感器技术-第一讲-绪论
y
2．迟滞：传感器在正(输入 量增大)反（输入量减小）行程中
yFS ⊿Hmax
输出输入曲线不重合称为迟滞。
迟滞特性如图所示，它一般是由
实验方法测得。迟滞误差一般以
满量程输出的百分数表示,即
H 1/ 2H max / yFS 100 %
0
x
迟滞特性
式中△Hmax正反行程间输出的最大差值。迟滞误差的另一名称 叫回程误差。回程误差常用绝对误差表示。检测回程误差时， 可选择几个测试点。对应于每一输入信号，传感器正行程及反
分析传感器动态特性，必须建立数学模型。线性系统的 数学模型为一常系数线性微分方程。对线性系统动态特 性的研究，主要是分析数学模型的输入量x与输出量y之 间的关系，通过对微分方程求解，得出动态性能指标。 动态特性的传递函数在线性或线性化定常系统中是指初 始条件为0时，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏 变换之比。
1.7 传感器的选用原则
一、与测量条件有关的因素 测量的目的；被测试量的选择；测量范围；输入信号的幅值， 频带宽度；精度要求；测量所需要的时间。 二、与传感器有关的技术指标 精度；稳定度；响应特性；模拟量与数字量；输出幅值；对 被测物体产生的负载效应；校正周期；超标准过大的输入信号 保护。 三、与使用环境条件有关的因素 安装现场条件及情况；环境条件(湿度、温度、振动等) 信 号传输距离；所需现场提供的功率容量。 四、与购买和维修有关的因素 价格；零配件的储备；服务与维修制度，保修时间；交货日 期。
1.5 传感器的发展趋势
传感技术的发展分为两个方面：提高与改善传感器的技术 性能、寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。
一、改善传感器的性能的技术途径 1．差动技术：差动技术是传感器中普遍采用的技术。它 的应用可显著地减小温度变化、电源波动、外界干扰等对传 感器精度的影响，抵消了共模误差，减小非线性误差等。不 少传感器由于采用了差动技术，还可使灵敏度增大。 2．平均技术：在传感器中普遍采用平均技术可产生平均 效应，其原理是利用若干个传感单元同时感受被测量，其输出 则是这些单元输出的平均值。 3．补偿与修正技术：针对传感器本身特性，针对传感器 的工作条件或外界环境补偿与修正，可以利用电子线路（硬件） 来解决，也可以采用微型计算机通过软件来实现。 4．屏蔽、隔离与干扰抑制。
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1. 绪论
• 2）相关概念
（2）传感器的分类 - 具体分类依据与类别 按对外界能源的需要 ->无源型、有源型； 按输出信号类型->模拟式、数字式；
按测量工作方式->偏转型、零示型； 按被测对象和敏感原理-> 具体被测量的传感器、
具体原理的传感器类别细分
按其他依据分类->材料、工艺、用途… 哪些类的相对有利于IoT的应用？
2018/7/4 11
1. 绪论
• 4）传感器的信号调理与接口
（2）接口与数域 - 接口：实现两功能模块间电气参数连接的部分。
接口电路可工作在同一电气参数范围，如将传感器输出的
模拟信号调理成标准输出信号；也可将信号从一个数域变
换到另一数域，如A/D转换电路。 其另一项关键作用是实现标准化！
- 数域：用来表示或传输信息的某种参量的名称。
2
- 其他效应与器件
目录
• 第二篇 常见参量测量与传感器
5. 机械量传感器 6. 热学量 (温度)传感器 7. 其他物理量(光、电)传感器 8. 化学传感器
• 第三篇 发展中的传感器技术
9. 集成化和微型传感器 10. 智能传感器技术与网络化及接口标准 11. 低功耗的传或间接属性，借助数 域变化或变换可表示测 量系统的结构。 例：谐振式电容传感器，其输出信号属于时间数域，为准 数字信号，这种传感器称为数字量传感器。
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13
1. 绪论
• 5）传感器技术的特点与发展趋势
（1）传感器技术的特点 - 它是有关传感器的机理研究与分析、设计与研制、 性能评估与应用等的综合性技术。 涉及面或广度？！ - 现代传感器技术特点 内容广而散、知识密集度高、边缘学科色彩浓， 技术复杂、工艺要求高， 功能优、性能好， 品种多、应用广、要求差别大， 新技术、新应用、新要求不断，
- 用于中间变换的常用物理参量：位移、光、热
2018/7/4 9
1. 绪论 • 4）传感器的信号调理与接口
（1）信号调理及实现方式 - 作用与位置 作用：调理敏感/转换元件或者传感器的输出信号，使其 更好地满足后续信号传输、处理或显示的要求。 位置： - 主要类型：
信号调理环节在传感器测量系统中的位置
• 第四篇 物联网应用的传感器和典型方案
12. 物联网典型应用中的传感器和典型节点方案
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第一篇 传感器技术基础
• 1. 绪论
1）传感器的地位和作用
（1）背景和位置、功能 - 物质、能源、信息: 人类不可或缺 - 人的信息获取途径：五官 - 传感器 - 机器的“电五官”和作为工具的功能要求 - 信息技术和信息系统感知外界的“窗口” （2）在信息系统中的作用 - 信息的收集、采集、交换 - 基本作用和目的—测量 例:自动化系统、消费电子: 用量?
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1. 绪论
• 2）相关概念
（2）传感器的分类 - 原因 种类繁多，同种参量可用不同原理的传感器测量；m->s 基于一种传感原理可制作多种参量传感器；s->m 实际中按原理、被测量、材料、工艺、应用等不同分类。 - 基本物理量和派生物理量 名目繁多的待测物理量本质上只是一些基本物理量和由其 派生的其他物理量； 了解它们之间的关系，有助于划分传感器类型和从总体上 认识掌握传感器原理、性能及选用。 - 表1-2-2
没有传感器，不能实现测量；没 有测量，就没有科学，就没有技术！
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人与机器的功能对应关系
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1. 绪论 • 2）相关概念
（1）测量 - 定义：确定对象属性、量值的全部操作。 具体：与标准量比较，确定倍数值。取得认识的一种手段 - 同义词：检测、测试 （2）测量系统 - 实现测量的工具，涉及测量方法、信息分析处理； - 作用与特性：描述客体的特性、品质，客观+实验！ 例:金 - 基本功能及组成： 传感器-感测信号 信号调理 + 处理
测量系统的基本功能与构成框图
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1. 绪论 • 2）相关概念
（1）传感器 - 国标(2005)定义：能感受被测量并按一定规律转换成可用 信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 - 相关名词：敏感(sensing)元件、转换(transduce)元件 - 国标定义的含义： ①传感器是测量装置，能完成检测任务； ②其输入是某种被测量，可能是物理量或化学量、生物量等 ③其输出是某种便于传输、转换、处理和显示的物理量，如 气、光、电等，目前主要是电量(原因？)； ④输出量与输入量有单值确定的对应关系，且有一定精确度 - 其他称谓：
物联网专业
现代传感器技术
中南大学信息科学与工程学院 刘少强 2016年 - 秋
2018/7/4 1
目录
• 第一篇 传感器技术基础
1.绪论 2.传感器的性能与评价 3.电阻、电容和电感的传感原理与测量方法 4. 传感器中常用的物理效应与器件
2018/7/4
弹性效应与元件特性 电阻应变效应与器件 压电效应与器件 光电效应与器件 磁相关的效应与器件 热阻、热电和热释电效应与器件
电平调整、线性化、信号形式变换、滤波、阻抗匹配等 - 主要实现方式：模拟电路（集成器件）
注：转换电路、检测电路、信号调理电路之间的界限并不很明确，但功能 作用明确
2018/7/4 10
1. 绪论 • 4）传感器的信号调理与接口
（2）接口与数域 - 系统模块化和输出标准化的意义 实际的测量系统虽是多环节的有机组合，但不必深入了解 各功能模块内部原理及结构，就可对整个系统进行设计、 实现且便于维护。 - 模块化的测量系统 说明：实用中具体的功能 模块并不总是被分成截然 不同的部分，但最终利用 传感器的输出信号之前， 一般都对其进行某种处理。
2018/7/4 8
1. 绪论 • 3）传感器的一般构成
- 一般组成结构 - 功能与作用 敏感元件：感受+输出 一般传盛器的组成框图 转换元件：参量类型变换 转换电路：有用信号输出 辅助电源：工作条件、激励？ - 最基本的环节：敏感 + 转换 - 实际构成的差异：同一元件可有不同的功能作用，有些部 件并非都必须。 例1，例2： ？不可或缺？
模拟数域的信息由信号幅度(如电压、电流)携载； 时间数域的信息由时间关系(周期/频率、脉宽或相位)携载
数字数域的信号由脉冲数或 “0”和“1”的编码串携载。
2018/7/4 12
1. 绪论
• 4）传感器的信号调理与接口
（2）接口与数域 - 测量系统的可能数域
测 量 系 统 可 能 涉 及 的 数 域