传感器概述
传感器概述
dy(t ) y(t ) x(t ) dt
1.2 传感器的一般特性
(1)一阶传感器的单位阶跃响应
一阶传感器单位阶跃响应的通式：
dy(t ) y(t ) x(t ) dt
式中 x(t ) 、 (t ) 分别为传感器的输入量和输出 y 量，均是时间的函数，表征传感器的时间常数， 具有时间“秒”的量纲。 一阶传感器的传递函数：
1.1 基本概念
附：传感器组成示意图
敏感元件的输出作 为转换元件的输入
被测量
敏感 元件
转换 元件
转换 电路
电量
直接感受被测量
转化为电量参数
传感器组成示意图
1.1 基本概念
1.1.3 传感器的分类
物质定律如虎克定律 F = k x主要由物 质的性质决定
按工作机理分类 可分为物理型、化学型、生物型 按构成原理又分为：结构型、物性型和复合型三大类 无源传感器 按能量的转换分类 场的定律，如电场、磁场、物质场主 要由其结构参数决定 可分为能量控制型和能量转换型 按输入量分类 有源传感器 常用的有机、光、电和化学等传感器 按输出信号的性质分类 可分为模拟式传感器和数字式传感器
1.2 传感器的一般特性
以动态测温的问题为例说明传感器动态特性。 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 图所示:
动态测温
1.2 传感器的一般特性
传感器的种类和形式很多，但它们一般可以 简化为一阶或二阶系统。 高阶可以分解成若干个低阶环节。 对于正弦输入信号，传感器的响应称为频率 响应或稳态响应；对于阶跃输入信号，则称 为传感器的阶跃响应或瞬态响应。
传感器概述
被测信息 敏感元件
转换元件
输出信息 信号调理电路
辅助电源Байду номын сангаас路
图1. 2 传感器组成框图
1.3 传感器分类
传感器是一门知识密集型技术，传感器原理 各异，学科广泛，种类繁多，分类方法如下:
（1）按照传感器的工作机理，可分为物理型、 化学型、生物型等。
（2）从构成原理分为结构型和物性型两类。
（3）按照物理原理分类，可分为电参量式传 感器（包括电阻式、电感式、电容式等基本型 式）、磁电式传感器（包括磁电感应式、霍尔式、 磁栅式等）、压电式传感器、光电式传感器、气 电式传感器、波式传感器（包括超声波
式、微波式等）、射线式传感器、半导体式传 感器、其他原理的传感器（如振弦式和振筒式 传感器等)。
（4）按传感器的能量转换情况，可分为能量 控制型传感器和能量转换型传感器。
（5）从传感器应用分类，分为位移传感器、 压力传感器、振动传感器、温度传感器。
另外，根据传感器输出是模拟信号还是数 字信号，可分为模拟传感器和数字传感器；根 据转换过程可逆与否，可分为双向传感器和单 向传感器等…。
传感检测技术基础
传感器概述
1.1 传感器定义
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、便于应用的某种物 理量的测量装置
1.2 传感器构成
传感器一般是利用物理、化学和生物等学 科的某些效应或机理按照一定的工艺和结构研 制出来的。因此，传感器的组成的细节有较大
差异。但是，总的来说，传感器应由敏感元件、转 换元件和信号调理电路组成，有些包含有辅助电源 电路，如图1.2所示。
1.4 传感器技术的基本概况
1.传感器的基本要求
可靠性；静态特性；动态性能；量程；抗干扰能 力；通用性；轮廓尺寸；成本；能耗；对被测对象的 影响等。
传感器概论.ppt
压力传感器
光栅传感器
气体传感器
热电偶
CCD传感器 无线传感器
光纤传感器
本书需要掌握的内容
掌握传感器的共性性质 掌握主要传感器的工作原理及特性 掌握传感器的信号调理电路设计 掌握传感器的应用选择 具有初步设计传感器结构的能力
第1章 传 感 器 概 述
1.1 传感器的组成和分类 1.2 传感器的重要性 1.3 传感器技术的发展
/chgq/chap111/cgq001.htm 具体参考书： 1. 传感器与应用电路设计 ,科学出版社，2002 2. 最新传感器实用手册 ,人民邮电出版社， 2004 3. 传感器实用电路设计与制作 ,科学出版社， 2005
课程学习
实验（4学时）课地点：南湖校区机电学 院楼
显 示 装置
数据处理环节
变送器：将非标准信号转换成标准电信号的仪 器
处于信息采集系统的前端，其性能会影响整个 系统的工作状态和质量
1.3 传感器技术的发展
基础研究的促进：新现象、新材料、新加工技术 集成化、智能化、网络化
课程学习
参考资料： 检索相关主题的资料，网络资料 1. 应用：中国传感器网 2. 学习：东南大学，
图0.1 身体与机器人的对应关系
传感器的定义
传感器是能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。
传感器的作用：把外界输入的非电信号转换成 电信号
传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等
说明
1.传感器是测量装置，能完成检测任务 2.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 3.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。 4.输入输出有对应关系，且应有一定的精确度。
传感器概述
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。
常用传感器及芯片
常用传感器及芯片摘要：一、传感器概述1.传感器定义与作用2.传感器的分类二、常见传感器介绍1.温度传感器2.湿度传感器3.压力传感器4.光线传感器5.距离传感器6.指纹传感器三、传感器与芯片的关联1.传感器芯片的定义与作用2.常见传感器芯片的类型与特点四、传感器在我国的应用与发展1.我国传感器产业的现状2.我国传感器产业的发展趋势五、传感器在未来的展望1.新型传感器的研发与应用2.传感器在物联网、人工智能等领域的潜力与应用正文：一、传感器概述传感器是一种能够感受到被测量的信息，并按照一定的规律转换成可用输出的器件或装置。
它在我们日常生活中有着广泛的应用，如智能家居、健康医疗、工业生产等。
传感器可以按照不同的分类标准进行分类，如工作原理、测量种类等。
二、常见传感器介绍1.温度传感器：用于测量环境或物体的温度，如热电偶、热敏电阻等。
2.湿度传感器：用于测量环境或物体的湿度，如电容式湿度传感器等。
3.压力传感器：用于测量物体所受到的压力，如硅压阻式压力传感器等。
4.光线传感器：用于测量环境的光线强度，如光敏电阻、光电二极管等。
5.距离传感器：用于测量物体之间的距离，如红外距离传感器、超声波距离传感器等。
6.指纹传感器：用于采集指纹信息，如电容式指纹传感器、光学指纹传感器等。
三、传感器与芯片的关联传感器芯片是将传感器与微处理器、信号处理器等集成在一起的芯片。
它能够实现对传感器的数据采集、处理和传输等功能。
常见的传感器芯片有单片机、微控制器、ASIC 等。
四、传感器在我国的应用与发展我国传感器产业经过多年的发展，已经形成了一定的产业规模和体系。
然而，与发达国家相比，我国传感器产业在技术水平、产品质量等方面仍有一定差距。
未来，我国传感器产业将加大研发投入，提高产业整体水平，以满足国家经济和科技发展的需求。
五、传感器在未来的展望随着科技的进步，新型传感器不断研发成功并投入应用，如量子传感器、生物传感器等。
传感器的分类和特点
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。
传感器技术行业概述
工作原理与技术趋势
智能材料传感器
智能材料传感器具有自感知和自适应能力。例如，压电材料在受力时产生电荷，实现自动 检测。这些传感器可以广泛应用于结构健康监测、智能控制等领域，在减少人工干预方面 具有潜在优势。
传感器技术行业概述
应用领域与案例分析
应用领域与案例分析
医疗健康领域中的传感器创新
医疗领域的传感器应用不断创新，如心率传感器、血糖传感器等，可实时监测患者 的生理数据，帮助医生做出更准确的诊断和治疗方案，提高医疗效率。
传感器精度趋势展望
随着科技的不断发展，传感器技术也在不断进步。未来，传感器精度将越来越高，同时成 本逐渐降低。新型传感器材料、智能化算法等将推动传感器性能的提升，为更广泛的应用 领域带来更准确、可靠的数据支撑。
传感器技术行业概述
信号处理与数据传输
信号处理与数据传输
信号处理概述，
信号处理是传感器技术中至关重要的环节，它涉及信号采集、滤波、放大、采样和量化等 过程。在传感器输出的模拟信号中，可能包含噪声和干扰，信号处理技术能有效滤除这些 干扰，提高信号质量。此外，还可以根据不同传感器类型，采用适当的信号处理算法，如 傅里叶变换、小波变换等，对信号进行特征提取和数据压缩。
传感器定义与分类
传感器是一种能够感知和测量环境中特定物理量或化学量的装置，通过将这些量转化为 可感知的电信号或其他形式输出。传感器根据其工作原理和应用领域可以分为多种类型 。常见的分类包括：按物理量分类（如温度、压力、光线、声音、湿度等）、按工作原 理分类（如电阻型、电容型、感应型、压电型等）、按应用领域分类（如工业自动化、 医疗健康、汽车、航空航天等）、按传感器输出信号类型分类（如模拟输出、数字输出 、频率输出等）。不同类型的传感器具有不同的特点和适用范围，其在各个领域的应用 不断拓展和创新。
第1章传感器概述
第1章传感器概述传感器原理及应用第1章传感器概述主要内容：1.1什么是传感器1.2传感器的作用和地位1.3传感器现状和国内外发展趋势1.4检测系统的组成原理1.5传感器的定义、组成和分类方法1.1什么是传感器在我们日常生活中，使用着各种各样的传感器电冰箱、电饭煲中的温度传感器;空调中的温度和湿度传感器;抽油烟机中的煤气泄漏传感器;电视机和影碟机中的红外遥控器;照相机中的光传感器;汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举。
1.1什么是传感器1.1什么是传感器眼（视觉）耳（听觉）鼻（嗅觉）皮肤（触觉）舌（味觉）1.1什么是传感器如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。
传感器又是人体感官的延长，有人又称传感器为“电五官”，它作为替代补充人的感觉器官功能，传感器为人类客观定量认识世界起到重要作用。
1.1什么是传感器1.1什么是传感器1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述第1章传感器概述第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述第1章传感器概述1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位1.2传感器技术的作用和地位第1章传感器概述1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势1.3传感器现状和国内外发展趋势使现场数据就近登陆，通过Internet网与用户之间异地交换数据远程控制等。
传感器的数字化和网络化1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.4检测系统的组成原理1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.5传感器的定义、组成和分类方法1.6本课程的特点和研究内容1.6本课程的特点和研究内容传感器原理及应用第1章传感器概述传感器发展趋势传感器的历史远比近代科学来得古老，如‘天平’古埃及开始使用、利用液体热膨胀进行温度测量，在16世纪前后实现的。
传感器的概述
传感器的概述
• 在控制系统中，传感器在反馈环节起到了重要的作用，它将控制对象的运动参 数反馈给数字控制器、数字控制器根据这些参数来调整控制参数，如图2-2所 示。
图2-2 传感器及其信号处理电路在系统中的作用
1.1 传感器的分类
• 1.按被测物理量不同 • 按被测物理量不同，传感器分为位移传感器、力传感器、速度传感器、温
传感器的概述
传感器的概述
• 传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的 装置。
• 目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲， 传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。
传感器的概述
• 传感器包括敏感元件、转换元件和处理电路。敏感元件能够将 被测量转化为另一种物理量；转换元件通常只感受敏感元件输 出的与被测量成确定关系的另一种物理量，并将其转换、传输等处理，传感器的组成如图2-1所示。
度传感器、流量传感器、气体成分传感器、生物传感器等。 • 2.按工作原理不同 • 按工作原理不同，传感器分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感
器、压电式传感器和光电式传感器等。
1.1 传感器的分类
• 3.按传感器输出信号的性质不同 • 按传感器输出信号的性质不同，传感器分为模拟式传感
器和数字式传感器。 • 4.按被测对象与传感器之间的能量关系不同 • 按被测对象与传感器之间的能量关系不同，传感器分为
能量转换型传感器和能量控制型传感器。 • 5.按构成原理不同 • 按构成原理不同，传感器分为物性型传感器和结构型传
感器。
1.2 传感器的特性
• 传感器的特性分为静态特性和动态特性。 • 1.静态特性 • 1)灵敏度
在稳态工作情况下，当输入量变化△x时，传感器的输出 量变化△y，则把△y与△x之比称为灵敏度，用符号S表示。 传感器的静态特性如图2-3所示。
传 感 器 概 述
第2章 传 感 器 概 述
4. 重复性
重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所
得特性曲线不一致的程度（见图2-6）。
y YF S Rm ax 2 Rm ax 1 o
图2-6 重复性
x
第2章 传 感 器 概 述
重复性误差属于随机误差，常用标准差σ 计算，也可用正反行程中 最大重复差值Δ Rmax计算，即
第2章 传 感 器 概 述
Lm ax
y YF S
y YF S
Lm ax
L1 ＝ Lm ax
y YF S
y YF S
L3 ＝ Lm ax
L2
o (a )
x
o (b )
x
o (c)
L1
x
o (d )
L2
L3
x
(a) 理论拟合；
(b) 过零旋转拟合；
(c) 端点连线拟合；
特性线性化，所采用的直线称为拟合直线。
传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之 间的最大偏差值Δ Lmax与满量程输出值YFS之比。线性度也称为非线性
误差，用γ L表示，即
Lmax L 100% YFS
式中： Δ Lmax——最大非线性绝对误差； YFS——满量程输出值。
y YF S 实际 特性曲 线
理想 特性曲 线 o
图2-3 线性度
x
第2章 传 感 器 概 述
在实际使用中，为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系， 因此引入各种非线性补偿环节，如采用非线性补偿电路或计算机软件 进行线性化处理，从而使传感器的输出与输入关系为线性或接近线性， 但如果传感器非线性的方次不高， 输入量变化范围较小时，可用一条 直线（切线或割线）近似地代表实际曲线的一段，使传感器输入输出
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传感器已渗透到宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、商检质检、甚至文物保护等极其广泛的领域。
传感器技术的应用
1.汽车与传感器
传统、 安全、环保
2.自动检测与自动控制系统
石油、化工、电力、钢铁、机械等加工工业。
3.传感器在机器人上的应用
单能机器人：生产用的自动机械式（加工、组装、检验）。检测臂的位置和角度传感器。
计算机技术（信息处理）
（在信息系统中分别起到 “感官”、“神经”和“大脑”的作用。）
现代测量与自动控制的首要环节
传感器是信息采集系统的首要部件，计算机的“五官”。
衡量国家综合实力的重要标志
传感器与传感器技术的发展水平是衡量一个国家综合实力的重要标志，也是判断一个国家科学技术现代化程度与生产水平高低的重要依据。
1.1-1传感器概述
课程性质：理论
学 时：1
教学目标
知识目标
1.了解传感器的由来
2.了解传感器在现代科技及生活中的应用
能力目标
能对传感器有一个较清楚的认识
职业素养
能用心观察生活、了解生活中与专业学习息息相关的地方，能由此激发自己学习的热情和求知的欲望。
教 学
重 点
认识和了解传感器
教 学
难 点
能认识到传感器在各自的领域起到什么作用。
板 书
设 计
1.1传感器概述
一、传感器技术概述 4.传感器与家用电器
二、传感器技术的作用和地位 5．传感器与遥感技术
1.汽车与传感器 6.传感器在军事技术领域的应用
2.自动检测与自动控制系统 7.传感器在医疗及人体医学上的应用
3.传感器在机器人上的应用 8.传感器与航空及航天
教 学
后 记
本节内容较简单，大部分学生掌握较好。
教学方法
和 手 段
通过列举生活中经常接触到的东西拉近课程与生活的距离；通过播放各种传感器的图片让大家对它们有较全面的认识；通过小组讨论和自由发言活跃课堂气氛、吸引学生注意力。
教 学 过 程
教学程序
教 学 内 容
师生活动
设计意图
知 识
引 入
问：什么是传感器？
提示：人体与自动化设备的对比
教师提出问题，学生讨论回答
吸引学生注意力
新 知 识
讲 授
一、传感器技术概述
传感器 ——感觉，感知；传送
人体系统与 机器系统的感官对比
传感器有些性能超过人的感官：1.测量人体源自法感知的量2.恶劣环境下工作
3.测量范围宽、精确高、可靠性好
二、传感器技术的作用和地位
现代信息技术的三大支柱之一
传感器技术（信息采集）
通信技术（信息传输）
尝试总结出生活中经常见到的传感器，并想想它们各自起到什么作用？
巡视、查找问题
培养学生在生活中善于观察的习惯
课 堂
小 结
本节主要介绍了传感器的概念，并对它的作用和应用做了详细的介绍，应做到使每一位同学都对传感器有一个感性的认识。
师生共同回顾总结
梳理思路，更易掌握本节内容
布 置
作 业
根据所讲内容，通过各种方式，如网络、资料总结日常生活中接触到的传感器均属于什么类型的传感器。
7.传感器在医疗及人体医学上的应用
8.传感器与航空及航天
给出直观的图片，让学生跟老师一起学习思考
出示各种图片
逐一解说
提问-讨论、回答
先让学生有直观的认识，再引导他们深入，从而到达由浅入深，吸引注意力的目的
能做到讲解更详细清楚
在日常生活范围内的东西，引导学生自己去思考总结，提高他们的主人公精神
课 堂
练 习
智能机器人：判断能力。视觉传感器、触觉传感器。
4.传感器与家用电器
自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院。
5．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。
6.传感器在军事技术领域的应用。