传感器与检测技术第二版胡向东著第一章 概述.
1检测技术的基本概念
1．工程测量和精密测量
按对测量结果精确度的要求，测量可以分 为工程测量和精密测量。
1．工程测量和精密测量
工程测量是指一般工作中所进行的测量。 工程测量对测量结果往往只要求获得测量 值，不需要考虑测量误差的大小或估计测 量值的可信程度。
1．工程测量和精密测量
用于工程测量的设备或仪器，其灵敏度及 准确度都比较低，对进行测量的环境条件 几乎没有什么特殊要求，给出的测量值也 比较稳定。 工程测量中，经单次测量或多次测量所给 出的测量结果完全是一样的，所以这种测 量不需要考虑测量误差的问题。
2．测量过程
测量过程中最主要的一个环节是比较。 测量过程的实质就是将被测量与同种性质 的标准单位量进行比较的过程。 在进行测量时，把被测量与同种性质的标 准单位量进行比较，并确定被测量与标准 单位量之间的倍数，然后用这个倍数来表 示测量结果。
X0
Q u
2．测量过程
设被测量为Q，相应的标准单位量为u，则 测量过程可用如下的数学表达式来描述： Q 或
精密测量通过测量获得测量结果后，还要 求估计出测量结果的误差确切值。 精密测量在误差理论的指导下，需要经过 反复多次的重复测量过程，所用的测量仪 器和设备应该具有比较高的准确度和灵敏 度，在每次测量中能够反映出测量误差的 变化和存在。
1．工程测量和精密测量
在测量完成后把所获得的数据根据误差理 论进行处理，计算出最佳测量结果，并估 计出测量误差的确切值。 进行精密测量所要求的条件比工程测量严 格，大多数是在实验室内进行，所以也叫 实验室测量。
2．间接测量
间接测量的优点在于测量准确度比较高， 缺点在于测量过程中比较繁琐，所需的时 间比较长。 这种测量方法是在科学实验中广泛采用的 方法，在工程测量中也有应用。
传感器与检测技术教案1-7
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传感器与检测技术目录传感器与检测技术第一章概述传感器：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。
1。
1 机电一体化系统常用传感器1.1。
1传感器的组成传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成.①敏感元件：是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力、力矩转换为位移或应变输出）。
②转换元件：是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻、电感、电容）及电流或电压等电信号.③基本转换电路：是将该电信号转换成便于传输，处理的电量.大多数传感器为开环系统,也有带反馈的闭环系统。
1.1.2传感器的分类1．按被测量对象分类：(1）内部信息传感器：主要检测系统内部的位置、速度、力、力矩、温度以及异常变化。
（2)外部信息传感器：主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距)。
2．传感器按工作机理:（1）物性型传感器：利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的(主要有：光电式传感器、压电式传感器）。
（2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有电感式传感器、电容式传感器、光栅式传感器）.3．按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。
4. 按工作原理分类可分为电阻式、电感式、电容式、光电式、磁电式、压电式、热电式、陀螺式、机械式、流体式.有利于传感器的设计和应用：5. 按传感器能量源分类:(1)无源型：不需外加电源，而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式)又称能量转换型；（2）有源型：需要外加电源才能输出电量,又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式).电阻式包括光敏电阻、热敏电阻、湿敏电阻等形式.6。
按输出信号的性质分类：（1）开关型（二值型）:是“1”和“0"或开（ON）和关（OFF）；(2）模拟型:输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3）数字型:①计数型：又称脉冲数字型,它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比，加上计数器可对输入量进行计数；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化.其代码“1”为高电平，“0"为低电平.①开关型(二值型）：包括接触型（微动开关、行程开关、接触开关）、非接触型（光电开关、接近开关）;②模拟型：包括电阻型(电位器、电阻应变片）、电压\电流型（热电偶、光电电池）、电容\电感型（电容、电感式位置传感器）；③数字型：包括计数型（脉冲或方波信号+计数器）、代码型（回转编码器、礠尺)。
第1章 检测与传感技术基础
•
传 感 器 与 检 测 技 术 第 1 章 检 测 与 传 感 技 术 基 础
4．数据处理装置 • 数据处理装置用来对测试所得的实验数据 进行处理、运算、逻辑判断、线性变换，对动 态测试结果作频谱分析（幅值谱分析、功率谱 分析）、相关分析等，完成这些工作必须采用 计算机技术。
传 感 器 与 检 测 技 术 第 1 章 检 测 与 传 感 技 术 基 础
2. 开环测量系统和闭环测量系统
1）开环测量系统
• 开环测量系统的全部信息转换只沿着一个 方向进行，如图1-6所示。其中x是输入量，y 是输出量，k1、k2、k3为各个环节的传递系数。 输出关系表示为
y = k1k2k3x
传 感 器 与 检 测 技 术 第 1 章 检 测 与 传 感 技 术 基 础
学习目标
• 了解检测技术的定义和内容。 • 掌握测量的基本概念和测量方法，掌握测量 误差的分类和测量误差的估计以及校正方法。 • 掌握传感器的定义、组成和作用，了解传感 器的分类。 • 了解传感器的动态特性和静态特性。
传 感 器 与 检 测 技 术 第 1 章 检 测 与 传 感 技 术 基 础
1.1 检测技术基础
传 感 器 与 检 测 技 术 第 1 章 检 测 与 传 感 技 术 基 础
1.1.2 •
检测系统的基本组成
一个完整的检测系统或装置通常是由传感 器、测量电路和显示记录装置等几部分组成， 分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。
传 感 器 与 检 测 技 术 第 1 章 检 测 与 传 感 技 术 基 础
传 感 器 与 检 测 技 术 第 1 章 检 测 与 传 感 技 术 基 础
以电子技术、传感器技术、计算机技术为 基础的自动检测技术，是衡量一个国家科技水 平的重要标志之一。
传感器与检测技术(2202) 笔记(全国自考)
传感器与检测技术2202第一章：概述传感器的定义:传感器是能够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。
第一节：机电一体化常用传感器一传感器的组成1敏感元件：一直感受被测物力量并以确定关系输出另一物理量元件2转换元件：将敏感元件输出的非电量转换成电路参数3基本转换电路：将电信号转换成便于输出，处理的电量传感器的组成原理：被测量------敏感元件---转换元件---基本转换电路----电量二传感器的分类1按被测量对象分类①内部信息传感器：主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化②外部信息传感器：主要检测系统外部环境，它与人体五种器官相对应的接触式和非接触式2按工作机理分类①物性型传感器：利用某种物质的某种性质随被测参数的变换而变化的激励制成的如光电式传感器，压电式传感器等②结构型传感器：利用物理学中厂的定律和运动定律等构成的，其被测参数变化引起传感器的结构变换，从而使输出电量变化，电感式传感器，电容式传感器，关山是传感器都是这种类型。
3按照被测物理量分类表明了传感器的用途，便于使用者选择。
4 按照工作机理5按照传感器能量源分类①无源型（能量转换型）：不需要外加电源，而是将被测相关两转换成电量输出如压电式磁电感应式，电热式，光电式等传感器②有源型（能量控制型）：需要外加电源这类传感器有电阻式，电容式，电感式，霍尔式等，电阻式有光敏电阻，热敏电阻，湿敏电阻等形式6 按照输出信号的性质分类①开关型（二值型）：接触型（微动开关，行程开关，接触开关）非接触型（光电开关，接触开关）模拟型：电阻型（电位器，电阻应变片）电压电流型（热电偶，光电电池）传感器电感，电容型（电感，电容式位置传感器）数字型：计数型代码型三传感器的特性及主要性能指标传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系，有静态特性和动态特性1．静态特性：当传感器的输入量为常数或随时间作缓慢变化时，传感器的输出与输入之间的关系2．动态特性：传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性3．传感器的性能指标（P5牢记）传感器的性能要求①高精度，低成本②高灵敏度③工作可靠④稳定性好⑤抗干扰能力强⑥动态特性好⑦结构简单，小巧第二节传感检测技术的地位和作用第三节重点：传感器及检测系统基本特性的评价值白哦与选择则原则一、测量范围及量程①测量范围：传感器在允许误差限内，其被测量值的范围②量程：传感器在测量范围内的最高值与最低值之差③过载能力：在不导致引起传感器规定性能直白哦永久改变的条件下传感器允许超过其测量范围的能力④过载能力通常用超值除以量程二灵敏度①灵敏度：传感器的输出量的变化量与引起变化的输入量的变化量之比②总灵敏度：k=k1*k2.....kn③灵敏度误差：rs= k0/k0④灵敏度表示传感器或者传感器检测系统对被测物理量变化的反应能力。
42870《传感器与检测技术(第2版)》胡向东(书中课后习题解答)
又
2 2f 200 T ，所以： 0 0.523ms
取 0.523ms ， 2f 2 50 100
1 1 ( ) 2 幅值误差： A( ) 1
所以有： 1.32% A() 0
1 100% 1.32%
0 t<0 x(t) { 1 t0 单位阶跃信号：
X(s) L[x(t)] x(t)e st d t
0
进行拉氏变换：
1 s
H(s)
一阶系统传递函数：
Y(s) 1 X(s) 1 s
1 1 1 1 s s s s 1
t /
Y(s) H(s) X(s)
解：①非线性误差： 取六次测量结果的平均值作为输出测量值，即
x :0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
y :0.64 4.04 7.47 10.93 14.45
设拟合直线方程为： y a0 a1 x
0.64 4.04 L 7.47 10.93 14.45 则
0.10 14.45
ˆ ：0.604 4.055 y
7.506 10.957 14.408 0.036 0.027 0.042
∴
：0.036
0.015
Lmax 0.042
∴非线性误差为： L ②迟滞误差： 第一循环： 第二循环: 第三循环： ∴
0.042 100% 0.3% 14.5 0.5
Rmax 0.08 100% 100% 0.5714% yFS 14
4
《传感器与检测技术(第 2 版)》习题参考答案(20150914 版)
传感器技术应用-1.
2018年10月12日
苏州工业园区职业技术学院
传感器与检测技术（第二版）
IVT电子工程系
3.发展智能型传感器
智能型传感器是一种带有微处理器并兼有 检测和信息处理功能的传感器。智能型传感器 被称为第四代传感器，使传感器具备感觉、辨 别、判断、自诊断等功能，是传感器发展的主
要方向。
2018年10月12日
2018年10月12日 苏州工业园区职业技术学院
dy s dx 一般希望灵敏度s在整个
y
dy dx
0
x
传感器与检测技术（第二版）
IVT电子工程系
2. 分辨率
分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量
最小变化值的能力。输入量从某个任意值缓慢增 加，直到可以测量到输出的变化为止，此时的输
入量就是分辨率。它可以用绝对值，也可以用量
2018年10月12日
苏州工业园区职业技术学院
传感器与检测技术（第二版）
IVT电子工程系
4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系: 物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来 实现信号变换.如:水银温度计. 结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器.
2018年10月12日
d V
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苏州工业园区职业技术学院
传感器与检测技术（第二版）
IVT电子工程系
3.传感器的分类
1)按被测物理量分类 常见的被测物理量
机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量; 声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩
2018年10月12日 苏州工业园区职业技术学院
传感器与检测技术第2版课件第1章
• （4）分辨力与阈值
➢传感器的分辨力是指在规定测量范围内可能检测出的被测量的最小变化量，是 传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。
➢如果传感器的输入量从某一非零值缓慢地变化，在输入量的变化值未超过某一 值时，传感器的输出不会发生变化，只有超过某一数值后才显示有变化，这个 输入增量称为传感器的分辨力。有时候该值相对满量程输入值的百分比表示， 则称为分辨率。
百分数表示，这就是重复误差，即
• （6）稳定性 稳定度是指传感器在所有条件均不变情况下，能在规定的时间内维持其示值不
变的能力。稳定度是以示值的变化量与时间长短的比值来表示。
环境影响量是指由于外界环境变化而引起的示值的变化量。 示值变化由两个因素组成:零点漂移和灵敏度漂移。零点漂移是指在受外界环
境影响后，已调零的仪表的输出不再为零。
敏感元件是传感器的核心，也是研究、 设计和制作传感器的关键。
转换元件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部分。
信号调理电路又称转换电路或测量电路，它的作用是将转换元件输出的电信 号进行进一步的转换和处理，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好 的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。
1.2检测技术基础知识
• 当今传感器检测技术早已无处不在， 如何有效地利用传感器实现 各种参数的自动检查和精确测量，则是整个自动控制系统的基础。
• 为了更好地掌握传感器检测技术的相关知识，需要对检测技术的基 本概念、基本测量方法、检测系统的组成、测量误差及数据处理等 方面的理论及工程应用进行学习和研究，只有了解和掌握了这些基 本理论，才能更有效地完成检测任务。
第1章
传感器与检测技术基础
目录
传感器与检测技术课件
公称相对误差：绝对误差与仪表公称值之比，即 rx=Δx/x 且rx<r。
(3) 引用误差(fiducial error) 定义:测量器具的最大绝对误差与此标称范围上限或量程之比。 它是一个相对误差，且此相对误差是引用了特定值，即标称 范围上限或量程得到的，所以此误差又称为引用相对误差或 满度误差。即 rm=Δxm/xm
例如：在化学实验室用分析滤纸观察溶液的化学反应，以 确定溶液的酸碱性等化学性能，通常称为定性的化学实验， 而不叫化学测量。
测量的分类
1、直接测量和间接测量 根据对测量结果获取方式方法的不同。
2、静态测量和动态测量 根据被测量对象在测量过程中所处的状态。
3、等权测量和不等权测量 根据测量条件是否发生变化。
1.1.2传感器的组成
1、敏感元件 敏感元件是指传感器中能灵敏地直接感受或响应被测量（非电量，如位移、 应变）器件或元件。 2．转换元件 转换元件也称传感元件，是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量 (非电量)转换成适于传输或测量的电量(电信号)的器件或元件。它通常不 直接感受被测量。 3.转换电路 作用是，将转换元件的输出量进行处理，如信号放大、运算调制等，使输 出量成为便于显示、记录、控制和处理的有用电信号或电量，如电压、电 流或频率等。 4．辅助电路 辅助电路就是指辅助电源，即交、直流供电系统。
1.1.3传感器的分类
1．按输入量（被测量）分类 2．按工作原理（机理）分类 3、按能量的关系分类 4．按输出信号的形式分类
1.2 传感器的特性
静态特性和动态特性
输入量X和输输出Y的关系通常可用多项式表示
静态特性可以用一组性能指标来描述，如线性度、灵敏度、精确度（精 度）、重复性、迟滞、漂移、阈值和分辨率、稳定性、量程等。
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1.1 课程简介
1.1.1 本课程的性质和地位 1. 性质： 综合性科学（物理学、电工电子、自动控制等）； 信息技术三大支柱之一；实践性强、发展快
必修课 重要的专业基础课
考试课 46 学时（理论课 38 学时 实验 8 学时）
2. 地位： 自动控制系统的入口； 实现系统各项性能指标（静、动态）的重要保证； 衡量自动化水平的重要标志； 学习后续课程（自动化仪表及过程控制等）的基础。
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பைடு நூலகம்
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敏感元件——指传感器中直接感受被测量的部分；
转换元件——指传感器能将敏感元件输出转换为适于传 输和测量的电信号部分； 有的二者合二为一，有的转换元件不止一个。
1 —— 壳体 2 —— 膜盒（敏感元件） 3 —— 线圈（转换元件） 4 —— 铁芯 5 —— 转换电路
图1–1 气压传感器 返回 上页 下页
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2. 传感器的组成
基本部分 被测量 敏感元件 转换元件 弱 信 号
输出 信号调理电路
辅助电源 图1.2 传感器的组成
信号调理电路：常见有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等 作用： 把来自传感器的信号进行转换和放大（将各种电信号转换成 电压、电流或频率等）；
进行信号处理（滤波、线性化、补偿、调制与解调、运算、 数字化等）
（三） 相关网站 1. 2. 3. 中国传感器 传感器世界 http：// http：// http：//
仪表技术与传感器
4.
自动化网
http://
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音/噪声； (43)触觉； (44) 图像/颜色； (45) 密度/粘度； (46) 混浊度
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烟雾传感器
亮度传感器
红外人体探测器
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1.4 传感器技术的发展趋势
开展基础理论研究；应用新技术改进性能；开发新材料与 新工艺；实现集成化、网络化与智能化。 具体方向： 小型化、 集成化及多功能化（微电子加工技术、微机械加工技术、 纳米技术等）； 智能化、数字化、网络化； 低功耗； 新型传感器（利用新材料：化学、生物、仿生、航空航天传感器等）； 多点检测、特殊检测； 多传感器信息融合技术； 广泛应用补偿技术、抗干扰技术、稳定性技术等。
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1.3. 传感器的分类
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常用传感器：
(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；(23) 风速； (24)电流； (25) 电压； (26) 电功率； (27) 电 频率； (28)接近开关； (29)磁性开关；(30) 光电开关； (31)pH值； (32) 电阻率；(33) 电导率；(34) 水溶氧；(35) 生物；(36) 红外线； (37) 紫外线；(38) 光纤；(39)离子；(40) 激光； (41) 超声波；(42) 声
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1.1.2 本课程内容体系结构
传感器原理与应用
传感器技术基础 (概述、传感器的基本特性)
各类典型传感器原理与应用 (电阻式、电感式、电容式、压电式、 磁敏式、热电式、光电式、辐射与波 式、化学传感器、生物传感器) 新型传感器 (智能传感器、模糊传感器、微传感 器、网络传感器等)
传 感 器 与 检 测 技 术
说明：
英文为“sensor”，相似装置亦有不同提法。
传感器首先是一种测量器件或装置，它的作用体现在 测量上。
定义中所谓“可用输出信号”是指便于传输、转换及 处理的信号，主要包括气、光和电等信号，而“规定的 测量量”一般是指非电量信号。 传感器的输入和输出信号应该具有明确的对应关系， 并且应保证一定的精度。
1.2 传感器的定义与组成
1. 定义（ GB 7665-87）：
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。
–“A sensor
is a device that receives a stimulus and responds with an electrical signal”
3. 《传感检原理及应用》 程德福、林君等编 机械工业出版社 2013.1 4. 《传感器原理及应用》 王化祥 张淑英编 天津大学出版社 机械工业出版社 2002.3 2013.1
5. 《自动检测与转换技术》 梁森等编
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（二）中文核心期刊 1. 2. 3. 4. 5. 《仪表技术与传感器》 沈阳仪器仪表工艺研究所 《自动化仪表》 机械工业部上海工业自动化仪表研究所 《电测与仪表》 哈尔滨市电工仪表研究所 《仪器仪表学报》 中国仪器仪表学会 《中国测试》 中国测试技术研究院
检测技术
实现参数检测的基本方法 (参数检测、微弱信号检测)
新型检测技术 (软测量、多传感器数据融合)
测量结果的估计与数据处理 (测量不确定度与回归分析)
虚拟仪器
检测系统
自动检测系统
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1.1.3 本课程的要求
一、要求 1. 掌握各类传感器的基本原理、主要性能及特点； 2. 结合实际，学会各类传感器的合理选择与应用；
3. 了解传感器的发展动态；
4. 对信号调节转换电路（测量电路）具有一定的分析和设计 能力； 5. 对实际应用中出现的技术问题具有一定的处理能力。
二、学习方法
1. 重视实验，侧重实际应用； 2. 注重归纳、总结，学会类比分析的学习方法。
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三、参考资料
（一）参考书目： 1. 《传感器基础》 赵玉刚 邱东主编 北大出版社 2006.8 2. 《传感器与检测技术》 高等教育出版社 陈杰、黄鸿编 2002.8
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