关于常用传感器和信号处理课件
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传感器及信号处理部分.44页PPT
传感器及信号处理部分.
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
常用传感器和信号处理
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。
图2-3 传感器的静态特性
2.1.2 传感器的特性
• 对于线性传感器，灵敏度S是一个常数。灵敏度的
量纲是输出量与输入量的量纲之比。灵敏度S的表
达式为
S y x
压电效应应用在工业上就形成了压电式传感器，它可以用来测量力的大小，压电晶体 产生的电荷量q为
q DF
压电式传感器是在压电晶体的两个工作面上蒸镀一层金属膜来构成两个电极，当压电 晶体受力时便在电极上产生电荷，通过测量电荷量就可以得出受力的大小。可以利用压电 晶体的逆压电效应用来制作微致动器、微型马达和微型扬声器，如精密车床中控制刀具微 进给的微致动器，生日贺卡和电子玩具中的微型扬声器等。而压电效应的应用更多，如打 火机中的火花产生器等。
n 60 f z
图2-17 数字磁阻式传感器
2.2.6 霍尔式传感器
霍尔传感器是基于霍尔效应原理的传感器，如图2-18所示，将 半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，当在薄片的两端面通 入电流时，电荷由于受到洛仑兹力的作用，将向另两个端面运动， 导致在垂直于磁场和电流平面的方向上产生电位差，这种现象称 为霍尔效应。任何金属和半导体理论上都有霍尔效应，但是由于 金属的载流子密度大，导致霍尔效应很不明显，而半导体的霍尔 效应很明显。霍尔效应引起的电位差称为霍尔电势U，当半导体 平面垂直于磁场时，其表达式为
2）涡电流式传感器 涡电流式传感器是基于金属导体在交变磁场中的涡电流效应的传感器。该类型传 感器具有结构简单、响应快、灵敏度高等特点，但其仅限于测量具有金属表面的 物体。如图2-7所示，给线圈通入交变电流i1，则在其周围产生交变磁场H1，在H1 的作用下，靠近线圈的金属导体中产生了涡电流i2，i2在导体中自行闭合，进一步 产生交变磁场H2，H2的方向和H1相反并且抵抗H1，从而使线圈中的阻抗发生了变 化，进而影响了i1，通过对i1的变化进行检测，便可检测金属导体的位移大小或金 属存在与否。
图2-3 传感器的静态特性
2.1.2 传感器的特性
• 对于线性传感器，灵敏度S是一个常数。灵敏度的
量纲是输出量与输入量的量纲之比。灵敏度S的表
达式为
S y x
压电效应应用在工业上就形成了压电式传感器，它可以用来测量力的大小，压电晶体 产生的电荷量q为
q DF
压电式传感器是在压电晶体的两个工作面上蒸镀一层金属膜来构成两个电极，当压电 晶体受力时便在电极上产生电荷，通过测量电荷量就可以得出受力的大小。可以利用压电 晶体的逆压电效应用来制作微致动器、微型马达和微型扬声器，如精密车床中控制刀具微 进给的微致动器，生日贺卡和电子玩具中的微型扬声器等。而压电效应的应用更多，如打 火机中的火花产生器等。
n 60 f z
图2-17 数字磁阻式传感器
2.2.6 霍尔式传感器
霍尔传感器是基于霍尔效应原理的传感器，如图2-18所示，将 半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，当在薄片的两端面通 入电流时，电荷由于受到洛仑兹力的作用，将向另两个端面运动， 导致在垂直于磁场和电流平面的方向上产生电位差，这种现象称 为霍尔效应。任何金属和半导体理论上都有霍尔效应，但是由于 金属的载流子密度大，导致霍尔效应很不明显，而半导体的霍尔 效应很明显。霍尔效应引起的电位差称为霍尔电势U，当半导体 平面垂直于磁场时，其表达式为
2）涡电流式传感器 涡电流式传感器是基于金属导体在交变磁场中的涡电流效应的传感器。该类型传 感器具有结构简单、响应快、灵敏度高等特点，但其仅限于测量具有金属表面的 物体。如图2-7所示，给线圈通入交变电流i1，则在其周围产生交变磁场H1，在H1 的作用下，靠近线圈的金属导体中产生了涡电流i2，i2在导体中自行闭合，进一步 产生交变磁场H2，H2的方向和H1相反并且抵抗H1，从而使线圈中的阻抗发生了变 化，进而影响了i1，通过对i1的变化进行检测，便可检测金属导体的位移大小或金 属存在与否。
传感器与信号调理电路完整 ppt课件
连续增大ui的幅值，记录出现饱 和现象时输入、输出信号的峰峰 值。
uip-p(V) uop-p(V) 0.4 0.8 1.2 1.8 2.5
uop-pR1R +1R2uip-p11uip-p
临界饱和时：
uˆ ip -p
; uˆ o p -p
。
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25
传感器与信号调理电路完整
03.09.2020
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30
传感器与信号调理电路完整
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+-0.3
Vi
线性放大区
V+
面包板的插孔间距、集成电路封装
软尺寸与硬尺寸
软引线尺寸：元器件安装到面包板或印制电路板上时，元器件对 焊盘间距要求不是很严格，如：普通电阻、电容、小功率三极管、 二极管等；
硬引线尺寸：元器件对安装尺寸有严格要求，如：大功率三极管、 继电器、电位器、集成电路。
DIP封装：双列直插封装，一般管脚数小于100
9
传感器与信号调理电路完整
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+
Vi
线性放大区
V+
+
Vo
E-
0
V oA V i A (V +-V -)
反向截止
E“放大”的含义
正向饱和
Vi
Vo∈( E- , E+ )
运放的工作特性曲线
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传感器与信号调理电路完整
6
uip-p(V) uop-p(V) 0.4 0.8 1.2 1.8 2.5
uop-pR1R +1R2uip-p11uip-p
临界饱和时：
uˆ ip -p
; uˆ o p -p
。
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传感器与信号调理电路完整
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+-0.3
Vi
线性放大区
V+
面包板的插孔间距、集成电路封装
软尺寸与硬尺寸
软引线尺寸：元器件安装到面包板或印制电路板上时，元器件对 焊盘间距要求不是很严格，如：普通电阻、电容、小功率三极管、 二极管等；
硬引线尺寸：元器件对安装尺寸有严格要求，如：大功率三极管、 继电器、电位器、集成电路。
DIP封装：双列直插封装，一般管脚数小于100
9
传感器与信号调理电路完整
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+
Vi
线性放大区
V+
+
Vo
E-
0
V oA V i A (V +-V -)
反向截止
E“放大”的含义
正向饱和
Vi
Vo∈( E- , E+ )
运放的工作特性曲线
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传感器原理及应用PPT课件(共8单元)第7章 智能传感器
应满足
yx
y0
x xR
( yR
y0 )
（7-5）
智能传感器采用模型方法进行自诊断。
图7-9 智能传感器自诊断流程
智能传感器应用案例
7.3.1 智能传感器在智能窗户中的应用
智能窗户是智能家居的一个重要组成部分，在防盗、通 风、采光和防跌落等方面都有着重要的作用。
它的主要功能包括：利用雨滴传感器检测是否有雨；利 用光敏传感器检测光线强度；通过红外检测功能，判断是否 有异物；手动、自动开（关）窗户功能。
智能窗户一般是由单片机、智能传感器、执行结构和报 警电路组成的。
智能传感器是智能窗户采集环境数据的核心器件，常用 的传感器包括雨滴传感器、红外传感器和限位开关等。
图7-10 智能窗户硬件电路
智能雨滴传感器它主要用于检测是否下雨及雨 量的大小。
智能雨滴传感器是混合结构的智能传感器，雨 滴传感器和信号调理电路通过串行线连接。
（a）
（b）
（c）
图7-5 A/D转换芯片
（a）ADC0809芯片 （b）AD9220芯片 （c）ADS1015芯片
7.2.2 智能传感器的软件设计
智能传感器的软件部分可分为系统软件和应用软件两种。系统软件一般由微处理器 厂家提供；而应用软件则是面向用户的程序，
在智能传感器中，软件的最主要功能是完成数据处理任务，其主要内容包括标度变 换、非线性校正及误差的自校准、自诊断和自补偿等。
在智能传感器校零过程中，多路选择开关首先接通零点标准值（ x0 0 ），此时的
输出 y0 a0 ；然后，多路选择开关接通标准值 xR （标定），此时的标定输出 yR 为
yR y0 a1xR
（7-3）
即
a1
传感器技术及传感器信号处理
传感器技术及其信号处理方法第一章传感器概述1.1 传感器技术基础传感器(sensor)是一种把物理量转换成电信号的器件。
可以说，传感器代表了物理世界与电气设备（如计算机）世界接口的一部分。
这种接口的另一部分由把电信号转换成物理量的执行器（actuator)表示。
为什么我们这么关心这个接口？近年来，电子行业拥有了巨大的信息处理能力。
其中最明显的例子是个人计算机。
此外，价格低廉的微处理器的使用对汽车、微波炉、玩具等嵌入式计算产品的设计产生了重大影响。
最近几年，使用微处理器进行功能控制的产品越来越多。
在汽车行业，为满足污染限制要求必须利用微处理器的这种信息处理能力。
而在其他行业，这种能力又带来了降低产品成本、提高产品性能的优势。
所有这些微处理器都需要输人电压以接收指令和数据、因此，随着廉价微处理器的出现，传感器在各种产品中的应用也越来越多。
此外，由于传感器输出的是电信号，因而传感器也就能够按电子没备的描述方式来插述。
同电子产品数据手册一样，很多传感器数据手册也都遵照某种格式撰写。
然而，目前存在很多种格式，而且传感器规格说明的国际标准还没有制订，这样，传感器系统设计师就会遇到对同一传感器性能参数存在不同的解释，这常常令人混淆。
这种混淆并非由于这些术语的含义无法理解，而是在于传感器界不同的人群习惯于使用不同的术语，认识到这一点至关重要。
1.1.1 传感器数据手册为了解决上述术语使用的差异向题，有必要首先命绍数据手册的功用，数据手册主要是一份营销文件，用来突出某一传感器的优点，強调其潜在的应用，但是有可能忽视该传感器的不足。
很多情况下，传感器是设计用来满足特定用户的特定性能要求的，而数锯手册就集中了该用户最感兴趣的性能参数。
这种情况下，传感器制造商和客户就有可能越来越习惯于使用某种约定的传感器性能参数定义，而这种定义却未必通用，这样，这种传感器未来的新用户必须认清这种情形以便恰当地理解这些参数。
人们常常遇到不同的定义。
传感器技术及传感器信号处理
传感器技术及其信号处理方法第一章传感器概述1.1 传感器技术基础传感器(sensor)是一种把物理量转换成电信号的器件。
可以说，传感器代表了物理世界与电气设备（如计算机）世界接口的一部分。
这种接口的另一部分由把电信号转换成物理量的执行器（actuator)表示。
为什么我们这么关心这个接口？近年来，电子行业拥有了巨大的信息处理能力。
其中最明显的例子是个人计算机。
此外，价格低廉的微处理器的使用对汽车、微波炉、玩具等嵌入式计算产品的设计产生了重大影响。
最近几年，使用微处理器进行功能控制的产品越来越多。
在汽车行业，为满足污染限制要求必须利用微处理器的这种信息处理能力。
而在其他行业，这种能力又带来了降低产品成本、提高产品性能的优势。
所有这些微处理器都需要输人电压以接收指令和数据、因此，随着廉价微处理器的出现，传感器在各种产品中的应用也越来越多。
此外，由于传感器输出的是电信号，因而传感器也就能够按电子没备的描述方式来插述。
同电子产品数据手册一样，很多传感器数据手册也都遵照某种格式撰写。
然而，目前存在很多种格式，而且传感器规格说明的国际标准还没有制订，这样，传感器系统设计师就会遇到对同一传感器性能参数存在不同的解释，这常常令人混淆。
这种混淆并非由于这些术语的含义无法理解，而是在于传感器界不同的人群习惯于使用不同的术语，认识到这一点至关重要。
1.1.1 传感器数据手册为了解决上述术语使用的差异向题，有必要首先命绍数据手册的功用，数据手册主要是一份营销文件，用来突出某一传感器的优点，強调其潜在的应用，但是有可能忽视该传感器的不足。
很多情况下，传感器是设计用来满足特定用户的特定性能要求的，而数锯手册就集中了该用户最感兴趣的性能参数。
这种情况下，传感器制造商和客户就有可能越来越习惯于使用某种约定的传感器性能参数定义，而这种定义却未必通用，这样，这种传感器未来的新用户必须认清这种情形以便恰当地理解这些参数。
人们常常遇到不同的定义。
1.3 传感器原理及应用教案课件
收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
光发射器件主要是光发二极管，可以是发射红外线、紫外线
、激光等。光接收器件主要是光敏感元件，包括光敏电阻、光敏
二极管、光敏三极管、光电池等。
2023/2/23
光发射器件电路符号
光敏电阻 光电池
2023/2/23
光敏二极管
光敏三极管
二、光电式接近开关的分类
的反光面接近时，光电器件接收到反射光后便在信号端输
出，由此便可“感知”有物体接近。
工作原理
光电式接近开是把发射端和接收端之间光的
强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的它
可以在许多场合得到应用。
2023/2/23
光电开关又称为无接触检测和控制开关。它是利用物质对光束的遮蔽、
吸收或反射等作用，对物体的位置、形状、标志、符号等进行检测。
例如：接近开关、光电开关、磁性开关、霍尔开关等
模拟量传感器主要是应用于自动控制系统中，它将现场采集到的物理信号转换成电信号
，并利用变送器开展信号的校正和标准化。0~10V，4~20mA，±10V等类型的电信号
例如：温度传感器、流量传感器、压力传感器
2.1 数字量传感器
传感器应用的一般模式
生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近
有磁性物体存在，进而控制开关的通断。这种接近开关的检
测对象必须是磁性物体。
霍尔式接近开关是利用霍尔效应制成的 ，必须 在磁场 中工作
霍尔元
件
。
霍尔接近开关
• 光电式接近开关
• 利用光电效应做成的开关叫光电开关。将发光器件与光
电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有被检测物体
标离传感器越近，线圈内的阻尼就越大，阻尼越大，传感器振荡器的电流越小。
光发射器件主要是光发二极管，可以是发射红外线、紫外线
、激光等。光接收器件主要是光敏感元件，包括光敏电阻、光敏
二极管、光敏三极管、光电池等。
2023/2/23
光发射器件电路符号
光敏电阻 光电池
2023/2/23
光敏二极管
光敏三极管
二、光电式接近开关的分类
的反光面接近时，光电器件接收到反射光后便在信号端输
出，由此便可“感知”有物体接近。
工作原理
光电式接近开是把发射端和接收端之间光的
强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的它
可以在许多场合得到应用。
2023/2/23
光电开关又称为无接触检测和控制开关。它是利用物质对光束的遮蔽、
吸收或反射等作用，对物体的位置、形状、标志、符号等进行检测。
例如：接近开关、光电开关、磁性开关、霍尔开关等
模拟量传感器主要是应用于自动控制系统中，它将现场采集到的物理信号转换成电信号
，并利用变送器开展信号的校正和标准化。0~10V，4~20mA，±10V等类型的电信号
例如：温度传感器、流量传感器、压力传感器
2.1 数字量传感器
传感器应用的一般模式
生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近
有磁性物体存在，进而控制开关的通断。这种接近开关的检
测对象必须是磁性物体。
霍尔式接近开关是利用霍尔效应制成的 ，必须 在磁场 中工作
霍尔元
件
。
霍尔接近开关
• 光电式接近开关
• 利用光电效应做成的开关叫光电开关。将发光器件与光
电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有被检测物体
标离传感器越近，线圈内的阻尼就越大，阻尼越大，传感器振荡器的电流越小。
一、辨识常用传感器课件(15张PPT)
案例分析：
红外波 长信息
红外传 感器
电信号
酒精含 量信息
气敏传 感器
电信号
非电量
传感器
电信号
3、传感器的作用
不同的传感器可以收集不同的变化信息，并把它们转换为 电流、电压等电信号的变化，以便于传输、处理、存储和 输出。
马上行动（P22）
力敏传感器
接受 力 信息，并转换为电信号
声敏传感器
接受声信号，并转换为电信号
负温度系数热敏电阻 NTC
试验准备：
带防水型探头热敏电阻、定值电阻R、多用电表、面包板、 电源、开关、导线、烧杯、冷水、热水等
温度情况 电阻值/Ω
60℃ 500
47℃ 650
42℃ 700
29℃ 884
温度越高，热敏电阻阻值越小. NTC
温度越低，热敏电阻阻值越大
总结
传感器是将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出的一种装置。
光照情况 电压值/V
手遮盖大部分光线 手遮盖一部分光线
1.7v
1.3v
受光表面暴露灯光下 0.76v
环境光线越强：光敏电阻阻值越小 电路中光敏电阻两端的电压也越小
环境光线越弱：光敏电阻阻值越大 电路中光敏电阻两端的电压也越大
任务二 检测常见的传感器
试验2： 用多用电表检测热敏电阻的特性
正温度系数热敏电阻 PTC 分类
辨识常用传感器
电子控制系统的基本组成部分
输入量
输入 部分
控制（处理） 部分
输出 部分
被控 对象
电子控制系统的工作过程
信息
输入
采集信息 并转化为
电信号
控制 （处理）
分析、比较和 处理电信号并
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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，传感器分为物性传感器和结构型传
感器。
2.1.2 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
图2-7 涡电流效应原理
2.2.2 电感传感器
2.互感型电感式传感器 互感型电感式传感器也称为差动变压器式传感器，其原理类似于 变压器的原理。如图2-8所示，当初级线圈N1中的交变电动势为e1 时，则在次级线圈N2中产生交变电动势e2，e2的大小取决于两个线 圈的相对位置和介质的导磁能力。当移动铁芯时，感应电动势将 随着铁芯位置的变化而发生变化。
图2-8 互感型电感式传感器
2.2.2 电感传感器
在实际应用中，为了提高传感器的线性度，常采用两个完全相同的 次级线圈，并且将次级线圈反极性串联，其形式为螺管式，所以也 称为螺管式差动变压器式传感器。如图2-9所示，当铁芯在平衡位置 时，两个次级线圈产生的电压大小相等，输出为零，而当铁芯沿着 x方向运动时，输出电压uo=e1－e2，这样不仅可以知道位移的大小， 并且能够反映位移的方向。
• 灵敏度高，则可得到较高的测量精度。但灵敏度与 测量范围成反比关系，灵敏度越高，测量范围就越 窄，同事稳定性也越差。
2.1.2 传感器的特性
2)线性度 通常情况下，传感器的实际静态特性输出的是曲线而 非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读 数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线。 线性度（非线性误差）就是描述拟合直线与实际特性 曲线近似程度的性能指标。 拟合直线的选取有多种方法，如将零输入和满量程输 出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线 上各点偏差的平方和最小的理论直线作为拟合直线， 此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。
2.1.2 传感器的特性
2.动态特性
动态特性是指系统的输出量对于输入量的跟随特性 ，如图2-4所示。
动态特性实际上指传感器对于 快速变化的输入量的快速检测、 检测准确和是否稳定等方面的 特性。
在实际工作中，传感器的 动态特性常用它对某些标准输 入信号的响应来表示。
图2-4 阶跃输入传感器的动态特性
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。
图2-3 传感器的静态特性
2.1.2 传感器的特性
• 对于线性传感器，灵敏度S是一个常数。灵敏度的
量纲是输出量与输入量的量纲之比。灵敏度S的表
达式为
S y x
2）涡电流式传感器 涡电流式传感器是基于金属导体在交变磁场中的涡电流效应的传感器。该类型传 感器具有结构简单、响应快、灵敏度高等特点，但其仅限于测量具有金属表面的 物体。如图2-7所示，给线圈通入交变电流i1，则在其周围产生交变磁场H1，在H1 的作用下，靠近线圈的金属导体中产生了涡电流i2，i2在导体中自行闭合，进一步 产生交变磁场H2，H2的方向和H1相反并且抵抗H1，从而使线圈中的阻抗发生了变 化，进而影响了i1，通过对i1的变化进行检测，便可检测金属导体的位移大小或金 属存在与否。
速度传感器、温度传感器、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。
2.1.1 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
关于常用传感器和信号处理
2.1 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。
2.1 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，并将其转换为电量 输出；而处理电路将转换元件输出的信息转换为便于测量的电 量，并进行放大、传输等处理，传感器的组成如图2-1所示。
2.2 常用模拟式运动和位置检测传感器
1.电位器式传感器 • 电位器式传感器是一种将位移（旋转角度或直线位移）转
换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出的传感 器。如图2-5所示，当电位器的滑动臂移动时，将会引起 滑动臂和任意一个固定端的电阻变化，如果在两个固定端 加上一定电压，位移的变化将会转换为电压的变化。
图2-1 传感器的组成
2.1 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
2.1.1 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、
图2-5 电位器式传感器
2.2.2 电感传感器
1.自感型电感式传感器
自感型电感式传感器分为可变磁阻式传感器和涡电流式传感器。 1）可变磁阻式传感器 可变磁阻式传感器是由铁芯、衔铁和线圈构成的，其原理如图2-6所示。其输出 电感量为
L N20A0 2
图2-6 可变磁阻式传感器
2.2.2 电感传感器
2.1.2 传感器的特性
3）分辨力 分辨力是指传感器能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是 说，如果输入量从某值开始缓慢地变化，当该输入值变化未超过 某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量 的变化时分辨不出来的。只有当输入量的变化超过传感器的分辨 力时，其输出才会发生变化。 4）迟滞 迟滞也称为滞后。理想传感器的输入和输出是没有时间差的，也 就是说一旦有输入激励时，就立即会有输出响应。但实际上传感 器的输出总是滞后于输入，在波形和表达式中反映为相位差。迟 滞对于测试系统影响不大，但对控制系统来说影响较大。
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，传感器分为物性传感器和结构型传
感器。
2.1.2 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
图2-7 涡电流效应原理
2.2.2 电感传感器
2.互感型电感式传感器 互感型电感式传感器也称为差动变压器式传感器，其原理类似于 变压器的原理。如图2-8所示，当初级线圈N1中的交变电动势为e1 时，则在次级线圈N2中产生交变电动势e2，e2的大小取决于两个线 圈的相对位置和介质的导磁能力。当移动铁芯时，感应电动势将 随着铁芯位置的变化而发生变化。
图2-8 互感型电感式传感器
2.2.2 电感传感器
在实际应用中，为了提高传感器的线性度，常采用两个完全相同的 次级线圈，并且将次级线圈反极性串联，其形式为螺管式，所以也 称为螺管式差动变压器式传感器。如图2-9所示，当铁芯在平衡位置 时，两个次级线圈产生的电压大小相等，输出为零，而当铁芯沿着 x方向运动时，输出电压uo=e1－e2，这样不仅可以知道位移的大小， 并且能够反映位移的方向。
• 灵敏度高，则可得到较高的测量精度。但灵敏度与 测量范围成反比关系，灵敏度越高，测量范围就越 窄，同事稳定性也越差。
2.1.2 传感器的特性
2)线性度 通常情况下，传感器的实际静态特性输出的是曲线而 非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读 数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线。 线性度（非线性误差）就是描述拟合直线与实际特性 曲线近似程度的性能指标。 拟合直线的选取有多种方法，如将零输入和满量程输 出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线 上各点偏差的平方和最小的理论直线作为拟合直线， 此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。
2.1.2 传感器的特性
2.动态特性
动态特性是指系统的输出量对于输入量的跟随特性 ，如图2-4所示。
动态特性实际上指传感器对于 快速变化的输入量的快速检测、 检测准确和是否稳定等方面的 特性。
在实际工作中，传感器的 动态特性常用它对某些标准输 入信号的响应来表示。
图2-4 阶跃输入传感器的动态特性
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。
图2-3 传感器的静态特性
2.1.2 传感器的特性
• 对于线性传感器，灵敏度S是一个常数。灵敏度的
量纲是输出量与输入量的量纲之比。灵敏度S的表
达式为
S y x
2）涡电流式传感器 涡电流式传感器是基于金属导体在交变磁场中的涡电流效应的传感器。该类型传 感器具有结构简单、响应快、灵敏度高等特点，但其仅限于测量具有金属表面的 物体。如图2-7所示，给线圈通入交变电流i1，则在其周围产生交变磁场H1，在H1 的作用下，靠近线圈的金属导体中产生了涡电流i2，i2在导体中自行闭合，进一步 产生交变磁场H2，H2的方向和H1相反并且抵抗H1，从而使线圈中的阻抗发生了变 化，进而影响了i1，通过对i1的变化进行检测，便可检测金属导体的位移大小或金 属存在与否。
速度传感器、温度传感器、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。
2.1.1 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
关于常用传感器和信号处理
2.1 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。
2.1 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，并将其转换为电量 输出；而处理电路将转换元件输出的信息转换为便于测量的电 量，并进行放大、传输等处理，传感器的组成如图2-1所示。
2.2 常用模拟式运动和位置检测传感器
1.电位器式传感器 • 电位器式传感器是一种将位移（旋转角度或直线位移）转
换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出的传感 器。如图2-5所示，当电位器的滑动臂移动时，将会引起 滑动臂和任意一个固定端的电阻变化，如果在两个固定端 加上一定电压，位移的变化将会转换为电压的变化。
图2-1 传感器的组成
2.1 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
2.1.1 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、
图2-5 电位器式传感器
2.2.2 电感传感器
1.自感型电感式传感器
自感型电感式传感器分为可变磁阻式传感器和涡电流式传感器。 1）可变磁阻式传感器 可变磁阻式传感器是由铁芯、衔铁和线圈构成的，其原理如图2-6所示。其输出 电感量为
L N20A0 2
图2-6 可变磁阻式传感器
2.2.2 电感传感器
2.1.2 传感器的特性
3）分辨力 分辨力是指传感器能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是 说，如果输入量从某值开始缓慢地变化，当该输入值变化未超过 某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量 的变化时分辨不出来的。只有当输入量的变化超过传感器的分辨 力时，其输出才会发生变化。 4）迟滞 迟滞也称为滞后。理想传感器的输入和输出是没有时间差的，也 就是说一旦有输入激励时，就立即会有输出响应。但实际上传感 器的输出总是滞后于输入，在波形和表达式中反映为相位差。迟 滞对于测试系统影响不大，但对控制系统来说影响较大。