传感器原理及应用-绪论

传感器绪论

传感器的概念

传感器的定义

1.国标定义: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:传感器中能够直接感受被测量的部分 转换元件:传感器中能将敏感元件输出转换成适于传输和测量的电信号部分 2.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关系的、便于应用的某种物理量的测量装置

定义的理解

1.简单来说,传感器就是一个能把非电量(可能是物理量、化学量、生物量等)转换为电量的器件或装置
2.传感器能够感受被测量——热、光、声、位移、速度、加速度、力、力矩等等
3.传感器能将被测量转换成可用信号输出——电阻、电压、电流、频率、脉冲等(电信号,不止电流
4.转换必须按照一定的规律进行,输出输入有对应关系,且应有一定的精确程度(不一定线性)

传感器的广义定义

从广义来讲,传感器是换能器的一种,换能器是将能量从一种形式转换为另一种形式的装置。换能器包括传感器和执行器两方面含义

广义定义的理解:

  1. 传感器是信号变换装置
  2. 传感器的核心在规律性
  3. 传感器主要关注输入和输出关系

传感器输入输出的关系


1.输入输出一一对应
2.输入输出函数单调
即:传感器的输出信号和输入信号之间的关系可以用集合的映射关系来表示,也可以写成函数表达,一般希望函数具有单调性和单值性

传感器的组成

一般来说,传感器由敏感元件和转换元件组成。通常会辅以必要的信号调节电路及电源

1.敏感元件的作用通常是将被测量(非电量1)变换成另一个与被测量有确定关系的非电量2,而非电量2易于通过变换元件转换为电量。例如应变式压力传感器中的弹性模片就将其被测量(压力)转换为另一非电量(应变)
2.变换元件通常不直接感受被测量。例如应变压力传感器中的应变片,它并不直接感受压力,而是将应变转换为电阻的变化
3.不是所有的传感器都能明确的区分敏感元件与变换元件,也并非所有的传感器都包括敏感元件与转换元件,有些传感器不需要起预变换作用的敏感元件,如热敏电阻、光电器件等

传感器组成的理解

1.传感器的输出信号通常需要必要的信号调节电路将其进行放大或转换,而变成易于传输、处理、记录和显示的形式
2.常见的信号调节电路有放大器、电桥、阻抗变换器、振荡器等 3.信号调节电路通常完成传感器输出与后续测量电路之间的匹配

传感器的分类

从工作机理(物理定律机理)进行分类

①结构型传感器:按物理学中场的规律定义的,包括动力场的运动力学、电磁场的电磁定律等。其特点是,传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置的变化引起场的变化为基础的,而不是以材料特性的变化为基础的
②物性型传感器: 按照物质规律定义的,如胡克定律、欧姆定律等。(应变式、电容式、电感式、压电式、热电式传感器等) ③复合型传感器

按工作原理进行分类

电参量式传感器:电阻式、电感式、电容式传感器
磁电式传感器:磁电感应式、霍尔式、磁栅式传感器
压电式传感器:压电式力传感器,压电式加速度传感器,压电式压力传感器
光电式传感器:红外式、CCD摄像式、光纤式、激光式传感器等
气电式传感器:半导体气体传感器,集成复合型气体传感器
热电式传感器:热电偶等
波式传感器:超声波式、微波式传感器
射线式传感器:核辐射物位计,厚度计,密度计等
半导体式传感器:半导体温度传感器,半导体湿度传感器等
其他原理的传感器

按用途进行分类

温度传感器
光敏传感器
力敏传感器
磁敏传感器
气体传感器
湿度传感器
声敏传感器
流量传感器
生物传感器
其它传感器等

按信号输出方式

模拟量传感器
数字量传感器

按传输转换过程是否可逆分类

单向传感器
双向传感器

按电路供电方式分类

无源传感器:能量转换型传感器,主要由能量变换元件构成,不需要外部电源(压电效应、热电效应、光电动势效应等)
有源传感器:能量控制型传感器,需要外部电源供给(电阻、电容、电感等电路参量传感器和基于应变电阻效应、磁阻效应、热阻效应、光电效应、霍尔效应等的传感器)

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