第一章基本概念第一节传感器的定义与组成.pptVIP

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 微波 红外接收传感器 红外线分布差异 矿藏埋藏地区 地 面 二、传感器的分类 1、按传感器输入量（用途）分类 生产厂家往往按输入量分类，以向户提供基本的使用信息。 如：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压力传感器、流速传感器、温度传感器、光强传感器、湿度传感器、粘度传感器、浓度传感器、…。 传感器的分类2、按传感器工作机理分类 此种分类方法能表示输入变量和输出变之间的关系。 传感器的分类 2、按传感器工作机理分类－续1 （1）物性型传感器 是利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应把被测量直接转换为电量的传感器。如：各种压电晶体传感器。 （2）结构型传感器 是以结构（如形状、尺寸）为基础，利用某些物理规律实现把被测量转换为电量。如：气隙型电感式传感器。 传感器的分类 2、按传感器工作机理分类－续2 （3）化学传感器 是利用化学反应的原理，把无机和有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器。如：离子选择性电极。 （4）生物传感器 　 是一种利用生物活性物质选择性的识别和测定生物化学物质的传感器。近年来发展很快。 传感器的分类 3、按信息能量变换方式分类 　在传感器内部，信息的传递与变换伴随着能量的流动。 （1）能量变换型：传感器从被测对象中获取能量，用于直接输出。如：热电偶、光电池、压电式、电磁感应式、固体电解质气敏传感器等。 （2）能量控制型：传感器从被测对象中获取能量，用于控制激励源，故又称有源型传感器。如：电阻式、电感式、电容式、霍尔式、…。 三、被测量与能量变换 1、示容变量和示强变量 (1)示容变量或称为流通变量、扩展量(Extensive) 示容变量是与空间分布成比例的量，表示能容纳多少的量。 　　 如：长度、面积、体积、质量、位移、速度、电荷、磁力线、电流、热流、熵、…。 被测量与能量变换1、示容变量和示强变量 (2)示强变量或跨越变量,密集量(Intensive) 示强变量是指在某种场合下，表示作用程度的量。 如：力、压力、温度、温差、电压、磁通、光通、气体浓度、湿度…。 被测量与能量变换 1、示容变量和示强变量 　　 示容量与示强量组合之积是与某种能量相对应的。 如：力与位移之积是功、力与速度之积是功率、压力与体积之积是气体力学能量、温度与熵之积是热能、温差与热流之积是热功率、电压与电荷之积是电能、电压与电流之积是电功率。 被测量与能量变换 2、传感器能量变换 　 传感器的工作过程可以视为是将示容量与示强量由一种组合变成另一种组合。 被测量与能量变换3、能量变换与误差 （1）传感器从被测物体拾取能量时对被测物体的状态产生了影响，从而导致了误差。如：热电偶测温时，输入的热流是被测物体传递的，若热电偶的热容量过大，将使被测物体的温度下降，从而产生误差。 （2）传感器输出端的负载消耗传感器的能量时，亦对被测物体造成误差。 传感器对被测物体的影响越小，负载对传感器输出的影响越小，测量精度就越高。 被测量与能量变换4、传感器信号变换 根据传感器输出信号是模拟量或是数字量，可将信号变换分为两大类。 【模拟变换】输入为模拟量，输出为模拟量。 【数字变换】输入为模拟量，输出为数字量。 被测量与能量变换5、传感器的输入与输出特性 （1）传感器的输入特性（负荷效应） 　　 传感器的输入特性是用来衡量传感器对被测对象的影响程度。其主要参数是广义输入阻抗Zi，定义为 　　　由于示强变量X与示容变量x的乘积为能量W（或功率），则有 　　　能量或功率：　 被测量与能量变换5、传感器的输入与输出特性 可知：① 当被测量为示强变量时（如：被测量为力、压力、温度等），传感器广义输入阻抗越大，从被测对象吸收的能量就越小，误差也就越小。 　　 ② 当被测量为示容变量时（如：位移、速度、加速度等），传感器广义输入阻抗则越小越好。 　　 ③ 当被测示容变量为0时（如：用力传感器测量静态力时），此时被测点处于力平衡状态，速度为0，此时输入特性应用静态刚度来表示 　　静态刚度：　　　，此时被测力的功： 被测量与能量变换5、传感器的输入与输出特性 （2）传感器的输出特性（阻抗匹配） 　　 传感器的输出特性是用来衡量传感器承受负载能力大小的重要参数。主要参数是广义输出阻抗Zo，定义为 　　 从提高负载能力出发，Zo 越小越好，承载能力强；从获得最大功率出发，Zo 等于负载阻抗