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传感器技术及应用 主讲人：李雪莉 前言 传感器是能够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。传感器作为获取信息的工具，处于被测对象和测控系统的接口位置，为各类系统提供赖以处理的原始信息。传感器技术是现代科学技术中的重要领域，它和通信技术、计算机技术是当今信息社会的三大支柱。传感器技术在现代科学技术发展中的作用越来越为世人瞩目。传感器的基本原理和应用已成为现代科学技术人员必备的基础知识。 绪论 1.传感器的定义及其在科技发展中的地位和应用 2.传感器的组成和分类 3.传感器技术的发展趋势 1.1 传感器的定义 在GB7665-87《传感器通用术语》中对传感器的定义是：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，通常由敏感元件和转换元件组成。该定义包含了下面的含意： （1）能感受（或响应）表示传感器要对被测量敏感，能灵敏地反映被测量的变化； （2）传感器的输出输入之间满足一定的规律，且具有一定的精度； （3）可用输出信号通常是指便于传输、转换、处理和显示的信号。目前主要是电信号，电信号有很多形式，如电压、电流、电容、电阻、频率等，输出信号的形式由传感器的原理来确定。随着科学的发展，输出信号将来也可能是光信号或其他的信号。 （4）被测量可以是物理量，也可以是化学量、生物量或其他的量。 1.2 传感器在科技发展中的作用 人类为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。人类依靠这些器官接收来自外界的刺激，再通过大脑分析判断，发出命令和动作。随着科技的发展、社会的进步，人类为了进一步认识和改造自然，只靠感觉器官是不行的。一系列能够代替、补充、延伸人的感觉器官功能的手段应运而生，从而出现了各种用途的传感器。 在如今电子产业高速发展的信息时代，计算机控制的各种自动化装置逐渐代替了人的手工劳动。计算机相当于人的大脑，发出各种指令指挥系统的各个部件进行工作，传感器则相当于人的五官。需要测得的量通过传感器转换成计算机能够处理的电信号，从而才能进行一系列的操作。 身体与计算机控制系统的对应关系： 目前，传感器技术早已渗透到诸如工农业生产、交通运输、环境保护、海洋探测、资源调查、健康管理、生物工程、宇宙开发、文物保护等极其广泛的领域。从各种复杂的工程系统到日常的衣食住行，几乎每一个现代化项目都离不开各种各样的传感器。 在现代化工业生产中，尤其在自动化生产过程中，要用各种不同的传感器来监视或控制生产过程中的参数，使设备处在最佳工作状态，保证产品有最好的质量。一个自动控制系统中，计算机是核心，传感器技术是基础。 在家用电器和医疗卫生方面由于采用了新颖的传感器，使自动洗衣机、洗碗机、电冰箱和电子血压计、电子体温计、脉搏计等家用电器和电子医疗保健产品进入千家万户，对家务劳动自动化的普及和人们健康水平的提高都起到了非常重要的作用。 许多基础科学研究的障碍首先就在于研究对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器往往会导致该领域的突破，一些传感器的发展往往是一些边缘学科先驱。例如超导体的约瑟夫森效应被发现后，很快地被应用于制造高灵敏的超导量子型磁力传感器，这种传感器可以用来测量生物体内极微弱的磁场变化，给该领域的研究带来了它所必需的信号。 随着世界进入信息时代，由于传感器技术是获取各个领域中信息的主要途径和手段，传感器的重要性显得更为突出，因此，各个国家都十分重视发展传感器技术，相信不久的将来，传感器技术将会有新的飞跃，对科学技术的发展也将会起到更大的促进作用。 2.1传感器的组成 传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路和其他辅助元件组成。 敏感元件是直接感受规定的被测量（一般为非电量）并按照一定的规律转换成与被测量有确定关系的其他量（一般仍为非电量的元件）。当然，这个其他量是比被测量更易转换成可用信号的量，故敏感元件又称为预变换器。 在示例中，膜盒就是敏感元件，它把被测气体的压力转换成磁心 的位移。 转换元件是将敏感元件的输出量转换成可用信号的元件，又称为变换器。在示例中，磁心的位移使线圈的电感改变，磁心和线圈组成转换元件。 转换电路是将转换元件输出的可用信号作为输入，将其进行放大、显示和记录的电路。转换电路的类型和被测量、测量原理以及转换元件有关，常用的电子器件