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第1章传感器技术基础1.1传感器的定义及组成1.2传感器的基本特性1.3传感器的标定1.4传感器的命名及技术指标1.5传感器的选择与使用

1.1传感器的定义及组成

1.1.1传感器的定义

在工程技术中，传感器是人体“五官”的工程模型。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“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”。这一定义包含了几个方面的含意：(1)能感受被测量敏感，灵敏地反映被测量的变化；

(2)传感器的输出与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确定，随着科学的发展，输出信号将来也可能是光信号或其它的信号；

(4)被测量可以是物理量，也可以是化学量、生物量或其它的量。

1.1.2传感器的组成与分类

1.传感器的组成

一般将传感器的组成定义为：“传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成”。根据此定义可知，传感器是由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成，如图1.1.1所示。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分转换元件；转换元件是指传感器中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。由于传感器的输出信号一般都很微弱，因此需要有转换电路对其进行放大、运算调制等。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。

在实际应用中，传感器的具体构成方法视被测对象、转换原理、使用环境及性能要求等具体情况的不同而有很大差异。图1.1.1传感器组成

2.传感器的分类

传感器技术是一门知识密集型技术，它与许多学科有关。传感器的原理各种各样，其种类十分繁多，传感器的分类方法很多，国内外尚无统一的分类方法，一般按如下几种方法进行分类。

(1)按输入被测量分类

这种方法是根据输入物理量的性质进行分类，如温度、压力、位移、速度、湿度等传感器。这种分类方法给使用者提供了方便，使大家容易根据被测量对象来选择所需的传感器。

(2)按输出信号形式分类

这种分类方法是根据传感器输出信号的不同来进行分类，有模拟式传感器和数字式传感器。模拟式传感器的特点是输出的信号为模拟量；数字式传感器的特点是输出的信号为数字量，数字传感器便于和计算机联用，且抗干扰性强。

(3)按工作原理分类

这种分类方法是按传感器的工作原理分类，如应变式、电容式、压电式、磁电式等，如表1.1.1所示。本书是按该分类方法来介绍各种传感器的，对于初学者和应用传感器的工程技术人员来说，应先从工作原理出发，了解各种各样的传感器。

1.1.3传感器的作用与地位

传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，计算机相当于人的大脑，通信相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。传感器与人的感官一一对应，相当于人眼(视觉)的光传感器，如光敏元件、电荷耦合器件(CCD)、图像传感器和光敏二极管等；相当于入耳(听觉)的音响传感器，如传声器、压电元件等；相当于人皮肤(触觉)的振动传感器、温度传感器和压力传感器；相当于人舌头(味觉)的味觉传感器，如氧化物、离子传感器等；相当于人鼻子(嗅觉)的嗅觉传感器，如生物化学元件等。

目前，传感器技术早己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。可以说，从宏观的茫茫宇宙探索到研究微观粒子的世界，从各种复杂的工程系统到日常生活的衣食住行，几乎每一个现代化项目都离不开各种各样的传感器。传感器的作用包括以下几方面：

(1)信息的收集

科学研究中的计量测试、产品制造与销售中所需的计量等都需由测量而获得准确的定量数据。对某种特定要求，需检测目标物的存在状态，把某状态信息传换为数据，对系统或装置的运行状态进行监测，发现异常情况时，发出告警信号并启动保护电路工作，这样可以对系统或装置进行正常运行与安全管理。判断产品是否合格，或是人体各部位的异常诊断等都需由传感器的测量来完成。

(2)信息数据的交换

把以文字、符号、代码、图形等多种形式记录在纸或胶片上的信号数据转换成计算机、传真机等易处理的信号数据，或者读出并记录在各种媒介体上的信息并进行转换，例如，磁盘与光盘的信息读出磁头就是一种传感器。

(3)控制信息的采集