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; 1.1传感器的定义与作用

1.1.1传感器的定义

传感器技术与现代通信技术、计算机技术并列为现代信息技术的三大支柱。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觉器官。视觉传感器相当于人的眼睛，如X射线、紫外线、红外线、可见光传感器等；听觉传感器相当于人的耳朵，如超声波、声波传感器等；嗅觉传感器相当于人的鼻子，如气敏传感器；味觉传感器相当于人的舌头，如离子敏传感器；触觉传感器相当于人的皮肤，如压力、温度、湿度传感器等。;传感器是一种能感受规定的被测量，并按一定规律将它转换成某种可用输出信号的测量装置。这一定义表明：传感器是测量装置，能感受被测量的变化，完成检测任务；被测量可以是物理量，也可以是化学量、生物量等；输出信号是某种便于传输、转换、处理、显示的可用信号，如电参量(电阻、电容、电感)、电信号(电压、电流、电荷)、光信号、频率信号等，输出信号的形式由传感器的原理确定。由于电信号易于传输、转换和处理，因此一般概念上的传感器是指将被测量转换成电信号输出的测量装置。;传感器作为测量与控制系统的首要环节，必须具有快速、准确、可靠且又能经济地实现信息转换的基本特点，应满足一些必要的条件：

(1)输出信号与被测量之间具有惟一确定的因果关系，是被测量的单值函数；

(2)输出信号能够与电子系统、信号处理系统或光学系统匹配，适于传输、转换、处理和显示；

(3)具有尽可能宽的动态范围、良好的响应特性、足够高的分辨率和信号噪声比；

(4)对被测量的干扰尽可能小，尽可能不消耗被测系统的能量，不改变被测系统原有的状态；;(5)性能稳定可靠，不受被测量参数因素的影响，抗外界干扰能力强；

(6)便于加工制造，具有可互换性；

(7)适应性强，具有一定的过载能力；

(8)成本低，寿命长，使用维修方便等。;1.1.2传感器的作用

可以毫不夸张地说，从宏观的茫茫宇宙探索到微观的粒子研究，从各种复杂的工程系统到日常生活的衣食住行，几

乎??一个领域都离不开各种各样的传感器。归纳起来传感器具有以下作用。

1.信息采集

2.诊断与报警

3.检测与控制; 1.2传感器的组成与分类

1.2.1传感器的组成

传感器一般由敏感元件、转换元件、信号调理电路和辅助电源等组成，如图1.1所示。敏感元件直接感受或响应规定的被测量，并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其他量(如位移、应变、压力、光强等)；转换元件将敏感元件的输出量转换成适于传输或测量的可用信号(如电阻、电容、电压、电荷等)；信号调理电路将转换元件输出的可用信号进行转换、放大、运算、调制、滤波等；辅助电源为信号调理电路和传感器提供工作电源。;;传感器的敏感元件与转换元件之间并无严格的界限，有些传感器很简单，有些传感器较为复杂。最简单的传感器只有一个敏感元件(兼转换元件)，它直接感受被测量并输出可用信号。如热电偶传感器直接将被测温度转换成热电势输出，电容式位移传感器直接将被测位移转换成电容量的变化。这里热电偶和电容器既是敏感元件，又是转换元件。

有些传感器由敏感元件和转换元件组成。

有些传感器不止一个转换元件，而要经过多次转换。如应变式密度传感器，它由浮子、悬臂梁和电阻应变片等组成，如图1.2所示。浮子先将被测液体的密度转换成浮力变化，浮力作用在悬臂梁上使梁产生变形，粘贴在悬臂梁上的电阻应变片再将梁的变形转换成电阻量的变化，这样经过三次转换才将被测液体的密度转换成电阻量的变化。;;1.2.2传感器的分类

1.按工作原理分类

传感器按其工作原理划分，将物理、化学和生物等学科的某些机理、规律、效应作为分类依据，一般可分为物理型传感器、化学型传感器和生物型传感器三大类，其中物理型传感器又可分为结构型传感器和物性型传感器，如图1.3所示。这种分类方法的特点是对传感器的工作原理分析得比较清楚，有利于从原理、设计及应用上进行归纳。;;(1)物理型传感器是利用某些敏感元件的物理结构或某些功能材料的物理特性及效应制成的传感器。

①结构型传感器是基于某种敏感元件的结构形状或几何尺寸(如厚度、角度、位置等)的变化来感受被测量，并转换成可用信号的传感器。

②物性型传感器是利用某些功能材料本身具有的内在特性及效应来感受被测量，并转换成可用信号的传感器。

(2)化学型传感器是利用电化学反应原理，将各种化学物质(如电解质、化合物、分子、离子)的状态、成分、浓度等转换成可用信号的传感器。

(3)生物型传感器是利用生物反应(酶反应、微生物反应、免疫学反应等)原理，将生物体内的葡萄糖、DNA等转换成可用信号的传感器。;2.按能量转换关系分类

传感器按被测量与