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2024-02-01
传感器基础知识课件
目录
传感器概述
传感器工作原理
传感器性能指标与评价方法
常见类型传感器介绍及选型建议
传感器信号处理与接口技术
传感器实验操作与数据分析
01
传感器概述
Part
传感器是一种能够感受被测量（如温度、压力、光等）并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
定义
将非电学量转换为电学量，便于测量、传输、处理和控制。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节，是现代信息技术的三大支柱之一。
作用
发展历程
从20世纪60年代开始，传感器逐渐进入电子化、数字化、智能化阶段。随着微电子技术、计算机技术、通信技术等的飞速发展，传感器技术也得到了迅速发展。
发展趋势
未来传感器将朝着微型化、集成化、多功能化、智能化、网络化等方向发展。同时，新型传感器材料和制造工艺的不断涌现，将为传感器技术的发展提供有力支撑。
按被测量不同，传感器可分为温度传感器、压力传感器、光传感器、位移传感器等；按工作原理不同，可分为电阻式、电容式、电感式、压电式等。
分类
各类传感器具有不同的特点，如灵敏度高、响应速度快、稳定性好、可靠性高等。同时，传感器也存在一定的局限性，如测量范围有限、受环境影响等。
特点
传感器广泛应用于工业、农业、交通、医疗、环保等领域。如工业自动化生产线上的各种检测与控制、汽车电子控制系统中的传感器等。
随着物联网、智能制造等技术的快速发展，传感器市场需求不断增长。同时，对传感器性能、可靠性、稳定性等方面的要求也越来越高。
市场需求
应用领域
02
传感器工作原理
Part
电阻应变效应
01
当金属导体或半导体材料在外力作用下发生形变时，其电阻值会发生变化，这种现象称为电阻应变效应。
工作原理
02
电阻式传感器利用电阻应变效应，将被测物理量（如力、压力、位移等）转换成电阻值的变化，再通过测量电路将电阻值的变化转换为电压或电流信号输出。
特点
03
结构简单、测量范围广、精度高、稳定性好等。
当两个平行金属板之间的介质发生变化时，其电容值会发生变化，这种现象称为电容效应。
电容效应
电容式传感器利用电容效应，将被测物理量（如位移、压力、厚度等）转换成电容值的变化，再通过测量电路将电容值的变化转换为电压或电流信号输出。
工作原理
灵敏度高、动态响应快、非接触测量等。
特点
电磁感应原理
当导体在磁场中运动时，会在导体中产生感应电动势，这种现象称为电磁感应。
工作原理
电感式传感器利用电磁感应原理，将被测物理量（如位移、振动等）转换成线圈自感或互感的变化，再通过测量电路将电感值的变化转换为电压或电流信号输出。
特点
结构简单、工作可靠、测量精度高等。
压电效应
某些晶体材料在受到外力作用时，其表面会产生电荷，这种现象称为压电效应。
工作原理
压电式传感器利用压电效应，将被测物理量（如力、压力、加速度等）转换成电荷信号输出，再通过测量电路将电荷信号转换为电压或电流信号输出。
特点
灵敏度高、响应速度快、可测量动态参数等。
当导体在磁场中运动时，会在导体中产生感应电动势，同时磁场也会对导体产生力的作用，这种现象称为磁电效应。
工作原理
磁电式传感器利用磁电效应，将被测物理量（如转速、角速度等）转换成感应电动势输出，再通过测量电路将感应电动势转换为电压或电流信号输出。
特点
输出信号大、抗干扰能力强、可测量旋转物体的参数等。
磁电效应
光电效应
当光线照射到某些物质表面时，会引起物质电性质的变化，这种现象称为光电效应。
工作原理
光电式传感器利用光电效应，将被测物理量（如光强、光照度、位移等）转换成光电流或光电压信号输出，再通过测量电路将光电流或光电压信号转换为电压或电流信号输出。
特点
非接触测量、响应速度快、可测量微小位移等。
03
传感器性能指标与评价方法
Part
指传感器输出量变化与引起该变化的输入量变化之比，它反映了传感器对输入量变化的敏感程度。
灵敏度
指传感器能检测到的最小输入量变化，即传感器对输入量变化的分辨能力。
分辨率
线性度
指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线与拟合直线之间的最大偏差，它反映了传感器输出与输入之间的线性程度。
迟滞误差
指传感器在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间，输出-输入特性曲线不一致的程度，它反映了传感器的可逆性。
重复性
指在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线不一致的程度，它反映了传感器的精确性。
稳定性
指传感器在长时间工作过程中，其输出量随时间的变化程度，它反映了传感器的可靠性。
指传感器在受到外部干扰（如电磁场、温度、湿度等）时，仍能保持正常工作的能力。
抗干扰能力
指传感器在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力，它是传感器质量的重要指标之一。
可靠性
静态特性评价
通过测量传感器的静
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