第1章传感器的基本概念.ppt

第一章传感器的基本概念
学****本课程所需的预备知识
电路基础、电子测量技术、电子线路。
教学提要(重难点)、课程内容、教学要求、实验指导
传感器的概念以及传感器的基本特性是本章重点。从传感器的作用开始,逐一介绍了传感器的概念、组成以及分类,对传感器的基本特性作了详细阐述。
传感器的定义
关于传感器的定义,至今尚无一个比较全面的定义。不过,对以下提法,学者们似乎不持异议。
国际电工委员会的定义为:“传感器是测量系统中的一种前置部件,它将输入变量转换成可供测量的信号”。
根据中华人民共和国国家标准(GB7665——87),传感器(Transducer/Sensor) 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。
所谓传感器,是指那些能够取代甚至超出人的“五官”,具有视觉、听觉、触发、嗅觉和味觉等功能的元器件或装置。
与当代的传感器相比,人类的感觉能力好得多,但也有一些传感器比人的感觉功能优越,例如人类没有能力感知紫外或红外线辐射,无法忍受的高温、高压、辐射等恶劣环境,还可以检测出人类“五官”不能感知的各种信息(如微弱的磁、电、离子、射线和的无色无味的气体等信息,以及远远超出人体“五官”感觉功能的高频、高能信息等)。
对于一个测量系统,它所测量的各种物理量,其形式是不一样的,可以是机械量、电磁量、热工量、光学量…,但不论是哪种物理量,它们都可以分为模拟量和数字量两大类。
传感器是一种以测量为目的,以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、易于处理的电量信号输出,如电压、电流、频率等信号。这一定义包含以下方面。
(1)传感器是一种测量装置,能够完成一定的检测任务;
(2)它的输入量种类很多,且多为模拟信号的非电量;
(3)它的输出量是经转换后的电量信号,且有一定的对应关系和转换精度。
  传感器的组成
传感器是由敏感元件、转换元件及信号调节电路三部分组成的。
敏感元件是指传感器中能直接感受(或响应)与检出被测对象的待测信息(非电量)的部分,
转换元件是指传感器中能将敏感元件所感受(或响应)出的信息直接转换成电信号的部分。
信号调节转换电路是能把转换元件输出的电信号转换为电压、电流或频率量便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。辅助电路通常包括电源,即交、直流供电系统。
被测
对象
敏感元件
电源辅助电路
转换元件
基本转换电路
非电量非电量电参量电量
传感器的组成
广东技术师范学院传感技术与信号处理第1章
敏感元件与转换元件在结构上常装在一起。为了减小外界对转换电路的影响,也希望它们装在一起,但限于空间结构,转换电路常装入单箱内。在转换电路后面,往往还有信号的放大、处理、显示等后续电路,它们通常不包含在传感器的范围之内。
——但并不是所有的传感器都必须包括敏感元件和转换元件。如果敏感元件直接输出的是电量,它就同时兼为转换元件,因此,敏感元件和转换元件两者合一的传感器是很多的。例如,压电晶体、热电偶、热敏电阻、光电器件等都是这种形式的传感器。
举例:测量压力的应变式压力传感器
应变式压力传感器是由弹性膜片和电阻应变片组成。其中弹性膜片就是敏感元件,它能将压力转换成弹性膜片的应变(形变);弹性膜片的应变施加在电阻应变片上,它能将应变量转换成电阻的变化量,电阻应变片就是转换元件。
弹性敏感元件(弹簧管)
敏感元件在传感器中直接感受被测量,并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。
在下图中,弹簧管将压力转换为角位移α
弹簧管放大图
当被测压力p增大时,弹簧管撑直,通过齿条带动齿轮转动,从而带动电位器的电刷产生角位移。即弹簧管为敏感元件,它将压力转换成角位移α。