第一章傳感器基礎傳感器基礎傳感器基礎1.1傳感器的定義

標準定義

—傳感器是能夠感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。

輸入量是某一被測量，如物理量、化學量和生物量等；（熱、光、位移、速度、力、濃度、血壓等）輸出量是要便于傳輸、轉換、處理和顯示的物理量，這種量可以是氣、光、電量，目前主要是電量；（電阻、電容、電感、電流、頻率等）傳感器基礎

標準定義

—傳感器是能夠感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。

輸出和輸入有對應關系，且應有一定的精確度，轉換必須按照一定的規律進行。

守恒定律：能量、動量、電荷量等；場的定律：靜電場定律、電磁感應定律等；物質定律：物質本身內在性質的定律；統計法則：聯系宏觀系統和微觀系統的物理法則。傳感器基礎

傳感器廣義的定義

凡是利用一定的物質（物理、化學、生物）法則、定理、定律、效應等進行能量轉換與信息轉換，并且輸入與輸出嚴格一一對應的器件或裝置均可為傳感器。在不同的技術領域內，又被稱作檢測器、換能器、變換器等。傳感器基礎外界刺激五官人腦肢體動作傳感器計算機執行器傳感器——“電五官傳感器基礎1.2傳感器的組成

通常由敏感元件（預變換器）和變換元件（變換器）兩部分組成。

敏感元件

實現將待測的非電量變為易于轉換成電量的另一種非電量的器件。它能直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一種量。敏感元件變換元件被測非電量非電量傳感器電量

變換元件能將感受到的非電量變換為電量（電參量）的器件。

測量電路把變換元件的電路參量轉換成電量輸出。常安置于傳感器的外部，是組成傳感器的重要環節之一。傳感器基礎敏感元件變換元件被測非電量非電量傳感器電量傳感器基礎1.3傳感器的分類

按輸入被測量分類基本被測量派生被測量熱工量機械量物理、化學量生物、醫學量

溫度、熱量、比熱、壓力、壓差、流量、流速、風速、真空度等

位移、尺寸、形狀、力、應力、力矩、振動、加速度、噪聲等

氣體（液體）化學成分、濃度、鹽度、粘度、濕度、密度、比重等

心音、血壓、體溫、氣流量、心電流、眼壓、腦電波等傳感器基礎

按輸出信號形式分類傳感器非電量式（如色敏傳感器等）電量式開關式模擬量式數字量式有觸點式無觸點式脈沖式連續式頻率變化式頻率峰值寬度變電阻變電壓變電流變電感變電容脈沖數式編碼式

按工作原理分類傳感器基礎

電位器式、應變式、壓阻式等電感式、差動變壓器式、渦流式等霍爾式、熱電偶式等工作原理傳感器舉例變電阻變磁阻變電容變電勢電容式、溫敏式等變諧振頻率振動膜（筒、弦、梁）式等變電荷壓電式等1.4傳感器的應用

傳感器在工業檢測和自動控制系統中的應用

在工業生產中需要及時檢測各種工藝參數的信息時，通過傳感器對生產過程進行自動化控制。傳感器基礎產品檢測天然氣壓力檢測傳感器基礎

傳感器在航空、航天中的應用

在飛機、火箭等飛行器上使用傳感器對飛行速度、飛行距離及飛行方向等進行檢測。美國“阿波羅”登月飛行器安裝的傳感器達3200個。

傳感器在機器人中的應用

在生產用的單能機器人中，傳感器用來檢測臂的位置和角度；在智能機器人中，傳感器用作視覺和觸覺感知器。在日本，機器人成本的二分之一是耗費在高性能傳感器上的。傳感器基礎傳感器基礎

傳感器在汽車中的應用

傳感器在汽車上除了測量行駛速度、行駛距離、發動機旋轉速度以及燃料剩余量等有關參數以外，而且在一些新設施中，如汽車安全氣囊、防滑控制等系統，防盜、防抱死、排氣循環、電子變速控制、電子燃料噴射等裝置以及汽車“黑匣子”等都安裝了相應的傳感器。

現代家庭中，用電廚具、空調器、電冰箱、洗衣機、電子熱水器、安全報警器、吸塵器、電熨斗、照相機、音像設備等都用到了傳感器。

傳感器在家電中的應用火災報警器傳感器基礎

為了保護環境，研制用以監測大氣、水質及噪聲污染的傳感器，已被世界各國所重視。

傳感器在環境保護中的應用

利用紅外探測可以發現地形、地物及敵方各種軍事目標。紅外雷達具有搜索、跟蹤、測距等功能，可以搜索幾十到上千米的目標。紅外探測器在紅外制導、紅外通信、紅外夜視、紅外對抗等方面也有廣泛的應用。

傳感器在軍事中的應用

首架采用新電光和紅外傳感器的CP-140"曙光女神"巡邏機1.5傳感器的發展方向傳感器基礎

發現新效應，開發新材料、新功能多功能集成化和微型化數字化、智能化和網絡化研究生物感官，開發仿生傳感器不斷向高穩定性、高可靠性、高精度發展傳感器基礎1.6傳感器的基本特性

靜態特性

動態特性

當被測量的各個值處于穩定狀態（靜態測量之下）時，傳感器的輸出與輸入之間關系（數學表達式、曲線或數表）。

當被測量隨時間變化時，傳感器的輸出與輸入之間關系（數學表達式、曲線或數表）。傳感器基礎1.6.1靜態特性

線性度

x——輸入量；y——輸出量；a0——零位輸出；a1——傳感器的靈敏度，常用k表示；a2……,an——非線性項待定常數。

當不考慮傳感器遲滯、蠕變效應，傳感器靜態特性可用下式來描述：y＝a0+a1x+a2x2+…+anxn（傳感器靜態特性的數學模型）傳感器基礎傳感器的靜態特性

y=a1x,(b)y=a1x+a3x3+a5x5+…,(c)y=a1x+a2x2+a4x4+…,(d)y=a1x+a2x2+a3x3+…,傳感器基礎

通常，測出的輸出和輸入校準曲線與所選定的擬合直線之間不吻合的程度，稱為傳感器的“非線性誤差”或“線性度”。(△yL)max(△yL)max(△yL)maxL=100%|(△yL)max|YF.S.|(△yL)max|——

輸出平均值與擬和直線間的最大偏差絕對值；|YF.S|——滿量程輸出。最小的非線性誤差傳感器基礎

重復性

衡量傳感器在同一工作條件下，被測輸入量按同一方向作全程連續多次重復測量時，所得輸出值（校準曲線）的一致程度。它反映傳感器的精密度。R=100%SYF.S.S

——標準偏差；——置信系數，通常取2或3；YF.S.——滿量程輸出。xy0傳感器基礎

遲滯

衡量傳感器在正（輸入量增大）、反（輸入量減小）行程期間，輸出－輸入曲線不重合的程度。它反映傳感器的機械部分和結構材料方面不可避免的弱點。(△yH)max

——輸出值在正、反行程之間的最大差值；YF.S.——滿量程輸出。0(△yH)maxyyF.S.xF.S.xH=100%(△yH)maxYF.S.

精度

在規定條件下，允許的最大的絕對誤差相對其測量范圍的百分數。傳感器基礎(△y)max

——測量范圍內允許的最大絕對誤差；YF.S.——滿量程輸出。=100%(△y)maxYF.S.