第1章緒論1.1傳感器的地位和作用例1人與機(jī)器的機(jī)能對(duì)應(yīng)關(guān)系定性人通過感官感覺外界對(duì)象的刺激，通過大腦對(duì)感受的信息進(jìn)行判斷、處理，肢體作出相應(yīng)的反映。定量傳感器相當(dāng)于人的感官，稱“電五官”，外界信息由它提取，并轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)易于處理的電信號(hào)，微機(jī)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，發(fā)出控制信號(hào)給執(zhí)行器，執(zhí)行器對(duì)外界對(duì)象進(jìn)行控制。人與機(jī)器的機(jī)能對(duì)應(yīng)關(guān)系圖外界對(duì)象感官傳感器人腦微機(jī)肢體執(zhí)行器無論是金屬糧倉還是土倉，為防止霉變，糧食都是分層存放，倉內(nèi)溫度和濕度不能過高，為此，需在各層安放溫濕度傳感器進(jìn)行檢測(cè)。裝有溫濕度探頭的糧倉示意圖如下。將各層探頭輸出接至溫濕度巡檢儀上，通過巡檢儀監(jiān)視器監(jiān)視各點(diǎn)溫濕度情況。通過通風(fēng)口保持溫濕度在要求范圍內(nèi)。例2糧倉溫度、濕度檢測(cè)裝有溫濕度探頭的糧倉示意圖通風(fēng)口探頭通風(fēng)口通風(fēng)口例3：開發(fā)區(qū)海灣公司生產(chǎn)的感溫、感煙火災(zāi)報(bào)警器集控器1中央監(jiān)控圖1監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖探頭11探頭12探頭1N其監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖如圖2:可在每一房間安放一對(duì)感溫、感煙探頭（智能傳感器），它們輸出溫度、濃度信號(hào)通過串行通訊線送入由微機(jī)組成的檢測(cè)系統(tǒng)（集控器）；集控器負(fù)責(zé)信號(hào)匯總，匯總各房間的溫度和濃度信號(hào)，并監(jiān)控各房間溫度、煙濃度是否異常，如異常，聲光報(bào)警并打開噴淋設(shè)備滅火，一層一臺(tái)。各層集控器通過CAN總線、M-BUS總線等現(xiàn)場(chǎng)總線將溫度、濃度等信號(hào)送入中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)。值班人員在電腦屏幕上直觀監(jiān)視各房間情況（溫度、煙霧濃度）。房間、樓道裝配攝像頭，還可通過電視屏幕查看房間、樓道情況?？煽闯鰶]有感溫、感煙傳感器，就像人缺少感官，系統(tǒng)無法工作。例4：熱軋帶鋼表面溫度的測(cè)量用輻射溫度計(jì)測(cè)量熱軋帶鋼表面溫度的方法巳被廣泛采用。從加熱爐出來的鋼坯最后到卷取機(jī)之前的整個(gè)軋制線上，如加熱爐出口、粗軋機(jī)的入口和出口、精軋機(jī)的入口和出口以及在卷取機(jī)之前都設(shè)有輻射溫度計(jì)，用以測(cè)量各階段帶鋼的表面溫度。并用此溫度信號(hào)來控制軋制速度、軋輥壓下力和冷卻水流量等。傳感器作為整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的前哨，它提取信息的準(zhǔn)確與否直接決定著整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的精度。一個(gè)國(guó)家的現(xiàn)代化水平是用其自動(dòng)化水平來衡量的。而自動(dòng)化水平是用儀表及傳感器的種類和數(shù)量多少來衡量的。信息化技術(shù)包括傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。傳感器技術(shù)列為信息技術(shù)之首，由此可見一斑。國(guó)內(nèi)高精度、多功能、集成化、智能化傳感器急需開發(fā)研制?？偨Y(jié)1.2傳感器的定義與組成一、定義（Sensor）

能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律和精度轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置.（GB7665-87）它是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置。

輸入量是物理量、化學(xué)量和生物量。輸出量主要是電量。（電量最便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理及顯示）輸入輸出的轉(zhuǎn)換規(guī)律（關(guān)系）已知，轉(zhuǎn)換精度要滿足測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用要求。傳感器應(yīng)用場(chǎng)合（領(lǐng)域）不同，叫法不同。過程控制：變送器。（標(biāo)準(zhǔn)化的傳感器）射線檢測(cè)：發(fā)送器、接收器。探頭。二、組成例如如：：氣體體壓壓力力傳傳感感器器由半半導(dǎo)導(dǎo)體體材材料料制制成成的的物物性性性性傳傳感感器器基基本本是是敏敏感感元元件件與與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換元元件件二二合合一一。。直直接接能能將將被被測(cè)測(cè)量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為電電量量輸輸出出。。壓電電傳傳感感器器、、光光電電池池。。熱熱敏敏電電阻阻等等。。膜盒盒差動(dòng)動(dòng)電電感感電橋橋電電路路氣體體壓壓力力傳傳感感器器組組成成框框圖圖PSLU0mVTT0BA熱電偶IhfG光電池f+++++–––––Q壓電傳感器RRTR0RU0Ui熱敏敏電電阻阻傳傳感感器器1.3傳感感器器的的分分類類與與要要求求分分類類一.分類類1.按輸輸入入量量分分類類常用用的的有有機(jī)機(jī)、、光光、、電電和和化化學(xué)學(xué)等等傳傳感感器器。。例如如：：位位移移、、速速度度、、加加速速度度、、力力、、溫溫度度和和流流量量傳傳感感器器等等2.按輸輸出出量量分分類類參數(shù)數(shù)式式：：電電阻阻、、電電感感、、電電容容、、頻頻率率和和離離子子傳傳感感器器發(fā)電電式式：：壓壓電電式式、、霍霍爾爾式式、、光光電電和和熱熱電電式式傳傳感感器器3.按輸輸出出信信號(hào)號(hào)的的性性質(zhì)質(zhì)分分類類模擬擬式式傳傳感感器器和和數(shù)數(shù)字字式式傳傳感感器器。。二.一般般要要求求1、穩(wěn)穩(wěn)定定性性、、可可靠靠性性一般般用用平均均無無故故障障時(shí)時(shí)間間來衡衡量量穩(wěn)穩(wěn)定定性性、、可可靠靠性性。。在計(jì)計(jì)量量、、工工業(yè)業(yè)生生產(chǎn)產(chǎn)等等領(lǐng)領(lǐng)域域中中穩(wěn)穩(wěn)定定性性、、可可靠靠性性至至關(guān)關(guān)重重要要。。2、靜態(tài)態(tài)精度度測(cè)靜態(tài)態(tài)量，，傳感感器精精度應(yīng)應(yīng)滿足足系統(tǒng)統(tǒng)的精精度要要求。。3、動(dòng)態(tài)態(tài)性能能測(cè)動(dòng)態(tài)態(tài)量，，如響響應(yīng)速速度、、工作作頻率率、穩(wěn)穩(wěn)定時(shí)時(shí)間等等。4、量程程測(cè)量被被測(cè)量量的范范圍。。一般般量程程越大大，精精度越越低。。5、抗干干擾能能力工業(yè)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)環(huán)境較較惡劣劣，存存在溫溫濕度度、電電磁等等干擾擾，設(shè)設(shè)計(jì)的的傳感感器能能克服服這些些干擾擾，安安全穩(wěn)穩(wěn)定運(yùn)運(yùn)行。。6、體積積小、、能耗耗低、、成本本低結(jié)構(gòu)型型傳感感器向向物性性型半半導(dǎo)體體傳感感器發(fā)發(fā)展。。如測(cè)人人體血血壓的的電子子血壓壓計(jì)。。（uWmW級(jí)）1.4傳感器器技術(shù)術(shù)的發(fā)發(fā)展方方向1、開發(fā)發(fā)新的的敏感感、傳傳感材材料在半導(dǎo)導(dǎo)體硅硅材料料發(fā)現(xiàn)現(xiàn)力、、熱、、光、、磁、、氣體體等物物理量量都會(huì)會(huì)使其其性能能改變變。制制成力力敏、、熱敏敏、光光敏、、磁敏敏氣敏敏等敏敏感元元件。?；A(chǔ)研研究尋尋找發(fā)發(fā)現(xiàn)具具有新新原理理、新新效應(yīng)應(yīng)的敏敏感元元件和和傳感感元件件。沒有深深入細(xì)細(xì)致的的，就就沒有有新傳傳感元元件的的問世世，也也就沒沒有新新型傳傳感器器，組組成不不了新新型測(cè)測(cè)試系系統(tǒng)。。2、開發(fā)發(fā)研制制新型型傳感感器及及組成成新型型測(cè)試試系統(tǒng)統(tǒng)(1)MEMS技術(shù)要要求研研制微微型傳傳感器器。如用于微型型偵察機(jī)的的CCD傳感器、、用于管管道爬壁壁機(jī)器人人的力敏敏、視覺覺傳感器器。（2）研制仿仿生傳感感器（3）研制海海洋探測(cè)測(cè)用傳感感器（4）研制成成分分析析用傳感感器（5）研制微微弱信號(hào)號(hào)檢測(cè)傳傳感器3、研究新新一代的的智能化化傳感器器及測(cè)試試系統(tǒng)如電子血血壓計(jì)，，智能水水、電、、煤氣、、熱量表表。它們們的特點(diǎn)點(diǎn)是傳感感器與微微型計(jì)算算機(jī)有機(jī)機(jī)結(jié)合，，構(gòu)成智智能傳感感器。系系統(tǒng)功能能最大程程度地用用軟件實(shí)實(shí)現(xiàn)。4、多功能能于多參參數(shù)傳感感器的研研究如同時(shí)檢檢測(cè)壓力力、溫度度和液位位的傳感感器一逐逐步走向向市場(chǎng)。。1.5本課程的的任務(wù)和和目的1、任務(wù)：：掌握傳傳感器的的工作原原理、結(jié)結(jié)構(gòu)、測(cè)測(cè)量電電路及典典型應(yīng)用用。2、目的：：1）合理選選擇和使使用傳感感器。2）對(duì)傳感感器技術(shù)術(shù)問題有有一定的的分析和和處理能能力。3）知曉傳傳感器的的工程設(shè)設(shè)計(jì)方法法和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)研究方方法。4）了解傳傳感器的的發(fā)展動(dòng)動(dòng)向。要求1、復(fù)習(xí)鞏鞏固已學(xué)學(xué)電路、、電子等