在当今的信息时代,人们越来越迫切地希望能准确地掌握自然界和生产领域更多的各类信息,而传感器则是人们获取这些信息的主要途径和手段,因此传感器与人们的关系越来越密切.传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节,它对于提高生产的自动化程度、促进现代科学技术的发展具有极其重要的作用.
1.传感器的概念
关于传感器的概念,我国国家标准 GB 7665—1987 规定：“传感器(sensor)是能感受规定的测量量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置”.也就是说,传感器是一种按一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量器件或装置,用于满足系统信息传输、存储、显示、记录及控制等要求.
① 传感器首先是一种测量器件或装置,它的作用体现在测量上.例如我们常见的发电机,它是一种可以将机械能转变成电能的转换装置,从能量转换的角度看,它是一种发电设备,不能称之为传感器；但从另一个角度看,人们可以通过发电机发电量的大小来测量调速系统的机械转速,这时,发电机就可看成是一种用于测量转速的测量装置,是一种速度传感器,通常称之为测速发电机.应用传感器的目的就是为了获得被测量的准确信息,这也是本课程的学习目的.
② 传感器定义中所谓“可用输出信号”是指便于传输、转换及处理的信号,主要包括气、光和电等信号,现在一般就是指电信号(如电压、电流、电势及各种电参数等),而“规
定的测量量”一般是指非电量信号,主要包括各种物理量、化学量和生物量等,在工程中常需要测量的非电量信号有力、压力、温度、流量、位移、速度、加速度、转速、浓度等.
正是由于这类非电量信号不能像电信号那样可由电工仪表和电子仪器直接测量,所以就需要利用传感器技术实现由非电量到电量的转换.
③ 传感器的输入和输出信号应该具有明确的对应关系,并且应保证一定的精度.
④ 关于“传感器”这个词,目前国外还有许多提法,如变换器(transducer)、转换器(converter)、检测器(detector)和变送器(transmitter)等,而根据我们国家的规定,传感器定名为sensor；当传感器的输出信号为标准信号(1V～5V、4mA～20mA)时,称为变送器(transmitter),注意二者不要混淆.
传感器的组成
传感器的种类繁多,其工作原理、性能特点和应用领域各不相同,所以结构、组成差异很大.但总的来说,传感器通常由敏感元件、转换元件及测量电路组成,有时还加上辅
助电源,如图所示.
传感器的组成
传感器的种类繁多,其工作原理、性能特点和应用领域各不相同,所以结构、组成差异很大.但总的来说,传感器通常由敏感元件、转换元件及测量电
路组成,有时还加上辅
助电源,如图所示.
2) 转换元件(transduction element)
转换元件是指传感器中能将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量的电信号的部分.在图1.2中,转换元件是可变电感线圈3,它把输入的位移量转换成电感的变化.
需要指出的是,并不是所有的传感器都能明显地区分敏感元件和转换元件两部分,有的传感器转换元件不止一个,需要经过若干次的转换；有的则是二者合二为一.
3) 测量电路(measuring circuit)
测量电路又称转换电路或信号调理电路,它的作用是将转换元件输出的电信号进行进一步的转换和处理,如放大、滤波、线性化、补偿等,以获得更好的品质特性,便于后续
电路实现显示、记录、处理及控制等功能.测量电路的类型视传感器的工作原理和转换元件的类型而定,一般有电桥电路、阻抗变换电路、振荡电路等.
在当今的信息时代,人们越来越迫切地希望能准确地掌握自然界和生产领域更多的各类信息,而传感器则是人们获取这些信息的主要途径和手段,因此传感器与人们的关系越来越密切.传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节,它对于提高生产的自动化程度、促进现代科学技术的发展具有极其重要的作用.
1.传感器的概念
关于传感器的概念,我国国家标准 GB 7665—1987 规定：“传感器(sensor)是能感受规定的测量量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置”.也就是说,传感器是一种按一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量器件或装置,用于满足系统信息传输、存储、显示、记录及控制等要求.
① 传感器首先是一种测量器件或装置,它的作用体现在测量上.例如我们常见的发电机,它是一种可以将机械能转变成电能的转换装置,从能量转换的角度看,它是一种发电设备,不能称之为传感器；但从另一个角度看,人们可以通过发电机发电量的大小来测量调速系统的机械转速,这时,发电机就可看成是一种用于测量转速的测量装置,是一种速度传感器,通常称之为测速发电机.应用传感器的目的就是为了获得被测量的准确信息,这也是本课程的学习目的.
② 传感器定义中所谓“可用输出信号”是指便于传输、转换及处理的信号,主要包括气、光和电等信号,现在一般就是指电信号(如电压、电流、电势及各种电参数等),而“规
定的测量量”一般是指非电量信号,主要包括各种物理量、化学量和生物量等,在工程中常需要测量的非电量信号有力、压力、温度、流量、位移、速度、加速度、转速、浓度等.
正是由于这类非电量信号不能像电信号那样可由电工仪表和电子仪器直接测量,所以就需要利用传感器技术实现由非电量到电量的转换.
③ 传感器的输入和输出信号应该具有明确的对应关系,并且应保证一定的精度.
④ 关于“传感器”这个词,目前国外还有许多提法,如变换器(transducer)、转换器(converter)、检测器(detector)和变送器(transmitter)等,而根据我们国家的规定,传感器定名为sensor；当传感器的输出信号为标准信号(1V～5V、4mA～20mA)时,称为变送器(transmitter),注意二者不要混淆.
传感器的组成
传感器的种类繁多,其工作原理、性能特点和应用领域各不相同,所以结构、组成差异很大.但总的来说,传感器通常由敏感元件、转换元件及测量电路组成,有时还加上辅
助电源,如图所示.
传感器的组成
传感器的种类繁多,其工作原理、性能特点和应用领域各不相同,所以结构、组成差异很大.但总的来说,传感器通常由敏感元件、转换元件及测量电
路组成,有时还加上辅
助电源,如图所示.
2) 转换元件(transduction element)
转换元件是指传感器中能将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量的电信号的部分.在图1.2中,转换元件是可变电感线圈3,它把输入的位移量转换成电感的变化.
需要指出的是,并不是所有的传感器都能明显地区分敏感元件和转换元件两部分,有的传感器转换元件不止一个,需要经过若干次的转换；有的则是二者合二为一.
3) 测量电路(measuring circuit)
测量电路又称转换电路或信号调理电路,它的作用是将转换元件输出的电信号进行进一步的转换和处理,如放大、滤波、线性化、补偿等,以获得更好的品质特性,便于后续
电路实现显示、记录、处理及控制等功能.测量电路的类型视传感器的工作原理和转换元件的类型而定,一般有电桥电路、阻抗变换电路、振荡电路等.