文档介绍：无线传感器节点
任课教师:孙红兵
参考教材:传感器原理及其应用(俞阿龙、李正、孙红兵等编著)
淮阴师范学院物理与电子电气工程学院
二0一一年二月十九日
第1章传感器的一般特性
教学要求
。
(P2,)。
。
。
教学内容
  传感器的组成和分类
传感器的定义和组成:
⑴定义:与人的感觉器官相对应的元件,指能够能感受(或响应)规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
①传感器是测量装置,能完成检测任务;
②输入量是某一被测量,可能是物理量、化学量、生物量等;
③输出量是某种物理量,便于传输、转换、处理、显示等,可以是气、光、电物理量,主要是电物理量;
④输出输入有对应关系,且应有一定的精确程度。
⑵传感器的结构组成:
一般应由三部分组成,即:敏感元件、转换元件、转换电路。。
被测量
转换元件
基本转换电路
辅助电源
敏感元件
标准信号
传感器组成框图
①敏感元件:指传感器中能直接感受或响应被测量(输入量)的部分,并以确定关系输出某一物理量。如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输出。
为了获取被测变量的精确数值,不仅要求敏感元件对所测变量的响应足够灵敏,还希望它不受或少受环境因素的影响。
②转换元件:指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量(如位移、应变、光强等) 转换成适于传输和测量的电信号(如电阻、电感等)的部分。
为了加强通用性和灵活性,某些传感器的输出可以靠转换器将输出的非标准信号变成标准信号,使之与带有标准信号输入电路或接口的仪表配套,从而实现检测或调节功能。
③转换电路:将电路参数转换成便于测量的电量,如电压、电流、频率等。
通常,传感器输出信号—般都很微弱,需要有信号调节与转换电路将其放大或变换为容易传输、处理、记录和显示的形式。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用,传感器的信号调节与转换可以安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。因此,信号调节与转换电路以及所需电源都应作为传感器的组成部分。
、传感器的分类:
传感器种类繁多, 功能各异。同一被测量可用不同转换原理实现探测, 利用同一种物理法则、化学反应或生物效应可设计制作出检测不同被测量的传感器, 而功能大同小异的同一类传感器可用于不同的技术领域, 故传感器有不同的分类法。
⑴根据传感器感知外界信息所依据的基本效应:
基于物理效应如光、电、声、磁、热等效应进行工作的物理传感器;
基于化学反应如化学吸附、选择性化学反应等进行工作的化学传感器;
基于酶、抗体、激素等分子识别功能的生物传感器。
⑵根据传感器工作原理分类:
应变式
电容式
电感式
电磁式
压电式
热电式
根据传感器使用的敏感材料分类:
半导体传感器
光纤传感器
陶瓷传感器
金属传感器
高分子材料传感器
复合材料传感器
按照被测量分类:
力学量传感器
热量传感器
磁传感器
光传感器
放射线传感器
气体成分传感器
液体成分传感器
离子传感器
按能量供给形式分类:
无源传感器:被动地接收来自被测物体的信息;
有源传感器:有意识地向被测物体施加某种能量,并将来自被测物体的信息变换为便于检测的能量后再进行检测。
:
分类法
型式
说明
按基本
效应分类
物理型
化学型
生物型
采用物理效应进行转换
采用化学效应进行转换
采用生物效应进行转换
按能量
关系分类
能量转换型
能量控制型
传感器输出量直接由被测量能量转换而来
传感器输出量能量由外部能源提供,但受输入量控制
按工作原理分
电阻式
电容式
电感式
压电式
磁电式
热电式
光电式
光纤式
利用电阻参数变化实现信号转换
利用电容参数变化实现信号转换
利用电感参数变化实现信号转换
利用压电效应实现信号转换
利用电磁感应原理实现信号转换
利用热电效应实现信号转换
利用光电效应实现信号转换
利用光纤特性参数变化实现信号转换
按输入量分类
长度、角度、振动、位移、压力、温度、流量、距离、速度等
以被测量命名(即按用途分类)
按输出量分类
模拟式
数字式
输出量为模拟信号(电压、电流、……)
输出量为数字信号(脉冲、编码、……)
传感器的地位和作用
⑴传感器的地位
21世纪是现代信息技术的时代,而现代信息技术的三大基础是:信息采集、信息传输和信息处理