第三章_ 常用传感器
一、知识要点及要求
1） 掌握常用传感器的分类方法；
2） 掌握常用传感器的变换原理；
3） 了解常用传感器的主要特点、测量电路及应用。
二、重点内容及难点
（一）传感器的定义、作用与分类
1、定义：工程上通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。
2、作用：传感器的作用就是将被测量转换为与之相对应的、容易检测、传输或处理的信号。
3、分类：传感器的分类方法很多，主要的分类方法有以下几种：
（1） 按被测量分类，可分为位移传感器、力传感器、温度传感器等；
（2） 按传感器的工作原理分类，可分为机械式、电气式、光学式、流体式等；
（3） 按信号变换特征分类，可概括分为物性型和结构型；
（4） 根据敏感元件与被测对象之间的能量关系，可分为能量转换型与能量控制型；
（5） 按输出信号分类，可分为模拟型和数字型。
（二）电阻式传感器
1、分类：变阻式传感器和电阻应变式传感器。而电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式与半导体应变片两类。
2、金属电阻应变片式的工作原理：基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。金属电阻应变片式的的灵敏度
。
3、半导体电阻应变片式的工作原理：基于半导体材料的压阻效应。半导体电阻应变片式的的灵敏度
。
（三）电感式传感器
1、分类：按照变换原理的不同电感式传感器可分为自感型与互感型。其中自感型主要包括可变磁阻式和涡电流式。
2、涡电流式传感器的工作原理：是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。
（四）电容式传感器
1、分类：电容式传感器根据电容器变化的参数，可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。
2、极距变化型：灵敏度为
，可以看出，灵敏度
与极距平方成反比，极距越小灵敏度越高。显然，由于灵敏度随极距而变化，这将引起非线性误差。
3、面积变化型：灵敏度为常数，其输出与输入成线性关系。但与极距变化型相比，灵敏度较低，适用于较大直线位移及角速度的测量。
4、介质变化型：可用来测量电介质的液位或某些材料的厚度、湿度和温度等；也可用于测量空气的湿度。
5、测量电路：电容式传感器将被测量转换成电容量的变化之后，经后续电路转换为电压、电流或频率信号。常用的有电桥型电路、直流极化电路、谐振电路、调频电路、运算放大电路。
（五）压电式传感器
1、压电传感器的工作原理是压电效应。
压电效应是指某些物质，如石英、鈦酸钡、鎬鈦酸铅等，当受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，表面上有电荷出现，形成电场；当外力消失时，材料重新回复到原来状态，这种现象称为压电效应。
2、测量电路（前置放大器）：
作用：1）将传感器的高阻抗输出转换为低阻抗输出；2）放大传感器输出的微弱电信号。
类型：电压放大器和电荷放大器。
（六）半导体传感器
主要包括磁敏传感器、光敏传感器、固态固体传感器、热敏电阻、气敏传感器、湿敏传感器、集成传感器等。
（七）光纤传感器
（1）光纤传感器按光纤的作用可分为功能型和传光型两种。
（2）光纤导光的原理是光的全反射。
（3）光纤的数值孔径NA表示了光纤的收集光的能力，
，其中
为纤芯的折射率，
为包层的折射率。