传感器信号处理与接口1

传感器接口电路主讲人：杜 西 亮电话：13936275369 Email: duxl2008@http://www.77cn.com.cn

课程简介课程开设目的和意义 1.综合 2.能力培养 课程基础 1. 传感器原理 2. 数字电路和模拟电路 3. 单片机原理 3. 微机原理(程序设计) 4. 电子设计自动化技术(EDA) 课程讲授的内容

被测量

敏感元件

转换元件

信号调理和 转换电路

辅助电源

微机/单片机显示、记录等 其他功能

传感器结构框图

本课程主要介绍传感器接口技术的电路基础知识 以及传感器性能指标，线性化及温度补偿等信号处理 方法，分别论述力、温度、光、磁、气、湿、热电偶、 热电阻、超声波等传感器接口技术和集成传感器接口 技术，最后介绍传感器与微机计算机的接口技术。

教材及主要参考文献 1.传感器及其接口技术 苏铁力等. 中国石化出版社 2.传感器实用电路设计与制作 松井邦彦. 科学出版社 3.传感器应用电路集萃 卿太全等. 中国电力出版社 4.传感器电路分析与设计 李道华等 武汉大学出版社 5.传感技术与系统 董永贵 清华大学出版社 6.传感器与单片机接口及实例 来清民 北京航空航天大学出版社 7. 传感器接口与检测仪器电路 吕俊芳 国防大学出版社

第1章 绪 论主要内容： 传感器的定义和分类

传感器的发展方向 传感器的基本特性

传感器接口电路设计须知 电子设计自动软件Multisim

§1.1 传感器的定义和分类1.1.1 传感器(Sensor,Transducer)定义

国标GB7665-87对传感器的定义是：“能够感受规定的被 测量并按照一定的规律转换成可输出信号的器件或装置，通常 由 敏 感 元 件 ( Sensing Element ) 和 转 换 元 件 ( Transduction Element)组成”。 该概念的含意： (1)传感器是能获取信号的器件或装置； (2)它的输入是某一被测量，可以是物理量，化学量、生 物量等； (3)它的输出量是某种便于处理、传输的信号； (4)输出与输入有对应关系。 狭义地将，传感器是一种将非电量信号(物理量、化学量、 生物量)转换为与之有确定对应关系的电信号输出的器件或装 置。

被测量

敏感元件

转换元件

信号调理和 转换电路

辅助电源智能传感器(smart sensor)

微机/单片机显示、记录等 其他功能

传感器的智能化集成智能传感器

通常，传感器是由敏感元件和转换元件组成。然而，不少 传感器要在通过转换电路之后才能输出电量信号，从而决定了 转换电路是传感器的组成部分之一。 常见传感器称呼多指敏感元件。但传感器技术的发展，如 集成传感器、智能传感器等，就不仅仅是敏感元件了，它们很 显然是传感器系统。在讲传感器时，很难把敏感元

件和传感器 电路完全分开。

1.1.2 传感器的分类 在科研、生产和生活中使用的传感器种类繁多，目前尚无 统一的规定，不同的分类方法有不同的优点和用途。这里仅介 绍最常见和基本的分类方法。 1.按敏感元件的结构材料分类，可将传感器分成诸如半 导体传感器、光纤传感器、陶瓷传感器等类型。这种分类方法 显然有助于我们从物理性质方面去了解传感器。 2. 按敏感元件的工作原理分类，可将传感器分成诸如光电 式传感器、热电式传感器、压电式传感器、霍尔效应传感器等 类型。这种分类方法指出了传感器的工作原理，说明了敏感元 件完成信号变换的物理效应。这种分类方法也是我们常见到的 方法。 3. 按敏感元件输入量的性质分类，可将传感器分为诸如温 度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器等类型。敏 感元件的输入量就是需要使用传感器去探测的量，显然这种分 类方法对传感器的使用者有利，从传感器的名称中就可知传感 器的用途，因此有利于传感器的商品化。

4.按敏感元件输出量的性质分类，可将传感器分为诸如 电荷传感器、电容传感器、频率传感器等类型。这种分类方法 对传感器电路设计者有利。因为同类性质的输出量大致可以配 用相同的传感器电路。当敏感元件输出量为电荷、电势等电路 参数时，无需激励源；当敏感元件输出量为电阻、电容、电感 等电路参数时，必须使用外激励电源才能将其变成电信号。 5. 按能量的传递方式分类，可以将传感器分为有源传感器 和无源传感器两类。有源传感器又称为无激励源传感器，它是 只有一个输入和一个输出(两个能量口)的传感器。这类传感 器的输出能量全部从输入的物理量获得，例如：热电偶温度传 感器。无源传感器又称为有激励源传感器，它有物理量的输入、 激励源的输入和电信号的输出(有三个能量口),实际上输出 的电信号为输入的物理量对激励信号的调制。同样，这种分类 方法对传感器电路设计者非常有利。

6.按输出信号形式分类，分为模拟信号与数字信号传感器。

能量关系

敏感元件输 出量的性质

变换原理 温差电势 电磁感应 光电效应 压电效应 电阻应变效应 热点效应 光电(光阻)效应 改变电容几何尺寸 改变介电常数 压磁效应 改变磁路位置、尺寸 改变谐振频率 霍尔效应

名

称

典型应用 温度、热流量 速度 光强 力、加速度 力、位移、应变 温度 光强 位移、压力 液位、含水量 力、压力 位移、压力 位移、厚度 温度、压力 磁通、电流

有源 (无激励源 )传感器

电势 电荷 电阻

热电偶 感应式元件 光电池 压电元件 应变

片 热敏电阻 光敏电阻 电容式压力计 电容式液压计 压磁计 电磁变换器 涡流元件 石英晶体 霍尔元件

无源 (有激励源 )传感器

电容

电感 频率 电势

§1.2 传感器的发展方向1. 发现新效应，开发新材料、新功能 传感器的工作原理是基于各种物理的、化学的、生物的效 应和现象；具有这种功能的材料谓之“功能材料”或“敏感材 料”。显而易见，新的效应和现象的发现，是新敏感材料开发 的重要途径；而新敏感材料的开发，是新型传感器问世的重要 基础。还需指出，探索已知材料的新功能与开发新功能材料， 对研制新型传感器来说同样重要。

2. 微型化、集成化、智能化 微米/纳米技术的问世，微机械加工技术的出现，使三维工 艺日趋完善，这为微型传感器的研制铺平了道路。微型传感器 的显著特征是体积微小、重量很轻(体积、重量仅为传统传感 器的几十分之一甚至几百分之一)。以微机械加工技术为基础， 以仿真程序为工具的微结构设计，来研制各种敏感机理的集成 化、阵列化、智能化硅微传感器。

所谓集成化，就是在同一芯片上，或将众多同类型的单 个传感器件集成为一维、二维或二维阵列型传感器；或将传 感器件与调理、补偿等处理电路集成一体化。 近年来，传感器的智能化和智能传感器的研究、开发在 世界众多国家蓬勃开展。智能传感器的定义也在逐步形成和 完善之中。目前较为一致的看法是：凡是具有一种或多种敏 感功能，不仅能实现信息的探测、处理、逻辑判断和双向通 讯，而且具有自检测、自校正、自补偿、自诊断等多功能的 器件或装置，可称为“智能传感器” ( Intelligence Sensor )。 智能式传感器有分离模块式和集成一体式之分。目前国 内外已较多出现一种组合一体化结构传感器。它把传统的传 感器与其配套的调理电路、微处理器、输出接口与显示电路 等模块组装在同一壳体内。如果通过集成技术进一步将上述 多片相关模块全部制作在一个芯片上形成单片集成，就可形 成更高级的智能传感器。

3. 网络化 传感器网络化技术是随着传感器、计算机和通信技术相结 合而发展起来的新技术，进入新世纪以来已崭露头 …… 此处隐藏：2064字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……