传感器信号处理与接口1
时间：2025-07-13
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
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