传感器名词解释
传感器：（⼴义）传感器是⼀种能把特定的信息（物理、化学、⽣物）按⼀定规律转换成某种可⽤信号输出的器件和装置。（狭义）能把外界⾮电信息转换成电信号输出的
器件。（国家标准）能够感受规定的被测量并按照⼀定的规律转换成可⽤输出信
号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
静态特性重要指标：线性度、迟滞、重复性、精度、灵敏度、阈值、分辨⼒和漂移。
线性度：通常，测出的输出-输⼊校准曲线与某⼀选定拟合直线不吻合的程度,
重复性：重复性表⽰传感器在同⼀⼯作条件下，被测输⼊量按同⼀⽅向做全程连续多次重复测量时，所得输出值（所得校准曲线）的⼀致程度。
迟滞表明传感器在正（输⼊量增⼤）、反（输⼊量减⼩）⾏程期间，输出-输⼊曲线不重合的程度。
精度是反映系统误差和随机误差的综合误差指标。
灵敏度是传感器输出量增量与被测输⼊量增量之⽐,⽤k来表⽰。
阈值：当⼀个传感器的输⼊从零开始极缓慢地增加时，只有在达到了某⼀最⼩值后才测得出输出变化，这个最⼩值就称为传感器的阈值。
分辨⼒是指当⼀个传感器的输⼊从⾮零的任意值缓慢地增加时，只有在超过某⼀输⼊增量后输出才显⽰有变化，这个输⼊增量称为传感器的分辨⼒。
漂移量的⼤⼩是表征传感器稳定性的重要性能指标。
热释电效应：当⼀些晶体受热时，在晶体两端将会产⽣数量相等⽽符号相反的电荷，这种由于热变化⽽产⽣的电极化现象，称为热释电效应
灵敏系数（k）：灵敏系数k是应变⽚的重要参数。k值误差的⼤⼩也是衡量应变⽚质量的重要标志。
机械滞后（Z j）：对于已安装在试件表⾯的应变⽚，在温度恒定时，增加或减少机械应变过程中，在同⼀机械应变量的作⽤下指⽰应变的差数，称为应变⽚的机械滞后
零点漂移（P）：对于已安装的应变⽚，在温度恒定和试件不受应⼒作⽤的条件下，指⽰应变随时间的变化数值通常简称为零漂。
蠕变（θ）：对于已安装的应变⽚，在承受恒定的真实应变情况下，温度恒定时指⽰应变随时间的变化数值称为蠕变。
应变极限（εlim）：对于已安装的应变⽚，在温度恒定时，指⽰应变和真实应变的相对误差不超过规定数值时的真实应变值称为应变极限
霍尔效应：半导体薄⽚，若在它的两端通以控制电流I，在薄⽚的垂直⽅向上施加磁感应强度为B的磁场，则在薄⽚的另两侧⾯会产⽣与I和B的乘积成⽐例的电动势U H（霍尔电势或称霍尔电压）。这种现象就称为霍尔效应。
磁阻效应：将⼀载流导体置于外磁场中，除了产⽣霍尔效应外，其电阻也会随磁场⽽变化。这种现象称为磁电阻效应，简称磁阻效应。
形状效应：这种由于磁敏元件的⼏何尺⼨变化⽽引起的磁阻⼤⼩变化的现象，叫形状效应。压电效应：某些电介质物体在沿⼀定⽅向对其施加压⼒或拉⼒⽽使之形变时，内部会产⽣极化现象。同时，在表⾯上就会产⽣电荷，当外⼒去掉后，它们⼜重新回到不带电的状态，这种现象就称为压电效应。
顺压电效应：有时候，⼈们⼜把这种机械能转化为电能的现象称为顺压电效应。
逆压电效应：在电介质的极化⽅向上施加电场，它就会产⽣机械形变当去掉外加电场后，电介质的变形随之消失，这种将电能转换为机械能的现象称为逆压电效应。
⽯英是晶体中性能良好的⼀种压电材料。在结晶学中，将⽯英晶体的结构⽤三根互相垂直的轴来表⽰，
其中纵向轴Z称为光轴，经过六棱柱棱线并垂直于光轴的X轴称为电轴，与X轴和Z轴同时垂直的Y轴（垂直于棱⾯）称为机械轴。
这种沿X轴施加⼒,⽽在垂直于X轴的晶体表⾯上产⽣电荷的现象，称为“纵向压电效应”。
这种沿Y轴施加⼒,⽽在垂直于X轴的晶体表⾯上产⽣电荷的现象，称为“横向压电效应”。
沿光轴⽅向施加⼒,⽯英晶体不会产⽣压电效应。
极化处理，就是在⼀定温度下对压电陶瓷施加强电场（如20～30kV／cm直流电场），经过2～3h以后，压电陶瓷就具备压电性能了。
光电效应：是指通过光⼦物质中的电⼦相互作⽤，能直接得到电信号的⼀种效应。
热电效应：是指光被物质吸收，变成热量后，利⽤热电转换得到电信号的⼀种效应
波动相互作⽤效应：是指光作为⼀种电磁波，直接与物质相互作⽤，从⽽感应出电信号的⼀种效应。
绪论
1.传感器：（⼴义）传感器是⼀种能把特定的信息（物理、化学、⽣物）按⼀定规律转换
成某种可⽤信号输出的器件和装置。
（狭义）能把外界⾮电信息转换成电信号输出的器件。
（国家标准）能够感受规定的被测量并按照⼀定的规律转换成可⽤输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
第⼀章传感器的特性
1. 传感器由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成。敏感元件感受被测量;
转换元件将响应的被测量转换成电参量;
基本电路把电参量接⼊电路转换成电量;
核⼼部分是转换元件，决定传感器的⼯作理。
2.静态特性重要指标：线性度、迟滞、重复性、精度、灵敏度、阈值、分辨⼒和漂移。
线性度：通常，测出的输出-输⼊校准曲线与某⼀选定拟合直线不吻合的程度,。
重复性：重复性表⽰传感器在同⼀⼯作条件下，被测输⼊量按同⼀⽅向做全程连续多次重复测量时，所得输出值（所得校准曲线）的⼀致程度。
迟滞表明传感器在正（输⼊量增⼤）、反（输⼊量减⼩）⾏程期间，输出-输⼊曲线不重合的程度。
精度是反映系统误差和随机误差的综合误差指标。
灵敏度是传感器输出量增量与被测输⼊量增量之⽐,⽤k来表⽰。
阈值：当⼀个传感器的输⼊从零开始极缓慢地增加时，只有在达到了某⼀最⼩值后才测得出输出变化，这个最⼩值就称为传感器的阈值。
分辨⼒是指当⼀个传感器的输⼊从⾮零的任意值缓慢地增加时，只有在超过某⼀输⼊增量后输出才显⽰有变化，这个输⼊增量称为传感器的分辨⼒。
漂移量的⼤⼩是表征传感器稳定性的重要性能指标。
3.在研究动态特性时，通常根据正弦变化和阶跃变化两种标准输⼊来考察传感器的响应特性。
4.通常⽤下述四个指标来表⽰传感器的动态性能：①时间常数T②上升时间t r③响应时间t5、t2④超调量σ
频域常有如下指标：①通频带ωb ②⼯作频带ωg1或ωg2 ③相位误差
第⼆章热电传感器
1.两种不同的导体两端相互紧密地连接在⼀起，组成⼀个闭合回路，当两接点温度不等（T ＞T0）时，回路中就会产⽣电动势，从⽽形成热电流。这⼀现象称为热电效应。回路中产⽣的电动势称为热电势。
2.热电偶回路中，所产⽣的热电势由两部分组成：接触电势和温差电势。
3.热电偶冷端温度误差及其补偿：0 ℃恒温法，冷端恒温法，冷端补偿器法，补偿导线法，
采⽤不需要冷端补偿的热电偶，补正系数修正法
4. 通常采⽤的⾦属感温（或称测温）电阻有铂、铜和镍。由于铂具有很好的稳定性和测量
精度，故⼈们主要把它⽤于⾼精度的温度测量和标准测温装置。
5.测量电阻的引线通常采⽤三线式或四线式接法。
6.半导体热敏电阻按半导体电阻随温度变化的典型特性分为三种类型，即负电阻温度系数热
敏电阻（NTC ）、正电阻温度系数热敏电阻（PTC ）和在某⼀特性温度下电阻值会发⽣突变
的临界温度电阻（CTR ）。
在温度测量中，则主要采⽤NTC，其温度特性：其中
7.使⽤热敏电阻时，也要注意到⾃热效应问题，但是，必须特别注意的有如下两点。1）热敏电
阻温度特性的⾮线性
常⽤的线性化⽅法如下（1）线性化⽹络（2）利⽤电⼦装置中其它部件的特性进⾏综合修正
（3）计算修正法。
2）热敏电阻器特性的稳定性和⽼化问题
8.砷化镓温敏⼆极管磁灵敏度低，因此常常⽤于强磁场下的低温测量。硅温敏⼆极管的磁灵
敏度虽⽐砷化镓温敏⼆极管⾼，但由于它的⼯艺成熟，成本低，且在低温下有较⾼的灵敏度，因此，是⽬前产量和⽤量最⼤的⼀种温敏⼆极管。
9.温敏⼆极管的基本特性：1） U F-T 关系2）灵敏度特性3）⾃热特性
10.⼀种简易温度调节器,⽤于液氮⽓流式恒温器中77～300 K 范围的温度调节控制。 VT 是
实例名词解释温度检测元件，采有锗温敏⼆极管。调节Rw1，可使流过VT 的电流保持在50µA 左右。⽐较
器采⽤集成运算放⼤器µA741，其输⼊电压为U r 和U x 。U r 为参考电压，由R w2调整给定。
所要设定的温度也由U r 给定。U x 随温敏⼆极管的温度变化⽽变化,⽽⽐较器的输出按差分
电压的变化⽽变化，并驱动由晶体管构成的电流控制器，控制加热器加热。该温度调节器在30
min 内，控温精度约±0.1 ℃。
11.集成电路温度传感器的典型⼯作温度范围是-50~150℃
12.对管差分电路原理图
13电压输出型：1. 四端电压输出型2. 三端电压输出型
1）性能特点 LM135／LM235／LM335系列是⼀种精密的、易于定标的三端
)]11(exp[0
0T T B R R t -=200)]}1()11({exp[11T B T
B T T B R R dT dR R a t t t -=-?-?=?=I c1
)ln()/(210c c be J J q T k U =?
电压输出型集成电路温度传感器。如果在25 ℃下定标，在100 ℃宽的温度范围内误差⼩于
1 ℃，具有良好的输出线性。
2）典型应⽤（1）基本温度检测（2）可定标的传感器（3）空⽓流速检测
14. 电流输出型
典型代表是AD590, 有如下特点：①线性电流输出： 1 µA ／K ②⼯作温度范围： -55～
155 ℃③两端器件：电压输⼊，电流输出④激光微调使定标精度达±0.5 ℃(AD590M) ⑤
整个⼯作温度范围内⾮线性误差⼩于±0.5℃（AD590M ）⑥⼯作电压范围：4～30 V ⑦器
件本⾝与外壳绝缘。
15. 热释电效应：当⼀些晶体受热时，在晶体两端将会产⽣数量相等⽽符号相反的电荷，这种
由于热变化⽽产⽣的电极化现象，称为热释电效应
16.能产⽣热释电效应的晶体称为热释电体,⼜称为热电元件。热电元件常⽤的材料有单晶（如
铌酸锂、钽酸锂（LiTaO3）等）、热释电陶瓷（如钛酸钡（BaTiO3））及热释电塑料（如聚
偏⼆氟⼄烯（PVDF ）等）
17.HN911模块的内部电路结构。平时,1端输出低电平,2端输出⾼电平。当有移动发热体进
⼊监视范围时，热释电红外传感器接收到红外能量，并输出检测信号。该信号经放⼤器放⼤,
由⽐较器进⾏⽐较判断，再由信号处理电路处理后输出控制信号。此时，输出端1变为⾼电平,
输出端2变为低电平。在模块的外部，可接增益调节电位器，以调节放⼤器的增益。放⼤器具
有温度补偿功能，其主要作⽤是当环境温度增⾼或背景红外辐射能量增加时，可使放⼤器的增
益随着它们的增⾼⽽⾃动提升，从⽽保证整个电路⼯作的稳定性。
18.
HN911模块的典型应⽤电路如图2.39所⽰。⽆被测物体时, HN911的1端输出低电平,V2截⽌，报警指⽰灯H 不亮,2端输出⾼电平使继电器K ⼯作；当检测到⼈体移动信号时,
V2导通，指⽰灯H 亮，同时V1截⽌，继电器K 停⽌⼯作。可利⽤继电器触点的通断进⾏需要
的控制。
19.现给出⼀个HN911在⾃动门控制系统中应⽤的实例。⾃动门控制原理电路如图。该电路
采⽤热释电红外探测传感器模块HN911探测⼈体的移动。V 1⽤作延时控制，通过调节电位器
R w，能改变延时控制的时间。光耦合器件MOC3020将交、直流即强、弱电隔离。当⽆⼈来
＋12 V
到⾃动门前时, HN911输出端为低电平,V 1⽆控制信号输出，双向晶闸管V2关断，开启门的负
载电机不⼯作，门处于关闭状态；当有⼈来到⾃动门前时,HN911模块检知到⼈体红外能量,
输出端1为⾼电平输出，双向晶闸管导通，负载电机⼯作，门被⾃动打开。当⾃动门运⾏到位时,
由限位开关S 切断电源。由于HN911模块输出端2所输出的电平正好与输出端1输出的电
平相反，故可⽤输出端2的输出控制电机使⾃动门关闭
第三章应变传感器
1.电阻应变⽚的分类：1）按应变⽚敏感栅的材料分类，可将应变⽚分成⾦属应变⽚和半导体
应变⽚两⼤类。其中,⾦属应变⽚⼜分为体型（箔式、丝式）和薄膜型；半导体应变⽚⼜分
为体型、薄膜型、扩散型、PN 结型及其它型（2）按应变⽚的⼯作温度分类可分为常温应变
⽚（-30～60 ℃）、中温应变⽚（60～300 ℃）、⾼温应变⽚（300 ℃以上）和低温应变⽚（低
于-30 ℃）等（3）按应变⽚的⽤途分类可分为⼀般⽤途应变⽚和特殊⽤途应变⽚（⽔下、疲劳寿命、抗磁感应、裂缝扩展等)。
2.常⽤应变⽚：1）丝式应变⽚2）箔式应变⽚3）半导体应变⽚4）⾦属薄膜应变⽚5）⾼
温及低温应变⽚
3. 1）应变⽚电阻值（R ）：应变⽚在没有粘贴及未参与变形前，在室温下测定的电阻值称为初始电阻值（单位为Ω）。应变⽚阻值有⼀定的系列，如60 Ω、120 Ω、250 Ω、3500 Ω和10000 Ω，其中以120Ω最为常⽤。应变⽚电阻值的⼤⼩应与测量电路相配合。
2) 灵敏系数（k ）：灵敏系数k 是应变⽚的重要参数。k 值误差的⼤⼩也是衡量应变⽚质量的重要标志。电阻应变⽚的k 值及其误差⼀般以平均灵敏系数值k 及相对均⽅根差σ表⽰：k = k +σ
3) 机械滞后（Z j ）：对于已安装在试件表⾯的应变⽚，在温度恒定时，增加或减少机械应变过程中，在同⼀机械应变量的作⽤下指⽰应变的差数，称为应变⽚的机械滞后
4）零点漂移（P ）：对于已安装的应变⽚，在温度恒定和试件不受应⼒作⽤的条件下，指⽰应变随时间的变化数值通常简称为零漂。应变⽚的零漂主要是由于绝缘电阻过低以及通过电流产⽣的热电势等所造成。
6）蠕变（θ）：对于已安装的应变⽚，在承受恒定的真实应变情况下，温度恒定时指⽰应变随时间的变化数值称为蠕变。⼀般在室温下，加⼀恒定的机械应变，在⼀⼩时后的指⽰应变差值即为蠕变值。
零漂和蠕变都是衡量应变⽚时间稳定性的指标。
7）应变极限（εlim ）：应变⽚所能测量的应变范围是有⼀定限度的，能够测量的最⼤应变
值称为应变极限。其定义为：对于已安装的应变⽚，在温度恒定时，指⽰应变和真实应变的相对误差不超过规定数值时的真实应变值称为应变极限
4.
薄膜有两种分类⽅法： 1）按薄膜厚度分类：（1）⾮连续⾦属膜（2）半连续膜（3）连
续膜
2）按薄膜结构形式分类：（1）多晶体薄膜（2）单晶体薄膜（3）
⽆定形薄膜
R
5. 薄膜应变传感器的特点：薄膜应变⽚及传感器与扩散硅等传感器相⽐，其制造⼯艺环节
要少得多。它的主要制造⼯艺环节是成膜⼯艺（如溅射、蒸发等）。由于⼯艺环节较少,⼯艺周期较短，成品率也就较⾼。这是它⽬前获得⼴泛使⽤的主要原因之⼀。薄膜应变⽚可以同弹性体键合在⼀起，构成整体式薄膜传感器；也可以制成单⼀的薄膜应变⽚，再粘贴在弹性体上构成传感器。前者使⽤最多，它可避免后者因粘⽚⼯艺所带来的误差因素（如蠕变、滞后等）。薄膜应变传感器适⽤于航天、航空⼯业，以及对稳定性要求较⾼的测控系统中。薄膜应变⽚的阻值可做得很⾼，通常均可做到⼏千到⼏万欧姆，因⽽其可在低功耗的状态下⼯作。薄

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