传感元件：又称变换器。能将敏感元件感 受到的非电量直接转换成电量的器件。
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应变片电阻改变
膜片形变（应变）
压力作用
压力传感器示例
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6.1.3 传感器的分类
1．按工作机理分类：根据物理和化学 等学科的原理、规律和效应进行分类
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对于较为复杂的系统，可以将其看作是一些较 为简单系统的串联与并联。
若传感器由r个环节串联而成
x
H1 s
H 2 s
y
H n s
则：Hs H1s H2s Hr s （1 5）
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若传感器由p个环节并联而成
x
H1 s
y
H 2 s
H n s
则：Hs H1s H2s H ps （1 6）
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电容法测位移
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电霍尔法计数
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霍尔法测转速
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半导体法测压力
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6.1.4 传感器的数学模型
从系统角度看，一种传感器就是一种系统。 而一个系统总可以用一个数学方程式或函数 来描述。即用某种方程式或函数表征传感器 的输出和输入的关系和特性，从而，用这种 关系指导对传感器的设计、制造、校正和使 用。 通常从传感器的静态输入-输出关系和动 态输入-输出关系两方面建立数学模型。
2．按被测量分类：根据输入物理量的 性质进行分类。
3．按敏感材料分类：根据制造传感器 所使用的材料进行分类。可分为半 导体传感器、陶瓷传感器等。
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6.1.3 传感器的分类
4. 按能量的关系分类：根据能量观点分类， 可将传感器分为有源传感器和无源传感器两 大类。 有源传感器是将非电能量转换为电能量， 称之为能量转换型传感器，也称换能器。 通常配合有电压测量电路和放大器。
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4.传递函数
如果y(t)在t≤0时， y(t) =0，则y(t) 的拉氏变换 可定义为
Y s yt estdt 0
（1 3）
式中s=σ+jω，σ>0。
对微分方程两边取拉氏变换，则得
Y s ansn an1sn1 a0 X s bmsm bm1sm1 b0
第六章 机器人传感器
2020/6/20
6.1 传感器概述
❖6.1.1 传感器的定义 ❖6.1.2 传感器的组成 ❖6.1.3 传感器的分类 ❖6.1.4 传感器的数学模型 ❖6.1.5 传感器的基本特征 ❖6.1.6 传感器的发展方向
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6.1.1 传感器的定义
将被测非电量信号转换为与之有确定对 应关系电量输出的器件或装置叫做传感 器，也叫变换器、换能器或探测器。
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基本量 线位移
位移 角位移 线速度
速度 角速度 加 线加速 速度
角加速
力 压力 时间 频率
温度 光
派生量 长度、厚度、振动、磨损等
旋转角、偏转角、角振动等 速度、振动、流量、动量等
转速、角振动等 振动、冲击、质量等
角振动、扭矩、转动惯量等
重量、应力、力矩等 周期、记数、统计分布等 热容量、气体速度、涡流等 光通量与密度、光谱分布等
y(t)=0。对于传感器被激励之前所有的储能元
件如质量块、弹性元件、电气元件等均符合
上述的初始条件。
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显然H(s)与输入量x(t)无关，只与系统结构参 数有关。因而H(s)可以简单而恰当地描述传 感器输出与输入的关系。
对于多环节串、并联组成的传感器，若各环 节阻抗匹配适当，可忽略相互间的影响，传 感器的等效传递函数可按代数方式求得。
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其通式如下：
n
dy
d n1 y
dy
an dt n an1 dt n1 a1 dt a0 y
bm
dmx dt m
bm 1
d m1 x dt m1
b1
dx dt
b0 x
（1 2）
an,an-1…a0和bm,bm-1…b0 为传感器的结构 参数。除b0 0外，一般取b1,b2…bm为零.
2.动态模型
动态模型是指传感器在准动态信号或动态 信号作用下，描述其输出和输入信号的一种 数学关系。
动态模型通常采用微分方程和传递函数描 述。
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3 .微分方程 大多数传感器都属模拟系统之列。描述模拟 系统的一般方法是采用微分方程。
在实际的模型建立过程中，一般采用线性 常系数微分方程来描述输出量 y和输入量 x 的关系。
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定义输出y(t)的拉氏变换Y(S)和输入x(t)的拉
氏变换X(S)的比为该系统的传递函数H(S)， 则
Hs
Y s X s
bm sm ansn
bm1sm1 b0 an1sn1 a0
（1 4）
对 y(t) 进 行 拉 氏 变 换 的 初 始 条 件 是 t≤0 时 ，
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6.1.2 传感器的组成
被测
有用
有用
敏感 非电量 元件
非电量
传感 元件
电量
信号调节 转换电路
电量
辅助电路
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6.1.2 传感器的组成
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6.1.2 传感器的组成
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敏感元件：直接感受被测非电量并按一定 规律转换成与被测量有确定关系的其它量 的元件。
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1.静态模型 静态模型是指在输入信号不随时间变化的 情况下，描述传感器的输出与输入量的一种函 数关系。
如果不考虑蠕动效应和迟滞特性，传感 器的静态模型一般可用多项式来表示：
y a0 a1 x a2 x2 an xn （1 1）
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如:压电式、热电式、电磁式等。
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6.1.3 传感器的分类
无源传感器又称为能量控制型传感器。被测 非电量仅对传感器中的能量起控制或调节作用。 所以必须具有辅助能源(电能)。
如:电阻式、电容式和电感式等。
5. 其他：按用途、学科、功能和输出信号 的性质等进行分类。
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