1.1 自动测控系统与传感器

1.1.1 自动测控系统

自动检测和自动控制技术是人们对事物的规律进行定性了解和定量分析预期效果所采取的一系列的技术措施。自动测控系统是完成这一系列技术措施的装置之一，它是检测控制器与研究对象的总和。自动测控系统通常可分为开环与闭环两种，如图1-1和图1-2所示。

由图1-1和图1-2可以看出，一个完整的自动测控系统一般由传感器、检测电路、显示记录装置或调节执行装置以及电源4部分组成。

图1-1 开环自动测控系统框图

图1-2 闭环自动测控系统框图

1.1.2 传感器

传感器的作用是将被测非电物理量转换成与其有一定关系的电信号，它获得的信息正确与否，直接关系到整个系统的精度。依据GB/T 7665—2005《传感器通用术语》的规定，传感器的定义是：能感受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。其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。传感器的组成框图如图1-3所示。

图1-3 传感器的组成框图

应该指出的是，并不是所有的传感器必须包括敏感元件和转换元件。如果敏感元件直接输出的是电物理量，它就同时兼为转换元件；如果转换元件能直接感受被测量而输出与之成一定关系的电物理量，此时传感器就无敏感元件。例如，压电晶体、热电偶、热敏电阻及光电器件等。将敏感元件与转换元件两者合二为一的传感器是很多的。

图1-3中接口电路的作用是把转换元件输出的电信号转换为便于处理、显示、记录和控制的可用电信号。其电路的类型视转换元件的不同而定，经常采用的有电桥电路和其他特殊电路，例如高阻抗输入电路、脉冲电路、振荡电路等。辅助电源供给转换能量。有的传感器需要外加电源才能工作，例如应变片组成的电桥、差动变压器等；有的传感器则不需要外加电源便能工作，例如压电晶体等。

图1-4 传感器各种能量之间的转换关系

传感器转换能量的理论基础是利用物理学、化学、生物学现象和效应来进行能量形式的转换。图1-4给出了传感器各种能量之间的转换关系。可见，被测量和它们之间能量的相互转换是各种各样的。传感器技术就是掌握和完善这些转换的方法和手段，它涉及传感器能量转换原理，材料选取与制造，器件设计、开发和应用等多项综合技术。