用什么传感器能检测不同的金属，该传感器输出的是模拟量！
激光传感器就可以。
金属是一种具有光泽（即对可见光强烈反射）、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属的上述特质都跟金属晶体内含有自由电子有关。在自然界高漏中，绝大多数金属以化合态存在，少数金属例如金、铂、银、铋以游离态世念备存在。金属矿物多数是氧化物及硫化物。其他存在形式有氯化物、硫酸盐、碳酸搜毁盐及硅酸盐。金属之间的连结是金属键，因此随意更换位置都可再重新建立连结，这也是金属延展性良好的原因。金属元素在化合物中通常只显正价。相对原子质量较大的被称为重金属。
数字传感器与模拟
第一节 模拟信号与数字信号
一、模拟信号
模拟信号是一种不仅再时间上连续、数值上也连续的物理量，具有无穷多的数值，其数学表达是必较复杂，比如正弦函数、指数函数等。
从自然界感知的大部分物理量都是模拟性质的，如速度、压力、温度、声音、重量以及位置等都是最常见的物理量。
图1.1.1 是几种常见的模拟信号波形
正弦波：例如我们最经常接触到的声波。可能你有机会用一台示波器察看一个真实的声音波形，你将发现所看到的波形我身怀战为汽可不像这里所示范的这样清晰的正弦波，而是看起来非常杂乱的一种波形，确实如此，这只是因为真实的声音波形中包含了多种频率的正弦波。另一个例子由发条驱动的钟摆，将钟摆的坏操建运动轨迹延时间轴展开，得到的连续波形正好就是一素呼艺片垂美背精额承个正弦波形。
调幅波：自从在案谈杀比雨刘发明收音机以来，普通百姓就开始与调幅波打交道了，这种波形是以一种频率很高的正弦波作为载波，在此基础上叠加一个频率较低的信号波就形成了入图所示得波形。
阻尼振荡波：凡是自然德严天卫岩维态界中可以看到的振荡运动，都可以观察到这种波形，比如弹簧的自由振动、钟摆的自由运动（不同于由发条驱动得钟摆运动）等，如果说这些还有人工的痕迹，那么水波的涟漪则是在自然不过的了。
指数衰减波：许多发光物质都具有这种波形，也就是荧光寿命。我们平时使用的日光灯就是一个例子，当我们将一个点亮的日光灯的电源切断时，可以观察到日光灯不是一下子就熄灭，而是有一个短暂的熄灭过程，也就是通常所说的日光灯的余辉。
在控著诗电子技术中通常采用一热解些传感器将这些信号转换为电流、电压或电阻等电学量。这些同样是模拟量，因为如果采用一台示波器来测量这些电学量的波形的话，将观察到与图1.1.2图示波形一样的波形。
实际使用中电流和电压常用图形来表示。
下面我们看到的就是一个幅值为0～5V、周期为100ms的电压波形：
图1.1.2 周期性电压波形
图中电压的幅值按照正弦波形周期性地变化，图中显示了两个完整的波形，起始相位为零，如果想确定其中值的个数是不可能的，旧爱资钟培座其值的个数有无穷多个巴换套节倒院八爱功事。
正如我们在模拟电路中所学习的，周期性模拟信号的基本参数之一是频率，也可以用周期表示。通常频率用f表示，单位备秋发才选刑为赫兹（Hz）；周期用T表示，单位为秒（s）。二者之间的关系是互为倒数，即有 。图1.1.2中已知电压波形的周期T＝100ms，则频率为10Hz，该电压的幅值介于0～5V之间，值的个数为无穷大。
典型的模拟信号包括工频信号、射频信号、视频信号等。我国和欧洲的工频信号的频率为50H破准z ，美国为60Hz 。调幅波的射频信号在 530Hz～1600kHz之间。调衣坚跳频波的射频信号在880MHz～108MHz之间。甚高频（VHF）和超高频（UHF）视频信号在6GHz以上。
二、数字信号
电子系统中一般含有模拟和数字两种构件，通常使用的收盾记害南音机等，其中的电路结构主要是模拟电路，比如功率放大器，不过现在有许多音响东左宜额小蒸古杨行歌牛系统中不仅包含模拟电路，而且已经有了数字模块，比如CD机，其中主要的部件就是数字模块；而像电脑这样误镇沙景想一类的电子系统，则主要就是建立在数字技术上的，但即使是升然朝团为争己所谓的纯数字系统，仍然离劳氢时操小温殖述部不开模拟电路，因为数字电路实事上可以说是模拟电路的一种特例，比如说在模拟电路中我们采用晶体管的线性工作区间，而数字电路则采用晶体管的非线性工作区间，因此说模拟电验光斤紧巴置诉其理丝注路是电子系统中必须的组成部分。
人们发现在对信号的存储、分析和传输中，数字电路更具优越性。为了能够处理存储连续变化的模拟信号，数字电路采用二进制数首先对其进行量化处理后，再使用复杂的数字系统来实现信号的存储、分析和量化。
1.二值数字逻辑和逻辑电平
二进制数正好是利用二值数字逻辑中的0和1来表示的。二值数字逻辑是Binary Digital Logic的译称。
与模拟信号相反，数字数字信号在时间上和数值上均是离散的，而离散信号的值只有真或假，是与不是，因此可以使用二进制数中的0和1来表示。需要注意的是这里的0和1并非通常意义上的0和1，也就是说并不像在十进制中0和1有大小之分，这里的0和1指的是逻辑0和逻辑1。
因此我们可以将其称之为二值数字逻辑或简称为数字逻辑。
二值数字的产生，是基于客观世界中存在许多可以用彼此相关又互相对立的两种状态来描述的事物，比如人的性别，不是男的就是女的，开关的开与关等，就是这样一种关系。很显然，这些都具有明显的二值特性，因此完全可以用电子器件的开关特性来表示。比如，利用晶体管的非线性特性制作成的开关二极管，工作时仅有两种状态，不是导通就是关断，也是一个二值特性，因此可以用其来表示人的性别等。
当开关器件起作用时，电路中只可能出现两种电压值，当开关器件导通时，开关后的电路中将有电流流过（比如串联于三极管发射极的负载），因而将可得到一个较高的电压值，而当开关器件关断时，开关后的电路中将没有电流流过，因而将只能得到一个较低的电压值，从而在电路中将形成离散的电压信号，也叫数字电压，通常称之为逻辑电平。
应该注意的是逻辑电平不是一个具体的物理量，而是物理量的相对表示。比如，当使用示波器测量一个音响设备的输出时，你可观察到一个输出电压幅值连续变化的波形，但是将该输出信号量化成二值信号后，你观察到的只是一系列电压值不是5V就是0V的离散电压值，很显然我们不能因此就说该音响设备的输出就是5V。
电压/V 二值逻辑 逻辑电平
正逻辑 负逻辑
＋5 1 0 H（高电平）
0 0 1 L（低电平）
表1.1.1 逻辑电平与电压值的关系
从表中可以看到，+5V的电压值可以用二值逻辑中的1或0来表示，就看你使用的是正逻辑还是负逻辑。在逻辑电平中则使用高电平来表示。事实上高电平并非就只等于+5V，可以是3V，还可以是其它任何值。图1.1.3表示用逻辑电平描述的数字波形，其中图1.1.3a的逻辑0表示0V，逻辑1表示5V；图1.1.3b的逻辑0表示5V，逻辑1表示0V；图1.1.3c 则是一个16位长数据的图形表示。
2.数字波形
数字波形是逻辑电平对时间的图形表示。通常，我们将只有两个离散值的波形称之为脉冲波形，在这一点上脉冲波形与数字波形是一致的，只不过数字波形用逻辑电平表示，而脉冲波形用电压值表示而已。
与模拟波形的定义相同，数字波形也有周期性和非周期性之分。图1.1.4表示了这两类数字波形：
周期性数字波形同样用周期T或频率f来描述；而脉冲波形的频率常称为脉冲重复率PRR--Pulse Repetition Rate。
脉冲波形的参数：
脉冲宽度：tw表示，表示脉冲作用的时间；
占空比：q，表示脉冲宽度tw占整个周期T的百分数，常用下式来表示：
占空比是一个重要参数，其定义同样适用于数字波形。图1.1.5表示两种数字波形及其周期、频率、脉冲宽度和占空比：
例题1.1.1设周期性数字波形的高电平持续6ms，低电平持续10ms，求占空比q？
解：根据给定的高电平持续时间有tw= 6ms，而高电平与低电平持续时间之和即为周期T
所以有 T＝6ms＋10ms＝16ms
到目前为止，我们所讨论的数字波形都是理想波形，然而实际的数字系统中，数字波形的升降都要经历一段时间，也就是说波形存在上升时间tr和下降时间tf 。
上升时间tr的定义是：从脉冲幅值的10%到90%所经历的时间；下降时间tf的定义刚好相反：从脉冲幅值的90%到10%所经历的时间。tr和tf的典型值约为几个纳秒（ns），视不同类型的器件和电路而异。
脉冲宽度的定义是脉冲幅值为50%时前后两个时间点所跨越的时间。非理想脉冲如图1.1.6所示：
例题1.1.2 试绘出一脉冲波形，设它的占空比为50%，脉冲宽度 tw＝100ns，上升时间tr＝10ns，下降时间tf＝20ns。
解：根据题意，可绘出脉冲波形如下：
图1.1.7 例1.1.2的波形图
一般情况下波形的上升或下降时间均要比高电平或低电平的持续时间要小很多，画波形的目的主要是为了了解高、低电平所经历的时间。因此在理想波形中就只有高、低电平，而忽略了上升和下降时间。本课程中所用的数字波形将采用理想波形。
当然，实际中碰到的波形，不管从示波器上来看，其上升沿和下降沿是多么的直，tr和tf都不可能为零，只是在数字电路中，只需关注逻辑电平的高低，因此在画波形时只需画出高低电平所经历的时间即可，无需画出上升沿和下降沿。
(a)
(b)
图1.1.8 用逻辑1和0表示的二值位行图
(a) 对称方波 (b) 二值数据
上图为一个二值位形图，其中1或1占用的最小时间称为位时间，也就是1位数据所占用的时间。我们将每秒钟所传输的位数称为数据率或比特率。
例题1.1.3 某通信系统每秒中传输1.544兆位数据，求每位数据的时间。
解：根据题意，只需将1.544M倒数，即可求得每位数据的时间为：
举例来说，象图1.1.8b中看到的22位的二值位形图，如果每一位数据所占用的时间是648ns，则22位共占用14256ns，也就是14.256微秒，而其数据率就是1.544兆。
在设计数字集成电路时，有时为了分析各种信号之间的逻辑关系，需要将多个数字波形按时间排列在一起，用来表明相互间的时间关系，我们将这样一种关系图称为时序图（Timing diagram）。
时序图中的每一个波形都被称为时间信号。时序图被广泛运用在设计数字集成电路中，在设计存储器、微处理机等数字应用电路时均须附有时序图，以便数字系统的分析、应用和设计。
图1.1.9就是一个时序图的例子：
图1.1.9 数字时序图
图中CP为时钟脉冲信号，用作系统中的时间参考信号，一般由石英晶体振荡器来产生，如图所示波形为对称方波。关于图中各个波形的具体作用，将在以后的课程加以介绍
3.模拟量的数字表示
为便于存储、分析和传输，常常需要将模拟信号转换为数字信号。
在数字电路中用数字0、1的编码来表示一个模拟量，这里的编码所指的是数字0、1的字符串，图1.1.3和图1.1.8所示的数字波形即是这种编码的图形。这样一种编码实际上就是二进制编码。
下面通过图1.1.10的图示来了解用数字表示模拟信号的过程：
取其中A、B、C3个取样点。以B点为例，该点的模拟电压为3V，将其送入一个模数转换器后可得到以数字0、1表示的数字电压，如图1.1.10b所示。同样地也可以得到A、C点的数字编码。
当信号的取样点数足够多时，原信号就可以被较真实地复制下来。
当然，必要的话还可以通过数模转换器将已经数字化的信号还原成模拟信号。
汽车传感器的种类与作用！越详细越好！
传感器的定义 英文名称：transducer / sensor 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 “传感器”在新韦式大词典中定义为: －“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。 根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器－Transducer”来称谓“传感器－Sensor”。[编辑本段]传感器的作用 人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。 在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到 cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。 传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。 由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。[编辑本段]敏感元件的分类 ①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类，基于化学反应的原理。③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分46类）。[编辑本段]传感器的分类 可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。 根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类 ： 传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。 化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。 常见传感器的应用领域和工作原理列于下表。 1.按照其用途，传感器可分类为： 压力敏和力敏传感器 位置传感器 液面传感器 能耗传感器 速度传感器 加速度传感器 射线辐射传感器 热敏传感器 24GHz雷达传感器 2.按照其原理，传感器可分类为： 振动传感器 湿敏传感器 磁敏传感器 气敏传感器 真空度传感器 生物传感器等。 以其输出信号为标准可将传感器分为： 模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。 数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。 膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。 开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。 在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类： (1)按照其所用材料的类别分 金属 聚合物 陶瓷 混合物 (2)按材料的物理性质分 导体 绝缘体 半导体 磁性材料 (3)按材料的晶体结构分 单晶 多晶 非晶材料 与采用新材料紧密相关的传感器开发工作，可以归纳为下述三个方向： (1)在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。 (2)探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。 (3)在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反应，并在传感器技术中加以具体实施。 现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。表1.2中给出了一些可用于传感器技术的、能够转换能量形式的材料。 按照其制造工艺，可以将传感器区分为： 集成传感器薄膜传感器厚膜传感器陶瓷传感器 集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。 薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。 厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。 陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。 完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。 每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。[编辑本段]传感器静态特性 传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。 （1）线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。 （2）灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。用S表示灵敏度。 （3）迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象成为迟滞。对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。 （4）重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。 （5）漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，次现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。[编辑本段]传感器动态特性 所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。[编辑本段]传感器的线性度 通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。 拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。[编辑本段]传感器的灵敏度 灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。 它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。 灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。 当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。 提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。[编辑本段]传感器的分辨力 分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。 通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。分辨率与传感器的稳定性有负相相关性。
