1.1 自動測控系統與傳感器

1.1.1 自動測控系統

自動檢測和自動控制技術是人們對事物的規律進行定性了解和定量分析預期效果所采取的一系列的技術措施。自動測控系統是完成這一系列技術措施的裝置之一，它是檢測控制器與研究對象的總和。自動測控系統通常可分為開環與閉環兩種，如圖1-1和圖1-2所示。

由圖1-1和圖1-2可以看出，一個完整的自動測控系統一般由傳感器、檢測電路、顯示記錄裝置或調節執行裝置以及電源4部分組成。

1.1.2 傳感器

傳感器的作用是將被測非電物理量轉換成與其有一定關系的電信號，它獲得的信息正確與否，直接關系到整個系統的精度。依據GB/T 7665—2005《傳感器通用術語》的規定，傳感器的定義是：能感受被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。其中敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分；轉換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸或測量的電信號部分。傳感器的組成框圖如圖1-3所示。

應該指出的是，并不是所有的傳感器必須包括敏感元件和轉換元件。如果敏感元件直接輸出的是電物理量，它就同時兼為轉換元件；如果轉換元件能直接感受被測量而輸出與之成一定關系的電物理量，此時傳感器就無敏感元件。例如，壓電晶體、熱電偶、熱敏電阻及光電器件等。將敏感元件與轉換元件兩者合二為一的傳感器是很多的。

圖1-3中接口電路的作用是把轉換元件輸出的電信號轉換為便于處理、顯示、記錄和控制的可用電信號。其電路的類型視轉換元件的不同而定，經常采用的有電橋電路和其他特殊電路，例如高阻抗輸入電路、脈沖電路、振蕩電路等。輔助電源供給轉換能量。有的傳感器需要外加電源才能工作，例如應變片組成的電橋、差動變壓器等；有的傳感器則不需要外加電源便能工作，例如壓電晶體等。

傳感器轉換能量的理論基礎是利用物理學、化學、生物學現象和效應來進行能量形式的轉換。圖1-4給出了傳感器各種能量之間的轉換關系。可見，被測量和它們之間能量的相互轉換是各種各樣的。傳感器技術就是掌握和完善這些轉換的方法和手段，它涉及傳感器能量轉換原理，材料選取與制造，器件設計、開發和應用等多項綜合技術。