1.1 传感器的组成
1.1.1 自动检测与控制系统
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掌握，以及定量分析预期效果控制所从事的一系列技术措施。
1. 自动检测系统
自动检测技术是研究自动检测系统中的信息提取、信息转换及信息处理的理论和技术，是自动化技术的四个支柱之一。从信息科学角度考察，检测技术的任务有：寻找与自然信息具有对应关系的种种表现形式的信号，以及确定二者间的定性/定量关系；从反映某一信息的多种信号表现中挑选出所在条件下最为合适的表现形式，以及寻求最佳的采集、变换、处理、显示等的方法并选择相应的设备。
传感器是检测系统的第一个环节。它是以一定的精度把被测量转换成与之有确定关系的、便于应用的某种量值的测量装置。自动检测系统一般由激励装置、被测对象、敏感元件、信号调理电路与输出装置组成，如图1-1所示。
图1-1 自动检测系统组成
检测系统各部分的特点：
①有时为了便于测量，需要给被测对象施加激励信号，这样可使被测对象处于预定状态，并将其有关方向的内在联系充分显示出来。
②被测对象的特性均以信号的形式给出，而被测信号一般都是随时间变化的动态量，即使在检测不随时间变化的静态量时，由于混有动态的干扰噪声，通常也按动态量进行检测。
③敏感元件是将感知的被测量按一定规律转化为某一种值输出，通常是电信号。如果不是电信号，就需要经变换电路将其转换成电信号。
④信号调理电路一般有两个作用：一是信号转换和放大；二是信号处理，即滤波、衰减运算、数字化处理等。
⑤输出装置种类很多，可根据需要进行配置。现代检测系统采用了计算机和网络技术将信号调理电路输出的信号直接送到信号分析设备中，进行在线处理。为了保证测量结果的准确性、稳定性，上述过程中的输出量与输入量之间应保持一一对应关系和尽量不失真。
2. 自动测控系统
自动测控系统是检测、控制器与研究对象的总和，通常可分为开环与闭环两种自动测控系统。
（1）开环自动测控系统
测量电路的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是测控系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称为开环自动测控系统，如图1-2所示。
图1-2 开环自动测控系统框图
（2）闭环自动测控系统
测控系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。
由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动测控系统称为闭环自动测控系统，又称反馈测控系统，如图1-3所示。一个完整的闭环自动测控系统，一般由传感器、测量电路、显示和记录装置、调节和执行装置以及电源这几部分组成。
①传感器。
传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能一次性确定的，因为检测系统的其他环节无法添加新的检测信息并且不易消除由传感器所引入的误差。
图1-3 闭环自动测控系统框图
②测量电路。
测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。
应当指出测量电路的种类和构成是由传感器的类型决定的，不同的传感器所要求配用的测量电路经常具有自己的特色。
③显示和记录装置。
显示和记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解检测数值的大小或变化的过程。目前，常用的有模拟显示、数字显示和图像显示三种。
模拟显示是利用指针对标尺的相对位置表示被测量数值的大小，如各种指针式电气测量仪表，其特点是读数方便、直观，结构简单、价格低廉，在检测系统中一直被大量应用。但这种显示方式的精度受标尺最小分度限制，而且读数时易引入主观误差。
数字显示则直接以十进制数字形式来显示读数，实际上是专用的数字电压表，它可以附加打印机，打印出所记录的测量数值，并且易于和计算机联机，使数据处理更加方便。这种方式有利于消除由读数的主观误差。
图像显示时，如果被测量处于动态变化之中，用显示仪表读数就十分困难，这时可以将输出信号送至记录仪，从而描绘出被测量随时间变化的曲线，作为检测结果，供分析使用。常用的自动记录仪器有笔式记录仪、光线示波器、磁带记录仪等。