理论教学-《传感器与检测技术》第1章 概述

1、第一章 概述l1传感器的定义: 按照一定规律感受被测量并按照一定规律转换成可用信号的器件或装置。现代信息技术的三大基础：现代信息技术的三大基础： 信息采集信息采集-传感器技术传感器技术 信息传输信息传输-通讯技术通讯技术 信息处理信息处理-计算机技术计算机技术l2传感器的用途:工业、农业、国防、家电、办公、环保等诸多领域。风力参数传感器地震检波器反射式光敏传感器磁、气、力敏传感器超声传感器传感器应用示例1压阻式液位传感器光敏传感器温度传感器传感器应用示例2传感器应用示例3传感器应用示例4传感器应用示例6第1节 传感器概述l1传感器的组成:敏感元件：将被测量转换成另一物理量。转换元件：将非电量转

2、换成电信号。转换电路：将电信号转换成便于测量、传输、处理的电信号。第1节 传感器概述(续1)l 2传感器分类1)按被测对象分: 系统内部状态/外部环境状态信息传感器2)按工作机理分: 被测量引起的物性/结构参数变化。3)按被测量分: 温度/湿度/力、位移/气体等传感器4)按工作原理分: 被测信号的形成原理，参见表1-15)按传感器能量源分: 传感器是否有源/无源6)按输出信号的性质分: 开关/模拟/数字。第1节 传感器概述(续2)l 3传感器的特性与主要性能指标1.传感器的静态特性输入量为常量或随时间缓慢变化时,输出与输入间的关系为静态特性。包括：线性度、灵敏度、重复性等。2.传感器的动态特性

3、输入量随时间变化时,输出与输入间的关系为动态特性。动态特性取决于传感器自身特性及输入信号.动态特性=接触环节+模拟环节+数字环节评价采用正弦周期信号和阶跃信号.第1节 传感器概述(续3)3.传感器的性能指标第1节 传感器概述(续4)4.对传感器的性能要求:1)精度高、成本低。2)高灵敏度。3)高可靠性。4)高稳定性、环境适用性好。5)抗干扰。6)动态特性好。7)结构简单、通用性强、功耗低、维护方便。第2节 传感器的地位和作用 1.是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一。 2.是科学技术研究的重要技术手段。 3.是国防科技的不可或缺的技术装备。 4.是工业生产中无处不在的技术存在。 5.是日常生

4、活中离不开的技术工具。第3节 传感器及检测系统的评价指标及选用原则主要评价指标：1测量范围及量程测量范围：在允许误差范围内，被测值的范围。量程：被测值的上限与下限之差。2灵敏度：输出变化量/对应的输入变化量之比。总灵敏度=各环节灵敏度之乘积。3线性度：将传感器的校准曲线与该曲线的拟合直线作比较，输出值的最大偏差与传感器的理论量程之间的比值(用百分比表示)。4重复性：同一条件下,对同一被测量连续多次测量所得结果的不一致程度。5稳定性：在同条件下，长时间内输入/输出特性保持不变的能力。6精确度：被测量的实际值与传感器的输出值之间的符合程度。第3节 传感器及检测系统的评价指标及选用原则(续1)7动态

5、特性：传感器对于随时间变化的动态量的响应特性。瞬态响应：时域法。超调量、响应时间、上升时间。用阶跃信号测试。稳态响应：频域法。频率特性(幅频/相频特性)。用正弦周期信号测试。8环境参数：传感器允许使用的工作温度及环境压力、振动冲击等环境干扰。传感器的选用原则：根据被测量的特性与测量环境、测量要求，选用适当精度、测量范围、动态特性的低成本传感器及检测系统。第4节 传感器的标定与校准1标定: 在明确输入/输出变换关系的前提下，利用某种标准器具产生已知的标准非电量输入，确定其输出电量与其输入量之间关系，这一过程为标定(或定度)。2标定系统构成: 1)被测非电量的标准发生器(砝码恒温源等)或标准测试系

6、统(如标准压力传感器标准温度计等)。2)待标定传感器。3)配接的信号调节器及显示、记录器(标准测试设备,精度已知)。第4节 传感器的标定与校准(续1)3传感器的静态标定:给传感器输入已知的不变的标准非电量,测量其输出,绘制标定曲线、标定方程和标定常数，计算其灵敏度、线性度、滞差、重复性等传感器的静态指标。标定设备要求：精度比被标设备至少高一个数量级，并符合国家或部门技术标准。量程范围适合，性能可靠，使用方便。第4节 传感器的标定与校准(续2)4传感器的动态标定: 检测传感器的动态性能指标。目的：确定其线性工作范围、频率响应函数、幅频特性、相频特性、阶跃响应曲线，以此确定传感器器的频率响应范围和幅值、相位误差，时间常数，阻尼比，固有频率等。目前传感器的标定已经可以由自动化系统进行。第5节 传感器与检测技术的发展方向微电子和计算机技术的发展与普及为其传感器与检测技术的发展创造了条件。1开发新型传感器：开发新型传感器：利用新材料、新工艺、新原理。2传感检测技术的智能化：传感检测技术的智能化：利用数字技术实现1)自动调零/校准2