学习传感器与检测技术概述

1、会计学1学习传感器与检测技术概述学习传感器与检测技术概述3、学会工程中常见的非电量测量方法，了解传感器在工、学会工程中常见的非电量测量方法，了解传感器在工程检测中的应用方法；程检测中的应用方法；4、学会分析和设计传感器的应用电路。、学会分析和设计传感器的应用电路。四、课程特点四、课程特点综合性：综合性：传感器技术是材料学、力学、电学、磁学、微传感器技术是材料学、力学、电学、磁学、微电子学、光学、声学、化学、生物学、精密机械、仿生电子学、光学、声学、化学、生物学、精密机械、仿生学、测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技学、测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、乃至系统科学、人工智

2、能、自动化技术等众多学科术、乃至系统科学、人工智能、自动化技术等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术；相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术；零散性：零散性：各章内容之间没有前后因果关系；各章内容之间没有前后因果关系；应用性：应用性：重点掌握各种传感器的应用方法。重点掌握各种传感器的应用方法。第第1章章 传感器与检测技术概述传感器与检测技术概述1.1 传感器的概念、组成和分类传感器的概念、组成和分类1.2 传感器的基本特性传感器的基本特性返回主目录 一、传感器的概念、组成与应用一、传感器的概念、组成与应用1、 现代信息技术的三大要素：现代信息技术的三大要素：信息获取信息获取传感器技术

3、传感器技术 信息传输信息传输通信技术通信技术 信息处理信息处理计算机技术计算机技术 在工程实践和科学试验中，信息采集的主要含义是在工程实践和科学试验中，信息采集的主要含义是测测量量取得测量数据。取得测量数据。2、测量的概念、测量的概念 测量是人类对自然界客观事物获得数量观念的一种认识过测量是人类对自然界客观事物获得数量观念的一种认识过程，即程，即借助于专门设备，求出被测量的数值大小借助于专门设备，求出被测量的数值大小。3、测量的分类、测量的分类 电子测量电子测量电子测量仪器；电子测量仪器； 非电量测量非电量测量传感器；传感器；4、自动测量系统的组成、自动测量系统的组成 图11 自动测量系统组成

4、5、自动测量技术的作用、自动测量技术的作用 以电子技术、传感器技术、计算机技术为基础的自动测以电子技术、传感器技术、计算机技术为基础的自动测量技术，是衡量一个国家科技水平的重要标志之一。量技术，是衡量一个国家科技水平的重要标志之一。 而传感器是测量系统的第一个环节，它能否获得信息和而传感器是测量系统的第一个环节，它能否获得信息和获取信息的正确与否，关系到整个测量系统的精确度，获取信息的正确与否，关系到整个测量系统的精确度，传感传感器的性能在很大程度上决定着整个信息技术的性能器的性能在很大程度上决定着整个信息技术的性能，因此世，因此世界各国都将传感器技术列为重点发展的新技术。界各国都将传感器技术

5、列为重点发展的新技术。6、传感器的定义（、传感器的定义（GB7665-87) 能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输可用输出信号出信号的器件或装置，通常由的器件或装置，通常由敏感元件敏感元件和和转换元件转换元件组成。组成。 7、传感器的组成、传感器的组成 通常传感器由通常传感器由敏感元件敏感元件和和转换（传感）元件转换（传感）元件组成。组成。 传感传感器组成框图如图器组成框图如图 1 - 2 所示。所示。 直接感受被测非电量并按一定规律转换成与直接感受被测非电量并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其它量的元件。被测量有确定关系的其它量的元件

6、。又称转换元件又称转换元件/转换器。能将敏感元件感受到转换器。能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量的器件。的非电量直接转换成电量的器件。能把传感元件输出的电信能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理、和控制的有用电信号的电号转换为便于显示、记录、处理、和控制的有用电信号的电路。路。 压 力 作 用 膜片形变（应变） 应变片电阻改变 敏感元件敏感元件传感元件传感元件压力传感器示例压力传感器示例8、传感器的应用领域、传感器的应用领域（1）机械制造业：）机械制造业：智能机械智能机械 ：数控机床、加工中心、机器人等：数控机床、加工中心、机器人等（2）工业过程检测与控制：）工业过程检测与控

7、制：石油、化工、电力、冶金等行业中石油、化工、电力、冶金等行业中热工工艺参数检测和控制；热工工艺参数检测和控制；（3）汽车：）汽车：车速、里程、燃油、排气、车灯、关门、防盗、防车速、里程、燃油、排气、车灯、关门、防盗、防撞等；撞等；（4）环保：）环保：有毒、有害、易燃、易爆气体检测，重金属、污水有毒、有害、易燃、易爆气体检测，重金属、污水检测，防酒后驾车等；检测，防酒后驾车等；（5）医疗卫生：）医疗卫生：血压、心音、脉搏检测，心脏监护仪、彩超、血压、心音、脉搏检测，心脏监护仪、彩超、核磁共振等；核磁共振等；（6）航空航天：）航空航天：卫星、火箭、飞船、外星探测器等；卫星、火箭、飞船、外星探测器

8、等；（7）国防工业：）国防工业：飞机、导弹、雷达、智能化电子武器等；飞机、导弹、雷达、智能化电子武器等；（8) 家用电器：家用电器：空调、洗衣机、电冰箱、微波炉、电饭煲、电空调、洗衣机、电冰箱、微波炉、电饭煲、电熨斗、安全报警器等。熨斗、安全报警器等。在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线小时在线监测系统。监测系统。 石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。在汽车、机床、电机、发动机

9、等产品出厂时，必须对其性能质在汽车、机床、电机、发动机等产品出厂时，必须对其性能质量检测。量检测。 图示为汽车出厂检验原理框图，图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。产品质量。汽车扭距测量汽车扭距测量机床加工精度测量机床加工精度测量高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、加高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需速度、湿度、

10、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要要301 00种传感器。种传感器。 自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院录像机、家庭影院 全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度洗净度) 液位传感器液位传感器，电阻传感器，电阻传感器(衣物烘干检测衣物烘干检测)。指纹

11、传感器指纹传感器透光率传感器透光率传感器鼠标鼠标: :光电位移传感器光电位移传感器摄象头摄象头:CCD:CCD传感器传感器软驱软驱: :速度速度, ,位置伺服位置伺服麦克风麦克风: :电容传声器电容传声器楼宇控制与安全防护楼宇控制与安全防护 为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。运行状况。 图示为某公司楼宇自动

12、化系统。该系统分为：电源管理、图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电废水管理和电梯监控。梯监控。烟雾传感器烟雾传感器亮度传感器亮度传感器人体探测器人体探测器 机械手、机器人中的机械手、机器人中的传感器传感器: 转动转动/移动位置传移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感、热觉传感器、嗅觉传感器。器。 传感在机器人上的应用传感在机器人上的应用密歇根大学的机械手装配模

13、型密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗广州中鸣数码的机器狗机器人服务员机器人服务员沙漠机器人沙漠机器人 超声波测距传感器、超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在判断建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器位置；红外线色彩传感器运动轨迹和运动轨迹和AGV小车位置小车位置识别；条形码传感器，货识别；条形码传感器，货品识别。品识别。香港理工香港理工AGVAGV模型模型AGV自动送货车自动送货车 自动导引运输车（Automated Guided Vehicle） AGAGV V自自动动送送货货车车 传感器在生物医学上的应用传感器在生物医学上的应用医学医学光纤流速传感器光纤流速传感器荧光材荧

14、光材料制作料制作的电子的电子鼻传感鼻传感器器生物酶血样分析传感器生物酶血样分析传感器热热/光光电量电量传感器与航空及航天传感器与航空及航天传感器与环境保护传感器与环境保护NOX NO + NO2dust sootH2SH2OHC C-totalCO2 COO2 HCN HCl HF NH3 SO2 烟尘浊度测量烟尘浊度测量传感器与遥感技术传感器与遥感技术传感器在军事技术领域的应用传感器在军事技术领域的应用 。农业农业二、二、传感器的分类传感器的分类1、按被测量分类、按被测量分类（相应的传感器一般以被测量命名）：（相应的传感器一般以被测量命名）：（1）热工量传感器：）热工量传感器：温度、热量、比

15、热；压力、差压、真空温度、热量、比热；压力、差压、真空度；流速、流量；物位（液位、料位）。度；流速、流量；物位（液位、料位）。（2）机械量传感器：）机械量传感器：位移、尺寸（长度、厚度、宽度、角位移、尺寸（长度、厚度、宽度、角度）；力、力矩；重量、质量；速度、加速度、转速。度）；力、力矩；重量、质量；速度、加速度、转速。（3）物性和成分量：）物性和成分量：成分量（化学成分、浓度、酸碱度、盐成分量（化学成分、浓度、酸碱度、盐度等）；物性（密度、比重、粘度等）。度等）；物性（密度、比重、粘度等）。（4）状态量：）状态量：颜色、透明度、磨损量、裂纹、缺陷、表面粗颜色、透明度、磨损量、裂纹、缺陷、表面

16、粗糙度等）。糙度等）。2、按传感器的工作原理分类、按传感器的工作原理分类（1）物理型传感器：）物理型传感器：利用某些敏感元件的物理性质以及某些利用某些敏感元件的物理性质以及某些功能材料的特殊物理性能制成。如：应变式、电容式、磁电、功能材料的特殊物理性能制成。如：应变式、电容式、磁电、光电、压电传感器等。光电、压电传感器等。（2）化学型：）化学型：利用电化学反应原理制成。如：气敏传感器、利用电化学反应原理制成。如：气敏传感器、湿度传感器、离子传感器等。湿度传感器、离子传感器等。（3）生物传感器：）生物传感器：利用酶、微生物、抗体、细胞及组织等作利用酶、微生物、抗体、细胞及组织等作为敏感材料与适当

17、的换能器结合而成，利用特有的化学反应和为敏感材料与适当的换能器结合而成，利用特有的化学反应和电化学技术对生物化学电化学技术对生物化学物质进行测定。如：酶传感器、免疫传感器等。 3、按输出信号的性质分类、按输出信号的性质分类（1）模拟传感器：）模拟传感器：输出模拟信号；输出模拟信号；（2）数字传感器：）数字传感器：输出数字信号（脉冲、频率、二进制输出数字信号（脉冲、频率、二进制数码），抗干扰能力强。数码），抗干扰能力强。三、传感器的发展趋势三、传感器的发展趋势1、 三新三新：新材料、新工艺、新效应（原理）；：新材料、新工艺、新效应（原理）；2、四化：、四化：集成化、多维化、多功能化、智能化。集成

18、化、多维化、多功能化、智能化。 1.2 传感器的基本特性传感器的基本特性 即输出即输出输入之间对应关系，又称为输出输入之间对应关系，又称为输出输入特性，输入特性，可用静态特性和动态特性来描述。可用静态特性和动态特性来描述。一、一、 传感器的静态特性传感器的静态特性（一）静态特性：（一）静态特性：是指被测量的值处于稳定状态时的输出输入是指被测量的值处于稳定状态时的输出输入关系；即输入量与输出量之间的关系式中不含有时间变量。衡关系；即输入量与输出量之间的关系式中不含有时间变量。衡量静态特性的重要指标是线性度、量静态特性的重要指标是线性度、 灵敏度灵敏度, 迟滞和重复性等。迟滞和重复性等。（二）传感

19、器的静态特性表达式（二）传感器的静态特性表达式 1、理想传感器：、理想传感器： y=a1x 2、实际传感器：、实际传感器： y=a0+a1x+a2x2+anxn式中式中: a0输入量输入量x为零时的输出量为零时的输出量; a1, a2, , an非线性项系数；非线性项系数； x输入量；输入量；y输出量。输出量。1、传感器的零偏（零点）：、传感器的零偏（零点）：输入信号为零时传感器的输出值。输入信号为零时传感器的输出值。2 、传感器的测量范围与量程、传感器的测量范围与量程（1）测量范围：）测量范围：指正常工作条件下，传感器能够测量的被测量指正常工作条件下，传感器能够测量的被测量的总范围，通常用测

20、量范围的下限值和上限值来表示。的总范围，通常用测量范围的下限值和上限值来表示。（2）量程：）量程：测量范围的上限值（或对应的输出值测量范围的上限值（或对应的输出值 ）与下限值）与下限值（或对应的输出值）的代数差。（或对应的输出值）的代数差。a0 零点；零点；xF.S满量程输入；满量程输入；XF.S输入量程；输入量程； XF.S=xmax-xminyF.S满量程输出；满量程输出；YF.S输出量程。输出量程。 YF.S=ymax-ymin注：仅知道量程时，无法确定测量范围。注：仅知道量程时，无法确定测量范围。传感器的静态特性曲线1、线性度（非线性度/非线性误差）：传感器的实际静态特性曲线与拟合直线

21、（规定直线）之间，在垂直方向上的最大偏差与输出量程的百分比称为线性度。通常用相对误差L表示, 即 式中: |(yL)max|最大非线性 绝对误差的绝对值; YFS输出量程。 %100|( |max)FSLLYyr(三）主要静态特性指标三）主要静态特性指标2 2、灵敏度、灵敏度 灵敏度灵敏度K K是指传感器的输出量变化量是指传感器的输出量变化量y y 与引起此变化的与引起此变化的输入变化量输入变化量xx的比值的比值, , 即即 K=y/xK=y/x 灵敏度反映了传感器对被测参数变化的灵敏程度。对于线性灵敏度反映了传感器对被测参数变化的灵敏程度。对于线性传感器传感器, , 它的灵敏度就是它的静态特

22、性的斜率它的灵敏度就是它的静态特性的斜率, , 即即K=y/xK=y/x为常为常数数, , 而非线性传感器的灵敏度为一变量而非线性传感器的灵敏度为一变量, , 用用K=dy/dxK=dy/dx表示。传感器表示。传感器的灵敏度如图所示。的灵敏度如图所示。 多环节串联而成的测量系统的灵敏度为：多环节串联而成的测量系统的灵敏度为： K=K1K2Kn 例例1：某线性位移测量仪，当被测位移由某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到变到5mm时，位移时，位移测量仪的输出电压由测量仪的输出电压由3.5V减至减至2.5V，求该仪器的灵敏度。若再接一，求该仪器的灵敏度。若再接一个放大器（放大倍数为个放大器（

23、放大倍数为10）后驱动笔式记录仪（灵敏度为）后驱动笔式记录仪（灵敏度为0.2cm/V），试求系统的总灵敏度。），试求系统的总灵敏度。解：解：K1 =y/x=（3.5-2.5）V/(5-4.5)mm = -2V/mm K2=10 K3= 0.2cm/V K=K1K2K3= -2V/mm10 0.2cm/V= - 4cm/mm 3、精确度、精确度 测量误差测量误差 被测参数的测量值与真实值不一致的程度用测量误差表示。测被测参数的测量值与真实值不一致的程度用测量误差表示。测量误差就是量误差就是被测量的测量值与真实值之间的差值被测量的测量值与真实值之间的差值，它反映了测量，它反映了测量质量的好坏。质量

24、的好坏。（1）测量误差的表示方法）测量误差的表示方法绝对误差：绝对误差：可用下式定义可用下式定义: x = x-x0 式中式中: x绝对误差绝对误差; x测量值测量值; x0约定真值。约定真值。 对测量值进行修正时对测量值进行修正时, 要用到绝对误差。要用到绝对误差。 修正值是与绝对误差修正值是与绝对误差大小相等、符号相反的值大小相等、符号相反的值,C= -x = x0-x， 实际值等于测量值加上修实际值等于测量值加上修正值。即正值。即 x0=x+C。 绝对误差不能很好说明测量质量的好坏，绝对误差不能很好说明测量质量的好坏，只适用于被测量值相只适用于被测量值相同的场合。同的场合。 例如例如,

25、在温度测量时在温度测量时, 绝对误差绝对误差=1 , 对体温测量来说对体温测量来说是不允许的是不允许的, 而对测量而对测量钢水温度钢水温度来说却是一个极好的测量结果。来说却是一个极好的测量结果。相对误差：相对误差：定义由下式给出定义由下式给出: = x/ x0 100%式中式中: 相对误差相对误差, 一般用百分数给出一般用百分数给出; x绝对误差绝对误差; x0约定真值。约定真值。 相对误差比绝对误差能更好地说明测量精确度，但它相对误差比绝对误差能更好地说明测量精确度，但它只能说明只能说明不同测量结果的准确度，无法衡量传感器本身在整个测量范围内的不同测量结果的准确度，无法衡量传感器本身在整个测

26、量范围内的质量质量，（如一台温度传感器测，（如一台温度传感器测100的相对误差为的相对误差为2%2%，另一台测，另一台测1000 的相对误差为的相对误差为1%）为此又采用了引用误差的概念。）为此又采用了引用误差的概念。引用误差：引用误差：是仪表中通用的一种误差表示方法。是仪表中通用的一种误差表示方法。 它是相对仪表满它是相对仪表满量程的一种误差量程的一种误差, 一般也用百分数表示，即一般也用百分数表示，即 = x / XF.S 100%= x /(xmax-xmin) 100% 式中式中: 引用误差；引用误差； x绝对误差；绝对误差； XF.S 仪表输入量程（测量范围上限仪表输入量程（测量范围

27、上限 测量范围下限）测量范围下限）; xmax 仪表量程的上限值；仪表量程的上限值； xmin仪表量程的上限值；仪表量程的上限值； 基本误差：基本误差：是指仪表在规定的标准条件下所具有的误差。是指仪表在规定的标准条件下所具有的误差。 例如例如, 仪表是在电源电压仪表是在电源电压(2205)V、电网频率、电网频率(502)Hz、环、环境温度境温度(205)、 湿度湿度65%5%的条件下标定的。如的条件下标定的。如果这台仪表在这个条件下工作果这台仪表在这个条件下工作, 则仪表所具有的误差为基本则仪表所具有的误差为基本误差。误差。测量仪表的精度等级就是由基本误差决定的，一般用测量仪表的精度等级就是由

28、基本误差决定的，一般用引用误差表示。引用误差表示。附加误差：附加误差：是指当仪表的使用条件偏离额定条件下出现的是指当仪表的使用条件偏离额定条件下出现的误差。误差。例如例如, 温度附加误差、频率附加误差、电源电压波动温度附加误差、频率附加误差、电源电压波动附加误差等。附加误差等。 精确度：精确度：表示传感器测量结果与真值之间的偏离程度。表示传感器测量结果与真值之间的偏离程度。 精确度等级：精确度等级：是是根据最大引用误差来确定根据最大引用误差来确定的。工程中以一系列标的。工程中以一系列标准数值作为仪表基本误差的最大允许值来分档表示仪表的精确度，准数值作为仪表基本误差的最大允许值来分档表示仪表的精

29、确度，称为称为精确度等级精确度等级。常用的精确度等级有。常用的精确度等级有0.1级、级、0.2级、级、0.5级、级、1.0级、级、1.5级、级、2.0级、级、2.5级、级、4.0级、级、 5.0级。级。注：注：精确度等级已知的仪表只有在被测量值接近满量程时，才能发精确度等级已知的仪表只有在被测量值接近满量程时，才能发挥它的测量精度。因此选用仪表时应根据被测量的大小和测量精度挥它的测量精度。因此选用仪表时应根据被测量的大小和测量精度的要求，合理选择仪表量程和精确度等级。的要求，合理选择仪表量程和精确度等级。例例3：测测800 要求误差要求误差4 ，现有以下测温仪表，应选哪一种？，现有以下测温仪表

30、，应选哪一种？（1）0500 , 1.0级；级； （2）01000 ，0.5 级；级； （3）01000 ，0.2级；级； （4）02000 ，0.2级。级。解：解：（1）不能测；）不能测；（2）测）测800 可能出现的最大绝对误差为可能出现的最大绝对误差为1000 （ 0.5%）= 5 ；（3）测）测800 可能出现的最大绝对误差为可能出现的最大绝对误差为1000 （ 0.2%）= 2 ；（4）测）测800 可能出现的最大绝对误差为可能出现的最大绝对误差为2000 （ 0.2%）= 4 ； 应选第（应选第（3）种。）种。例例3：测测800 要求误差要求误差4 ，现有以下测温仪表，应选，现有以

31、下测温仪表，应选哪一种？哪一种？ （1）0500 , 1.0级；级； （2）01000 ，0.5 级；级； （3）01000 ，0.2级；级； （4）02000 ，0.2级。级。 二、二、 传感器的动态特性传感器的动态特性 输入信号变化时，引起输出信号也随时间变化，这个过输入信号变化时，引起输出信号也随时间变化，这个过程叫程叫响应。响应。 传感器的动态特性传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。响应特性。 当被测量随时间变化当被测量随时间变化,是时间的函数时是时间的函数时, 则传感器则传感器的输出量也是时间的函数的输出量也是时间的函数,其间的关

32、系要用动特性来表示。其间的关系要用动特性来表示。 一个动态特性好的传感器一个动态特性好的传感器, 其输出将再现输入量的变化规律其输出将再现输入量的变化规律, 即具有相同的时间函数。实际上除了具有理想的比例特性外即具有相同的时间函数。实际上除了具有理想的比例特性外, 输出信号将不会与输入信号具有相同的时间函数输出信号将不会与输入信号具有相同的时间函数,这种输出与这种输出与输入间的差异就是所谓的输入间的差异就是所谓的动态误差动态误差。 实际工作中，传感器的动态特性常用实验方法求得，即根据传实际工作中，传感器的动态特性常用实验方法求得，即根据传感器对一些标准信号的响应来评定它的动态特性。感器对一些标

33、准信号的响应来评定它的动态特性。 在时域内，常用阶跃信号来分析传感器的动态特性在时域内，常用阶跃信号来分析传感器的动态特性瞬时响应瞬时响应特性特性。 在频域内，则采用正弦输入信号来分析传感器的动态特性在频域内，则采用正弦输入信号来分析传感器的动态特性频频率响应特性率响应特性。1、瞬时响应特性指标、瞬时响应特性指标时间常数时间常数 ：当输入产生阶跃：当输入产生阶跃变化时，输出信号从初始值变化变化时，输出信号从初始值变化到到63.2%所需的时间。所需的时间。 越小，越小，传感器的响应速度越快传感器的响应速度越快 。二阶传感器的单位阶跃响应曲线二阶传感器的单位阶跃响应曲线延时时间延时时间td：二阶传

34、感器输出达到稳定值的二阶传感器输出达到稳定值的50%所需的时间。所需的时间。 上升时间上升时间tr：二阶传感器输出达到稳定值的二阶传感器输出达到稳定值的90%所需的时间。所需的时间。 建立时间（响应时间）建立时间（响应时间） ts：二阶传感器输出进入稳态值规定范二阶传感器输出进入稳态值规定范 围之内所需的时间。围之内所需的时间。 峰值时间峰值时间tp：二阶传感器输出响应曲线达到第一个峰值二阶传感器输出响应曲线达到第一个峰值 所需的时间。所需的时间。超调量超调量 p ：输出超过稳定值的最大量。输出超过稳定值的最大量。 p =A1 / y( ) 100% 衰减比衰减比d：二阶传感器输出响应曲线第一

35、个峰值与第二个二阶传感器输出响应曲线第一个峰值与第二个峰值之比峰值之比, 即即A1/A2 。传感器的频率响应特性指标包括：传感器的频率响应特性指标包括：（1） 频带：频带：传感器增益保持在一定值（由所需测量精确度传感器增益保持在一定值（由所需测量精确度确定的公差带）内的频率范围为传感器频带或通频带确定的公差带）内的频率范围为传感器频带或通频带, 对应对应有上、下截止频率。有上、下截止频率。 (2) 时间常数时间常数：用时间常数用时间常数来表征一阶传感器的动态特性。来表征一阶传感器的动态特性。越小越小, 频带越宽。频带越宽。 (3) 固有频率固有频率n：二阶传感器的固有频率二阶传感器的固有频率n

36、表征了其动态特表征了其动态特性，性， n 越大，动态误差越小，频带越宽。越大，动态误差越小，频带越宽。 2、频率响应特性、频率响应特性传感器对正弦输入信号的响应特性传感器对正弦输入信号的响应特性, 称为称为频率响应特性。频率响应特性。传感器的频率响应特性包括传感器的频率响应特性包括幅频特性幅频特性和和相频特性相频特性。1、 某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器：铂电阻温度传感器： 0.35 / 电桥：电桥： 0.01V/放大器：放大器： 100笔式记录仪：笔式记录仪： 0.1cm/V求：求：（1）测温系统的总灵敏度；）

37、测温系统的总灵敏度； （2）记录仪笔尖位移）记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值。时，所对应的温度变化值。2、 有三台测温仪表，量程均为有三台测温仪表，量程均为0600，精确度等级分别为，精确度等级分别为2.5级、级、2.0级、级、1.5级，现要测量级，现要测量500的温度，要求相对误差不的温度，要求相对误差不超过超过 2.5%，选哪台仪表合适？，选哪台仪表合适？3、学会工程中常见的非电量测量方法，了解传感器在工、学会工程中常见的非电量测量方法，了解传感器在工程检测中的应用方法；程检测中的应用方法；4、学会分析和设计传感器的应用电路。、学会分析和设计传感器的应用电路。四、课程特点四、课程

38、特点综合性：综合性：传感器技术是材料学、力学、电学、磁学、微传感器技术是材料学、力学、电学、磁学、微电子学、光学、声学、化学、生物学、精密机械、仿生电子学、光学、声学、化学、生物学、精密机械、仿生学、测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技学、测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、乃至系统科学、人工智能、自动化技术等众多学科术、乃至系统科学、人工智能、自动化技术等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术；相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术；零散性：零散性：各章内容之间没有前后因果关系；各章内容之间没有前后因果关系；应用性：应用性：重点掌握各种传感器的应用方法。重点掌握各种传感器的应用方法。烟雾传感器烟雾传感器亮度传感器亮度传感器人体探测器人体探测器广州中鸣数码的机器狗广州中鸣数码的机器狗2 、传感器的测量范围与量程、传感器的测量范围与量程（1）测量范围：）测量范围：指正常工作条件下，传感