加速度传感器-Read

1、加速度传感器-Read第一章 传感器概述 历史时代：手工化机械化自动化信息化生产方式：人与简单工具动力机与机械自动测量控制智能机械装置信息流获取传输处理控制 国家标准GB7665-87中传感器Transducer/Sensor的定义：可以感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器是测量装置，能完成检测任务；输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量；输出输入有对应关系，且应有一定的准确程度。 传感器功用：一感二传,即感受被测信息,并传送出去。是一种以一定的准确度把

2、被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。 辅助电源敏感元件转换元件基本转换电路被测量电量敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入量转换成电路参数量。根本转换电路：上述电路参数接入根本转换电路简称转换电路，便可转换成电量输出。1.3 传感器的分类 分类法型式说 明按基本效应分类物理型化学型生物型采用物理效应进行转换采用化学效应进行转换采用生物效应进行转换按构成原理分类结构型物性型以转换元件结构参数变化实现信号转换以转换元件物理特性变化实现信号转换按能量关系分类能量转换型能量控制型传感器输出量直接

3、由被测量能量转换而来传感器输出量能量由外部能源提供，但受输入量控制按工作原理分电阻式电容式电感式压电式磁电式热电式光电式光纤式利用电阻参数变化实现信号转换利用电容参数变化实现信号转换利用电感参数变化实现信号转换利用压电效应实现信号转换利用电磁感应原理实现信号转换利用热电效应实现信号转换利用光电效应实现信号转换利用光纤特性参数变化实现信号转换按输入量分类长度、角度、振动、位移、压力、温度、流量、距离、速度等以被测量命名（即按用途分类）按输出量分类模拟式数字式输出量为模拟信号（电压、电流、）输出量为数字信号（脉冲、编码、）传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。1.4 传感器的特性 当输入量随时间

4、较快地变化时，这一关系称为动态特性。当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静态特性；传感器的输出与输入具有确定的对应关系最好呈线性关系。但一般情况下，输出输入不会符合所要求的线性关系，同时由于存在迟滞、蠕变、摩擦、间隙和松动等各种因素以及外界条件的影响，使输出输入对应关系的唯一确定性也不能实现。考虑了这些情况之后，传感器的输出输入作用图大致如以下图。稳定性(零漂)传感器温度供电各种干扰稳定性温漂分辨力冲击与振动电磁场线性滞后重复性灵敏度输入误差因素外界影响 传感器输入输出作用图输出取决于传感器本身，可通过传感器本身的改善来加以抑制，有时也可以对外界条件加以限制。衡量传感器特性的主要技术指标

5、一、静态特性技术指标1线性度 传感器的输出输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏向与传感器满量程输出之比, 称为该传感器的“非线性误差或称“线性度, 也称“非线性度。 通常用相对误差表示其大小:2迟滞0yxHmaxyFS迟滞特性传感器在正(输入量增大)反输入量减小行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。迟滞特性如以下图，它一般是由实验方法测得。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示,即3重复性xy0Rmax2Rmax1重复性误差可用正反行程的最大偏向表示，即重复性是指传感器在输入按同一方向连续屡次变动时所得特性曲线不一致的程度。Rmax1正行程的最大重复性偏向， Rmax2反行程的最大重复性偏向。4灵

6、敏度与灵敏度误差s=(k/k)100%由于某种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵敏度误差用相对误差表示，即可见，传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。对线性特性的传感器，其特性曲线的斜率处处一样，灵敏度k是一常数，与输入量大小无关。K=y/x传感器输出的变化量 y与引起该变化量的输入变化量 x之比即为其静态灵敏度，其表达式为xminyminyx05分辨力与阈值 分辨力是指传感器能检测到的最小的输入增量。有些传感器,当输入量连续变化时,输出量只作阶梯变化,那么分辨力就是输出量的每个“阶梯所代表的输入量的大小。在传感器输入零点附近的分辨力称为阈值。 6稳定性稳定性是指传感器在长时间工作的情况下

7、输出量发生的变化，有时称为长时间工作稳定性或零点漂移。有两个指标：稳定度：传感器测量输出值在一段时间中的变化；影响量：传感器外部环境和工作条件变化引起输出值的不稳定。 7静态误差取2 和3 值即为传感器的静态误差。静态误差也可用相对误差来表示，即 静态误差的求取方法如下：把全部输出数据与拟合直线上对应值的残差,看成是随机分布,求出其标准偏向,即静态误差是指传感器在其全量程内任一点的输出值与其理论值的偏离程度。yi各测试点的残差； n一测试点数。与准确度有关指标：精细度、准确度和准确度(精度)8、准确度准确度：说明传感器输出值与真值的偏离程度。如,某流量传感器的准确度为3/s，表示该传感器的输出

8、值与真值偏离3/s。准确度是系统误差大小的标志，准确度高意味着系统误差小。同样，准确度高不一定精细度高。精细度：说明测量传感器输出值的分散性，即对某一稳定的被测量，由同一个测量者，用同一个传感器，在相当短的时间内连续重复测量屡次，其测量结果的分散程度。例如，某测温传感器的精细度为0.5。精细度是随即误差大小的标志，精细度高，意味着随机误差小。注意：精细度高不一定准确度高。准确度：是精细度与准确度两者的总和，准确度高表示精细度和准确度都比较高。在最简单的情况下，可取两者的代数和。a准确度高而精细度低 b准确度低而精细度高 c准确度高被测量随时间变化的形式可能是各种各样的，只要输入量是时间的函数，

9、那么其输出量也将是时间的函数。通常研究动态特性是根据标准输入特性来考虑传感器的响应特性。二、传感器的动态特性动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。标准输入有三种：正弦变化的输入阶跃变化的输入线性输入作业：1、简述什么是传感器及传感器的作用和组成。2、传感器的性能指标有哪些？传感技术的开展分为两个方面：进步与改善传感器的技术性能；寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。 一、改善传感器的性能的技术途径1差动技术 差动技术是传感器中普遍采用的技术。它的应用可显著地减小温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，抵消了共模误差，减小非线性误差等。不少传感器由于采用了差动技术，还可使灵敏

10、度增大。1.5 传感器的开展趋势 2平均技术 在传感器中普遍采用平均技术可产生平均效应，其原理是利用假设干个传感单元同时感受被测量，其输出那么是这些单元输出的平均值，假设将每个单元可能带来的误差均可看作随机误差且服从正态分布，根据误差理论，总的误差将减小为=/n式中 n传感单元数。可见，在传感器中利用平均技术不仅可使传感器误差减小，且可增大信号量，即增大传感器灵敏度。3补偿与修正技术 补偿与修正技术的运用大致针对两种情况： 针对传感器本身特性 针对传感器的工作条件或外界环境 对于传感器特性，找出误差的变化规律，或者测出其大小和方向，采用适当的方法加以补偿或修正。 针对传感器工作条件或外界环境进

11、展误差补偿，也是进步传感器精度的有力技术措施。不少传感器对温度敏感，由于温度变化引起的误差非常可观。为理解决这个问题，必要时可以控制温度，搞恒温装置，但往往费用太高，或使用现场不允许。而在传感器内引入温度误差补偿又常常是可行的。这时应找出温度对测量值影响的规律，然后引入温度补偿措施。4屏蔽、隔离与干扰抑制 传感器大都要在现场工作，现场的条件往往是难以充分意料的，有时是极其恶劣的。各种外界因素要影响传感器的精度与各有关性能。为了减小测量误差，保证其原有性能，就应设法削弱或消除外界因素对传感器的影响。其方法有： 减小传感器对影响因素的灵敏度 降低外界因素对传感器实际作用的程度 对于电磁干扰，可以采

12、用屏蔽、隔离措施，也可用滤波等方法抑制。对于如温度、湿度、机械振动、气压、声压、辐射、甚至气流等，可采用相应的隔离措施，如隔热、密封、隔振等，或者在变换成为电量后对干扰信号进展别离或抑制，减小其影响。 5稳定性处理 在使用传感器时，假设测量要求较高，必要时也应对附加的调整元件、后续电路的关键元器件进展老化处理。进步传感器性能的稳定性措施：对材料、元器件或传感器整体进展必要的稳定性处理。如永磁材料的时间老化、温度老化、机械老化及交流稳磁处理、电气元件的老化挑选等。造成传感器性能不稳定的原因是：随着时间的推移和环境条件的变化，构成传感器的各种材料与元器件性能将发生变化。二、传感器的开展动向 开发新

13、型传感器 开发新材料 新工艺的采用 集成化、多功能化 智能化 传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步探究具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器件，这是开展高性能、多功能、低本钱和小型化传感器的重要途径。构造型传感器开展得较早，目前日趋成熟。构造型传感器，一般说它的构造复杂，体积偏大，价格偏高。物性型传感器大致与之相反，具有不少诱人的优点，加之过去开展也不够。世界各国都在物性型传感器方面投入大量人力、物力加强研究，从而使它成为一个值得注意的开展动向。 1开发新型传感器新型传感器包括：采用新原理；填补传感器空白；仿生传感器等方面。它们之间是互相联络的。

14、2开发新材料1半导体敏感材料2陶瓷材料 3磁性材料 4智能材料如，半导体氧化物可以制造各种气体传感器，而陶瓷传感器工作温度远高于半导体，光导纤维的应用是传感器材料的重大打破，用它研制的传感器与传统的相比有突出的特点。有机材料作为传感器材料的研究，引起国内外学者的极大兴趣。 在开展新型传感器中，离不开新工艺的采用。新工艺的含义范围很广，这里主要指与开展新型传感器联络特别亲密的微细加工技术。该技术又称微机械加工技术，是近年来随着集成电路工艺开展起来的，它是离子束、电子束、分子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术，目前已越来越多地用于传感器领域。 3新工艺的采用 例如利用半导体技术制造出压阻式

15、传感器，利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器，日本横河公司利用各向异性腐蚀技术进展高精度三维加工，在硅片上构成孔、沟棱锥、半球等各种开头，制作出全硅谐振式压力传感器。 4集成化、多功能化 多功能一体化，即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件。 把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进展多种参数的测量外，还可对这些参数的测量结果进展综合处理和评价，可反映出被测系统的整体状态。 为同时测量几种不同被测参数，可将几种不同的传感器元件复合在一起，作成集成块。例如一种温、气、湿三功能陶瓷传感器已经研制成功。5智能化 对外界信息具有检测、数据处理、逻辑判断、自诊断和自

16、适应才能的集成一体化多功能传感器，这种传感器具有与主机互相对话的功能，可以自行选择最正确方案，能将已获得的大量数据进展分割处理，实现远间隔 、高速度、高精度传输等。 智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，它的实现取决于传感技术与半导体集成化工艺程度的进步与开展。这类传感器具有多功能、高性能、体积小、适宜大批量消费和使用方便等优点，是传感器重要的开展方向之一。一、汽车传感器的应用状况1、传感器在发动机控制系统中的应用 发动机控制系统用传感器主要有温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器向发动机的电子控制单元ECU提供发动机的

17、工作状况信息，以进步发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进展故障检测。 1.6 汽车传感器概述 2、传感器在底盘上的应用 变速器控制系统应用的传感器有车速传感器、加速踏板位置传感器、加速度传感器、节气门位置传感器、发动机转速传感器、水温传感器、油温传感器等； 悬架控制系统应用的传感器有车速传感器、节气门位置传感器、加速度传感器、车身高度传感器、方向盘转角传感器等； 动力转向系统应用的传感器主要有车速传感器、发动机转速传感器、转矩传感器、油压传感器等。 3、车身控制用传感器 车身控制用传感器主要用于进步汽车的平安性、可靠性和舒适性等。 主要有用于自动空调系统的温度传感器、湿度传感器、风量传感

18、器、日照传感器等；用于平安气囊系统中的加速度传感器；用于门锁控制中的车速传感器；用于亮度自动控制中的光传感器；用于倒车控制中的超声波传感器或激光传感器；用于保持车距的间隔 传感器；用于消除驾驶员盲区的图像传感器等。 4、导航系统用传感器 随着基于GPS/GIS全球定位系统和地理信息系统的导航系统在汽车上的应用，导航用传感器这几年得到迅速开展。导航系统用传感器主要有：确定汽车行驶方向的罗盘传感器、陀螺仪和车速传感器、方向盘转角传感器等。 二、汽车传感器的种类汽车传感器大致有两类,一类是使司机理解汽车各局部状态的传感器,另一类传感器是用于控制汽车运行状态的控制传感器,其主要种类如表1所示。三、汽车传感器的特点1、环境适应性2、批量消费性3、可靠稳定性4、尽可能小型、重量轻,便于安装。5、符合有关法规的要求。四、汽车传感器的现状及开展趋势1、汽车传感器的现状1汽车传感器市场规模大 2汽车传感器举足轻重 3国内汽车传感器消费程度低 2、汽车传感器的开展趋势微型化、多功能化、集成化和智能化 微型传感器利用微机械加工技术，将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上，由于具有体积小、价格廉价、便于集成等特点，