传感器与检测技术(第2版)李增国主编 绪论和第一章 (1)

传感器技术的发展过程传感器由探头技术发展而来，发展过程大体可分为以下三代:►第一代是结构型传感器，它利用结构参量的变化来感受和转化信号。►第二代是20世纪70年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料的某些特性制成的。►第三代传感器是近年来刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能。眼（视觉）耳（听觉）鼻（嗅觉）皮肤（触觉）口（味觉）

感知外界信息→大脑→肌体人体系统和机器系统比较传感器技术现状

人的体力和脑力劳动通过感觉器官接收外界信号，将这些信号传送给大脑，大脑把这些信号分析处理传递给肌体。

如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。

因此，传感器又被人们称之为“电五官”。传感器外界信息感官大脑肌体计算机执行机构

传感器技术现状集成化数字化微型化智能化仿生化传感器技术的发展方向传感器的发展趋势将向以下五个方面突破：

0.1传感器技术的由来、现状与发展0.3课程性质及主要任务第0章绪论0.2传感技术的基本概念传感技术敏感材料学传感器技术及系统微机电加工技术微型计算机技术通讯技术传感技术的基本概念

传感器技术——以传感器为核心，涉及传感器原理、传感器件设计、传感器件开发与应用的一门综合技术。0.1传感器技术的由来、现状与发展0.2传感器技术的基本概念0.3课程性质及主要任务第0章绪论►了解传感器的工作原理，作用和地位，对传感器有一个较为系统的整体概念。►能够根据任务要求，合理的选择传感器及相应的测量电路；掌握常用物理量的检测方法，能够分析典型传感器的应用电路。►了解传感器与计算机技术、微电子技术等相关技术的结合与发展趋势。主要任务课程性质及主要任务本课程是设备类、自动化类、电气类专业的一门重要的配套性专业课程，具有涉及知识面广、综合性强与实践性强的特点。课程性质传感器应用现状--日常生活传感器应用现状--工业生产纸品传感器应用现状--医疗诊断传感器应用现状--智能建筑给排水系统泵系统锅炉系统环境控制电力监测能量计费消防系统保安系统照明系统DDC夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术传感器应用现状--军事美军研制的未来单兵作战武器---OICW美国国家导弹防御计划---NMD检测参数---加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学等。神州九号飞船：185台（套）仪器装置传感器应用现状--航空航天火箭测控---检测火箭状况、姿态、轨迹

飞行器测控---检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵

1.1传感器的基本概念（重点）1.2传感器的组成与分类1.3传感器的基本特性第1章传感器简论1.2.1传感器的组成（重点）1.2.2传感器的分类1.3.1传感器的静态特性（重点、难点）1.3.2传感器的动态特性（难点）1.1传感器的基本概念1.2传感器的组成与分类1.3传感器的基本特性第1章传感器简论①传感器是测量装置，能完成检测任务；②它的输入量是某一被测量，被测量绝大部分为非电量，常见的非电量有位移、力、速度、温度、液位和浓度等。③它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量通常是电量；④它的输出与输入有对应关系，且应有一定的精确程度。传感器的基本概念传感器（Transducer/Sensor）：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。被测量电量传感器应用实例:液位检测系统传感器的基本概念被测量：液位高度（非电量）输出量：指针偏转程度（电量）测量装置：传感器1.1传感器的基本概念1.2传感器的组成与分类1.3传感器的基本特性第1章传感器简论1.2.1传感器的组成

传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路3大部分组成。但有部分传感器将辅助电源作为其组成部分。图1-1传感器组成框图直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的其他物理量的元件。将敏感元件的输出量转换成适用于传输或测量的电量后再输出。将转换元件输出的电参量转换成电压、电流或频率量的电路。用于提供传感器正常工作能源的电源。例：测定油箱内油面高度R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，R’是定值电阻，油量表（由电压表改装而成）。油面浮标上升时，油量表示数变大；反之，油量表示数变小。敏感元件转换元件转换电路辅助电源1.2.1传感器的组成1.2.2传感器的分类传感器的分类按工作原理分类按被测量性质分类按输出量种类分类按结构分类参量传感器发电传感器特殊传感器机械量传感器热工量传感器成分量传感器状态量传感器探伤传感器模拟传感器数字传感器直接传感器差分传感器补偿传感器1.1传感器的基本概念1.2传感器的组成与分类1.3传感器的基本特性第1章传感器简论在科学实验、生产过程及自动化设备工作中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并不失真地变换成相应的电量这取决于传感器的基本特性。传感器的基本特性通常分为静态特性和动态特性传感器的基本特性传感器的静态特性静态特性是指被测量为静态信号时，传感器输出量（y）和输入量（x）之间的关系。灵敏度分辨力线性度稳定度电磁兼容性可靠性重复性迟滞传感器的静态特性--灵敏度图1-2传感器灵敏度线性传感器，灵敏度为常量非线性传感器，灵敏度为变量灵敏度（S）——传感器输出量增量△y与被测量增量△x的比值，即S=△y/△x。它是输出—输入特性曲线的斜率。传感器的静态特性—分辨力分辨力

—传感器在规定测量范围内检测被测量的最小变化量的能力。例如：用满量程为20kg的机械磅秤称葡萄。指示值为1kg。如果加一颗葡萄（假设每个10克），指针不会动；加两颗，还没动静；当加第三颗时，指针动了。那么，这台机械磅秤的分辨力为30g。那么这台磅秤的分辨率为30g/20kg=0.15%。分辨率

—将分辨力除以仪表的满度量程就是仪表的分辨率。传感器的静态特性--线性度►线性度是指？（输出与输入之间数量关系对于理想线性的偏离程度）►关于拟合:直线拟合线性化线性度图1-3传感器理想特性图图1-4特性曲线与线性度关系曲线1-拟合直线2-实际特性曲线传感器的静态特性—稳定度稳定度—在所有测量条件都恒定不变的情况下，传感器输出在规定的时间内能维持其示值不变的能力。传感器的静态特性—电磁兼容性电磁兼容—传感器在规定的电磁干扰环境中能正常工作的能力，且不向其他设备释放超过允许范围的电磁干扰。可靠性—在传感器正常工作时由平均无故障时间来体现，在传感器出现故障时由平均故障修复时间来体现。传感器的静态特性—可靠性图1-5故障率变化的曲线传感器的静态特性—重复性重复性—传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次测试时，所得特性曲线不一致的程度。△ymax为△ymax1和△ymax2这两个偏差中的较大者。重复性传感器的静态特性—迟滞迟滞—传感器在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程中，输入和输出特性曲线不一致的程度。图1-6迟滞特性图1-正向；2-反向产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。传感器的动态特性传感器的动态特性是指在输入发生变化时的输出特性，即输出对输入变化的动态跟随能力。传感器的动态特性，常用阶跃响应和频率响应来表示。水温T℃热电偶环境温度To℃T＞To阶跃响应按照阶跃状态变化输入的响应被称之为阶跃响应。图1-7阶跃信号图图1-8阶跃响应曲线图阶跃响应图1-8阶跃响应曲线图阶跃响应的六个主要参数：（1）时间常数（T）；（2）上升时间（tr）；（3）响应时间（ts）；（4）超调量（δ）；（5）振动次数（N）；（6）稳态误差（es)。频率响应传感量对正弦输入信号的响应特征，称为频率响应特性。频率响应特性指标：(1)频带传感器增益保持在一