1、傳感器與檢測技術(shù)本學(xué)期要求 1. 平時(shí)成績（平時(shí)成績（40%） 考勤（考勤（15%） 作業(yè)（作業(yè)（15%） 課堂表現(xiàn)（課堂表現(xiàn)（10%） 2. 期末考試（期末考試（60%）通過本章的學(xué)習(xí)，要求了解檢測技術(shù)在我們生活、生產(chǎn)、科研等方面的重要性；了解測量的概念，掌握測量誤差的特點(diǎn)；了解傳感器的作用和分類；掌握自動(dòng)檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成；了解自動(dòng)檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握誤差的表達(dá)方式，能正確選擇儀表進(jìn)行測量，了解測量數(shù)據(jù)的分析和處理方法，熟悉傳感器的基本性能指標(biāo)。傳感器的主要應(yīng)用第1章 緒論 1.1引言傳感器與檢測技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用 地鐵空調(diào)系統(tǒng)地鐵空調(diào)系統(tǒng) 給排水系統(tǒng)給排水

2、系統(tǒng) 供配電與照明系統(tǒng)供配電與照明系統(tǒng) FASFAS系統(tǒng)系統(tǒng) 門禁系統(tǒng)門禁系統(tǒng) 屏蔽門系統(tǒng)屏蔽門系統(tǒng) 電梯控制系統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立24小時(shí)在線小時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)。 石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。在汽車、機(jī)床、電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等在汽車、機(jī)床、電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等產(chǎn)品出廠時(shí)，必須對(duì)其性能質(zhì)量檢測。產(chǎn)品出廠時(shí)，必須對(duì)其性能質(zhì)量檢測。 圖示為汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖

3、，圖示為汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖，測量參數(shù)包括潤滑油溫度、冷卻水溫測量參數(shù)包括潤滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過對(duì)抽樣汽車的測試，工程師可以了解對(duì)抽樣汽車的測試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品質(zhì)量。汽車扭距測量汽車扭距測量機(jī)床加工精度測量機(jī)床加工精度測量高級(jí)轎車需要用傳感器對(duì)溫度、壓力、位置、距離、轉(zhuǎn)速、加高級(jí)轎車需要用傳感器對(duì)溫度、壓力、位置、距離、轉(zhuǎn)速、加速度、濕度、電磁、光電、振動(dòng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測量，一般需速度、濕度、電磁、光電、振動(dòng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測量，一般需要要301 00種傳感器。種傳感器。 自動(dòng)電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、風(fēng)干

4、器、電自動(dòng)電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、風(fēng)干器、電熨斗、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照相機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、熨斗、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照相機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、錄像機(jī)、家庭影院錄像機(jī)、家庭影院 全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器(洗凈度洗凈度) 液位傳感器，液位傳感器，電阻傳感器電阻傳感器(衣物烘干檢測衣物烘干檢測)。指紋傳感器指紋傳感器透光率傳感器透光率傳感器鼠標(biāo)鼠標(biāo): :光電位移傳感器光電位移傳感器攝象頭攝象頭:CCD:CCD傳感器傳感器軟驅(qū)

5、軟驅(qū): :速度速度, ,位置伺服位置伺服麥克風(fēng)麥克風(fēng): :電容傳聲器電容傳聲器樓宇控制與安全防護(hù)樓宇控制與安全防護(hù) 為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的智能化。在樓宇中應(yīng)境，并能保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的智能化。在樓宇中應(yīng)用了許多測試技術(shù)，如闖入監(jiān)測、空氣監(jiān)測、溫度監(jiān)測、電梯用了許多測試技術(shù)，如闖入監(jiān)測、空氣監(jiān)測、溫度監(jiān)測、電梯運(yùn)行狀況。運(yùn)行狀況。 圖示為某公司樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、圖示為某公司樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測、照明控制、空調(diào)控制、停車管理、水安全

6、監(jiān)測、照明控制、空調(diào)控制、停車管理、水/廢水管理和電廢水管理和電梯監(jiān)控。梯監(jiān)控。煙霧傳感器煙霧傳感器亮度傳感器亮度傳感器人體探測器人體探測器 機(jī)械手、機(jī)器人中的傳機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器感器: 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)位置傳感移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。熱覺傳感器、嗅覺傳感器。 傳感在機(jī)器人上的應(yīng)用傳感在機(jī)器人上的應(yīng)用密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型廣州中鳴數(shù)碼的機(jī)器狗廣州中鳴數(shù)碼的機(jī)器狗機(jī)器人服務(wù)員機(jī)器人服務(wù)員沙漠機(jī)器人沙漠機(jī)器人 超聲波測距傳

7、感器、判超聲波測距傳感器、判斷建筑物內(nèi)人和物所在位斷建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器運(yùn)置；紅外線色彩傳感器運(yùn)動(dòng)軌跡和動(dòng)軌跡和AGV小車位置識(shí)別；小車位置識(shí)別；條形碼傳感器，貨品識(shí)別。條形碼傳感器，貨品識(shí)別。香港理工香港理工AGVAGV模型模型AGV自動(dòng)送貨車自動(dòng)送貨車 自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（Automated Guided Vehicle） AGAGV V自自動(dòng)動(dòng)送送貨貨車車 20032003年年9 9月，全球現(xiàn)場直播埃及金字塔世界最古老月，全球現(xiàn)場直播埃及金字塔世界最古老石棺的考古挖掘進(jìn)程，可能揭開古埃及金字塔內(nèi)部結(jié)石棺的考古挖掘進(jìn)程，可能揭開古埃及金字塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)之謎。構(gòu)之謎。一個(gè)小機(jī)器人

8、通過了埃及最大的金字塔內(nèi)一一個(gè)小機(jī)器人通過了埃及最大的金字塔內(nèi)一條狹窄的通道，試圖揭開條狹窄的通道，試圖揭開46004600年前的秘密。它的探年前的秘密。它的探秘之行以發(fā)現(xiàn)了又一道封閉的石門而告終。秘之行以發(fā)現(xiàn)了又一道封閉的石門而告終。 圖坦卡蒙的詛咒圖坦卡蒙的詛咒“不論是誰騷擾了法老的安不論是誰騷擾了法老的安寧，死神之翼將在它的頭上寧，死神之翼將在它的頭上降臨。降臨?！眰鞲衅髟谏镝t(yī)學(xué)上的應(yīng)用傳感器在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)光纖流速傳感器光纖流速傳感器熒光材熒光材料制作料制作的電子的電子鼻傳感鼻傳感器器生物酶血樣分析傳感器生物酶血樣分析傳感器熱熱/光光電量電量傳感器與航空及航天傳感器與航空及

9、航天傳感器與環(huán)境保護(hù)傳感器與環(huán)境保護(hù)污水流量、污水流量、PHPH值、電導(dǎo)、濁度、值、電導(dǎo)、濁度、CODCOD、BODBOD、TPTP、TNTN、礦物油、礦物油、氰化物、氨氮、總氮、總磷、金屬離子濃度特別是重金氰化物、氨氮、總氮、總磷、金屬離子濃度特別是重金屬離子濃度以及風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、工業(yè)粉塵、屬離子濃度以及風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、工業(yè)粉塵、煙塵、煙氣、煙塵、煙氣、SO2SO2、NONO、O3O3、COCO等參數(shù)測量等參數(shù)測量NOX NO + NO2dust sootH2SH2OHC C-totalCO2 COO2 HCN HCl HF NH3 SO2 煙塵濁度測量煙塵濁度測量傳感器與

10、遙感技術(shù)傳感器與遙感技術(shù)傳感器在軍事技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用傳感器在軍事技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用 先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)總是最先被應(yīng)用于戰(zhàn)爭。先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)總是最先被應(yīng)用于戰(zhàn)爭。 以坦克、飛機(jī)、軍艦為標(biāo)志的作戰(zhàn)平臺(tái)是傳以坦克、飛機(jī)、軍艦為標(biāo)志的作戰(zhàn)平臺(tái)是傳統(tǒng)的主戰(zhàn)兵器，各類傳感器不過是配屬的保障統(tǒng)的主戰(zhàn)兵器，各類傳感器不過是配屬的保障設(shè)施。設(shè)施。 溫度、濕溫度、濕度、土壤干燥度、度、土壤干燥度、CO2CO2、光照度、土壤養(yǎng)分等參數(shù)、光照度、土壤養(yǎng)分等參數(shù)農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代信息技術(shù)的三大要素：現(xiàn)代信息技術(shù)的三大要素：信息獲取信息獲取傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)信息傳輸信息傳輸通信技術(shù)通信技術(shù)信息處理信息處理計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程實(shí)踐

11、和科學(xué)試驗(yàn)中，信息采集的主要含義是在工程實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)中，信息采集的主要含義是測量測量取得測量數(shù)據(jù)。取得測量數(shù)據(jù)。傳感器定義及傳感器的組成測量的概念測量的概念 測量是人類對(duì)自然界客觀事物獲得數(shù)量觀念的一種認(rèn)識(shí)過測量是人類對(duì)自然界客觀事物獲得數(shù)量觀念的一種認(rèn)識(shí)過程，即程，即借助于專門設(shè)備，求出被測量的數(shù)值大小借助于專門設(shè)備，求出被測量的數(shù)值大小。測量的分類測量的分類 電子測量電子測量電子測量儀器；電子測量儀器； 非電量測量非電量測量傳感器；傳感器；自動(dòng)測量系統(tǒng)的組成自動(dòng)測量系統(tǒng)的組成 圖11 自動(dòng)測量系統(tǒng)組成自動(dòng)測量技術(shù)的作用自動(dòng)測量技術(shù)的作用 以電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)以電子技術(shù)

12、、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)測量技術(shù)，是衡量一個(gè)國家科技水平的重要的自動(dòng)測量技術(shù)，是衡量一個(gè)國家科技水平的重要標(biāo)志之一。標(biāo)志之一。 而傳感器是測量系統(tǒng)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，它能否獲而傳感器是測量系統(tǒng)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，它能否獲得信息和獲取信息的正確與否，關(guān)系到整個(gè)測量系得信息和獲取信息的正確與否，關(guān)系到整個(gè)測量系統(tǒng)的精確度，統(tǒng)的精確度，傳感器的性能在很大程度上決定著整傳感器的性能在很大程度上決定著整個(gè)信息技術(shù)的性能個(gè)信息技術(shù)的性能，因此世界各國都將傳感器技術(shù)，因此世界各國都將傳感器技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的新技術(shù)。列為重點(diǎn)發(fā)展的新技術(shù)。 傳感器的定義（傳感器的定義（GB7665-87)傳感器是一種傳感器是一

13、種檢測裝置檢測裝置，傳感器是能感受并按照一定的規(guī)律一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)可用輸出信號(hào)的器件或裝置。以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)示、記錄和控制等要求，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)，有時(shí)也可以稱為控制的首要環(huán)節(jié)，有時(shí)也可以稱為換能器、檢測器、換能器、檢測器、探頭探頭等。等。 傳感器的定義（傳感器的定義（GB7665-87) 傳感器完成的傳感器完成的任務(wù)任務(wù) ： 將被測量將被測量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為特定的非電量為特定的非電量( (如應(yīng)變、如應(yīng)變、位移等位移等) )； 將非電量將非電量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為電參數(shù)（電阻、電感、

14、為電參數(shù)（電阻、電感、電容、電勢等）；電容、電勢等）； 將電參數(shù)將電參數(shù)變換變換為電量為電量( (電壓或電流）。電壓或電流）。1.傳感器的組成傳感器的組成 通常傳感器由通常傳感器由敏感元件敏感元件和和轉(zhuǎn)換（傳感）元件轉(zhuǎn)換（傳感）元件組成。組成。 傳感傳感器組成框圖如圖器組成框圖如圖 1 - 2 所示。所示。 圖 1- 2 傳感器組成框圖 1.3傳感器的組成、分類與特性直接感受被測非電量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與直接感受被測非電量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系的其它量的元件。被測量有確定關(guān)系的其它量的元件。又稱轉(zhuǎn)換元件又稱轉(zhuǎn)換元件/轉(zhuǎn)換器。能將敏感元件感受到轉(zhuǎn)換器。能將敏感元件感受到的非電量直接

15、轉(zhuǎn)換成電量的器件。的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量的器件。能把傳感元件輸出的電信能把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理、和控制的有用電信號(hào)的電號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理、和控制的有用電信號(hào)的電路。路。2.傳感器的分類傳感器的分類1、按被測量分類、按被測量分類（相應(yīng)的傳感器一般以被測量命名）：（相應(yīng)的傳感器一般以被測量命名）：（1）熱工量傳感器：）熱工量傳感器：溫度、熱量、比熱；壓力、差壓、真空溫度、熱量、比熱；壓力、差壓、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）機(jī)械量傳感器：）機(jī)械量傳感器：位移、尺寸（長度、厚度、寬度、角位移、尺寸（長度、厚度、寬

16、度、角度）；力、力矩；重量、質(zhì)量；速度、加速度、轉(zhuǎn)速。度）；力、力矩；重量、質(zhì)量；速度、加速度、轉(zhuǎn)速。（3）物性和成分量：）物性和成分量：成分量（化學(xué)成分、濃度、酸堿度、鹽成分量（化學(xué)成分、濃度、酸堿度、鹽度等）；物性（密度、比重、粘度等）。度等）；物性（密度、比重、粘度等）。（4）狀態(tài)量：）狀態(tài)量：顏色、透明度、磨損量、裂紋、缺陷、表面粗顏色、透明度、磨損量、裂紋、缺陷、表面粗糙度等）。糙度等）。2、按傳感器的工作原理分類、按傳感器的工作原理分類（1）物理型傳感器：）物理型傳感器：利用某些敏感元件的物理性質(zhì)以及某些利用某些敏感元件的物理性質(zhì)以及某些功能材料的特殊物理性能制成。如：應(yīng)變式、電容

17、式、磁電、功能材料的特殊物理性能制成。如：應(yīng)變式、電容式、磁電、光電、壓電傳感器等。光電、壓電傳感器等。（2）化學(xué)型：）化學(xué)型：利用電化學(xué)反應(yīng)原理制成。如：氣敏傳感器、利用電化學(xué)反應(yīng)原理制成。如：氣敏傳感器、濕度傳感器、離子傳感器等。濕度傳感器、離子傳感器等。（3）生物傳感器：）生物傳感器：利用酶、微生物、抗體、細(xì)胞及組織等作利用酶、微生物、抗體、細(xì)胞及組織等作為敏感材料與適當(dāng)?shù)膿Q能器結(jié)合而成，利用特有的化學(xué)反應(yīng)和為敏感材料與適當(dāng)?shù)膿Q能器結(jié)合而成，利用特有的化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)技術(shù)對(duì)生物化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行測定。如：酶傳感器、免疫傳電化學(xué)技術(shù)對(duì)生物化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行測定。如：酶傳感器、免疫傳感器等。感器等。 3

18、、按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類、按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類（1）模擬傳感器：）模擬傳感器：輸出模擬信號(hào)；輸出模擬信號(hào)；（2）數(shù)字傳感器：）數(shù)字傳感器：輸出數(shù)字信號(hào)（脈沖、頻率、二進(jìn)制輸出數(shù)字信號(hào)（脈沖、頻率、二進(jìn)制數(shù)碼），抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)碼），抗干擾能力強(qiáng)。3. 傳感器的基本特性傳感器的基本特性 即輸出即輸出輸入之間對(duì)應(yīng)關(guān)系，又稱為輸出輸入之間對(duì)應(yīng)關(guān)系，又稱為輸出輸入特性，輸入特性，可用靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性來描述?？捎渺o態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性來描述。一、一、 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性（一）靜態(tài)特性：（一）靜態(tài)特性：是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出輸入是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出輸入關(guān)系；即輸入量與輸

19、出量之間的關(guān)系式中不含有時(shí)間變量。衡關(guān)系；即輸入量與輸出量之間的關(guān)系式中不含有時(shí)間變量。衡量靜態(tài)特性的重要指標(biāo)是線性度、量靜態(tài)特性的重要指標(biāo)是線性度、 靈敏度靈敏度, 遲滯和重復(fù)性等。遲滯和重復(fù)性等。（二）傳感器的靜態(tài)特性表達(dá)式（二）傳感器的靜態(tài)特性表達(dá)式 1、理想傳感器：、理想傳感器： y=a1x 2、實(shí)際傳感器：、實(shí)際傳感器： y=a0+a1x+a2x2+anxn式中式中: a0輸入量輸入量x為零時(shí)的輸出量為零時(shí)的輸出量; a1, a2, , an非線性項(xiàng)系數(shù)；非線性項(xiàng)系數(shù)； x輸入量；輸入量；y輸出量。輸出量。1、傳感器的零偏（零點(diǎn)）：、傳感器的零偏（零點(diǎn)）：輸入信號(hào)為零時(shí)傳感器的輸出值

20、。輸入信號(hào)為零時(shí)傳感器的輸出值。2 、傳感器的測量范圍與量程、傳感器的測量范圍與量程（1）測量范圍：）測量范圍：指正常工作條件下，傳感器能夠測量的被測指正常工作條件下，傳感器能夠測量的被測量的總范圍，通常用測量范圍的下限值和上限值來表示。量的總范圍，通常用測量范圍的下限值和上限值來表示。（2）量程：）量程：測量范圍的上限值（或?qū)?yīng)的輸出值測量范圍的上限值（或?qū)?yīng)的輸出值 ）與下限值）與下限值（或?qū)?yīng)的輸出值）的代數(shù)差。（或?qū)?yīng)的輸出值）的代數(shù)差。a0 零點(diǎn)；零點(diǎn)；xF.S滿量程輸入；滿量程輸入；XF.S輸入量程；輸入量程； XF.S=xmax-xminyF.S滿量程輸出；滿量程輸出；YF.S輸

21、出量程。輸出量程。 YF.S=ymax-ymin注：僅知道量程時(shí)，無法確定測量范圍。注：僅知道量程時(shí)，無法確定測量范圍。傳感器的靜態(tài)特性曲線1、線性度（非線性度、線性度（非線性度/非線性誤差）：非線性誤差）：傳感器的實(shí)際靜態(tài)特傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性曲線與擬合直線（規(guī)定直線）之間，在垂直方向上的最性曲線與擬合直線（規(guī)定直線）之間，在垂直方向上的最大偏差與輸出量程的百分比稱為線性度。通常用相對(duì)誤差大偏差與輸出量程的百分比稱為線性度。通常用相對(duì)誤差L表示表示, 即即 式中式中: |(yL)max|最大非線性最大非線性 絕對(duì)誤差的絕對(duì)值絕對(duì)誤差的絕對(duì)值; YFS輸出量程。輸出量程。 %100|( |ma

22、x)FSLLYyr（三）主要靜態(tài)特性指標(biāo)（三）主要靜態(tài)特性指標(biāo)2 2、靈敏度、靈敏度 靈敏度靈敏度K K是指傳感器的輸出量變化量是指傳感器的輸出量變化量y y 與引起此變化的與引起此變化的輸入變化量輸入變化量xx的比值的比值, , 即即K=y/xK=y/x 靈敏度反映了傳感器對(duì)被測參數(shù)變化的靈敏程度。對(duì)于線性靈敏度反映了傳感器對(duì)被測參數(shù)變化的靈敏程度。對(duì)于線性傳感器傳感器, , 它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率, , 即即K=y/xK=y/x為常為常數(shù)數(shù), , 而非線性傳感器的靈敏度為一變量而非線性傳感器的靈敏度為一變量, , 用用K=dy/dxK=dy/dx表

23、示。傳感器表示。傳感器的靈敏度如圖所示。的靈敏度如圖所示。 多環(huán)節(jié)串聯(lián)而成的測量系統(tǒng)的靈敏度為：多環(huán)節(jié)串聯(lián)而成的測量系統(tǒng)的靈敏度為： K=K1K2Kn 例例1：某線性位移測量儀，當(dāng)被測位移由某線性位移測量儀，當(dāng)被測位移由4.5mm變到變到5mm時(shí)，位時(shí)，位移測量儀的輸出電壓由移測量儀的輸出電壓由3.5V減至減至2.5V，求該儀器的靈敏度。若再接，求該儀器的靈敏度。若再接一個(gè)放大器（放大倍數(shù)為一個(gè)放大器（放大倍數(shù)為10）后驅(qū)動(dòng)筆式記錄儀（靈敏度為）后驅(qū)動(dòng)筆式記錄儀（靈敏度為0.2cm/V），試求系統(tǒng)的總靈敏度。），試求系統(tǒng)的總靈敏度。解：解：K1 =y/x=（3.5-2.5）V/(5-4.5)m

24、m = -2V/mm K2=10 K3= 0.2cm/V K=K1K2K3= -2V/mm10 0.2cm/V= - 4cm/mm 3 3、遲滯（滯環(huán)）、遲滯（滯環(huán)）傳感器在正向（被測量增大）和反向（被測量減?。r(shí)，傳感器在正向（被測量增大）和反向（被測量減?。r(shí)，輸出特性曲線不重合的程度，稱為遲滯（滯環(huán)）。輸出特性曲線不重合的程度，稱為遲滯（滯環(huán)）。 遲滯 ：%yeSFmt100產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象的主要原因有傳感器機(jī)械部分存在不可避免產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象的主要原因有傳感器機(jī)械部分存在不可避免的缺陷，如軸承摩擦、間隙、緊固件松動(dòng)、材料的內(nèi)摩擦、的缺陷，如軸承摩擦、間隙、緊固件松動(dòng)、材料的內(nèi)摩擦、積塵等，以及

25、磁滯和電元件的單向特性等等。積塵等，以及磁滯和電元件的單向特性等等。 xy被測量被測量增大增大yF.S被測量被測量增小增小m最最大大誤誤差差4 4、重復(fù)性、重復(fù)性 傳感器在被測量按同一方向作多次全量程實(shí)驗(yàn)時(shí)，所得傳感器在被測量按同一方向作多次全量程實(shí)驗(yàn)時(shí)，所得到的輸出特性曲線的不一致程度，用重復(fù)性來表示到的輸出特性曲線的不一致程度，用重復(fù)性來表示 。yx01m2mFSy%100SFmZye復(fù)性誤差屬于隨機(jī)性的，由復(fù)性誤差屬于隨機(jī)性的，由于特定的次數(shù)不同，其最大于特定的次數(shù)不同，其最大偏差值也不同，所以用標(biāo)準(zhǔn)偏差值也不同，所以用標(biāo)準(zhǔn)偏差來計(jì)算重復(fù)性指標(biāo)比較偏差來計(jì)算重復(fù)性指標(biāo)比較合理。即合理。即

26、 %y)(eSFz10032式中：112n)yy(nii 前的系數(shù)取前的系數(shù)取2 2時(shí)，誤差完全依從正態(tài)分布，置信時(shí)，誤差完全依從正態(tài)分布，置信概率概率95%95%；取；取3 3時(shí)，置信概率為時(shí)，置信概率為99.73%99.73%。重復(fù)性的好壞與。重復(fù)性的好壞與許多因素有關(guān)，其產(chǎn)生的原因與遲滯相近。許多因素有關(guān)，其產(chǎn)生的原因與遲滯相近。 5 5、分辨力與分辨率、分辨力與分辨率 分辨力分辨力：傳感器能夠測量到的最小輸入變化值：傳感器能夠測量到的最小輸入變化值x, ,它它代表了傳感器的最小量程，與輸入量同量綱。代表了傳感器的最小量程，與輸入量同量綱。 分辨率分辨率：表示傳感器的分辨能力，用于說明其

27、分辨：表示傳感器的分辨能力，用于說明其分辨質(zhì)量。通常有平均分辨率和最大分辨率兩種表示方法。質(zhì)量。通常有平均分辨率和最大分辨率兩種表示方法。6、精確度、精確度 測量誤差測量誤差 被測參數(shù)的測量值與真實(shí)值不一致的程度用測量誤差表示。被測參數(shù)的測量值與真實(shí)值不一致的程度用測量誤差表示。測量誤差就是測量誤差就是被測量的測量值與真實(shí)值之間的差值被測量的測量值與真實(shí)值之間的差值，它反映了測，它反映了測量質(zhì)量的好壞。量質(zhì)量的好壞。（1）測量誤差的表示方法）測量誤差的表示方法絕對(duì)誤差：絕對(duì)誤差：可用下式定義可用下式定義:x = x-x0 式中式中: x絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差; x測量值測量值; x0約定真值。約定真

28、值。 對(duì)測量值進(jìn)行修正時(shí)對(duì)測量值進(jìn)行修正時(shí), 要用到絕對(duì)誤差。要用到絕對(duì)誤差。 修正值是與絕對(duì)誤差修正值是與絕對(duì)誤差大小相等、符號(hào)相反的值大小相等、符號(hào)相反的值,C= -x = x0-x， 實(shí)際值等于測量值加上實(shí)際值等于測量值加上修正值。即修正值。即 x0=x+C。 絕對(duì)誤差不能很好說明測量質(zhì)量的好壞，絕對(duì)誤差不能很好說明測量質(zhì)量的好壞，只適用于被測量值相只適用于被測量值相同的場合。同的場合。 例如例如, 在溫度測量時(shí)在溫度測量時(shí), 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差=1 , 對(duì)體溫測量來說對(duì)體溫測量來說是不允許的是不允許的, 而對(duì)測量而對(duì)測量鋼水溫度鋼水溫度來說卻是一個(gè)極好的測量結(jié)果。來說卻是一個(gè)極好的測量結(jié)

29、果。相對(duì)誤差：相對(duì)誤差：定義由下式給出定義由下式給出: = x/ x0 100%式中式中: 相對(duì)誤差相對(duì)誤差, 一般用百分?jǐn)?shù)給出一般用百分?jǐn)?shù)給出; x絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差; x0約定真值。約定真值。 相對(duì)誤差比絕對(duì)誤差能更好地說明測量精確度，但它相對(duì)誤差比絕對(duì)誤差能更好地說明測量精確度，但它只能說明只能說明不同測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，無法衡量傳感器本身在整個(gè)測量范圍內(nèi)的不同測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，無法衡量傳感器本身在整個(gè)測量范圍內(nèi)的質(zhì)量質(zhì)量，（如一臺(tái)溫度傳感器測，（如一臺(tái)溫度傳感器測100的相對(duì)誤差為的相對(duì)誤差為2%2%，另一臺(tái)測，另一臺(tái)測1000 的相對(duì)誤差為的相對(duì)誤差為1%）為此又采用了引用誤差的概念。）

30、為此又采用了引用誤差的概念。引用誤差：引用誤差：是儀表中通用的一種誤差表示方法。是儀表中通用的一種誤差表示方法。 它是相對(duì)儀表滿它是相對(duì)儀表滿量程的一種誤差量程的一種誤差, 一般也用百分?jǐn)?shù)表示，即一般也用百分?jǐn)?shù)表示，即 = x / XF.S 100%= x /(xmax-xmin) 100% 式中式中: 引用誤差；引用誤差； x絕對(duì)誤差；絕對(duì)誤差； XF.S 儀表輸入量程（測量范圍上限儀表輸入量程（測量范圍上限 測量范圍下限）測量范圍下限）; xmax 儀表量程的上限值；儀表量程的上限值； xmin儀表量程的上限值；儀表量程的上限值； 基本誤差：基本誤差：是指儀表在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下所具有的誤差

31、。是指儀表在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下所具有的誤差。 例如例如, 儀表是在電源電壓儀表是在電源電壓(2205)V、電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)頻率(502)Hz、環(huán)境溫度環(huán)境溫度(205)、 濕度濕度65%5%的條件下標(biāo)定的。如果的條件下標(biāo)定的。如果這臺(tái)儀表在這個(gè)條件下工作這臺(tái)儀表在這個(gè)條件下工作, 則儀表所具有的誤差為基本誤則儀表所具有的誤差為基本誤差。差。測量儀表的精度等級(jí)就是由基本誤差決定的，一般用引測量儀表的精度等級(jí)就是由基本誤差決定的，一般用引用誤差表示。用誤差表示。附加誤差：附加誤差：是指當(dāng)儀表的使用條件偏離額定條件下出現(xiàn)的是指當(dāng)儀表的使用條件偏離額定條件下出現(xiàn)的誤差。誤差。例如例如, 溫度附加誤差、頻率

32、附加誤差、電源電壓波動(dòng)溫度附加誤差、頻率附加誤差、電源電壓波動(dòng)附加誤差等。附加誤差等。 精確度：精確度：表示傳感器測量結(jié)果與真值之間的偏離程度。表示傳感器測量結(jié)果與真值之間的偏離程度。 精確度等級(jí)：精確度等級(jí)：是是根據(jù)最大引用誤差來確定根據(jù)最大引用誤差來確定的。工程中以一系列標(biāo)的。工程中以一系列標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值作為儀表基本誤差的最大允許值來分檔表示儀表的精確度，準(zhǔn)數(shù)值作為儀表基本誤差的最大允許值來分檔表示儀表的精確度，稱為稱為精確度等級(jí)精確度等級(jí)。常用的精確度等級(jí)有。常用的精確度等級(jí)有0.1級(jí)、級(jí)、0.2級(jí)、級(jí)、0.5級(jí)、級(jí)、1.0級(jí)、級(jí)、1.5級(jí)、級(jí)、2.0級(jí)、級(jí)、2.5級(jí)、級(jí)、4.0級(jí)、級(jí)、 5.

33、0級(jí)。級(jí)。注：注：精確度等級(jí)已知的儀表只有在被測量值接近滿量程時(shí)，才能發(fā)精確度等級(jí)已知的儀表只有在被測量值接近滿量程時(shí)，才能發(fā)揮它的測量精度。因此選用儀表時(shí)應(yīng)根據(jù)被測量的大小和測量精度揮它的測量精度。因此選用儀表時(shí)應(yīng)根據(jù)被測量的大小和測量精度的要求，合理選擇儀表量程和精確度等級(jí)。的要求，合理選擇儀表量程和精確度等級(jí)。例例3：測測800 要求誤差要求誤差4 ，現(xiàn)有以下測溫儀表，應(yīng)選哪一種？，現(xiàn)有以下測溫儀表，應(yīng)選哪一種？（1）0500 , 1.0級(jí)；級(jí)； （2）01000 ，0.5 級(jí)；級(jí)； （3）01000 ，0.2級(jí)；級(jí)； （4）02000 ，0.2級(jí)。級(jí)。解：解：（1）不能測；）不能測；（

34、2）測）測800 可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為1000 （ 0.5%）= 5 ；（3）測）測800 可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為1000 （ 0.2%）= 2 ；（4）測）測800 可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為2000 （ 0.2%）= 4 ； 應(yīng)選第（應(yīng)選第（3）種。）種。例例3：測測800 要求誤差要求誤差4 ，現(xiàn)有以下測溫儀表，應(yīng)，現(xiàn)有以下測溫儀表，應(yīng)選哪一種？選哪一種？ （1）0500 , 1.0級(jí)；級(jí)； （2）01000 ，0.5 級(jí)；級(jí)； （3）01000 ，0.2級(jí)；級(jí)； （4）02000 ，0.2級(jí)。級(jí)。 二、二、 傳

35、感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性 輸入信號(hào)變化時(shí)，引起輸出信號(hào)也隨時(shí)間變化，這個(gè)過輸入信號(hào)變化時(shí)，引起輸出信號(hào)也隨時(shí)間變化，這個(gè)過程叫程叫響應(yīng)。響應(yīng)。 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。響應(yīng)特性。 當(dāng)被測量隨時(shí)間變化當(dāng)被測量隨時(shí)間變化,是時(shí)間的函數(shù)時(shí)是時(shí)間的函數(shù)時(shí), 則傳感器則傳感器的輸出量也是時(shí)間的函數(shù)的輸出量也是時(shí)間的函數(shù),其間的關(guān)系要用動(dòng)特性來表示。其間的關(guān)系要用動(dòng)特性來表示。 一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的傳感器一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的傳感器, 其輸出將再現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律其輸出將再現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律, 即具有相同的時(shí)間函數(shù)。實(shí)際上除了具

36、有理想的比例特性外即具有相同的時(shí)間函數(shù)。實(shí)際上除了具有理想的比例特性外, 輸出信號(hào)將不會(huì)與輸入信號(hào)具有相同的時(shí)間函數(shù)輸出信號(hào)將不會(huì)與輸入信號(hào)具有相同的時(shí)間函數(shù),這種輸出與這種輸出與輸入間的差異就是所謂的輸入間的差異就是所謂的動(dòng)態(tài)誤差動(dòng)態(tài)誤差。 實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用實(shí)驗(yàn)方法求得，即根據(jù)實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用實(shí)驗(yàn)方法求得，即根據(jù)傳感器對(duì)一些標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的響應(yīng)來評(píng)定它的動(dòng)態(tài)特性。傳感器對(duì)一些標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的響應(yīng)來評(píng)定它的動(dòng)態(tài)特性。 在時(shí)域內(nèi)，常用階躍信號(hào)來分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性在時(shí)域內(nèi)，常用階躍信號(hào)來分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性瞬時(shí)響瞬時(shí)響應(yīng)特性應(yīng)特性。 在頻域內(nèi)，則采用正弦輸入信號(hào)來分析傳感器的

37、動(dòng)態(tài)特性在頻域內(nèi)，則采用正弦輸入信號(hào)來分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性頻率響應(yīng)特性頻率響應(yīng)特性。1、瞬時(shí)響應(yīng)特性指標(biāo)、瞬時(shí)響應(yīng)特性指標(biāo)時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) ：當(dāng)輸入產(chǎn)生階躍：當(dāng)輸入產(chǎn)生階躍變化時(shí)，輸出信號(hào)從初始值變化變化時(shí)，輸出信號(hào)從初始值變化到到63.2%所需的時(shí)間。所需的時(shí)間。 越小，越小，傳感器的響應(yīng)速度越快傳感器的響應(yīng)速度越快 。一階傳感器的單位階躍響應(yīng)二階傳感器的單位階躍響應(yīng)曲線二階傳感器的單位階躍響應(yīng)曲線延時(shí)時(shí)間延時(shí)時(shí)間td：二階傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)定值的二階傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)定值的50%所需的時(shí)間。所需的時(shí)間。 上升時(shí)間上升時(shí)間tr：二階傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)定值的二階傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)定值的90%所需的時(shí)間

38、。所需的時(shí)間。 建立時(shí)間（響應(yīng)時(shí)間）建立時(shí)間（響應(yīng)時(shí)間） ts：二階傳感器輸出進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值規(guī)定范二階傳感器輸出進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值規(guī)定范 圍之內(nèi)所需的時(shí)間。圍之內(nèi)所需的時(shí)間。 峰值時(shí)間峰值時(shí)間tp：二階傳感器輸出響應(yīng)曲線達(dá)到第一個(gè)峰值二階傳感器輸出響應(yīng)曲線達(dá)到第一個(gè)峰值 所需的時(shí)間。所需的時(shí)間。超調(diào)量超調(diào)量 p ：輸出超過穩(wěn)定值的最大量。輸出超過穩(wěn)定值的最大量。 p =A1 / y( ) 100% 衰減比衰減比d：二階傳感器輸出響應(yīng)曲線第一個(gè)峰值與第二個(gè)二階傳感器輸出響應(yīng)曲線第一個(gè)峰值與第二個(gè)峰值之比峰值之比, 即即A1/A2 。傳感器的頻率響應(yīng)特性指標(biāo)包括：傳感器的頻率響應(yīng)特性指標(biāo)包括：（1） 頻帶：頻

39、帶：傳感器增益保持在一定值（由所需測量精確度傳感器增益保持在一定值（由所需測量精確度確定的公差帶）內(nèi)的頻率范圍為傳感器頻帶或通頻帶確定的公差帶）內(nèi)的頻率范圍為傳感器頻帶或通頻帶, 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)有上、下截止頻率。有上、下截止頻率。 (2) 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)：用時(shí)間常數(shù)用時(shí)間常數(shù)來表征一階傳感器的動(dòng)態(tài)特性。來表征一階傳感器的動(dòng)態(tài)特性。越小越小, 頻帶越寬。頻帶越寬。 (3) 固有頻率固有頻率n：二階傳感器的固有頻率二階傳感器的固有頻率n表征了其動(dòng)態(tài)表征了其動(dòng)態(tài)特性，特性， n 越大，動(dòng)態(tài)誤差越小，頻帶越寬。越大，動(dòng)態(tài)誤差越小，頻帶越寬。2、頻率響應(yīng)特性、頻率響應(yīng)特性傳感器對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)特性傳感器

40、對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)特性, 稱為稱為頻率響應(yīng)特性。頻率響應(yīng)特性。傳感器的頻率響應(yīng)特性包括傳感器的頻率響應(yīng)特性包括幅頻特性幅頻特性和和相頻特性相頻特性。 檢測的基本概念所謂檢測就是人們借助于儀器、設(shè)備，利用各種物理效應(yīng)，采用一定的方法，將客觀世界的有關(guān)信息通過檢查與測量獲取定性或定量信息的認(rèn)識(shí)過程。這些儀器和設(shè)備的核心部件就是傳感器，傳感器是感知被測量（多為非電量），并把它轉(zhuǎn)化為電量的一種器件或裝置。檢測包含檢查與測量兩個(gè)方面，檢查往往是獲取定性信息，而測量則是獲取定量信息。1.5自動(dòng)檢測系統(tǒng)的構(gòu)成自動(dòng)檢測系統(tǒng)的構(gòu)成在現(xiàn)代的自動(dòng)檢測系統(tǒng)中，各個(gè)組成部分常常以信息流的過程來劃分，一般可分為信息的獲

41、得、信息的轉(zhuǎn)換、信息的處理和信息的輸出等幾個(gè)部分。作為一個(gè)完整的自動(dòng)檢測系統(tǒng)，首先應(yīng)獲得被測量的信息，并通過信息的轉(zhuǎn)換把獲得的信息變換為電量，然后進(jìn)行一系列的處理，再用指示儀或顯示儀將信息輸出，或有計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理等。 （1） 傳感器 傳感器是獲得信息的重要手段。圖中a部分為電阻應(yīng)變式傳感器，它將汽車的重量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)。（2） 信號(hào)處理電路 傳感器輸出的信號(hào)常常需要加工和處理，如放大、調(diào)制、解調(diào)、濾波、運(yùn)算以及數(shù)字化等，通常由信號(hào)處理電路來完成。它的主要作用是把傳感器輸出的電學(xué)量變成具有一定功率的模擬電壓（電流）信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，以推動(dòng)后級(jí)的輸出顯示或記錄設(shè)備、數(shù)據(jù)處理裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

42、如圖中b部分為信號(hào)處理電路。 （3） 顯示裝置 測量的目的是使人們了解被測量的數(shù)值，所以必須有顯示裝置。目前常用的顯示裝置有四種：模擬顯示、數(shù)字顯示、圖像顯示和記錄儀。模擬顯示是指利用指針對(duì)標(biāo)尺的相對(duì)位置來表示讀數(shù)，如毫伏表、毫安表等；數(shù)字顯示是指用數(shù)字形式來顯示讀數(shù)，目前大多用LED或LCD數(shù)碼管來顯示；圖像顯示是指用屏幕顯示（CRT）讀數(shù)或被測參數(shù)變化的曲線；記錄儀主要用來記錄被測量的動(dòng)態(tài)過程的變化情況，如筆式記錄儀、光線示波器、打印機(jī)等。如圖中c為顯示裝置，d為打印機(jī)。 （4） 數(shù)據(jù)處理裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 數(shù)據(jù)處理裝置用來對(duì)被測結(jié)果進(jìn)行處理、運(yùn)算、分析，對(duì)動(dòng)態(tài)測試結(jié)果作頻譜分析、能量譜分析等

43、，完成這些工作必須用計(jì)算機(jī)技術(shù)。如圖中的e為數(shù)據(jù)處理裝置（微機(jī)）。1.6 傳感器的發(fā)展趨勢傳感器的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集（傳感器現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集（傳感器技術(shù)）、信息傳輸（通信技術(shù)）和信息處理（計(jì)算技術(shù)）、信息傳輸（通信技術(shù)）和信息處理（計(jì)算技術(shù)）。技術(shù)）。 新型傳感器的發(fā)展方向與特點(diǎn)新型傳感器的發(fā)展方向與特點(diǎn) 1.微型化微型化。 2.集成化。集成化。 3.智能化、數(shù)字化與多功能化。智能化、數(shù)字化與多功能化。 4.標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化。 5.新型。新型。 6.性能更好。性能更好。 利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學(xué)效應(yīng)利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化

44、學(xué)效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器開發(fā)出的新型傳感器光纖流速傳感器光纖流速傳感器熒光材熒光材料制作料制作的電子的電子鼻傳感鼻傳感器器生物酶血樣分析傳感器生物酶血樣分析傳感器熱熱/光光電量電量傳感器傳感器+嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī) 智能傳感器智能傳感器 振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī)智能壓力網(wǎng)絡(luò)智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器傳感器智能智能傾角傾角RS232RS232傳感器傳感器IC總線數(shù)字溫度總線數(shù)字溫度傳感器傳感器 利用壓電片調(diào)焦利用壓電片調(diào)焦的拍照手機(jī)的拍照手機(jī)發(fā)展集成化、功能化的傳感器發(fā)展集成化、功能化的傳感器采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，使檢測技術(shù)智能化采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，使檢測技術(shù)智能化 面部面部 識(shí)別

45、技術(shù)識(shí)別技術(shù)智智 能能 傳傳 感感 器器 智能傳感器可以簡單的認(rèn)為是智能傳感器可以簡單的認(rèn)為是“電五官電五官”與與“微電腦微電腦”的有機(jī)結(jié)合。的有機(jī)結(jié)合。 （1）自補(bǔ)償功能：）自補(bǔ)償功能：（2）自校準(zhǔn)功能：）自校準(zhǔn)功能：（3）自診斷功能：）自診斷功能：（4）數(shù)值處理功能：）數(shù)值處理功能：（5）數(shù)據(jù)融合功能：）數(shù)據(jù)融合功能：（6）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能：）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能：（7）數(shù)據(jù)通信功能：）數(shù)據(jù)通信功能：（8）數(shù)據(jù)輸出功能：）數(shù)據(jù)輸出功能：（9）友好的人機(jī)界面：）友好的人機(jī)界面：被測量傳感器測量電路微處理器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)輸入/輸出接口人機(jī)界面電 源圖1.3-1 智能傳感器原理框圖 常見的結(jié)構(gòu)形式有模塊組合型、集

46、成一常見的結(jié)構(gòu)形式有模塊組合型、集成一體型、模塊組合與集成混合型。體型、模塊組合與集成混合型。 通信模塊主機(jī)模板測量電路傳感器顯示與按鍵圖1.3-2 模塊組合型流量傳感器結(jié)構(gòu)圖 對(duì)緩慢變化的對(duì)象進(jìn)對(duì)緩慢變化的對(duì)象進(jìn)行測量亦屬于靜態(tài)測量。行測量亦屬于靜態(tài)測量。 冰箱的溫度檢測冰箱的溫度檢測 什么是什么是動(dòng)態(tài)測量？動(dòng)態(tài)測量？ 地震測量地震測量振動(dòng)波形振動(dòng)波形 研究誤差理論的目的？ 1、充分利用測量數(shù)據(jù)，合理正確地處理數(shù)據(jù)，以在給定的測量條件下得出被測量的最佳估計(jì)值。 2、根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果正確表示測量不確定度。 3、正確分析誤差來源及規(guī)律，以便在測量中合理地選擇儀器、方法及環(huán)境，消除不利因素，完善

47、檢測手段，提高測量精度。1.7 測量誤差及其消除方法測量誤差及其消除方法測量誤差的定義 測量的目的: 獲得被測量的真值。 測量誤差 : 真值: 在一定的時(shí)間和空間環(huán)境條件下，被測量本身所具有的真實(shí)數(shù)值。包括理論真值和約定真值 所有測量結(jié)果都帶有誤差 。xxA （1）儀器誤差：由于測量儀器及其附件的設(shè)計(jì)、制造、檢定等不完善，以及儀器使用過程中老化、磨損、疲勞等因素而使儀器帶有的誤差。 （2）影響誤差：由于各種環(huán)境因素（溫度、濕度、振動(dòng)、電源電壓、電磁場等）與測量要求的條件不一致而引起的誤差。 （3）理論誤差和方法誤差：由于測量原理、近似公式、測量方法不合理而造成的誤差。 （4）人身誤差：由于測量

48、人員感官的分辨能力、反應(yīng)速度、視覺疲勞、固有習(xí)慣、缺乏責(zé)任心等原因，而在測量中使用操作不當(dāng)、現(xiàn)象判斷出錯(cuò)或數(shù)據(jù)讀取疏失等而引起的誤差。 （5）測量對(duì)象變化誤差：測量過程中由于測量對(duì)象變化而使得測量值不準(zhǔn)確，如引起動(dòng)態(tài)誤差等。 測量誤差有絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差兩種表示方法。 1.絕對(duì)誤差 （1）定義： 由測量所得到的被測量值與其真值之差，稱為絕對(duì)誤差。 0AxxxxAx （2）修正值 與絕對(duì)誤差的絕對(duì)值大小相等，但符號(hào)相反的量值，稱為修正值 測量儀器的修正值可以通過上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的檢定給出，修正值可以是數(shù)值表格、曲線或函數(shù)表達(dá)式等形式。 被測量的實(shí)際值xAxCCxA 2.相對(duì)誤差（反映測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度

49、） 一個(gè)量的準(zhǔn)確程度，不僅與它的絕對(duì)誤差的大小，而且與這個(gè)量本身的大小有關(guān)。 例：測量足球場的長度和武漢市到黃石市的距離，若絕對(duì)誤差都為1米，測量的準(zhǔn)確程度是否相同？ （1）相對(duì)真誤差、實(shí)際相對(duì)誤差、示值相對(duì)誤差相對(duì)（真）誤差：絕對(duì)誤差與被測量的真值之比相對(duì)誤差是兩個(gè)有相同量綱的量的比值，只有大小和符號(hào)，沒有單位。實(shí)際相對(duì)誤差： 用實(shí)際值A(chǔ)代替真值A(chǔ)0 示值相對(duì)誤差： 用測量值X 代替實(shí)際值A(chǔ)（2）滿度相對(duì)誤差（引用相對(duì)誤差，衡量儀表或儀器的準(zhǔn)確度） 用測量儀器在一個(gè)量程范圍內(nèi)出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差與該量程值（上限值下限值）之比來表示的相對(duì)誤差，稱為滿度相對(duì)誤差（或稱引用相對(duì)誤差）%100 xxm

50、mmmmmxx 電工儀表就是按引用誤差 之值進(jìn)行分級(jí)的。是儀表在工作條件下不應(yīng)超過的最大引用相對(duì)誤差 我國電工儀表共分七級(jí)：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5及5.0。如果儀表為S級(jí)，則說明該儀表的最大引用誤差不超過S% ，則儀表在測量點(diǎn)的最大相對(duì)誤差 在使用這類儀表測量時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)牧砍蹋故局当M可能接近于滿度值，指針最好能偏轉(zhuǎn)在不小于滿度值2/3以上的區(qū)域。 %Sxxmx m 例 某待測電流約為100mA，現(xiàn)有0.5級(jí)量程為0400mA和1.5級(jí)量程為0100mA的兩個(gè)電流表，問用哪一個(gè)電流表測量較好？2100%1.5% 1.5%100mxxSx1400%0.5% 2%100

51、mxxsx 結(jié)論：應(yīng)選用結(jié)論：應(yīng)選用1.51.5級(jí)量程為級(jí)量程為0 0100mA100mA電流表。電流表。不能片面追求儀表的等級(jí)，應(yīng)根據(jù)被測量的不能片面追求儀表的等級(jí)，應(yīng)根據(jù)被測量的大小，兼顧儀表的滿度值和級(jí)別。大小，兼顧儀表的滿度值和級(jí)別。測量誤差的分類 根據(jù)測量誤差的性質(zhì)，測量誤差可分為隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差、粗大誤差三類。 1.隨機(jī)誤差 定義: 在同一測量條件下（指在測量環(huán)境、測量人員、測量技術(shù)和測量儀器都相同的條件下），多次重復(fù)測量同一量值時(shí)（等精度測量），每次測量誤差的絕對(duì)值和符號(hào)都以不可預(yù)知的方式變化的誤差，稱為隨機(jī)誤差或偶然誤差，簡稱隨差。 隨機(jī)誤差主要由對(duì)測量值影響微小但卻互不相關(guān)

52、的大量因素共同造成。這些因素主要是噪聲干擾、電磁場微變、零件的摩擦和配合間隙、熱起伏、空氣擾動(dòng)、大地微震、測量人員感官的無規(guī)律變化等。 例：對(duì)一不變的電壓在相同情況下，多次測量得到 1.235V，1.237V，1.234V，1.236V，1.235V，1.237V。 單次測量的隨差沒有規(guī)律， 但多次測量的總體卻服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 可通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來處理,即求算術(shù)平均值u隨機(jī)誤差定義：測量結(jié)果與在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測隨機(jī)誤差定義：測量結(jié)果與在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值之差量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值之差 iixx()n 隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)特性及減少方法 在測

53、量中，隨機(jī)誤差是不可避免的。 隨機(jī)誤差是由大量微小的沒有確定規(guī)律的因素引起的，比如外界條件（溫度、濕度、氣壓、電源電壓等）的微小波動(dòng)，電磁場的干擾，大地輕微振動(dòng)等。 多次測量，測量值和隨機(jī)誤差服從概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 可用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，處理測量數(shù)據(jù)，從而減少隨機(jī)誤差對(duì)測量結(jié)果的影響。 標(biāo)準(zhǔn)偏差是代表測量數(shù)據(jù)和測量誤差分布離散程度的特征數(shù)。 標(biāo)準(zhǔn)偏差越小，則曲線形狀越尖銳，說明數(shù)據(jù)越集中；標(biāo)準(zhǔn)偏差越大，則曲線形狀越平坦，說明數(shù)據(jù)越分散。 0)(p1 2 3 2.系統(tǒng)誤差 定義：在同一測量條件下，多次測量重復(fù)同一量時(shí)，測量誤差的絕對(duì)值和符號(hào)都保持不變，或在測量條件改變時(shí)按一定規(guī)律變化的誤差，稱為系統(tǒng)誤

54、差。例如儀器的刻度誤差和零位誤差，或值隨溫度變化的誤差。 產(chǎn)生的主要原因是儀器的制造、安裝或使用方法不正確，環(huán)境因素（溫度、濕度、電源等）影響，測量原理中使用近似計(jì)算公式，測量人員不良的讀數(shù)習(xí)慣等。 系統(tǒng)誤差表明了一個(gè)測量結(jié)果偏離真值或?qū)嶋H值的程度。系差越小，測量就越準(zhǔn)確。 系統(tǒng)誤差的定量定義是：在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值與被測量的真值之差。即0 xA106 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差*保持不變或以可預(yù)知方式變化的誤差分量保持不變或以可預(yù)知方式變化的誤差分量 來源來源: :儀器固有缺陷儀器固有缺陷; ; 實(shí)驗(yàn)理論近似或方法不完善；實(shí)驗(yàn)理論近似或方法不完善； 實(shí)驗(yàn)環(huán)境、測量條件不合要求；實(shí)驗(yàn)環(huán)境、測量條件不合要求； 操作者生理或心理因素。操作者生理或心理因素。 3.粗大誤差： 粗大誤差是一種顯然與實(shí)際值不符的誤差。產(chǎn)生粗差的原因有： 測量操作疏忽和失誤 如測錯(cuò)、讀錯(cuò)、記錯(cuò)以及實(shí)驗(yàn)條件未達(dá)到預(yù)定的要求而匆忙實(shí)驗(yàn)等。 測量方法不當(dāng)