第一章傳感器技術基礎第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日本章目錄第一節(jié)機電一體化系統(tǒng)中物理量的測量與傳感器第二節(jié)傳感器的定義和組成第三節(jié)傳感器的分類第四節(jié)傳感器的基本特征第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日本章主要內容理解傳感器的概念、作用了解傳感器的應用及發(fā)展方向掌握傳感器的靜態(tài)特性熟悉傳感器的動態(tài)特性第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)機電一體化系統(tǒng)中物理量的測量與傳感器機電一體化技術是機械技術與微電子技術、計算機技術、信息技術相結合的綜合性高新技術。要把機電一體化系統(tǒng)設備中的物理量準確可靠的測量出來，以電信號的方式輸入給計算機或其它電子設備，必須依賴電測量的方法。相對而言，電量的電測量比較容易，使用電工儀表和電子儀器就可以對一般的電量直接進行測量。對于非電量就不能直接使用電工儀表和電子儀器進行測量，而原有的對非電量的測量方法已不能適應機電一體化系統(tǒng)的要求。這就要求對原有的非電量測量方法加以改進和提高，采用新技術新方法。第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日采用傳感技術的非電量電測方法，就是人們在實踐中不斷摸索和提高，從而發(fā)展起來的測量方法。轉換技術的器件就是傳感器，采用傳感器對非電量進行電測具有以下的特點：（1）可進行微量檢測，精度高、速度快。（2）可實現(xiàn)遠距離遙測及遙控。（3）可實現(xiàn)無損檢測。（4）能連續(xù)進行測量、記錄和顯示。（5）可采用計算機技術對測量數(shù)據(jù)進行運算、存儲和處理，并根據(jù)處理結果對被測量對象進行工作狀態(tài)的控制。（6）測量安全可靠。第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日精準農業(yè)是在現(xiàn)代信息技術、生物技術、工程技術基礎上發(fā)展起來的現(xiàn)代農業(yè)生產形式。其核心技術是農田地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感技術和計算機自動控制技術。

精準農業(yè)精量播種變量噴藥精準灌溉第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日無線傳感器結點工業(yè)監(jiān)測與控制產品檢測天然氣壓力監(jiān)測第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日橋梁結構監(jiān)測監(jiān)測風速、風向、溫度、濕度、能見度、降雨強度等。東海大橋第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日上海浦東機場的周界防入侵系統(tǒng)在機場四周設立無線傳感器警戒網(wǎng)，形成低空、地面、地下三維立體報警體系。每個結點由震動、聲響、磁場和微波傳感器等組成。通過網(wǎng)絡，可以隨時監(jiān)測周邊實況。第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日太湖水自動監(jiān)測工程

在太湖大范圍水域布放傳感器，通過無線傳輸方式

24小時監(jiān)測太湖水質的各項變化，并將數(shù)據(jù)及時傳回數(shù)據(jù)中心。

水質自動監(jiān)測浮標

第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日我國科學家在海拔4093米的南極冰穹A地區(qū)，布設監(jiān)測冰雪變化的“智能塵埃”網(wǎng)絡，將南極冰雪表面數(shù)據(jù)與空中的遙感衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)相結合，對南極冰穹開展天地一體的監(jiān)測研究。

環(huán)境監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡冰雪監(jiān)測系統(tǒng)第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)傳感器的定義和組成什么是傳感器？第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日什么是傳感器？眼（視覺）

耳（聽覺）

鼻（嗅覺）皮膚（觸覺）

舌（味覺）人體系統(tǒng)和機器系統(tǒng)比較

感知外界信息→大腦→肌體第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日什么是傳感器？人的體力和腦力勞動通過感覺器官接收外界信號，將這些信號傳送給大腦，大腦把這些信號分析處理傳遞給肌體。如果用機器完成這一過程，計算機相當人的大腦，執(zhí)行機構相當人的肌體，傳感器相當于人的五官和皮膚。傳感器好比人體感官的延長，有人又稱“電五官”。

傳感器外界信息感官大腦肌體計算機執(zhí)行機構第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日從廣義來講，典型的傳感器一般由敏感元件、轉換元件、轉換電路三部分組成。敏感元件：它是直接感受和響應被測量，并輸出與被測量有一定對應關系的某一物理量的元件。轉換元件：敏感元件的輸出量就是它的輸入量，它把輸入量轉換成電路參數(shù)量。但這個電路參數(shù)量往往需經轉換后，才能被后續(xù)電路所應用。轉換電路：它接受轉換元件所轉換成的電路參數(shù)量，并把它轉換成后續(xù)電路所能應用的電信號。敏感元件與轉換元件在結構上時常是裝在一起的，轉換電路為了減小外界的干擾和影響也希望和它們裝在一起，但由于空間的限制或者其它原因，轉換電路常裝載于測控箱內。第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日傳感器技術的作用和地位

構成現(xiàn)代信息技術的三大支柱是：

傳感器技術（信息采集）；

通信技術

（信息傳輸）；

計算機技術（信息處理）；

它們在信息系統(tǒng)中分別起到

“感官”、“神經”和“大腦”的作用。在利用信息的過程中首先要解決獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取信息的主要途徑和手段。

第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日機器人

視覺:平面、立體非視覺:觸覺、滑覺、熱覺、力覺、接近覺、…

第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日

智能建筑

給排水系統(tǒng)泵系統(tǒng)鍋爐系統(tǒng)環(huán)境控制電力監(jiān)測能量計費消防系統(tǒng)保安系統(tǒng)照明系統(tǒng)DDC第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)傳感器的分類傳感器分類方法較多,大體有以下幾種：1）

按傳感器檢測的范疇分類

物理量傳感器化學量傳感器生物量傳感器２）按傳感器的輸出信號分類

模擬傳感器數(shù)字傳感器３）按傳感器的結構分類

結構型傳感器物性型傳感器復合型傳感器４）按傳感器的功能分類

單功能傳感器多功能傳感器智能傳感器

５）按傳感器的轉換原理分類

機—電傳感器光—電傳感器熱—電電傳感器磁—電傳感器電化學傳感器6）按傳感器的能源分類

有源傳感器無源傳感器

第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日（1）線性度傳感器靜態(tài)特性和輸入輸出關系可以用多項式表示：第四節(jié)傳感器的基本特征其中：X—輸入量，Y—輸出量；a0—x=0時的輸出值a1—理想靈敏度a2,a3…..an——非線性項系數(shù)

當輸入量（X）為靜態(tài)（常量）或變化緩慢的信號時（如溫度、壓力），討論傳感器的靜態(tài)特性，輸入輸出關系稱靜態(tài)特性。

靜態(tài)特性包括：線性度、遲滯、重復性、靈敏度、穩(wěn)定性

傳感器靜態(tài)特性第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日

傳感器的非線性誤差（線性度）通常用相對誤差表示：

——最大非線性絕對誤差

——滿量程輸出

——線性度

YXYiXiLmaxY=kx+b第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日（2）靈敏度傳感器的靈敏度是指傳感器在穩(wěn)定條件下，輸出變化量ΔY和輸入變化量ΔX的比值，其表達式為：

式中：K——靈敏度，線性傳感器的靈敏度是個常數(shù)；ΔY——輸出變化量ΔX——輸入變化量第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日（3）遲滯傳感器輸入量增大行程期間（正行程）和輸入量減小行程期間（反行程），輸出-輸入特性曲線不重合稱為遲滯。遲滯誤差一般以正反行程間輸出的最大偏差與滿量程輸出的百分數(shù)來表示，其表達式為：

遲滯誤差的另一名稱叫回程誤差，它是由于傳感器機械部分不可避免地存在著間隙、摩擦及松動等原因所產生。第二十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日（4）重復性重復性是指傳感器輸入量按同一方向作全量程重復測量所得的輸出-輸入特性曲線不一致的程度。設正行程的最大重復性偏差為ΔRmax1，反行程的最大重復性偏差為ΔRmax2，重復性偏差取這兩個最大偏差中之較大者ΔRmax1，則重復性以ΔRmax與滿量程輸出Ym之比的