1、第一章傳感器理論基礎(chǔ)1.1傳感器基礎(chǔ)1.1.1傳感器概念傳感器/傳感器是一種能夠感知特定測(cè)量值并按照一定規(guī)則將其轉(zhuǎn)化為可用量的裝置和裝置。傳感器是將非電轉(zhuǎn)化為電的裝置。1，世紀(jì)學(xué)校，2，2，1.1.2傳感器的組成和分類，1傳感器的組成傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路組成，如圖1-1所示。1.1.2傳感器、傳感元件的組成和分類：直接感知測(cè)量變化并輸出與測(cè)量值有確定關(guān)系的某一物理量的元件，是傳感器的核心。轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的物理量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)的元件。測(cè)量電路：對(duì)轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步轉(zhuǎn)換和處理的部分，如放大、濾波、線性化、補(bǔ)償?shù)?。從而獲得更好的質(zhì)量特性，便于后續(xù)電

2、路實(shí)現(xiàn)顯示、記錄、處理和控制功能。3，世紀(jì)學(xué)校，4，1.1.2傳感器的組成和分類，(1)根據(jù)其工作原理，傳感器可分為電參數(shù)傳感器(如電阻、電感和電容)、壓電傳感器、光電傳感器和熱電傳感器。(2)根據(jù)被測(cè)對(duì)象，傳感器可分為力傳感器、位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器。常用的物理量包括機(jī)械量、聲音、磁性、溫度和光。(3)根據(jù)其結(jié)構(gòu)，傳感器可分為結(jié)構(gòu)傳感器、物理傳感器和復(fù)合傳感器。物理傳感器依靠敏感元件材料物理性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換，如水銀溫度計(jì)。結(jié)構(gòu)傳感器依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換，如電容式傳感器。2傳感器的分類，世紀(jì)學(xué)校的文本，1.1.3傳感器的基本特征。當(dāng)傳感器的輸入信號(hào)不變且

3、不隨時(shí)間變化時(shí)，其輸入輸出關(guān)系特性稱為靜態(tài)特性。傳感器的基本特性是指系統(tǒng)的輸入和輸出之間的關(guān)系，即傳感器系統(tǒng)的輸出信號(hào)y(t)和輸入信號(hào)(測(cè)量值)x(t)之間的關(guān)系。傳感器系統(tǒng)的示意圖如下圖所示。5，世紀(jì)學(xué)校，1.1.3傳感器的基本特性，傳感器的靜態(tài)特性：1。測(cè)量范圍：傳感器可以測(cè)量的最小輸入和最大輸入之間的范圍稱為傳感器的測(cè)量范圍。2.量程：傳感器測(cè)量范圍上限和下限之間的代數(shù)差，稱為量程。3.準(zhǔn)確度：傳感器的準(zhǔn)確度是指測(cè)量結(jié)果的可靠性，它是測(cè)量中各種誤差的綜合反映。在工程技術(shù)中，為了簡(jiǎn)化傳感器精度的表示，引用了精度等級(jí)的概念。精度等級(jí)由一系列標(biāo)準(zhǔn)百分比值表示，代表傳感器測(cè)量的最大允許誤差，即

4、相對(duì)誤差。4.靈敏度：靈敏度是指?jìng)鞲衅鬏敵龅淖兓c引起變化的輸入變化之比，如右圖所示。6，世紀(jì)學(xué)校巴文本，1.1.3傳感器的基本特性，5。線性：指輸出和輸入之間的關(guān)系曲線偏離理想直線的程度。當(dāng)非線性誤差不太大時(shí)，通常采用線性擬合方法進(jìn)行線性化。這樣，線性度表示為輸入輸出關(guān)系曲線與擬合直線和滿量程輸出之間最大偏差的百分比。其中，它是非線性最大誤差(最大偏差)；是滿量程輸出值。常用的直線擬合方法包括理論擬合、端點(diǎn)擬合和端點(diǎn)平移擬合，如圖1-7所示。通過(guò)不同的方法選擇擬合線，可以得到不同的線性度。7，世紀(jì)校車文本，1.1.3傳感器的基本特性，8，世紀(jì)校車文本，1.1.3傳感器的基本特性，9，6。分辨

5、率：分辨率是指檢測(cè)儀器準(zhǔn)確檢測(cè)測(cè)量的最小變化值的能力。輸入量從任意值緩慢增加，直到可以測(cè)量輸出的變化，此時(shí)的輸入量就是分辨率靈敏度越高，分辨率越好。通常，模擬儀器的分辨率被指定為最小刻度值的一半。數(shù)字儀器的分辨率是最后一句話。1.1.3傳感器的基本特性，10.7 .可重復(fù)性：可重復(fù)性是指當(dāng)輸入量在全范圍內(nèi)沿同一方向連續(xù)多次變化時(shí)所獲得的特性曲線之間的不一致性程度。1.1.3傳感器的基本特性，11.8。滯后3360滯后表示傳感器正(輸入量增加)和負(fù)(輸入)1.1.3傳感器的基本特性，12.9。穩(wěn)定性：穩(wěn)定性表示傳感器長(zhǎng)時(shí)間保持其性能參數(shù)的能力。10.漂移：漂移是指在外界的干擾下，在一定的時(shí)間間隔

6、內(nèi)，傳感器輸出與輸入無(wú)關(guān)或不需要改變。漂移包括零漂移和靈敏度漂移，如圖所示。世紀(jì)學(xué)校巴文本，1.1.4傳感器的命名、代碼和圖形符號(hào)，13。傳感器的命名傳感器的全稱應(yīng)由“四個(gè)主詞修飾語(yǔ)”組成，即主詞的第一個(gè)修飾語(yǔ)傳感器是被測(cè)量的，包括修改被測(cè)量的屬性。次修飾語(yǔ)的轉(zhuǎn)換原則一般可以用“是”字作后綴。第三級(jí)修飾特征描述是指?jìng)鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)、性能、材料特性、敏感元件和其他必須強(qiáng)調(diào)的必要性能特征，一般可以用“類型”一詞作為后綴。四級(jí)修飾符的主要技術(shù)指標(biāo)(如范圍、精度、靈敏度等)。)。1.1.4傳感器的命名、代碼和圖形符號(hào)，14.2傳感器代碼傳感器代碼應(yīng)包括以下四個(gè)部分：一個(gè)主要名稱(傳感器)；b是經(jīng)過(guò)測(cè)量的。

7、轉(zhuǎn)換原則；d序列號(hào)，如圖所示。1.1.4傳感器的命名、代碼和圖形符號(hào)，15.3傳感器的圖形符號(hào)是電氣圖圖形符號(hào)的一部分。根據(jù)GB/T 1447993傳感器圖的圖形符號(hào)，傳感器的圖形符號(hào)由符號(hào)元素正方形和等邊三角形組成，如圖所示。世紀(jì)學(xué)校巴，1.1.5傳感器發(fā)展趨勢(shì)，16，(1)發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象和新效應(yīng)；(2)開(kāi)發(fā)新材料；(3)采用高科技；(4)拓展應(yīng)用領(lǐng)域；(5)提高傳感器的性能；(6)傳感器的小型化和低功耗；(7)傳感器的集成和多功能；(8)傳感器的智能化和數(shù)字化；(9)傳感器聯(lián)網(wǎng)。檢測(cè)技術(shù)是一門應(yīng)用技術(shù)學(xué)科，主要研究檢測(cè)系統(tǒng)中信息提取、信息轉(zhuǎn)換和信息處理的理論和技術(shù)。檢測(cè)技術(shù)主要研究測(cè)量原理、測(cè)

8、量方法、檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理。對(duì)不同性質(zhì)的被測(cè)對(duì)象應(yīng)采用不同的測(cè)量原理，對(duì)相同性質(zhì)的被測(cè)對(duì)象也可采用不同的測(cè)量原理。1.2檢測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)，世紀(jì)學(xué)校教材，18，1.2.2測(cè)量方法1)直接測(cè)量，間接測(cè)量和組合測(cè)量(也稱同時(shí)測(cè)量)。聯(lián)立方程求解后，就可以得到被測(cè)物理量的最終結(jié)果，這就是組合測(cè)量。2)偏差式測(cè)量、零位式測(cè)量和毫秒式測(cè)量3)等精度測(cè)量和不等精度測(cè)量4)靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量1.2檢測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)19，1.2。3檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)由被測(cè)對(duì)象、傳感器、數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)組成，1.2檢測(cè)技術(shù)理論基礎(chǔ)，20，1.2。3檢測(cè)系統(tǒng)分為開(kāi)環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)和閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)，1.2檢測(cè)技術(shù)的理

9、論基礎(chǔ)、世紀(jì)學(xué)校巴，21，1.2。4測(cè)量誤差和數(shù)據(jù)處理測(cè)量誤差在檢測(cè)過(guò)程中，被檢測(cè)對(duì)象、檢測(cè)系統(tǒng)、檢測(cè)方法和檢測(cè)人員都會(huì)受到各種變化因素的影響。被測(cè)對(duì)象的變換有時(shí)會(huì)改變被測(cè)對(duì)象的原始狀態(tài)。這導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果和測(cè)量的客觀真實(shí)值之間存在一定的差異，這被稱為測(cè)量誤差。簡(jiǎn)而言之，測(cè)量誤差是測(cè)量值與真實(shí)值之間的差值，它反映了測(cè)量精度。測(cè)量誤差的主要來(lái)源可以概括為工具誤差、環(huán)境誤差、方法誤差和人員誤差。1.2檢測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)，世紀(jì)學(xué)校巴鄭文，22，1.2。4測(cè)量誤差的估計(jì)和處理及數(shù)據(jù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)1)隨機(jī)誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo)1)算術(shù)平均。在實(shí)際測(cè)量中，真實(shí)值通常是不可用的?？梢宰C明，隨著測(cè)量次數(shù)的增加，算術(shù)平均值更接近真值，當(dāng)無(wú)窮大時(shí)，測(cè)量值的算術(shù)平均值即為真值。(2)標(biāo)準(zhǔn)誤差(也稱為均方根誤差)。算術(shù)平均是隨機(jī)誤差的分布中心，而標(biāo)準(zhǔn)誤差反映了隨機(jī)誤差的分布范圍。標(biāo)準(zhǔn)誤差越大，測(cè)量數(shù)據(jù)的離散范圍越大。標(biāo)準(zhǔn)誤差可以描述測(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，是評(píng)價(jià)隨機(jī)誤差的重要指標(biāo)。1.2檢測(cè)技術(shù)的理論