传感器原理基础知识1

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1、传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输岀信号的器件或装置。传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等;根据器件用途又称为热敏元件.湿敏元件等关于输出信号：通常是电量，电量有很多形式，如电压、电流、电容、电阻等irfti齐＞・、乡理转换Hams_-JMtft#flIJ"关于敏感元件：指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。②关于转换元件:指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。③关于信号调理与转换电路：对其进行放大、运算调制等。传感器的分类按工作机理分类：以传感器的工作原理划分，分为结构型、物性型。①结构型传感器是利用物理学的定律等构成

2、，其性能与构成材料关系不大。②物性型传感器是利用物质的客观属性构成，其性能与构成材料有直接关系。（补充）③复合型传感器是将中间转换环节与物性型元件复合而成的传感器。按输入信号分类:位移温度流量丿玉力等、按能量关系分类:能量转换型和控制型.按输出信号分类:模拟信号、数字信号在今天的信息时代里，信息产业包括信息采集、传输、处理三部分，即传感技术、通信技术、计算机技术。利用物理现象、化学反应、生物效应作为传感器原理，所以研究发现新现象与新效应是传感器技术发展的重要工作，是研究开发新型传感器的基础。传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学进步，人们可制造出各种新型传感器。例如用高分子

3、聚合物薄膜制成温度传感器；光导纤维能制成压力、流量、温度、位移等多种传感器；用陶瓷制成压力传感器。能用同一类型的微分方程描述的不同系统称为相似系统。一个由电阻、电容、电感组成的电系统可以和一个阻尼器、质量、弹簧组成的机械系统相似。研究机械系统时，利用相似特性进行机电模拟机电模拟的经常采用的模拟方案：•力一电压模拟其中相似系统对应关系力f—电压UV—i位移x…•电荷Q质量m…电感L阻尼系数c…电阻r弹性系数1/k…电容C2・力一电流模拟力f—电流i速度v--电压u位移x--磁链屮质量m—电容C阻尼系数c--电导G弹性系数k/1…电感L双向传感器的统一理论：实现机电可逆的变换器称为双向

4、传感器一、传感器的静态模型在静态信号（不随时间变化的输入信号）情况下，描述传感器输出与输入量间的一种函数关系。传感器的输出与输入关系可用一个多项式表示：y=a0+aiX+a2x2++anxn式中：a0一一输入量x为零时的输出量；潼ax一一传感器线性灵敏度；^2,.../an非线性项系数。二、传感器的静态特性线性度传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间的实际关系曲线偏离直线的程度，又称为非线性误差非线性误差的数学描述±^2^X100%迟滞（迟环）传感器在正向（输入量增大）行程和反向（输入量减小）行程期间其输出■输入特性曲线不重合的现象称为迟滞。对于同一大小的输入信号，传感器正反行程

5、的输出信号大小不相等，这就是迟滞现象，产生原因是传感器机械部件存在不可避免的缺陷。重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化吋，所得特性曲线不--致的程度（波动性）灵敏度（S）灵敏度S是指传感器在稳态下的输出量增量Ay与引起输出暈增暈Ay的输入量增量Ax的比值传感器的动态特性是指其输出对随吋间变化的输入量的响应特性。动态特性分析方法：研究动态特性可以从时域和频域两个方面采用瞬态响应法和频率响应法来分析。动态特性的时域分析一瞬态响应法关于激励信号阶跃函数、斜坡函数、脉冲函数等。最常以传感器的单位阶跃响应来评价传感器的动态性能指标。动态特性的频域分析一频率响应法（稳态

6、响应法）关于激励信号通常利用正弦函数。传感器的数学模型dnydy,dmx.dm'xx,dx,ci+eF=bFb.+•••+/?]Fb{}x，ldt"1dt2-〃严心d严*dt°用传递函数描述的动态模型H(S)=y（s）X（s）一阶传感器的单位阶跃响应dt一阶传感器的传递函数Y(S)=1传感器动态特性指标传递函数定义其初始值均为零时，输出的拉氏变换和输入的拉氏变换之比称为传递函数。频率响应函数幅频特性A(co)=/和相频特性①(g)=-arctan(69r)Jl+(W)2冲激响应函数一阶传感器无失真测试条件一阶传感器输出与输入满足下列关系y(f)=A^x(t—Tq)观和q都是常数或者

7、一阶传感器的传递函数满足A(c)H常数引起的失真一一幅值失真0(G)与。不是线性关系引起的失真一一相位失真二阶传感器无失真测试条件对于正弦输入，阻尼比§=0.6〜0.7时，幅值比在比较宽的范围内保持不变；0)＜叫,传感器的e(e)接近于直线，产生的相位失真很小。传感器的标定传感器的标定的种类静态标定静态标定的目的是确定传感器静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。❸静态特性标定的方法对传感器进行静态特性标定，首先是创造一个静态标准条件。其次是选择与被标定传感器