检测技术 教学课件 作者 郑华耀 第二章　传感器技术基础.pptx

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1、第二章　传感器技术基础第一节　传感器概论第二节　传感器的特性第三节　系统相似与机电模拟第一节　传感器概论一、传感器及其组成二、传感器的作用与地位三、传感器的分类四、传感器的发展趋势一、传感器及其组成图2-1　传感器的组成框图二、传感器的作用与地位(1)信息的收集　科学研究中的计量测试、产品制造与销售中所需的计量等，都须由测量获得准确的定量数据。(2)信息数据的交换　把文字、符号、代码、图形等多种信息记录在纸、胶片、盘片、磁卡或其他载体上的信号数据转换成计算机、传真机等易处理的信号数据，或读出记录在各种媒介体上的信息并进行转换

2、，例如磁盘与光盘的信息读出磁头就是一种传感器。(3)控制信息的采集　检测控制系统处于某种状态的信息，并由此控制系统的状态或者跟踪系统变化的目标值。三、传感器的分类表2-1　传感器的分类四、传感器的发展趋势(一)微型传感器(MicroSensor)(二)智能化传感器(SmartSensor)(三)多功能传感器(MultifunctionSensor)(一)微型传感器(MicroSensor)微型传感器是以MEMS(Microelectro-mechanicalSystem)技术为基础的，目前的制作技术，可达到光的波长级(0.5

3、μm)。微型传感器具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。比较成熟的微型传感器有压力传感器、加速度传感器等。(二)智能化传感器(SmartSensor)智能化传感器是一种涉及多学科的新型传感器系统。此类传感器系统在20世纪80年代末一经问世即受到科研界的普遍重视，尤其在探测应用领域，如分布式实时探测、网络探测和多信号探测方面深受欢迎。(三)多功能传感器(MultifunctionSensor)由若干种敏感元件组成的多功能传感器应运而生，它是一种体积小巧兼备多种功能的新一代探测系统，借助于敏感元件中不同的物理结构

4、或化学物质及其各不相同的表征方式，多种功能集成于一个传感器系统中。第二节　传感器的特性一、传感器的静态特性与指标二、传感器的动态特性与指标一、传感器的静态特性与指标(一)线性度(二)迟滞(滞后)(三)重复性(四)灵敏度(一)线性度1.非线性形式2.常用的线性度(一)线性度1.非线性形式(1)理想线性(2)在原点附近一定范围内输出／输入特性基本成线性(3)输出／输入特性曲线不对称(4)普遍情况　其表达式就是式(2-1)，对应的特性曲线如图2-2d所示。1.非线性形式图2-2　传感器的静态特性(1)理想线性(2)在原点附近一定范

5、围内输出／输入特性基本成线性(3)输出／输入特性曲线不对称(4)普遍情况　其表达式就是式(2-1)，对应的特性曲线如图2-2d所示。2.常用的线性度(1)理论线性度　理论线性度又称绝对线性度，表示传感器的实际输出校准曲线与理论直线之间的偏差程度。(2)端基线性度　把传感器校准数据的零点输出平均值和满量程输出平均值连成直线，作为传感器的拟合直线。(3)独立线性度　选择拟合直线的一个简单方法是在校准曲线循环中找出一条最佳平均直线，并使实际输出特性相对于所选拟合直线的最大正偏差等于最大负偏差，并且最小，如图2-3c所示。(4)平均

6、选点线性度　将测得的试验点分成数目相等的两组：前半部n/2个试验点为一组，后半部n/2个试验点为另一组。(5)最小二乘法线性度图2-3　几种不同的拟合方法a)理论直线法　b)端点线法　c)“最佳直线法”图2-4　迟滞(滞后)特性(二)迟滞(滞后)迟滞特性表明传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程期间输出—输入曲线不重合的程度，也就是说，对应于同一大小的输入信号，传感器的正反行程的输出信号大小不相等，如图2-4所示。(三)重复性(1)标准法(2)极差法　所谓极差是指某一测量点校准数据的最大值xmax与最小值xmin之差。

7、(三)重复性图2-5　重复特性示意图(三)重复性图2-5重复特性示意图重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线的不一致的程度，参见图2-5。传感器特性曲线一致，重复性就好，误差也小。表2-2　极差系数(四)灵敏度灵敏度是传感器输出量增量与被测输入量增量之比。线性传感器的灵敏度就是拟合直线的斜率，即k=Δy/Δx(2-18)非线性传感器的灵敏度不是常数，是输入的函数，应以dy/dx表示。二、传感器的动态特性与指标(一)动态特性的一般数学模型(二)传递函数(三)动态响应(一)动态特性的一般数学模型为了

8、便于分析和处理传感器的动态特性，建立的数学模型必须为动态模型。在研究传感器的动态响应特性时，一般都忽略传感器的非线性和随机变化等复杂因素，将传感器作为线性定常系统来考虑，因而其动态模型可以用线性常系数微分方程来表示：(二)传递函数图2-6　框图表示法(二)传递函数(三)动态响应1.频率响应