無線傳感網(wǎng)絡(luò) 第二章 第一節(jié)

1、計(jì)算機(jī)工程學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)第二章微型傳感器的基本知識(shí)了解傳感器的概念、分類、應(yīng)用場景了解傳感器的概念、分類、應(yīng)用場景掌握傳感器基本知識(shí) 教教 學(xué)學(xué)目目 的的本本 章章重重 點(diǎn)點(diǎn)掌握不同類型傳感器的特性、選型原則掌握不同類型傳感器的特性、選型原則定義、分類、特性2.1傳感器概述傳感器概述2.2常見傳感器的類型介紹常見傳感器的類型介紹2.3傳感器的一般特性和選型傳感器的一般特性和選型2.4微型傳感器應(yīng)用實(shí)例微型傳感器應(yīng)用實(shí)例目錄國家標(biāo)準(zhǔn)（GB7665-87）中傳感器的定義：傳感器：傳感器：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。 傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)；傳感器是測

2、量裝置，能完成檢測任務(wù)； 輸入量是某一被測量，物理量、化學(xué)量、生物量等；輸入量是某一被測量，物理量、化學(xué)量、生物量等； 輸出量是某種物理量，便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，輸出量是某種物理量，便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，可以是氣、光、電物理量，可以是氣、光、電物理量，主要是電物理量主要是電物理量； 輸出與輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。輸出與輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。傳感器名稱：傳感器名稱：發(fā)送器、傳送器、變送器、檢測器、換能器、探測器 傳感器功用：傳感器功用：一感二傳，即感受被測信息，并傳送出去。一、傳感器的定義一、傳感器的定義（Transducer/Sensor）傳感器概

3、述 傳感器傳感器是生物體感官的工程模擬物；反過來，生物體的感官又可是生物體感官的工程模擬物；反過來，生物體的感官又可以看作是天然的傳感器。隨著數(shù)字化和信息技術(shù)與機(jī)械裝置的融合，以看作是天然的傳感器。隨著數(shù)字化和信息技術(shù)與機(jī)械裝置的融合，傳感器和執(zhí)行器已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、控制功能和控制參數(shù)協(xié)調(diào)一傳感器和執(zhí)行器已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、控制功能和控制參數(shù)協(xié)調(diào)一體化，并通過現(xiàn)場總線與外部連接。隨著基礎(chǔ)自動(dòng)化控制功能的重新體化，并通過現(xiàn)場總線與外部連接。隨著基礎(chǔ)自動(dòng)化控制功能的重新分配，許多計(jì)算機(jī)控制功能下放到傳感器和執(zhí)行器中完成，如參數(shù)檢分配，許多計(jì)算機(jī)控制功能下放到傳感器和執(zhí)行器中完成，如參數(shù)檢測、

4、控制、診斷和維護(hù)管理等。測、控制、診斷和維護(hù)管理等。 傳感器傳感器的作用類似于人的感覺器官，是實(shí)現(xiàn)測試與控制的首要的作用類似于人的感覺器官，是實(shí)現(xiàn)測試與控制的首要環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。( (例：美國重返太空計(jì)劃例：美國重返太空計(jì)劃- -阿波羅號(hào)阿波羅號(hào)) )傳感器概述傳感器概述輔助電源敏感元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路被測量電量敏感元件敏感元件：是傳感器中能感受或響應(yīng)被測量的部分。 。轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件：是將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的信號(hào)（一般指電信號(hào)）部分?；巨D(zhuǎn)換電路基本轉(zhuǎn)換電路：是可以對獲得的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等的電路。上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡稱轉(zhuǎn)換電路），便可轉(zhuǎn)換

5、成電量輸出。另外，基本轉(zhuǎn)換電路工作時(shí)必須有輔助電源。隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的基本轉(zhuǎn)換電路可安裝在傳感器殼體里或與敏感元件一起集成在同一芯片上，構(gòu)成集成傳感器。二、傳感器的組成二、傳感器的組成傳感器概述（1 1）敏感元件）敏感元件直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。彈性敏感元件彈性敏感元件二、傳感器的組成二、傳感器的組成測量壓力的電位器式壓力傳感器測量壓力的電位器式壓力傳感器傳感器概述二、傳感器的組成二、傳感器的組成實(shí)際上，有些傳感器很簡單，有些則較復(fù)雜，大多數(shù)是開環(huán)系統(tǒng)，也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。最簡單的傳感器由一個(gè)敏感元件(兼轉(zhuǎn)換元件)組成，

6、感受被測量時(shí)直接輸出電量，如熱電偶。（2 2）轉(zhuǎn)換元件）轉(zhuǎn)換元件熱電偶傳感器概述二、傳感器的組成二、傳感器的組成有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路。例如：壓電式加速度傳感器，質(zhì)量塊是敏感元件，壓電片（塊）是轉(zhuǎn)換元件。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不只一個(gè)，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。（2 2）轉(zhuǎn)換元件）轉(zhuǎn)換元件壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器傳感器概述二、傳感器的組成二、傳感器的組成（3）轉(zhuǎn)換電路）轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路是傳感器的主要組成環(huán)節(jié)：因?yàn)椴簧賯鞲衅饕谕ㄟ^轉(zhuǎn)換電路后才能輸出電信號(hào)，從而決定了轉(zhuǎn)換電路是傳感器的組成環(huán)節(jié)之一。 傳感器接口技術(shù)傳感器接口技術(shù)是非常實(shí)用和重要的技術(shù)。各種物理量用傳感

7、器將其變成電信號(hào)，經(jīng)由諸如放大、濾波、干擾抑制、多路轉(zhuǎn)換等信號(hào)檢測和預(yù)處理電路，將模擬量的電壓或電流送A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字量，供計(jì)算機(jī)或者微處理器處理。傳感器概述三、傳感器的圖形符號(hào)三、傳感器的圖形符號(hào)傳感器概述國標(biāo)GB/T14479-93規(guī)定傳感器圖用圖形符號(hào)表示方法： 傳感器概述思考題思考題1 1、什么是傳感器？、什么是傳感器？答：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。2 2、傳感器由哪些部分組成？各部分的功能是什么？、傳感器由哪些部分組成？各部分的功能是什么？答：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。3 3、用國標(biāo)、用國標(biāo)GB/T1

8、4479-93GB/T14479-93中規(guī)定的傳感器中規(guī)定的傳感器圖用圖用圖形符號(hào)表示下列傳感器。圖形符號(hào)表示下列傳感器。 ( (1)1)、電容式壓力傳感器；、電容式壓力傳感器； (2) (2)、壓電式加速度傳感器；、壓電式加速度傳感器； (3) (3)、電位器式壓力傳感器；、電位器式壓力傳感器；aP答：(1)、(2)、(3)、2.1傳感器概述傳感器概述2.2常見傳感器的類型介紹常見傳感器的類型介紹2.3傳感器的一般特性和選型傳感器的一般特性和選型2.4微型傳感器應(yīng)用實(shí)例微型傳感器應(yīng)用實(shí)例目錄1、按工作機(jī)理：物理型、化學(xué)型、生物型等 2、按構(gòu)成原理：結(jié)構(gòu)型與物性型兩大類 3、根據(jù)能量轉(zhuǎn)換：能量

9、控制型和能量轉(zhuǎn)換型傳感器4、按照物理原理分類：十種 5、按照用途分類 ：位移、壓力、振動(dòng)、溫度等傳感器7、根據(jù)輸出信號(hào)：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào) 6、根據(jù)轉(zhuǎn)換過程可逆與否 ：單向和雙向8、根據(jù)是否使用電源：有源傳感器和無源傳感器 一、傳感器的分類一、傳感器的分類常見傳感器類型介紹結(jié)構(gòu)型傳感器結(jié)構(gòu)型傳感器利用物理學(xué)中場的定律構(gòu)成的，包括動(dòng)力場的運(yùn)動(dòng)定律，電磁場的電磁定律等。物理學(xué)中的定律一般是以方程式給出的。對于傳感器，這些方程式就是許多傳感器在工作時(shí)的數(shù)學(xué)模型。這類傳感器的特點(diǎn)：傳感器的工作原理是以傳感器中元件相對位置變化引起場的變化為基礎(chǔ)，而不是以材料特性變化為基礎(chǔ)。 一、傳感器的分類按構(gòu)成原理分

10、類各種彈性敏感元件傳感器常見傳感器類型介紹常見傳感器類型介紹物性型傳感器物性型傳感器利用物質(zhì)定律構(gòu)成的，如虎克定律、歐姆定律等。物質(zhì)定律是表示物質(zhì)某種客觀性質(zhì)的法則。這種法則，大多數(shù)是以物質(zhì)本身的常數(shù)形式給出。這些常數(shù)的大小，決定了傳感器的主要性能。物性型傳感器的性能隨材料的不同而異。如光電管，利用了物質(zhì)法則中的外光電效應(yīng)，特性與涂覆在電極上的材料有著密切的關(guān)系。又如所有半導(dǎo)體傳感器、所有利用各種環(huán)境變化而引起的金屬、半導(dǎo)體、陶瓷、合金等性能變化的傳感器，都屬于物性型傳感器。 半導(dǎo)體氣體傳感器半導(dǎo)體氣體傳感器一、傳感器的分類按構(gòu)成原理分類常見傳感器類型介紹一、傳感器的分類按能量轉(zhuǎn)換分類能量控制

11、型傳感器能量控制型傳感器在信息變化過程中，傳感器將從被測對象獲取的信息能量用于調(diào)制或控制外部激勵(lì)源，使外部激勵(lì)源的部分能量載運(yùn)信息而形成輸出信號(hào)。這類傳感器必須由外部提供激勵(lì)源，所以又稱為無源傳感器。如電阻、電感、電容等電路參量傳感器都屬于這一類傳感器?；趹?yīng)變電阻效應(yīng)、磁阻效應(yīng)、熱阻效應(yīng)、外光電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等的傳感器也屬于此類傳感器。 霍爾傳感器常見傳感器類型介紹一、傳感器的分類按能量轉(zhuǎn)換分類能量轉(zhuǎn)換型傳感器能量轉(zhuǎn)換型傳感器能量轉(zhuǎn)換型傳感器，又稱有源型或發(fā)生器型傳感器。傳感器將從被測對象獲取的信息能量直接轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)能量，主要由能量變換元件構(gòu)成，不需要外電源。如基于壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)、內(nèi)

12、光電效應(yīng)等的傳感器都屬于此類傳感器。 光電傳感器光電傳感器按照物理原理分類按照物理原理分類：電參量式傳感器：電阻式、電感式、電容式等； 磁電式傳感器：磁電感應(yīng)式、霍爾式、磁柵式等； 壓電式傳感器：聲波傳感器、超聲波傳感器； 光電式傳感器：一般光電式、光柵式、激光式、光電碼盤式、光導(dǎo)纖維式、紅外式、攝像式等；氣電式傳感器：電位器式、應(yīng)變式； 熱電式傳感器：熱電偶、熱電阻； 波式傳感器：超聲波式、微波式等；射線式傳感器：熱輻射式、射線式；半導(dǎo)體式傳感器：霍耳器件、熱敏電阻；其他原理的傳感器：差動(dòng)變壓器、振弦式等。有些傳感器的工作原理具有兩種以上原理的復(fù)合形式，如不少半導(dǎo)體式傳感器，也可看成電參量式

13、傳感器。 常見傳感器類型介紹一、傳感器的分類按物理原理分類常見傳感器類型介紹一、傳感器的分類舉例一光敏傳感器光敏傳感器光敏傳感器是一種感應(yīng)光線強(qiáng)弱的傳感器。當(dāng)感應(yīng)到光強(qiáng)度不同時(shí)，光敏探頭內(nèi)的電阻值就會(huì)有變化。常見的光敏傳感器有光電式傳感器、色敏傳感器、CCD圖像傳感器和紅外/熱釋電式光敏器件等。將光量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為光電傳感器或光電元件。氣、濕敏傳感器氣、濕敏傳感器氣敏傳感器是一種能將檢測到的氣體成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。半導(dǎo)體氣敏傳感器廣泛應(yīng)用于可燃性氣體的探測與報(bào)警，以預(yù)測災(zāi)害性事故的發(fā)生。常見傳感器類型介紹一、傳感器的分類舉例二集成傳感器集成傳感器集成傳感器是將敏感元件、測量電

14、路和各種補(bǔ)償元件等集成在一塊芯片上，具有體積小、重量輕、功能強(qiáng)和性能好的特點(diǎn)。 目前廣泛應(yīng)用的集成傳感器有集成溫度傳感器、集成壓力傳感器、集成霍爾傳感器等。若將幾種不同的敏感元件集成在一個(gè)芯片上，可以制成多功能傳感器，可同時(shí)測量多種參數(shù)。智能傳感器智能傳感器智能傳感器（Smart Sensor）在集成傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一種裝有微處理器的、能夠信息處理和信息存儲(chǔ)以及邏輯分析判斷的傳感器系統(tǒng)。智能傳感器利用集成或混合集成的方式將傳感器、信號(hào)處理電路和微處理器集成為一個(gè)整體。特點(diǎn)：（1）具有自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)校準(zhǔn)功能。（2）具有判斷和信息處理功能，對測量值進(jìn)行各種修正和誤差補(bǔ)償。（3）實(shí)現(xiàn)多參

15、數(shù)綜合測量。（4）自動(dòng)診斷故障。（5）具有數(shù)字通信接口，便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)。常見傳感器類型介紹一、傳感器的分類應(yīng)用介紹舉例：霍爾傳感器在出租車計(jì)價(jià)器上廣泛應(yīng)用。舉例：霍爾傳感器在出租車計(jì)價(jià)器上廣泛應(yīng)用。里程計(jì)算原理如下：里程計(jì)算原理如下：通過安裝在車輪上的霍爾傳感器A44E檢測到的信號(hào)，送到單片機(jī)，經(jīng)處理計(jì)算，送給顯示單元，這樣便完成了里程計(jì)算。檢測原理如下：檢測原理如下：P3.2口作為信號(hào)的輸入端，內(nèi)部采用外部中斷0，車輪每轉(zhuǎn)一圈（設(shè)車輪的周長是1 m），霍爾開關(guān)就檢測并輸出信號(hào)，引起單片機(jī)的中斷，對脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到1 000次時(shí)，也就是1 km，單片機(jī)就控制將金額自動(dòng)增加。運(yùn)行情況如下：

16、運(yùn)行情況如下：每當(dāng)霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平信號(hào)就使單片機(jī)中斷一次，當(dāng)里程計(jì)數(shù)器對里程脈沖計(jì)滿1 000次時(shí)，就有程序?qū)?dāng)前總額累加，使微機(jī)進(jìn)入里程計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序中。在該程序中，需要完成當(dāng)前行駛里程數(shù)和總額的累加操作，并將結(jié)果存入里程和總額寄存器中。思考題思考題常見傳感器類型介紹1 1、列舉傳感器的幾種不同分類方法？、列舉傳感器的幾種不同分類方法？答：包含8種分類方法：工作機(jī)理、構(gòu)成原理、能量轉(zhuǎn)換、物理原理、用途、轉(zhuǎn)換過程是否可逆、輸出信號(hào)、是否使用電源。2 2、什么是能量控制型傳感器？什么是能量轉(zhuǎn)換型傳感器？舉例說明。、什么是能量控制型傳感器？什么是能量轉(zhuǎn)換型傳感器？舉例說明。答:(1)、能

17、量控制型傳感器是將非電量轉(zhuǎn)換成點(diǎn)參量，在工作過程中不能起換能作用，需從外部供給輔助電源使其工作，又稱無源傳感器。(2)、能量轉(zhuǎn)換型傳感器是通過感受外界機(jī)械量變化后，輸出電壓、電流或電荷量。它可以直接輸出或放大后輸出信號(hào)，傳感器本身相當(dāng)于一個(gè)電壓源或電流源，因此又叫有源傳感器。思考題思考題常見傳感器類型介紹3 3、集成傳感器的特點(diǎn)是什么？、集成傳感器的特點(diǎn)是什么？答：集成傳感器具有四項(xiàng)特點(diǎn)：體積小，重量輕，功能強(qiáng)，性能好。4 4、智能傳感器的特點(diǎn)是什么？、智能傳感器的特點(diǎn)是什么？答：智能傳感器具有下列5項(xiàng)特點(diǎn)：(1)、具有自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)校準(zhǔn)功能；(2)、具有判斷和信息處理功能，對測量值進(jìn)行各種修

18、正和誤差補(bǔ)償；(3)、實(shí)現(xiàn)多參數(shù)綜合測量；(4)、自動(dòng)診斷故障；(5)、具有數(shù)字通信接口，便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)2.1傳感器概述傳感器概述2.2常見傳感器的類型介紹常見傳感器的類型介紹2.3傳感器的一般特性和選型傳感器的一般特性和選型2.4微型傳感器應(yīng)用實(shí)例微型傳感器應(yīng)用實(shí)例目錄2.3 2.3 傳感器的一般特性和正確選型傳感器的一般特性和正確選型2.3.1 2.3.1 傳感器的一般特性傳感器的一般特性 傳感器的正確選用是保證不失真測量的首要環(huán)節(jié)，因傳感器的正確選用是保證不失真測量的首要環(huán)節(jié)，因而在選用傳感器之前，掌握傳感器的基本特性是必要的。而在選用傳感器之前，掌握傳感器的基本特性是必要的。1 1、

19、靈敏度、靈敏度 傳感器的靈敏度高，意味著傳感器能感應(yīng)微弱的變化量，即被傳感器的靈敏度高，意味著傳感器能感應(yīng)微弱的變化量，即被測量有一微小變化時(shí)，傳感器就會(huì)有較大的輸出。但是，在選擇傳測量有一微小變化時(shí)，傳感器就會(huì)有較大的輸出。但是，在選擇傳感器時(shí)要注意合理性，因?yàn)橐话銇碇v，傳感器的靈敏度越高，測量感器時(shí)要注意合理性，因?yàn)橐话銇碇v，傳感器的靈敏度越高，測量范圍往往越窄，穩(wěn)定性會(huì)越差。范圍往往越窄，穩(wěn)定性會(huì)越差。 傳感器的靈敏度指傳感器達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，傳感器的靈敏度指傳感器達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，輸出變化量與引起變化的輸入變化量之比，即輸出變化量與引起變化的輸入變化量之比，即 線性傳感器的校準(zhǔn)曲線

20、的斜率就是靜態(tài)靈敏度；線性傳感器的校準(zhǔn)曲線的斜率就是靜態(tài)靈敏度；對于非線性傳感器的靈敏度，它的數(shù)值是最小二乘對于非線性傳感器的靈敏度，它的數(shù)值是最小二乘法求出的擬合直線的斜率。法求出的擬合直線的斜率。K=K=輸出變化量輸出變化量/ /輸入變化量輸入變化量= =Y/Y/X=dy/dxX=dy/dx2 2、響應(yīng)特性、響應(yīng)特性 傳感器的動(dòng)態(tài)性能是指傳感器對于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)傳感器的動(dòng)態(tài)性能是指傳感器對于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。它是傳感器的輸出值能真實(shí)再現(xiàn)變化著的輸入量的能力反映，特性。它是傳感器的輸出值能真實(shí)再現(xiàn)變化著的輸入量的能力反映，即傳感器的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)隨時(shí)間的變化曲線希望

21、一致或相近。即傳感器的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)隨時(shí)間的變化曲線希望一致或相近。 傳感器的響應(yīng)特性良好，意味著傳感器在所測的頻率范圍內(nèi)滿足傳感器的響應(yīng)特性良好，意味著傳感器在所測的頻率范圍內(nèi)滿足不失真測量的條件。另外，實(shí)際傳感器的響應(yīng)過程總有一定的延遲，不失真測量的條件。另外，實(shí)際傳感器的響應(yīng)過程總有一定的延遲，但希望延遲的時(shí)間越小越好。但希望延遲的時(shí)間越小越好。3 3、線性范圍、線性范圍 任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)它的輸出與任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)它的輸出與輸入成比例關(guān)系。線性范圍越寬，則表明傳感器的工作量程越大。輸入成比例關(guān)系。線性范圍越寬，則表明傳感器的工作量程

22、越大。 傳感器工作在線性范圍內(nèi)，是保證測量精確度的基本條件。傳感器工作在線性范圍內(nèi)，是保證測量精確度的基本條件。例如，機(jī)械式傳感器中的彈性元件，它的材料彈性極限是決定測例如，機(jī)械式傳感器中的彈性元件，它的材料彈性極限是決定測力量程的基本因素。當(dāng)超過彈性極限時(shí)，傳感器就將產(chǎn)生非線性力量程的基本因素。當(dāng)超過彈性極限時(shí)，傳感器就將產(chǎn)生非線性誤差。誤差。 任何傳感器很難保證做到絕對的線性，在某些情況下，在許任何傳感器很難保證做到絕對的線性，在某些情況下，在許可限度內(nèi)，也可以在近似線性區(qū)域內(nèi)使用?？上薅葍?nèi)，也可以在近似線性區(qū)域內(nèi)使用。 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是在是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，利用一定靜態(tài)

23、標(biāo)準(zhǔn)條件下，利用一定等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，對傳感器等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，對傳感器進(jìn)行往復(fù)循環(huán)測試，得到輸進(jìn)行往復(fù)循環(huán)測試，得到輸入入/ /輸出特性列表或曲線。人輸出特性列表或曲線。人們通常希望這個(gè)特性曲線是們通常希望這個(gè)特性曲線是線性的，這樣會(huì)對標(biāo)定和數(shù)線性的，這樣會(huì)對標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理帶來方便。但實(shí)際的據(jù)處理帶來方便。但實(shí)際的輸出與輸入特性只能接近線輸出與輸入特性只能接近線性，對比理論直線有偏差。性，對比理論直線有偏差。 所謂所謂線性度線性度是指傳感器的實(shí)際輸入是指傳感器的實(shí)際輸入- -輸出曲線（校準(zhǔn)曲線）與輸出曲線（校準(zhǔn)曲線）與擬合直線之間的吻合（偏離）程度。選定擬合直線的過程，就是傳擬合直線之間的吻合（

24、偏離）程度。選定擬合直線的過程，就是傳感器的線性化過程。實(shí)際曲線與它的兩個(gè)端尖連線（稱為理論直線）感器的線性化過程。實(shí)際曲線與它的兩個(gè)端尖連線（稱為理論直線）之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差。取其中最大值與輸出滿度值之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差。取其中最大值與輸出滿度值之比作為評價(jià)線性度（或非線性誤差）的指標(biāo)。之比作為評價(jià)線性度（或非線性誤差）的指標(biāo)。max100%LFSLey 式中式中 為線性度為線性度( (非線性誤差非線性誤差) )， 為校準(zhǔn)曲線與擬合直為校準(zhǔn)曲線與擬合直線間的最大差值，線間的最大差值， 為滿量程輸出值。為滿量程輸出值。4 4、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性 穩(wěn)定性表示傳感器經(jīng)過長期使

25、用之后，輸出特性不發(fā)生變化穩(wěn)定性表示傳感器經(jīng)過長期使用之后，輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。 為了保證穩(wěn)定性，在選定傳感器之前，應(yīng)對使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)為了保證穩(wěn)定性，在選定傳感器之前，應(yīng)對使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，以選擇合適類型的傳感器。例如電阻應(yīng)變式傳感器，濕度會(huì)查，以選擇合適類型的傳感器。例如電阻應(yīng)變式傳感器，濕度會(huì)影響到它的絕緣性，溫度會(huì)影響零漂；光電傳感器的感光表面有影響到它的絕緣性，溫度會(huì)影響零漂；光電傳感器的感光表面有塵?；蛩麜r(shí)，會(huì)改變感光性能，帶來測量誤差。塵埃或水汽時(shí)，會(huì)改變感光性能，帶來測量誤差。5 5、重復(fù)性、

26、重復(fù)性 重復(fù)性是指在同一工重復(fù)性是指在同一工作條件下，輸入量按同一作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內(nèi)連續(xù)方向在全測量范圍內(nèi)連續(xù)變化多次所得特征曲線的變化多次所得特征曲線的不一致性，在數(shù)值上用各不一致性，在數(shù)值上用各測量值正反行程標(biāo)準(zhǔn)偏差測量值正反行程標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值的兩倍或三倍于滿最大值的兩倍或三倍于滿量程量程 的百分比來表示。的百分比來表示。21()1niiYYn23100%FSky 上式中上式中為標(biāo)準(zhǔn)偏差，為標(biāo)準(zhǔn)偏差， 為測量為測量值，值，Y Y為測量值的算術(shù)平均值。為測量值的算術(shù)平均值。6 6、漂移、漂移 由于傳感器內(nèi)部因素或外界干擾的情況下，傳感器的輸出變由于傳感器內(nèi)部因素或外界干

27、擾的情況下，傳感器的輸出變化稱為漂移。當(dāng)輸入狀態(tài)為零時(shí)的漂移稱為零點(diǎn)漂移。傳感器化稱為漂移。當(dāng)輸入狀態(tài)為零時(shí)的漂移稱為零點(diǎn)漂移。傳感器無輸入（或某一輸入值不變）時(shí)，每隔一段時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)，其無輸入（或某一輸入值不變）時(shí)，每隔一段時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)，其輸出偏離零值（或原指示值）。輸出偏離零值（或原指示值）。0100%FSYy零漂上式中上式中 為最大零點(diǎn)偏差（或相應(yīng)偏差）為最大零點(diǎn)偏差（或相應(yīng)偏差） 在其它因素不變的情況下，輸出隨著時(shí)間的變化產(chǎn)在其它因素不變的情況下，輸出隨著時(shí)間的變化產(chǎn)生的漂移稱為時(shí)間漂移。生的漂移稱為時(shí)間漂移。 隨著溫度變化產(chǎn)生的漂移稱為溫度漂移，它表示當(dāng)隨著溫度變化產(chǎn)生的漂移稱為溫度

28、漂移，它表示當(dāng)溫度變化時(shí)，傳感器輸出值的偏離程度。一般以溫度變溫度變化時(shí)，傳感器輸出值的偏離程度。一般以溫度變化化1 1度時(shí)，輸出的最大偏差與滿量程的百分比來表示。度時(shí)，輸出的最大偏差與滿量程的百分比來表示。7 7、精度、精度 傳感器精度指測量結(jié)果的可靠程度，它以給定的準(zhǔn)確度來表示傳感器精度指測量結(jié)果的可靠程度，它以給定的準(zhǔn)確度來表示重復(fù)某個(gè)讀數(shù)的能力，其誤差越小則傳感器精度越高。傳感器的精重復(fù)某個(gè)讀數(shù)的能力，其誤差越小則傳感器精度越高。傳感器的精度表示為傳感器在規(guī)定條件下，允許的最大絕對誤差相對傳感器滿度表示為傳感器在規(guī)定條件下，允許的最大絕對誤差相對傳感器滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)。量程輸出的百分

29、數(shù)。100%FSAy精度 上式中上式中A A為測量范圍內(nèi)允許的最大絕對誤差。為測量范圍內(nèi)允許的最大絕對誤差。 所謂最大誤差是指在曲線上任取所謂最大誤差是指在曲線上任取1010個(gè)點(diǎn)測量某個(gè)點(diǎn)測量某7 7點(diǎn)達(dá)點(diǎn)達(dá)1010次，確次，確定的最大誤差即為所求。定的最大誤差即為所求。 精度表示測量結(jié)果和精度表示測量結(jié)果和“真值真值”的靠近程度，一般采用校驗(yàn)或標(biāo)定的靠近程度，一般采用校驗(yàn)或標(biāo)定的方法來確定，此時(shí)的方法來確定，此時(shí)“真值真值”則靠其它更精確的儀器或工作基準(zhǔn)來給則靠其它更精確的儀器或工作基準(zhǔn)來給出。國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了傳感器和測試儀表的精度等級(jí)，如電工儀表精出。國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了傳感器和測試儀表的精度

30、等級(jí)，如電工儀表精度分七級(jí)，分別是度分七級(jí)，分別是0.10.1、0.20.2、0.50.5、1.01.0、1.51.5、2.52.5、5 5級(jí)。級(jí)。 精度等級(jí)的確定方法是首先算出絕對誤差與輸出滿度量程之比的精度等級(jí)的確定方法是首先算出絕對誤差與輸出滿度量程之比的百分?jǐn)?shù)，然后靠近比其低的國家標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)值即為該儀器的精度等級(jí)。百分?jǐn)?shù)，然后靠近比其低的國家標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)值即為該儀器的精度等級(jí)。8 8、分辨率、分辨率( (力力) ) 分辨力是指能檢測出的輸入量的最分辨力是指能檢測出的輸入量的最小變化量，即傳感器能檢測到的最小輸小變化量，即傳感器能檢測到的最小輸入增量。在輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱為入增量。在輸入零

31、點(diǎn)附近的分辨力稱為閾值，即產(chǎn)生可測輸出變化量時(shí)的最小閾值，即產(chǎn)生可測輸出變化量時(shí)的最小輸入量值。輸入量值。 如圖所示左圖為非線性、右圖為線如圖所示左圖為非線性、右圖為線性輸出結(jié)果，其中的性輸出結(jié)果，其中的x x0 0均表示可以開始檢均表示可以開始檢測的的最小輸出值。數(shù)字式傳感器一般測的的最小輸出值。數(shù)字式傳感器一般用分辨率表示，分辨率是指分辨力用分辨率表示，分辨率是指分辨力/ /滿量滿量程輸入值。程輸入值。9 9、遲滯、遲滯 遲滯是指在相同工作條件下作全遲滯是指在相同工作條件下作全測量范圍校準(zhǔn)時(shí)，在同一次校準(zhǔn)中對測量范圍校準(zhǔn)時(shí)，在同一次校準(zhǔn)中對應(yīng)同一輸入量的正行程和反行程間的應(yīng)同一輸入量的正行

32、程和反行程間的最大偏差。它表示傳感器在正最大偏差。它表示傳感器在正( (輸入輸入量增大量增大) )、反、反( (輸入量減小輸入量減小) )行程中輸行程中輸出出/ /輸入特性曲線的不重合程度，數(shù)輸入特性曲線的不重合程度，數(shù)值用最大偏差值用最大偏差( (Amax)Amax)或最大偏差的或最大偏差的一半與滿量程輸出值的百分比來表示，一半與滿量程輸出值的百分比來表示，它們分別如下所示：它們分別如下所示：max100%FSHAymax100%2FSHAy2.3.2 2.3.2 傳感器選型的原則傳感器選型的原則 現(xiàn)代傳感器在原理和結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具現(xiàn)代傳感器在原理和結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測

33、量目的、測量對象和測量環(huán)境合理選用傳感器，體的測量目的、測量對象和測量環(huán)境合理選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測量時(shí)首先要解決的問題。是在進(jìn)行某個(gè)量的測量時(shí)首先要解決的問題。 當(dāng)傳感器的型號(hào)確定之后，與之相配套的測量方法當(dāng)傳感器的型號(hào)確定之后，與之相配套的測量方法和設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度和設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。上取決于傳感器的選用是否合理。1 1、測量對象與環(huán)境、測量對象與環(huán)境 根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下問題：根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下問題： 量程的大??；被測位置對傳感器體積的要求；測量方

34、量程的大?。槐粶y位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的輸出方法，有線或非接式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的輸出方法，有線或非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口；價(jià)格能否承受，觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口；價(jià)格能否承受，是否自行研制。是否自行研制。2 2、靈敏度、靈敏度 通常在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥型ǔＴ趥鞲衅鞯木€性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號(hào)的值會(huì)比較大，這有利于信號(hào)處靈敏度高時(shí)，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號(hào)的值會(huì)比較大，這有利于信號(hào)處理。但傳感器的靈敏度較高時(shí)，與被測量無關(guān)的外界

35、噪聲也容易混入，也會(huì)理。但傳感器的靈敏度較高時(shí)，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，從而導(dǎo)致影響測量精度。因此，選用傳感器本身應(yīng)具有較被放大系統(tǒng)放大，從而導(dǎo)致影響測量精度。因此，選用傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入干擾信號(hào)。高的信噪比，盡量減少從外界引入干擾信號(hào)。 傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對方向性要求傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對方向性要求較高時(shí)，應(yīng)選擇在其它方向上靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，較高時(shí)，應(yīng)選擇在其它方向上靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。則要求傳感

36、器的交叉靈敏度越小越好。3 3、頻率響應(yīng)特性、頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)時(shí)間總有頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)時(shí)間總有一定的延遲，通常希望延遲時(shí)間越短越好。一定的延遲，通常希望延遲時(shí)間越短越好。 傳感器的頻率響應(yīng)越高，則可測的信號(hào)頻率范圍就越寬。由于傳感器的頻率響應(yīng)越高，則可測的信號(hào)頻率范圍就越寬。由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因而傳感器頻率低，受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因而傳感器頻率低，則可測信號(hào)的頻

37、率就較低。在動(dòng)態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)，以則可測信號(hào)的頻率就較低。在動(dòng)態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)，以免產(chǎn)生過大的誤差。免產(chǎn)生過大的誤差。4 4、線性范圍、線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。理論上在此范傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。理論上在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則它的量程就越大，圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則它的量程就越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看它的量程是否滿足要求。以后首先要看它的量程是否滿足要求。 但在實(shí)際

38、上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，它的線性度也但在實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，它的線性度也是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)可將非線性是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)可將非線性誤差較小的傳感器近似看作是線性的，這會(huì)給測量工作帶來很大的方誤差較小的傳感器近似看作是線性的，這會(huì)給測量工作帶來很大的方便。便。5 5、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性 傳感器在使用一段時(shí)間后，它的穩(wěn)定性會(huì)受到影響。傳感器在使用一段時(shí)間后，它的穩(wěn)定性會(huì)受到影響。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身的結(jié)構(gòu)以外，影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身的結(jié)構(gòu)以外，還包括傳感器的使用環(huán)境。因此，要

39、使傳感器具有良好還包括傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，需要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。的穩(wěn)定性，需要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。6 6、精度、精度 精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測量系精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測量系統(tǒng)測量準(zhǔn)確程度的一個(gè)環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，它的價(jià)格就越昂統(tǒng)測量準(zhǔn)確程度的一個(gè)環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，它的價(jià)格就越昂貴。因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測量系統(tǒng)的精度要求就可以貴。因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測量系統(tǒng)的精度要求就可以了，不必過高。這樣可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中，選了，不必過高。這樣可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中，選擇比較便宜和簡單的傳感器型號(hào)。擇比較便宜和簡單的傳感器型號(hào)。 如果測量目的是定性分析，選用相對精度高的傳感器即可，不如果測量目的是定性分析，選用相對精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的型號(hào)；如果是為了定量分析，必須獲得精宜選用絕對量值精度高的型號(hào)；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就要選用精度等級(jí)能滿足要求的型號(hào)。確的測量值，就要選用精度等級(jí)能滿足要求的型號(hào)。2.1傳感器概述傳感器概述2.2常見傳感器的類型介紹常見傳感器的類型介紹2.3傳感器的一般特性和選型傳感器的一般特性和選型2.4微型傳感器應(yīng)用實(shí)例微型傳感器應(yīng)用實(shí)例目錄2.4 2.4 微型傳感