传感器及检测技术详解.ppt

《物联网技术》课件第3章 传感器及检测技术;3.1 传感器概述3.2 传感器的组成和结构3.3 检测技术基础3.4 典型传感器原理简介3.5 传感器与微机接口技术3.6 智能检测系统;3.1 传感器概述;3.1.1 传感器的概念;3.1.1 传感器的概念;;;传感器的优劣，一般通过若干性能指标来表示。除了在一般检测系统中所用的特征参数如灵敏度、线性度、分辨率、准确度、频率特性等特性外，还常用阀值、漂移、过载能力、稳定性、可靠性以及与环境相关的参数、使用条件等。 1）阀值：即零位附近的分辨力，也就是指能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值。 2）漂移：指一定时间间隔内传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。包括有零点漂移与灵敏度漂移。 3）过载能力：指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过测量范围的能力。 ; 4）稳定性：指传感器在具体时间内仍保持其性能的能力 5）重复性：指传感器输入量在同一方向做全量程内连续重复测量所得输出/输入特性曲线不一致的程度。产生不一致主要原因是传感器的机械部分不可避免地存在着间隔、摩擦及松动等。 6）可靠性：通常包括工作寿命、平均无故障时间、保险期、疲劳性能、绝缘电阻、耐压等指标。 7）传感器工作要求：主要要求有高精度、低成本、高灵敏度、稳定性好、工作可靠、抗干扰能力强、动态特性良好、结构简单、使用维护方便、功耗低等。 ;3.传感器的标定与校准 ;3.传感器的标定与校准 ;（2）传感器的校准 传感器需定期检测其基本性能参数，判定是否可以继续使用，如能继续使用，则应对其有变化的主要指标（如灵敏度）进行数据修正，确保传感器的测量精度的过程，称为传感器的校准。校准与标定的内容是基本相同的。 ;3.1.2 传感器的分类;2．按测量原理分类:按传感器的工作原理可分为电阻式、电感式、电容式、压电式、光电式、磁电式、光纤、激光、超声波等传感器。现有传感器的测量原理都是基于物理、化学和生物等各种效应和定律，这种分类方法便于从原理上认识输入与输出之间的变换关系，有利于专业人员从原理、设计及应用上作归纳性的分析与研究。 3．按信号变换特征分类 1）结构型：主要是通过传感器结构参量的变化实现信号变换。例如，电容式传感器依靠极板间距离的变化引起电容量的改变。 2）物性型：利用敏感元件材料本身物理属性的变化来实现信号的变换。例如水银温度计是利用水银热胀冷缩现象测量温度；压电式传感器是利用石英晶体的压电效应实现测量等。; 4．按能量关系分类 1）能量转换型：传感器直接由被测对象输入能量使其工作。如热电偶、光电池等，这种类型传感器又称为有源传感器。 2）能量控制型：传感器从外部获得能量使其工作，由被测量的变化控制外部供给能量的变化。例如电阻式、电感式等传感器，这种类型的传感器必须由外部提供激励源（电源等），因此又称为无源传感器。 ;5．按工作原理分类 （1）电学式传感器 电学式传感器是非电量测量技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。; 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金属在磁场中运动切割磁力线在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 ;（2）磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的测量。 （3）光电式传感器 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 （4）电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 ; （5）电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 （6）半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体