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2.1 传感器基础 2.2 传感器的数学模型 2.3 传感器的基本特性 2.4 传感器的应用 2.5 传感器的发展趋势 2.1 传感器基础 本节主要内容： 2.1.1 传感器的基本概念 2.1.2 传感器的作用 2.1.3 传感器的分类 2.1.1 传感器的基本概念 例如，生物体的感官就是天然的传感器。如人的“五官”，眼、耳、鼻、舌、皮肤分别具有视、听、嗅、味、触觉。右图是人与机器设备获取外界信息方式的比较。 2.1.1 传感器的基本概念 定义：能感受规定的被测量(包括物理量、化学量、生物量等)，并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件、转换元件和信号调节转换电路等部件组成。 2.1.1 传感器的基本概念 狭义定义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置。当人类跨入光子时代，传感器的概念将随之发展成为能把外界信息或能量转换成光信号或能量输出的器件或装置。 传感器技术是一项涉及测量、功能材料、微电子、精密与微细加工、信息处理和计算机等技术的密集型综合技术。 2.1.2 传感器的作用 人与机器的功能对应关系，作为模拟人体感官的“电五官”，传感器是系统对外界猎取信息的“窗口”。 2.1.2 传感器的作用 2.1.2 传感器的作用 2.1.2 传感器的作用 2.1.3 传感器的分类 根据物理和化学等学科的原理、规律和效应进行分类； 根据输入物理量的性质进行分类； 根据制造传感器所使用的材料进行分类； 根据能量观点分类或按用途、学科、功能和输出信号的性质等进行分类等。 2.2 传感器的数学模型 本节主要内容： 2.2.1 静态模型 2.2.2 动态模型 2.2.1 静态模型 静态模型是指在输入信号不随时间变化的情况下，描述传感器的输出与输入之间的一种函数关系。 传感器的输入量x与输出量y之间的关系通常可用如下多项式表示： y=a0+a1x+a2x2+…+anxn 式中：a0—输入量x为零时的输出量；a1，a2，…，an—非线性项系数。各项系数决定了特性曲线的具体形式。 2.2.2 动态模型 传感器的动态模型是指输入量随时间变化时传感器的响应特性，它描述了输出和输入信号的一种数学关系。由于传感器的惯性和滞后，当被测量随时间变化时，传感器的输出往往来不及达到平衡状态，处于动态过渡过程之中，所以传感器的输出量也是时间的函数。 动态模型通常采用微分方程和传递函数描述。 2.2.2 动态模型 1.微分方程 微分方程是一种描述模拟系统的一般方法。在实际的模型建立过程中，一般采用线性常系数微分方程来描述输出量y和输入量x的关系。其通式如下： 2.2.2 动态模型 2.传递函数 如果y(t)在t≤0时，y(t) =0，则y(t) 的拉普拉斯变换可定义为 定义输出y(t)的拉氏变换Y(S)和输入x(t)的拉氏变换X(S)的比为该系统的传递函数H(S)，则 2.3 传感器的基本特性 本节主要内容： 2.3.1 静态特性 2.3.2 动态特性 2.3.1 静态特性 1.线性度 输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度，又称非线性误差。可用下式表示: 传感器的静态模型有三种有用的特殊形式 2.灵敏度 灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义是输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入量增量Δx之比。用S表示灵敏度，如下式所示。 对线性传感器，其灵敏度就是它的静态特性的斜率，非线性传感器灵敏度是一个变量，只能表示传感器在某一工作点的灵敏度。 3.重复性 输入量按同一方向作全程多次测试时，所得特性曲线不一致的程度。 4.迟滞（回差滞环）现象 表明传感器在正向行程和反向行程期间，输出-输入特性曲线不重合的程度。对于同一大小的输入信号x，在x连续增大的行程中，对应某一输出量yi，与在x连续减小的行程中，对应某一输出量yd之间的差值叫滞环误差，即所谓的迟滞现象。 5.分辨率与阈值 分辨率：传感器在规定的范围所能检测输入量的最小变化量。 阈值：使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的分辨力。 6.稳定性 在室温条件下，经过相当长的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。 7.漂移 在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移。零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化。温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度漂移。 8.静态误差（精度