传感器原理与应用课程讲稿.doc

传感器原理与应用 课程讲稿 授课题目：第一章 传感器的基本概念 授课方式 （请打√） 理论课( 讨论课□ 实验课□ 习题课□ 其他□ 课时 安排 3 教学要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）： 掌握传感器及其静态特性和动态特性的定义掌握传感器中敏感元件、传感元件弹性元件灵敏度的定义GB7665-87）中传感器（Transducer/Sensor）的定义： 能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 传感器功用：一感二传,即感受被测信息,并传送出去。 二、 传感器测量系统的组成 系统：由若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的具有特定功能的整体。 从工程应用的角度来看，系统是指用来完成一个或多个功能所需两个或多个元件、子系统和部件的组合。 测量系统的作用：就是以客观和实验的方式对客体或事件的特性、品质加以定量描述。 测量的目的：一般有两个：一是用于客体对象的监测，例如对室内环境温度/湿度的测量、环境中大气压力及空气污染物的测量、医院中病人状态的监测等；另一个目的就是用于控制。 传感器原理与应用 课程讲稿 1、典型测控系统 2、信号调理 信号调理大致可分为四种类型，即电平调整、线性化、信号形式变换、滤波、阻抗匹配。 3、传感器的组成 敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。 三、 传感器的分类 1、按传感器的工作机理，分为物理型、化学型、生物型等 2、按构成原理，结构型与物性型两大类 3、根据传感器的能量转换情况，可分为能量控制型传感器和能量转换型传感器 4、按照物理原理分类：十种 5、按照传感器的用途分类 ：位移、压力、振动、温度传感器 6、根据转换过程可逆与否 ：单向和双向 7、根据传感器输出信号：模拟信号和数字信号 8、根据传感器使用电源与否：有源传感器和无源传感器 四、 传感器的特性 传感器原理与应用 课程讲稿 传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。 当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静态特性； 当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。 （一）、静态特性技术指标 这时传感器的输入量与输出量之间在数值上一般具有一定的对应关系，关系式中不含有时间变量。对静态特性而言，传感器的输入量x与输出量y之间的关系通常可用一个如下的多项式表示： 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。 1. 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，即 它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，很显然， 灵敏度S值越大， 表示传感器越灵敏。 传感器原理与应用 课程讲稿 2. 线性度 传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值ΔLmax与满量程输出值YFS之比。线性度也称为非线性误差，用γL表示，即 式中： ΔLmax——最大非线性绝对误差；YFS——满量程输出值。 3. 迟滞 传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合程度为迟滞。 4. 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时，所得特性曲线不一致的程度。 传感器原理与应用 课程讲稿 5．分辨力与阈值 分辨力是指传感器能检测到的最小的输入增量。有些传感器,当输入量连续变化时,输出量只作阶梯变化,则分辨力就是输出量的每个“阶梯”所代表的输入量的大小。 分辨力用绝对值表示,用与满量程的百分数表示时称为分辨率。在传感器输入零点附近的分辨力称为阈值。 （二）、传感器的动态特性 传感器的动态特性是指输入量随时间变化时传感器的响应特性。它们的动态特性一般都可以用下述的微分方程来描述： 式中，a0、a1、…, an, b0、b1、…., bm是与传感器的结构特性有关 的常系数。 当传感器的数学模型初值为0时，对其进行拉氏变换，即可得出系统的传递函数 1、 零阶系统 微分方程中，系数除了a0、b0之外，其它的系数均为零，则微分方程就变成简单的代数方程， 即 a0y(t)=b0x(t) 零阶系统具有理想的动态特性，无论被测量x(t)如何随时间变化，零阶系统的输出都不会失真，其输出在时间上也无任何滞后， 所以零阶系统又称为比例系统。 在工程应用中，电位器式的电阻传感器、