第1章传感器概述精读.ppt

2. 陶瓷材料 3. 石英材料 4. 金属氧化物及合金材料 （1）ZnO薄膜 （2）非晶态磁性合金材料 （3）形状记忆合金材料 5. 无机材料 6.有机材料 7.生化材料 8.高分子敏感材料 9.合成材料 10. 智能材料 （1）能够检测并且可以识别外界或内部的刺激强度的感知功能； （2）能够响应外界变化的驱动功能； （3）能够按照设定的方式选择和控制响应； （4）反应比较灵敏、及时和恰当； （5）当外部刺激消除后，能够迅速恢复到原始状态。 二、 传感器制造技术 1.部件及子系统加工 （1）半导体加工技术 （2）硅微机械加工技术 （3）集成光学技术 （4）厚膜－薄膜技术 （5）纳米技术 （6）激光加工技术 2.系统的集成 （1）硅加工－机械加工 （2）键合－粘接、焊接、封接 （3）接线－焊接连线 （4）基底－激光打孔 3.硅微机械加工技术 是集成电路工艺和微机械加工技术的结合，用于微机电系统（MEMS）的加工，包括： （1）薄膜生长技术 （2）腐蚀技术 （3） LIGA技术 （4）牺牲层技术 （5）束加工技术 LIGA技术是X射线光刻、电铸成型和塑料铸模三个手段顺序组合，进行操作的一种新技术。 用LIGA技术进行微机械加工，可以制造较高深宽比的结构，宽度可小到1μm，深度可达数百μm，甚至mm级，非常适合于制作复杂的微机械结构。 1. 线性度 理想传感器输出量与输入量之间的关系应是线性的，如图1-5（a）所示。 图1-5 （a） 实际传感器输出量与输入量之间的关系大多是非线性的，如图1-5 （b）所示。 图1-5 （b） 各种传感器的非线性程度不相同。 线性度是传感器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。 线性度可用下式表示： 式中： △max为实际曲线与拟合直线之间的最大偏差； yfs为输出满量程值。 传感器输出量与输入量之间的非线性应进行线性补偿处理，以提高测量准确性。 （1-1） 2. 灵敏度 灵敏度是传感器在稳态下输出增量与输入增量的比值。 对于线性传感器，其灵敏度sn就是它的静态特性的斜率。 图1-6（a） 非线性传感器的灵敏度sn是一个随工作点而变的变量： sn=dy/dx=df(x)/dx 图1-6（b） 图1-6 传感器的灵敏度 3. 重复性 重复性是传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。 如图1-7所示。 图1-7 传感器的重复性 传感器输出特性的不重复性主要由传感器的机械部分的磨损、间隙、松动，部件的内磨擦、积尘，电路元件老化、工作点漂移等原因产生。 不重复性极限误差由下式表示： EZ=± (?max/yfs) × 100% 4. 迟滞现象 传感器在正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间，输出-输入特性曲线不一致的程度。 如图1-8所示。 图1-8 传感器的迟滞现象 在行程环中同一输入量xi对应的不同输出量yi和yd的差值叫滞环误差。 最大滞环误差与满量程输出值的比值称最大滞环率 Emax=(?m/yfs) ×100% 5. 分辨力 传感器的分辨力是在规定测量范围内所能检测的输入量的最小变化量。 有时也用该值相对满量程输入值的百分数表示。 6. 稳定性 稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。 传感器常用长期稳定性，指在室温条件下，经过相当长的时间间隔，如一天、一月或一年，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。 通常又用其不稳定度来表征稳定程度。 7. 漂移 传感器的漂移是指在外界的干扰下，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等。 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的变化。 1.3.2 动态特性 在动态（快速变化）的输入信号情况下，要求传感器能迅速准确地响应和再现被测信号的变化。也就是说，传感器要有良好的动态特性。 从时