物联网技术与应用_第2章 物联网传感技术.pptx

物联网技术与应用;2.1 传感器概述;2.1.1 传感器的定义及作用;通常传感器又称为变换器、转换器、检测器、敏感元件、换能器和一次仪表等。这些不同的提法，反映了在不同的技术领域中，只是根据器件用途对同一类型的器件使用不同的技术术语而已。 从仪器仪表学科的角度强调，它是一种感受信号的装置，所以称为“传感器”； 从电子学的角度，则强调它是能感受信号的电子元件，称为“敏感元件”，如热敏元件、磁敏元件、光敏元件及气敏元件等； 在超声波技术中，则强调的是能量转换，称为“换能器”，如压电式换能器。这些不同的名称在大多数情况下并不矛盾，譬如，热敏电阻既可以称为“温度传感器”，也可以称为“热敏元件”。;传感器性质 传感器处于研究对象与检测系统的接口位置，是感知、获取与检测信息的窗口，它提供物联网系统赖以进行决策和处理所必需的原始数据； 传感器的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的数据量和质量，是高品质传感系统构造的关键因素之一； 传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。; 按被测量分类;温度传感器;风速传感器;流量传感器;静态特性： 指被测量的值处于稳定状态时的输 出和输入关系。 衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。 动态特性 输出对随时间变化的输入量的响应特性。 ;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。 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。 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。 稳定性：指传感器在具体时间内仍保持其性能的能力。 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。 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。 传感器工作要???：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。;传感器的标定 标定：利用标准设备产生已知非电量（标准量），或用基准量来确定传感器输出电量与非电输入量之间关系的过程。工程测试中传感器的标定在与其使用条件相似的环境状态下进行， 并将传感器所配用的滤波器、放大器及电缆等和传感器连接后一起标定。标定时应按传感器规定的安装条件进行安装。 标定系统的组成：一般由被测非电量的标准发生器，被测非电量的标准测试系统，待标定传感器所配接的信号调节器和显示器、记录器等组成。 静态标定：指输入已知标准非电量，测出传感器的输出，给出标定曲线，标定方程和标定常数，计算灵敏度、线性度、滞差、重复性等传感器的静态指标。 动态标定：用于确定动态性能指标。通过确定其线性工作范围（用同一频率不同幅值的正弦信号输入传感器， 测量其输出）、频率响应函数、幅频特性和相频特性曲线、阶跃响应曲线来确定传感器的频率响应范围、幅值误差和相位误差、时间常数、阻尼比、固有频率等。;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。;2.1.5 传感器的分类;常用的传感器分类方法 按被测量分类：被测量的类型主要有：①机械量，如位移、力、速度、加速度等；②热工量，如温度、热量、流量（速）、压力（差）、液位等；③物性参量，如浓度、粘度、比重、酸碱度等；④状态参量，如裂纹、缺陷、泄露、磨损等。 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。 ;常用的传感器分类方法 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。 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无源传感器。 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