第1章传感器基础论.ppt

主讲教师：物电学院 白成杰 参考教材 传感器原理与应用技术(第2版). 刘爱华，满宝元 编著，人民邮电出版社,2010年。(第1版，2006年) 传感器原理及应用. 吴建平 编著， 机械工业出版社,2009年。 传感器原理及应用(第3版). 王化祥,张淑英 编著，天津大学出版社,2007年。 传感器的初步认识 传感器的作用地位 传感器的现状趋势 在我们日常生活中，使用着各种各样的传感器 电冰箱、电饭煲中的温度传感器; 空调中的温度和湿度传感器; 抽油烟机中的煤气泄漏传感器; 电视机和影碟机中的红外遥控器; 照相机中的光传感器; 汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举。 眼（视觉） 耳（听觉） 鼻（嗅觉） 皮肤（触觉） 舌（味觉） 如果用机器完成这一过程，计算机相当于人的大脑，执行机构相当于人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。 传感器又是人体感官的延长，有人又称传感器为“电五官”，它作为替代补充人的感觉器官功能，传感器为人类客观定量认识世界起到重要作用。 传感器的作用地位 传感器的作用地位 传感器的作用地位 传感器的作用地位 传感器的作用地位 传感器的作用地位 传感器的作用地位 传感器的作用地位 传感器的作用地位 传感器的作用地位 传感器的现状趋势 传感器的现状趋势 传感器的现状趋势 传感器的现状趋势 使现场数据就近登陆，通过 Internet网与用户之间异地交换数据远程控制等。 传感器的数字化和网络化 1.2 传感器的组成与分类 1.2 传感器的组成与分类 关于传感器概念的几点说明 根据国标的定义，传感器是一种按一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量器件或装置，用于满足系统信息传输、存储、显示、记录及控制等要求。 关于传感器概念的几点说明 ①传感器首先是一种测量器件或装置，它的作用体现在测量上。例如，我们常见的发电机，它是一种可以将机械能转变成电能的转换装置，从能量转换的角度看，它是一种发电设备，不能称之为传感器；但从另一个角度看，人们可以通过发电机发电量的大小来测量调速系统的机械转速，这时，发电机就可看成是一种用于测量转速的测量装置，是一种速度传感器，通常称之为测速发电机。应用传感器的目的就是为了获得被测量的准确信息，这也是本课程的学习目的。 ②传感器定义中所谓“可用输出信号”是指便于传输、转换及处理的信号，主要包括气、光和电等信号，现在一般就是指电信号(如电压、电流、电势及各种电参数等)；而“规定的测量量”一般是指非电量信号，主要包括各种物理量、化学量和生物量等。在工程中常需要测量的非电量信号有力、压力、温度、流量、位移、速度、加速度、转速、浓度等。正是由于这类非电量信号不能像电信号那样可由电工仪表和电子仪器直接测量，所以就需要利用传感器技术实现由非电量到电量的转换。 ③传感器的输入和输出信号应该具有明确的对应关系，并且应保证一定的精度。 ④关于“传感器”这个词，目前国外还有许多提法，如变换器(transducer)、转换器(converter)、检测器(detector)和变送器(transmitter)等，而根据我们国家的规定，传感器定名为sensor ；当传感器的输出信号为标准信号(1V ～5V 、4mA ～20mA) 时，称为变送器(transmitter)，注意二者不要混淆。 在检测控制系统和科学实验中，需要对各种参数进行检测和控制，而要达到比较优良的控制性能，则必须要求传感器能够感测被测量的变化并且不失真地将其转换为相应的电量，这种要求主要取决于传感器的基本特性。 传感器的基本特性是指系统的输出输入关系特性，即系统输出信号y(t ) 与输入信号(被测量) x(t ) 之间的关系。 根据传感器输入信号x(t ) 是否随时间变化，其基本特性分为静态特性和动态特性，它们是系统对外呈现出的外部特性，但与其内部参数密切相关。不同的传感器内部参数不同，因此其基本特性也表现出不同的特点。 一个高精度传感器，必须具有良好的静态特性和动态特性，才能保证信号无失真地按规律转换。 1.4.1 静态特性 当传感器的输入信号是常量，不随时间变化(或变化极缓慢)时，其输出输入关系特性称为静态特性。 借助实验方法确定传感器静态特性的过程称为静态校准。 当满足静态标准条件的要求，且使用的仪器设备具有足够高的精度时，测得的校准特性即为传感器的静态特性。 由校准数据可绘制成特性曲线（即校准曲线，也称为校正曲线），通过对校准数据或特性曲线的（回归）处理，可得到数学表达式形式的特性，及描述传感器静态特性的主要指标。 主要包括线性度、灵敏度、重复性、迟滞现象、分辨率与阈值、稳定性、漂移、静态误差等。 拟合 所谓拟合是指已知某函数的若干离散函数值{f1,f2,