传感器检测技术引言.ppt

第1章 引言 1.1 传感器的发展和作用 1.2 什么是传感器 1.3 传感器的分类 1.4 传感器的性能和评价 1.1 传感器的发展和作用 传感器技术的发展十分迅速的原因有如下几点:  　　 (1) 电子工业和信息技术促进了传感器产业的相应发展。 (2) 政府对传感器产业发展提供资助并大力扶植。 　　 (3) 国防、 空间技术和民用产品有广大的传感器市场。 (4) 在许多高新技术领域可获得用于开发传感器的理论和工艺。  从市场来看, 力、 压力、 加速度、 物位、 温度、 湿度、 水分等传感器将保持较大的需求量。 传感器的市场结构如表1.1所示。  1.2 什么是传感器 1.3 传感器的分类 (5) 按能量关系分类, 可分为能量控制型和能量转换型两大类。所谓能量控制型是指其变换的能量是由外部电源供给的, 而外界的变化（即传感器输入量的变化）只起到控制的作用。 如用电桥测量电阻温度变化时, 温度的变化改变了热敏电阻的阻值, 热敏电阻阻值的变化使电桥的输出发生变化（注意电桥的输出是由电源供给的）。 表1.2列出了传感器的分类。尽管此处列出的传感器分类有较大的概括性, 但由于传感器的分类不统一, 因而这种分类很难完备, 例如有的学者将传感器作了如下分类: (1)压力; (2）力/荷重; (3）位移（厚度）; (4）力矩; (5）角度; (6）角速度（转速）; (7）速度; (8）加速度; (9）角加速度; (10）倾斜角; (11）编码器; (12）振动; (13）气体/烟雾; (14）温度; (15）热能; (16）湿度; (17）水份; (18）露点; (19）液位; (20）料位; (21）流量; (22）流速 1.4 传感器的性能和评价 3. 灵敏度界限（阈值） 　　 输入改变Δx时, 输出变化Δy, Δx变小, Δy也变小。但是一般来说, Δx小到某种程度, 输出就不再变化了, 这时的Δx叫做灵敏度界限。  　　 存在灵敏度界限的原因有两个。一个是输入的变化量通过传感器内部被吸收, 因而反映不到输出端上去。 典型的例子是螺丝或齿轮的松动。 4. 迟滞差 　　 输入逐渐增加到某一值, 与输入逐渐减小到同一输入值时的输出值不相等, 叫迟滞现象。迟滞差表示这种不相等的程度。 其值以满量程的输出YFS的百分数表示。  5. 稳定性 稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。 理想的情况是, 不管什么时候传感器的灵敏度等特性参数不随时间变化。但实际上, 随着时间的推移, 大多数传感器的特性会改变。这是因为传感元件或构成传感器的部件的特性随时间发生变化, 产生一种经时变化的现象。 1. 传递函数 　 　1) 定义 　　 假设传感器在输入输出存在线性关系（即传感器是线性的, 特性不随时间变化）的范围内使用, 则它们之间的关系可用高阶常系数线性微分方程表示: 2) 系统的串联和并联 　 　两个各有G1(s)和G2(s)传递函数的系统串联后, 如果它们的阻抗匹配合适, 相互之间不影响彼此的工作状态, 如图1.4(a)所示, 则其传递函数为 相应的曲线如图1.11所示。  2） 二阶系统的阶跃响应 第一个脉冲的面积为f(0)Δτ,它的响应近似于幅值为f(0)Δτ的脉冲f(0)Δτδ(t)的响应, 即f(0)Δτg(t)。与此相类似, 第二个脉冲的面积为f(Δτ)Δτ, 它的响应近似于第二个脉冲f(Δτ)Δτδ(t-Δτ)的响应, 即f(Δτ)Δτg(t-Δτ)。 其中函数g(t)中的时间滞后Δτ, 是由于第二个脉冲发生在时刻Δτ, 更一般地, 与第n+1个脉冲相对应的脉冲发生在时刻nΔτ, 这个脉冲在时刻t的响应是 为求出h(t)的精确值,令Δτ趋于零; 因nΔτ=τ, 从而n趋于无限大。 这样Δτ→dτ, nΔτ→τ, 从而上述和式便变成了积分式 可见, 系统的时间响应, 就是该系统的脉冲响应与驱 动函数f(t)的卷积。 ? 3） 二阶系统的频率响应 　 若一个起始静止的系统, 其输入为单位幅度的正弦信号, 则其 得  ? 随着时间的推移, 第