传感器与检测技术--大学课件.ppt

* 传感器技术是涉及国民经济及国防科研各领域的重要技术。如果不建立我国自己的传感器产业，而一味依赖从国外进口传感器来满足需要，将使我国国民经济及国防力量的加强受到制约，因此必须尽快地发展我国的传感器产业。 我国传感器的产业结构存在的主要问题是企业分散、实力不强、市场开拓不力。我国从事传感器研究和生产的单位约1300家，居世界第一，但真正形成一定规模的却寥寥无几。多数企业是低水平的重复，处在生产的初级阶段。 　　传感器属于多学科交叉、技术密集的高技术产品，其技术水平决定于科学研究的水平，而我国在传感器研究方面科研投入强度偏低，科研设备落后，加之我国存在科研和生产脱节的现象，所以影响了传感器科研成果的转化，造成了我国传感器产品综合实力较低，阻碍了传感器产业的发展。　　 我国传感器行业的状况 世界传感器的种类约有2万种，而我国经过“八五”、“九五”的发展目前也仅有3000多种 　　虽然我国传感器产业的现状还不能适应国民经济发展的需要，产品技术水平与国外相差15年左右，但是从统一市场的观点看，我国具有传感器的广阔市场，所以我国传感器产业发展的前途还是光明的。 国家科委于1987年4月制定的《传感器发展政策》白皮书中确定了“必须大力发展传感器技术，特别是要把新型传感器技术作为信息技术中优先领域予以发展”。1991年12月30日《中共中央关于制定国民经济和社会发展的十年规划和“八五”计划的建议》中第21条明确了要“大力加强传感器的开发和在国民经济中的普遍应用”。 传感器行业在我国有广阔的发展空间 传感器与传感器技术发展趋势 一是开展基础研究，探索新理论，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；二是增加品种、减小体积和重量，向标准化、固态化、集成化、多功能化、数字化、图像化、智能化方向发展。 标准化： 不同厂家的产品，在硬件、软件、通信规程、连接方式等方 面互相兼容、互换联用，既方便用户使用，又易于安装维修。 固态化： 采用半导体、电介质、强磁性体、陶瓷等材料。 集成化： 将敏感元件、信息处理或转换单元以及电源等部分利用半导 体技术将其制作在同一芯片上。 多功能化：传感器具有多种参数的检测功能。 数字化： 用数字信号取代模拟信号，提高可靠性和抗干扰能力。 图像化： 传感器的应用不仅限于对某一点物理量的测量，而开始研究 从一维、二维到三维空间的测量问题，如二维图像传感器等。 智能化： 将信号检测、驱动回路和信号处理回路等外围电路全部集成在 一块基片上，使它具有自诊断、远距离通信、自动调整零点和 量程等功能。 传感器的一般特性 一种传感器就是一种系统，一个系统总可以用一个数学方程式或函数来描述。即用某种方程式或函数表征传感器的输出和输入间的关系和特性。 从传感器的静态输入－输出关系建立的数学模型叫静态模型； 从传感器的动态输入－输出关系建立的数学模型叫动态模型。 传感器所测量的非电量一般有两种形式：一种是稳定的，即不随时间变化或变化极其缓慢，称为静态信号；另一种是随时间变化而变化，称为动态信号。 由于输入量的状态不同，传感器所呈现出来的输入－输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。 为了降低或消除传感器在测量控制系统中的误差，传感器必须具有良好的静态特性和动态特性，才能使信号(或能量)按规律准确地转换。 ● 静态模型 ● 动态模型 ● 静态特性 ● 动态特性 静态模型 式中 x —— 输入量； y —— 输出量； a0 —— 零位输出； a1 —— 传感器线性灵敏度，常用K 或S 表示 a2 ，…，an —— 非线性项的待定系数。 静态模型是指在静态信号情况下，描述传感器输出与输入量间的一种函数关系。 一般可用多项式来表示： 动态模型 动态模型指传感器在准动态信号或动态信号作用下，描述其输出和输入信号的一种数学关系。 动态模型通常采用微分方程和传递函数等来描述。 1. 微分方程 绝大多数传感器都属模拟（连续变化）系统之列。描述模拟系统的一般方法是采用微分方程。 式中 x —— 输入量 y —— 输出量 a n , a n-1 , …, a0 和 b m , b m-1 , …, b0 为传感器的结构参数（是常