王介生-2011检测技术-第1章 概述课件.pptVIP

1.5 传感器技术的发展 第二代是上70年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成。如：利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器。 第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能。 现代传感器利用新的材料、新的集成加工工艺使传感器技术越来越成熟，传感器种类越来越多，除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料外，光纤以及超导材料的发展为传感器的发展提供了物质基础。未来还会有更新的材料，如纳米材料，更有利于传感器的小型化。目前，现代传感器正从传统的分立式，朝着集成化、智能化、数字化、系统化、多功能化与网络化并向着微功耗、高精度、高可靠性、高信噪比、宽量程的方向发展。 1.5 传感器技术的发展 现代传感器是具有全集成化、智能化、高精度、高性能、高可靠性和低价格等显著优点。只有通过计算机与传感器的协调发展，现代科学技术才能有所突破。可以说传感器技术已成为现代技术进步的重要因素之一。（为什么？） 新材料、新工艺、新技术、高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命微（小）型化、集成化、数字化、多功能化、智能化、网络化、光机电一体化、无维护 目前传感器技术的研究和发展主要集中在以下几个方向上： 传感器性能的改善 开展基础理论研究 传感器的集成化 传感器的智能化 传感器的网络化 传感器的微型化 1.5.1 传感器性能的改善 差动技术 平均技术 补偿与修正技术 屏蔽、隔离与干扰抑制 稳定性处理 1.5 传感器技术的发展 1.5 传感器技术的发展 1、改善传感器的性能的技术途径 （1）差动技术 差动技术是传感器中普遍采用的技术。它的应用可显著地减小温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，抵消了共模误差，减小非线性误差等。不少传感器由于采用了差动技术，还可使灵敏度增大。 （2）平均技术 在传感器中普遍采用平均技术可产生平均效应，其原理是利用若干个传感单元同时感受被测量，其输出则是这些单元输出的平均值，若将每个单元可能带来的误差均可看作随机误差且服从正态分布，根据误差理论，总的误差将减小为 δΣ=±δ/√n 式中 n—传感单元数。 可见，在传感器中利用平均技术不仅可使传感器误差减小，且可增大信号量，即增大传感器灵敏度。 （3）补偿与修正技术 补偿与修正技术的运用大致针对两种情况： ★ 针对传感器本身特性 ★ 针对传感器的工作条件或外界环境 对于传感器特性，找出误差的变化规律，或者测出其大小和方向，采用适当的方法加以补偿或修正。 针对传感器工作条件或外界环境进行误差补偿，也是提高传感器精度的有力技术措施。不少传感器对温度敏感，由于温度变化引起的误差十分可观。为了解决这个问题，必要时可以控制温度，搞恒温装置，但往往费用太高，或使用现场不允许。而在传感器内引入温度误差补偿又常常是可行的。这时应找出温度对测量值影响的规律，然后引入温度补偿措施。 补偿与修正，可以利用电子线路（硬件）来解决，也可以采用微型计算机通过软件来实现。 （4）屏蔽、隔离与干扰抑制 传感器大都要在现场工作，现场的条件往往是难以充分预料的，有时是极其恶劣的。各种外界因素要影响传感器的精度与各有关性能。为了减小测量误差，保证其原有性能，就应设法削弱或消除外界因素对传感器的影响。其方法有： 减小传感器对影响因素的灵敏度 降低外界因素对传感器实际作用的程度 对于电磁干扰，可以采用屏蔽、隔离措施，也可用滤波等方法抑制。对于如温度、湿度、机械振动、气压、声压、辐射、甚至气流等，可采用相应的隔离措施，如隔热、密封、隔振等，或者在变换成为电量后对干扰信号进行分离或抑制，减小其影响。 （5）稳定性处理 在使用传感器时，若测量要求较高，必要时也应对附加的调整元件、后续电路的关键元器件进行老化处理。 提高传感器性能的稳定性措施：对材料、元器件或传感器整体进行必要的稳定性处理。如永磁材料的时间老化、温度老化、机械老化及交流稳磁处理、电气元件的老化筛选等。 造成传感器性能不稳定的原因是：随着时间的推移和环境条件的变化，构成传感器的各种材料与元器件性能将发生变化。 传感器作为长期测量或反复使用的器件，其稳定性显得特别重要，其重要性甚至胜过精度指标，尤其是对那些很难或无法定期标定的场合。 1.5 传感器技术的发展 1.5.2 开展基础理论研究 寻找新原理 开发