传感器的组成与分类.课件.pptVIP

1.2传感器的组成与分类1.2.1传感器的定义1.2.2传感器的组成1.2.3传感器的分类

1.2.1传感器的定义将被测非电量信号转换为与之有确定对应关系电量输出的器件或装置叫做传感器，也叫变换器、换能器或探测器。

1.2.2传感器的组成被测有用有用电量敏感元件传感元件信号调节转换电路电量非电量非电量辅助电路图1-1传感器组成框图3

敏感元件：直接感受被测非电量并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其它量的元件。传感元件：又称变换器。能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量的器件。

传感元件敏感元件压力传感器示例

信号调节与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理、和控制的有用电信号的电路。常用的电路有电桥、放大器、变阻器、振荡器等。辅助电路通常包括电源等。

1.2.3传感器的分类1．按工作机理分类：根据物理和化学等学科的原理、规律和效应进行分类2．按被测量分类：根据输入物理量的性质进行分类。3．按敏感材料分类：根据制造传感器所使用的材料进行分类。可分为半导体传感器、陶瓷传感器等。8

基本物理量派生物理量位移线位移长度、厚度、应变、振动、磨损、不平度等角位移速度线速度角速度旋转角、偏转角、角振动等速度、振动、流量、动量等转速、角振动等加速度线加速度振动、冲击、质量等角加速度角振动、扭矩、转动惯量等力压力频率重量、应力、力矩等周期、记数、统计分布等热容量、气体速度、涡流等光通量与密度、光谱分布等时间温度光

4.按能量的关系分类：根据能量观点分类，可将传感器分为有源传感器和无源传感器两大类。有源传感器是将非电能量转换为电能量，称之为能量转换型传感器，也称换能器。通常配合有电压测量电路和放大器。如:压电式、热电式、电磁式等。

无源传感器又称为能量控制型传感器。被测非电量仅对传感器中的能量起控制或调节作用。所以必须具有辅助能源(电能)。如:电阻式、电容式和电感式等。5.其他：按用途、学科、功能和输出信号的性质等进行分类。

1.3传感器的数学模型概述从系统角度看，一种传感器就是一种系统。而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的关系和特性，从而，用这种关系指导对传感器的设计、制造、校正和使用。通常从传感器的静态输入-输出关系和动态输入-输出关系两方面建立数学模型。

1.3.1静态模型静态模型是指在输入信号不随时间变化的情况下，描述传感器的输出与输入量的一种函数关系。如果不考虑蠕动效应和迟滞特性，传感器的静态模型一般可用多项式来表示：

1.3.2动态模型动态模型是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描述。

1.微分方程大多数传感器都属模拟系统之列。描述模拟系统的一般方法是采用微分方程。在实际的模型建立过程中，一般采用线性常系数微分方程来描述输出量y和输入量x的关系。

其通式如下：a,a…a和b,b…b为传感器的结构nn-10mm-10参数。除b?0外，一般取b,b…b为零.012m

2.传递函数如果y(t)在t≤0时，y(t)=0，则y(t)的拉氏变换可定义为式中s=σ+jω，σ0。对微分方程两边取拉氏变换，则得

定义输出y(t)的拉氏变换Y(S)和输入x(t)的拉氏变换X(S)的比为该系统的传递函数H(S)，则对y(t)进行拉氏变换的初始条件是t≤0时，y(t)=0。对于传感器被激励之前所有的储能元件如质量块、弹性元件、电气元件等均符合上述的初始条件。

显然H(s)与输入量x(t)无关，只与系统结构参数有关。因而H(s)可以简单而恰当地描述传感器输出与输入的关系。对于多环节串、并联组成的传感器，若各环节阻抗匹配适当，可忽略相互间的影响，传感器的等效传递函数可按代数方式求得。19

对于较为复杂的系统，可以将其看作是一些较为简单系统的串联与并联。若传感器由r个环节串联而成20

若传感器由p个环节并联而成21

1.4传感器的基本特性1.4.1静态特性1．线性度：输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。又称非线性误差。可用下式表示:?max—输出量与输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差yFS—输出满量程值

传感器的静态模型有三种有用的特殊形式：（1）理想的线性特性（2）仅有偶次非线性项（3）仅有奇次非线性项

三种形式所呈现的非线性程度（1）（2）（3）图1-2三种特殊形式的特性曲线

2.灵敏度：在稳态下输出增量与输入增量的比值：对线性传感器，其灵敏度就是它的静态特性的斜率：非线性传感器灵敏度是一个变量，只能表示传感器在某一工作点的灵敏度。

y3.重复性：输入量按同?Rmax2一方向作全程多次测试时，所