传感器与检测技术_ppt课件第一章[1].

1、占第章传感器理论基础1.1传感器基础1.1.1传感器的概念传感器(Transducer/Sensor)是一种能感 受规定的被测量并按照一定的规律转换成可 用量的器件和装置。传感器就是把非电量转换成电量的装置。.1.2传感器的组成和分类2013-4-222 1.传感器的组成传感器是由敏感元件、转换元件和测量 电路组成，如图I所示。电信号1跚卜1.1.2传感器的组成与分类敏感元件(sensing element)； 直接感受 被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的某一物 理量的元件，它是传感器的核心。转换元件(transduction element)：将 敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测

2、量电信号 的元件。测量电路(measunng circuit):将转换 元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分，如 放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特 性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功 能。2013-4-221.1.2传感器的组成和分类2. 传感器的分类(1) 按照其工作原理，传感器可分为电参数式(如电阻式、 电感式和电容式)传感器.压电式传感器、光电式传感器及 热电式传感器等。(2) 按照其被测量对象，传感器可分为力.位移.速度、 加速度传感器等.常见的被测物理量有机械量、声、磁、温 度和光等O(3) 按照其结构，传感器可分为结构型、物性型和复合型 传感器。物性

3、型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的 变化来实现信号变换，如：水银温度计。结构型传感器是依 靠传感器结构參数的变化实现信号变换，如：电容式传感器。2013-4-2241.1.3传感器基本特性当传感器的输入信号是常量，不随时间变化时，其 输入输出关系特性称为静态特性。传感器的基本特性是指系统的输入与输出关系特性 ,即传感器系统的输出信号丫和输入信号(被测 *) x(t)之间的关系，传感器系统示意图如下图所 力 O输入fS号xit)彼测量输出值号 N)62013-4-22£ 1：L3传感器基本特性轟器的静态特性：1. 测I量范围：传感器所能测*到的最小输入fi与最大输入fi之间 的范

4、围称为传感器的测量范围.2. 量程：传感器测范围的上限值与下限值的代数差-称为量程最大允许误差，即相对误差.4.灵敏度：灵敏度是指传感器输 出的变化量与引起该变化量的输入变 化i之比，即，如右图所示.2013-4-223. 精度：传感器的精度是指测fl结果的可靠程度，是测量中各类误差 的综合反映工程技术中为简化传感器精度的表示方法，引用了«度尊级 的概念.精度等级以一系列标准百分比数值分档表示，代表传感器测量的倚性曲线k !>1C儿1.1.3传感器基本特性 5.线性度：摘其输出S与输入*之间的关系曲线偏离理 想宜线的程度.在非线性涙差不太大的情况下，通常采用直线拟 合的方法来线

5、性化。这样，线性度就用输入输出关系曲线与拟 合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比來表示。(M) P匕=xlOO%式中为非线性最大误差最大差）；为满S程输出值. 常用的直线拟合方法有理论拟合、端点拟合和端点平移拟合等， 如图7所示采取不同的方法选取拟合宜线.可以得到不同的 线性度.3传感器基本特性()y »As2013*：（询点平移农合"图1-7直如合方注"1.3传感器基本特性6.分辨率:分辨率是指检测仪表能够粘确检测出被测量最小 变化值的能力。输入杲从某个任意值缓慢增加，直 到可以测量到输出的变化为止，此时的输入量就是 分辨率。它叮以用绝对值，也可以用量程的百分

6、数 来表示。该爪说明了检测仪表响丿"与分辨输入用微 小变化的能力。灵敏度愈高，分辨率愈好。一般模 拟式仪表的分辨率规定为垠小刻度分格值的一半。 数字式仪农的分辨率是-位的个字。2013-4-221.3传感器基本特性107.重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向 作全量程连续多次变动时所得特性HU线占1：L3传感器基本特性&迟滞：迟滞特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入 屋减小）行程中输山特性曲线不重合的程度，如图所 示为传感器的迟滞特性特性曲线。2013-4-22112013-4-2212寸1：L3传感器基本特性9.稳定性：稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持梵性能

7、参数的能力。10.漂移： R输出）OK （输人）漂移是指在外界的十 扰下，在一定时间间隔内， 传感器输出晟发生9输入 竝无关的或不需要的变化。 漂移包扌舌零点漂移和灵敏 度漂移等，如图所示。詈.4传感器的命名、代号和图形符号1传感器的命名传感器的全称应出“主题词+四级修饰语"组成，即 主题词传感器一级修饰语被测呈，包描修饰被测呈的定语。 二级修饰语转换原理，一般可后缀以"式字O三级修饰语特征描述，折必须强调的传感器结构、性能、材料特征、故感元件及其他必妥的性能特征，一般可后缀以“世”字.四级修饴j语主要技术指标（如屋程、楷度、乂敏度等）132013-4-22.4传感器的命名

8、、代号和图形符号2.传感器的代号转换原理;一种传感器的代号M包括以下I川部分： a匸称（传感器）；b 被测量；Cd序号，如图所示。d序号C犢换原理b被测旨a主称M专感器）2013-4-2214£4传感器的命名、代号和图形符号3. 传感器的图形符号传感器的图形符号是电气图用图形符号的一个组成部 分。按GB/T 1447993传感器图用图形符号规定， 传感器的图形符号由符号要索正方形和等边三角形组 成，如图所示2013-4-22IS占 1：L5传感器的发展趋势(1)(2)(3)(4)(5)(6)丿(9)发现利用新现象.新效应； 开发新材料；釆用高新技术； 拓展应用领域； 提高传感器的性能

9、； 传感器的微型化与低功耗； 传感器的集成化与多功能化; 传感器的智能化与数字化； 传感器的网络化。(7)2013-4-22161.2检测技术理论基础-1.2.1检测技术检测技术是以研究检测系统中的信 息提取、信息转换以及信息处理的理论 与技术为主要内容的一门应用技术学科 O检测技术主要研究被测量的测量原理 、测量方法、检测系统和数据处理等方 面的内容。不同性质的被测量要釆用不 同的原理去测量，测量同一性质的被测 量也可采用不同测量原理。172013-4-22J12检测技术理论基础-1.2.2测量方法1）直接测量、间接测量和组合测量（又称联立 河！1量）。经过求解联立方程组，才能得到被测物理S

10、的最后 结果，则称这样的测fi为组合测fi2）偏差式测量、零位式测量与微差式测量3）等精度测量与非等精度测量4）静态测量与动态测量2013-4-221812检测技术理论基础 1.2. 3检测系统检测系统是由被测对象、传感器、数据传输环节、数据 处理环节和数据显示环节构成，2013-4-2219I 12检测技术理论基础*-123检测系统检测系统又分：开环检测系统与闭环检测系统ZUIJ+ZZ201.2检测技术理论基础2013-4-2222-1.2. 4测量误差及数据处理 测量误差在检测过程中，被测对象、检测系统、检测方法 和检测人员都会受到各种变动因素的影响。而对被测 量的转换，有时也会改变被测对

11、象原有的状态。这就 造成了检测结果和被测量的客观真值之间存在一定的 差别，这个差值称为测量误差。简言之，测量误差就 是测莹值与真实值之间的差值，它反映了测量的精度 。测量误差的主要来源可以概括为工具误差、环境误差、方法误差和人员误差等.2013-4-22211.2检测技术理论基础1.2. 4测量误差及数据处理丄)随机误差的评价指标.(1)算术平均值。在实际测量时，真值A般无法得到可以 证明.随着测*次数的増多.算术平均值越来越接近真值，当 无限大时，测量值的算术平均值就是真值。(2)标准误差(又称均方根误差)算术平均值是反映随机误差的分布中心，而标准课差则反映随机课差的分布范围标准误 差越大，测量数据的分散范围也越大，标准误差可