《传感器技术及应用》-0.绪论

什么是传感器什么是传感器什么是传感器什么是传感器人的体力和脑力劳动通过感觉器官接收外界信号，将这些信号传送给大脑，大脑把这些信号分析处理传递给肌体。。如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。传感器好比人体器官的延长，又称“电五官”什么是传感器从广义的角度来说，信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。传感器定义广义：传感器是一种能把特定的非电量信号（物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。狭义：能把外界非典信号转换成电信号输出的器件。国家标准：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。按使用场合不同又称为：变换器、换能器、探测器传感器的组成传感器由敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成。敏感元件：感受被测量。转换元件：将响应的被测量转换成电参量（如电阻、电容、电感等）。核心部分是转换元件，决定传感器的原理测量电路：把电参量接入电路转换成电量。传感器的组成传感器由敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成。传感器的分类国标制定的传感器分类体系表将传感器分为：物理量、化学量、生物量三大门类。含有12个小类即：力学量、热学量、磁学量、电学量、声学量、射线、气体、离子、温度传感器以及生化量、生理量传感器。按照转换原理分类：机-电、光-电、热-电、磁-电、电化学传感器等。传感器技术的作用和地位构成现代信息技术的三大支柱是：传感器技术（信息采集）——感官通信技术（信息传输）——神经计算机技术（信息处理）——大脑利用信息得过程中首先要解决：获取准确可靠的信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。传感器技术的作用和地位传感器应用领域十分广泛：1、测量与数据采集；2、检测与控制；3、诊断与监测；4、辅助观测仪器；5、资源探测；6、环境保护；7、医疗卫生；8、家用电器未来世界是个充满传感器的世界：1、智能房屋（自能识别主人，太阳能提供电源）；2、智能衣服（自动调节温度）；3、智能公路（自动记录公路的压力、温度、车流量）；4、智能汽车（无人驾驶、卫星定位）……传感器技术的作用和地位应用1：自动检测与自动控制系统在电力、冶金、石化等流程工业中，生产线设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测传感器技术的作用和地位应用2：汽车与传感器温度、压力、位置、距离、转速、加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量。传感器技术的作用和地位应用3：家用电器传感器技术的作用和地位应用4：计算机外围设备传感器技术的作用和地位应用5：机器人视觉：平面、立体非视觉：触觉、滑觉、热觉、力觉、接近觉、……传感器技术的作用和地位应用6：考古传感器技术的作用和地位应用7：计量测试传感器技术的作用和地位应用8：医疗传感器技术的作用和地位应用9：门禁系统传感器技术的作用和地位应用10：航空航天与军工传感器技术的现状和国内外发展趋势需求领域广泛传感器技术的现状和国内外发展趋势我国的传感器技术及产业在国家“大力加强传感器的开发和在国民经济中的普遍应用”等一系列政策导向和资金的支持下，近年来也取得了较快发展。2011年中国传感器行业产量约27.5亿只，2012年约32亿只，2013年已达到38.6亿只（1300亿元）。传感器产业在科技投入、产业环境以及科技实力三大方面的综合竞争能力远低于美国、日本、欧洲等发达国家。传感器技术的现状和国内外发展趋势总的发展趋势传感器的基本特性

传感器的特性一般指输入、输出特性，有静态、动态之分。包括：灵敏度、分辨力、线性度、稳定度、电磁兼容性、可靠性等。当输入量为静态（常量）或变化缓慢的信号时，讨论传感器的静态特性，输入输出关系称为静态特性。传感器的静态特性指标1、线性度；2、灵敏度；3、精确度（精度）；4、最小检测量和分辨力；5、迟滞；6、重复性；7、稳定性；8、漂移线性度（Linearity）对于非理想的传感器，如何提高线性度？实际中，常配合差动测量法来改善线性度。差动测量法：利用两个性能相同的传感器进行差动输出测量。即一个传感器感受正方向变化，一个感受负方向变化，差动输出。优点：1.消除非线性误差2.灵敏度提高一倍；3.消除了零位输出灵敏度（Sensitivity）传感器的灵敏度是指到达稳定工作状态时，输出变化量与引起此变化的输入的变化量之比灵敏度（Sensitivity）1、对于线性传感器，灵敏度是直线的斜率，K=Δy/Δx2、对于非线性传感器，灵敏度是一个变化量，不同地方，灵敏度不同。只能表示传感器在某一工作点的灵敏度精确度与精确度有关的指标：精密度、正确度（准确度）、精确度（精度）精密度说明测量传感器输出值分散性，即对某一稳定的被测量，由同一个测量者，用同一个传感器，在相当短的时间内连续重复测量多次，其测量结果的分散程度。敬慕度时随机误差大小的标志，精密度高，意味着随机误差小。精密度高不一定准确度高。准确度说明传感器输出值与真值的偏离程度。准确度时系统误差大小的标志，准确度高意味着系统误差小。同样，准确度高不一定精密度高。精确度是精密度与准确度两者的总和，精确度高表示精密度和准确度都比较高。在最简单的情况下，课取两者的代数和。常以测量误差的相对值表示。精确度精密度：输出值的分散性，随机误差大小的标志正确度（准确度）：输出值偏离真值的程度，系统误差大小的标志精确度（精度）：精密度和准确度两者的综合优良程度精确度精度等级

取最大引用误差百分数的分子作为检测仪器精度等级的标志，也即用最大引用误差去掉±号和百分号(％)后的数字来表示精度等级，精度等级用符号S表示。S

=100

mYFS

为统一和方便使用，国家标准GB776-76《测量指示仪表通用技术条件》规定，测量指示仪表的精度等级分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0

七个等级，这也是工业检测仪器（系统）常用的精度等级。1.5级代表最大允许误差不超过±1.5%分辨力和最小检测量分辨力

是传感器能检测到的最小的输入增量。有些传感器，当输入量连续变化时，输出量只作阶梯变化，则分辨力就是输出量的每个“阶梯”所代表的输入量的大小。分辨力用绝对值表示，用与满量程的百分数表示时称为分辨率分辨力和最小检测量最小检测量

是反映传感器能确切反应被测量的最低极限量。当输入的变化量被传感器内部噪声淹没时，讲反映不到输出。重复性重复性是指传感器输入量按同一方向在全测量范围内作多次测量时，输出特性不一致的程度。漂移传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移，又可分为时间漂移和温度漂移。时间漂移在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化。温度漂移环境温度变化而引起的零点或灵敏度漂移。测量误差的定义客观真实值（未知）标准条件下，水的三相点为273.16K，银的凝固点为961.78℃。实验结果---实验数据---与其理论期望值不完全相同

①约定真值：世界各国公认的几何量和物理量的最高基准的量值；③相对真值：精度高一级或几级仪表，只要其误差是低一级仪表的1/3以下时，其测得值为相对真值；如：米---公制长度基准测量所得数据与其相应的真值之差。②理论真值：设计时给定或用数学、物理公式计算出的给定值；误差的表示方法1）绝对误差：由误差的定义所得到，具有被测量的量纲。2）相对误差：测量的绝对误差与被测量的真值之比表示：百分数（%）---分子分母量纲相同确切反映测量的精确程度：被测量的大小不同---允许的测量误差不同被测量的量值小---允许的测量绝对误差也越小绝对误差（1）相对误差=100%测得值（真值）

x

=100%

A0绝对误差=测得值-真值

=Ax–A0---G2的测量效果较好（2）满度（引用、折合）相对误差满度误差=100%绝对误差量程

m

=100%

Am误差的分类---G2的测量效果较好按统计特性规律：粗大误差、系统误差、随机误差。①粗大误差

主要由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然且强大的干扰所引起，就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。②系统误差由特定原因引起、具有一定因果关系并按确定规律产生。装置、环境、动力源变化理论分析/实验验证原因和规律减少/消除分恒值误差、变值误差。③随机误差

在同意条件下，多次测量同意被测量，有时会出现测量值时大时小，误差的绝对值级