第一章+检测系统及传感器的特性与性能指标.ppt

1、,本章目录,1.1 概述 本章主要内容 1.1.1 什么是传感器 1.1.2 传感器技术的作用和地位 1.1.3 传感器现状和国内外发展趋势 1.1.4 检测系统的组成原理 1.1.5 传感器的定义、组成和分类方法 1.2 传感器基本特性 1.2.1 传感器静态特性 1.2.1 传感器动态特性,本章主要内容,理解传感器的概念、作用 了解传感器的应用及发展方向 掌握传感器的静态特性 熟悉传感器的动态特性,1.1.1什么是传感器,1.1.1什么是传感器,眼（视觉） 耳（听觉） 鼻（嗅觉） 皮肤（触觉） 舌（味觉）,人体系统和机器系统比较,感知外界信息 大脑 肌体,1.1.1什么是传感器,人的体力和

2、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。 传感器好比人体感官的延长，有人又称“电五官”。,1.1.2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）； 通信技术 （信息传输）； 计算机技术（信息处理）； 它们在信息系统中分别起到 “感官”、“神经”和“大脑”的作用。 在利用信息的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。,1.1.2传感器技术的作用和地位,第1章 传感器概述,工业生产,汽车

3、参数检测,位置检测,1.1.2传感器技术的作用和地位,机器人,视觉: 平面、立体 非视觉:触觉、滑觉、 热觉、力觉、 接近觉、,1.1.2传感器技术的作用和地位,1.1.3传感器现状和国内外发展趋势,目前传感器总的发展趋势是： （1） 发展、利用新效应； （2） 开发新材料； （3） 提高传感器性能和检测范围； （4） 微型化与微功耗； （5） 集成化与多功能化； （6） 传感器的智能化； （7） 传感器的数字化和网络化。,1.1.4 检测系统的组成原理,1.1.5 传感器的定义、组成和分类方法（1）传感器定义,广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输

4、出的器件和装置。 狭义： 能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准（GB766587） 对传感器（Sensor/transducer）定义是： 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,以上定义表明传感器有以下含义： 它是由敏感元件和转换元件构成的检测装置； 能按一定规律将被测量转换成电信号输出； 传感器的输出与输入之间存在确定的关系； 按使用的场合不同又称为: 变换器、换能器、探测器。,1.1.5 传感器的定义、组成和分类方法 （3）传感器的分类,传感器分类方法较多,大体有以下几种： 1）按传感器检测的范畴分类 物理量传感器 化学量传感器 生物量传感器,）按

5、传感器的输出信号分类 模拟传感器 数字传感器,）按传感器的功能分类 单功能传感器 多功能传感器 智能传感器,）按传感器的结构分类 结构型传感器 物性型传感器 复合型传感器,6）按传感器的能源分类 有源传感器 无源传感器,）按传感器的转换原理分类 机电传感器 光电传感器 热电电传感器 磁电传感器 电化学传感器,（1）线性度,传感器静态特性和输入输出关系可以用多项式表示：,1.2.1 传感器静态特性,其中： X 输入量， Y 输出量； a0 x = 0 时的输出值 a1 理想灵敏度 a2, a3.an 非线性项系数,当输入量（X）为静态（常量）或变化缓慢的信 号时（如温度、压力），讨论传感器的静态

6、特 性，输入输出关系称静态特性。,静态特性包括： 线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性,1.2.1 传感器静态特性,传感器的非线性误差（线性度）通常用相对误差 表示：, 最大非线性绝对误差 满量程输出 线性度,1.2.1 传感器静态特性,各种直线拟合方法,（2）迟滞,传感器在正、反行程 期间输入、输出曲线不 重合的现象称迟滞。,1.2.1 传感器静态特性,迟滞误差一般由满量程输出的百分数表示：,（3）重复性,1.2.1 传感器静态特性,传感器输入量按同一方向作多次测量时，输出特性不一致的程度。 属于随机误差可用标准偏差表示：,（4）灵敏度,1.2.1 传感器静态特性,在稳定条件下输出微小增量与

7、输入微小增量的比值 对线性传感器灵敏度是直线的斜率：k= Y/X 对非线性传感器灵敏度为一变量 k = dy/dx,（5）稳定性,（6）分辨率和阈值,1.2.2 传感器动态特性,当输入量随时间变化时,如 :加速度、振动等，讨论传感器的动态特性 这时被测量是时间的函数，或是频率的函数。 定义：动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的响应特性 用时域法表示成：,用频域法表示为：,（1） 传递函数,1.2.2 传感器动态特性,当输入量随时间变化时，略去影响小的因素，假设传感器输入、输出在线性范围变化，它们的关系可用高阶常系数线性微分方程表示：,式中： Y输出；X输入；ai 、bi 为常数,（2）一阶系统的动态响应（惯性系统）,1.2.2 传感器动态特性,一阶系统传递函数,静态灵敏度,时间常数,传递函数可简化为：,1.2.2 传感器动态特性,一阶传感器的阶跃响应,（2）二阶系统的动态响应（振动系统）,1.2.2