第0章 绪论729.ppt

1、传感技术与电子测量,主讲教师：赵珂,第 0 章 绪论0.1 检测技术的地位与作用 0.2 现代检测系统的组成 0.3 现代检测系统的分类 0.4 检测技术的发展趋势,神州6号成功发射,远望号舰艇,0.1 检测技术的地位与作用,定义：检测是指在各类生产、科研、试验及服务等各个领域为及时获得被测、被控对象的有关信息而实时或非实时地对一些参量进行定性检查和定量测量。,检测与计量的区别： 1） “计量”是指用精度等级更高的标准量具、器具或标准仪器，对被测样品、样机进行考核性质的测量； 2） “检测”通常是指在生产、实验等现场，利用某种合适的检测仪器或综合测试系统对被测对象进行在线、连续的测量。,0.2

2、 现代检测系统的组成,一、传感器,定义：是检测系统与被测对象直接发生联系的器件或装置，把被测非电量转换成为与之有确定对应关系，且便于应用的某些物理量（通常为电量）。,作用：感受指定被测参量的变化并按照一定规律转换成一个相应的便于传递的输出信号。,敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量 成确定关系的物理量。 转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，转 换成电路参量。 转换电路：上述电路参数接入基本转换电路， 便可转换成电量输出,1、传感器的组成,2、传感器的分类,工作机理：物理型、化学型、生物型,物理型传感器：物理基础的基本定律。 场的定律、物质定律、守恒定律和统计定律,构成原理,结构型：物理学

3、中场的定律 物性型：物质定律,能量转换,能量控制型 能量转换型,按被测参量分类： 位移、压力、振动、温度等,按输出信号分类：电压、电流、频率等,3、传感器的静特性指标,（1）、线性度 （2）、灵敏度 （3）、迟滞 （4）、重复性 （5）、零点漂移 （6）、温度漂移,静特性：,（1）、线性度,输出量,输入量,零点输出,理论灵敏度,非线性项系数,直线拟合线性化 非线性误差或线性度,最大非线性误差 满量程输出,（2）、灵敏度,传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化 量之比即为其静态灵敏度,表征传感器对输入量变化的反应能力,(a) 线性传感器 (b) 非线性传感器,（3）、迟滞,正（输入量增大）反

4、（输入量减小）行程中输出输入曲 线不重合称为迟滞。,正反行程间输出的最大差值。,迟滞误差的另一名称叫回程误差，常用绝对误差表示检测回程误差时可选择几个测试点。对应于每一输入信号，传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为回程误差。,迟滞特性曲线,（4）、重复性,传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特 性曲线不一致的程度,正行程的最大重复性偏差 反行程的最大重复性偏差,（5）、零点漂移,传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化， 长时间工作稳定性或零点漂移,零漂,式中Y0最大零点偏差； YFS 满量程输出。,（6）、温漂,传感器在外界温度下输出量发出的变化,温漂,式中max 输出最大偏

5、差； T 温度变化范围； YFS 满量程输出。,4、传感器的动态特性,传感器的动态特性是指传感器的输出对随时间变化的输入量的响应特性。反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。 研究传感器的动态特性主要是从测量误差角度分析产生动态误差的原因以及改善措施。 时域：瞬态响应法 频域：频率响应法,5、传感器的标定和校准,传感器的标定是通过试验建立传感器输入量与输出量之间的关系。同时，确定出不同使用条件下的误差关系。 传感器的标定工作可分为如下几个方面， 1、新研制的传感器需进行全面技术性能的检定，用检定数据进行量值传递，同时检定数据也是改进传感器设计的重要依据； 2、经过一段时间的储存或使用后对传感器

6、的复测工作。,（1）传感器的标定,静态标定： 目的是确定传感器的静态特性指标，如 线性度、灵敏度、滞后和重复性等。 动态标定： 目的是确定传感器的动态特性参数，如 频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。,A、传感器的静态特性标定,1、静态标准条件：没有加速度、振动、冲击（除非这些参数本身就是被测物理量）及环境温度一般为室温（205）、相对湿度不大于85% ，大气压力为1017kPa的情况。 2、标定仪器设备精度等级的确定 对传感器进行标定，是根据试验数据确定传感器的各项性能指标，实际上也是确定传感器的测量精度。 标定传感器时，所用的测量仪器的精度至少要比被标定的传感器的精度高一个等级。这样，

7、通过标定确定的传感器的静态性能指标才是可靠的，所确定的精度才是可信的。,3、静态特性标定的方法 标定过程步骤： 将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距点； 根据传感器量程分点情况，由小到大逐渐一点一点的输入标准量值，并记录下与各输入值相对应的输出值； 将输入值由大到小一点一点的减少，同时记录下与各输入值相对应的输出值； 按、所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多次测试，将得到的输出输入测试数据用表格列出或画成曲线； 对测试数据进行必要的处理，根据处理结果就可以确定传感器的线性度、灵敏度、滞后和重复性等静态特性指标。,B、传感器的动态特性标定,主要研究传感器的动态响应，而与动态响应有关的参

8、数，一阶传感器只有一个时间常数，二阶传感器则有固有频率n和阻尼比两个参数。 标准激励信号： 阶跃变化和正弦变化的输入信号,二、信号调理,作用：是对传感器输出的微弱信号进行检 波、转换、滤波、放大等，以方便检 测系统后续处理或显示。 组成：通常包括滤波、放大、线性化等环节。 信号调理电路的一般要求： (1)能准确转换、稳定放大、可靠地传输信号； (2)信噪比高，抗干扰性能要好。,1、数据采集,作用：对信号调理后的连续模拟信号离散化并转换成与模拟信号电压幅度相对应的一系列数值信息，同时以一定的方式把这些转换数据及时传递给微处理器或依次自动存储。 性能指标： (1)输入模拟电压信号范围，单位:V；(

9、2)转换速度（率），单位:次/秒；(3)分辨率，通常以模拟信号输入为满度时的转换值 的倒数来表征；(4)转换误差，通常指实际转换数值与理想A/D转换 器理论转换值之差。,2、信号处理,作用：信号处理模块是现代检测仪表、检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用与功能和人的大脑相类似。,3、信号显示,作用：显示被测参量的瞬时值、累积值或其随时间 的变化情况； 分类：指示式、数字式和屏幕式。,4、信号输出,作用：把测量值及时传送给控制计算机、可编程控制器（PLC）或其它执行器、打印机、记录仪等，从而构成闭环控制系统或实现打印（记录）输出。,5、输入设备,定义：输入设备是操作人员和检测仪表或检

10、测系统联系的另一主要环节，用于输入设置参数、下达有关命令等。最常用的输入设备是各种键盘、拨码盘、条码阅读器等。,6、稳压电源,一个检测仪表或检测系统往往既有模拟电路部分，又有数字电路部分，通常需要多组幅值大小要求各异但均需稳定的电源。这类电源在检测系统使用现场一般无法直接提供，通常只能提供交流220 V工频电源或+24V直流电源。,总结,以上七个部分不是所有的检测系统(仪表)都具备的，而且对有些简单的检测系统、其各环节之间的界线也不是十分清楚，需根据具体情况进行分析。,0.3 现代检测系统的分类,1、按被测参量分类 常见的被测参量可分为以下几类： (1)、电工量 (2)、热工量 (3)、机械量

11、 (4)、物性和成分量 (5)、光学量 (6)、状态量,2 、按被测参量的检测转换方法分类 (1)、电磁转换(2)、光电转换 (3)、其它能/电转换,3、按使用性质分类,检测仪表按使用性质通常可分为： （1）标准表 （2）实验室表 （3）工业用表,0.4 检测技术的发展趋势,1、不断拓展测量范围，努力提高检测精度和可靠性 2、传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展 3、重视非接触式检测技术研究 4、检测系统智能化,由于智能化检测仪器、检测系统具有上述优点，所以其市场占有率多年来一直维持强劲的上升趋势。,火星探测,飞船上天后，要由航天测控网对飞船实施测控管理。如果把神舟飞船比作放飞太空的“风筝”，那么，航天测控网就是那根重要的