1、第一章 概述(i sh)第1頁/共75頁第一頁，共76頁。第一章 概述(i sh)眼（視覺）眼（視覺）耳（聽覺）耳（聽覺）鼻（嗅覺）鼻（嗅覺）皮膚（觸覺）皮膚（觸覺）舌（味覺）舌（味覺）感知外界信息感知外界信息大腦大腦肌體肌體第2頁/共75頁第二頁，共76頁。第一章 概述(i sh)第3頁/共75頁第三頁，共76頁。第一章 概述(i sh)n根據根據GB7665-87GB7665-87，【傳感器】（，【傳感器】（TransducerTransducerSensorSensor）的定義為：的定義為：n能感受規定的被測量并按一定規律轉換成可用能感受規定的被測量并按一定規律轉換成可用信號輸出信號輸出

2、(shch)(shch)的器件或裝置，通常由敏感元件和的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。轉換元件組成。n傳感器的其他名稱傳感器的其他名稱“發送器發送器”“”“傳送器傳送器”“”“變送器變送器”n傳感器的功用是傳感器的功用是“一感二傳一感二傳”，即感受被測信息并，即感受被測信息并傳送出去傳送出去第4頁/共75頁第四頁，共76頁。第一節 傳感檢測(jin c)技術的地位和作用構成現代信息技術的三大支柱是：構成現代信息技術的三大支柱是： 傳感器技術（信息采集）；傳感器技術（信息采集）； 通信技術通信技術 （信息傳輸）；（信息傳輸）； 計算機技術（信息處理）；計算機技術（信息處理）； 它們在

3、信息系統中分別它們在信息系統中分別(fnbi)(fnbi)起到起到 “ “感官感官”、“神經神經”和和“大腦大腦”的作用。的作用。 在利用信息的過程中首先要解決獲取準確可靠的信息，而傳在利用信息的過程中首先要解決獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取信息的主要途徑和手段。感器是獲取信息的主要途徑和手段。第5頁/共75頁第五頁，共76頁。第一節 傳感檢測(jin c)技術的地位和作用傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。傳感器是獲取信息的主要途徑與手段。傳感器是獲取信息的主要途徑與手段。沒有傳感器，現代化生產沒有傳感器，現代化生產(shngchn)(shng

4、chn)就失去了基礎。就失去了基礎。 傳感器是邊緣學科開發的先驅。傳感器是邊緣學科開發的先驅。傳感器已滲透到諸如工業生產、宇宙開發、海洋探測、環境保護、傳感器已滲透到諸如工業生產、宇宙開發、海洋探測、環境保護、資源調查、醫學資源調查、醫學(yxu)診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其廣診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其廣泛的領域。從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統，泛的領域。從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統，幾乎每一個現代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。幾乎每一個現代化項目，都離不開各種各樣的傳感器?？梢?，傳感器技術在發展經濟、推動社會進步等方面起著重可見，傳

5、感器技術在發展經濟、推動社會進步等方面起著重要作用。要作用。第6頁/共75頁第六頁，共76頁。第7頁/共75頁第七頁，共76頁。樓宇自動樓宇自動(zdng)(zdng)控制系控制系統統 控制管理的機電設備有：空調制冷控制管理的機電設備有：空調制冷(zhlng)(zhlng)、給水排水、變配電系統、照明系統、電梯等給水排水、變配電系統、照明系統、電梯等等，實現以上功能使用的傳感器有：溫度、等，實現以上功能使用的傳感器有：溫度、濕度、液位、流量、壓差、空氣壓力。濕度、液位、流量、壓差、空氣壓力。 安全防護安全防護防盜、防火、防燃氣泄露、防盜、防火、防燃氣泄露、CCDCCD（電子眼）監視器、煙霧傳感

6、器、氣體傳感（電子眼）監視器、煙霧傳感器、氣體傳感器、紅外傳感器、玻璃破碎傳感器；器、紅外傳感器、玻璃破碎傳感器；第二節 傳感檢測技術的地位(dwi)和作用第8頁/共75頁第八頁，共76頁。 自動識別自動識別門禁管理系統、感應式門禁管理系統、感應式ICIC卡識卡識別、指紋識別；別、指紋識別； 遠程抄收與管理系統遠程抄收與管理系統水、電、氣、熱量水、電、氣、熱量(rling)(rling)通過傳感器設置遠程自動化抄表；通過傳感器設置遠程自動化抄表； 巡更系統巡更系統保安管理。保安管理。 第二節 傳感檢測技術的地位(dwi)和作用樓宇自動樓宇自動(zdng)(zdng)控控制系統制系統 第9頁/共

7、75頁第九頁，共76頁。 自動識別自動識別門禁門禁(mnjn)(mnjn)管理系統、感應管理系統、感應式式ICIC卡識別、指紋識別；卡識別、指紋識別； 遠程抄收與管理系統遠程抄收與管理系統水、電、氣、熱量水、電、氣、熱量通過傳感器設置遠程自動化抄表；通過傳感器設置遠程自動化抄表； 巡更系統巡更系統保安管理。保安管理。 第一節 傳感檢測技術(jsh)的地位和作用樓宇自動樓宇自動(zdng)(zdng)控控制系統制系統 第10頁/共75頁第十頁，共76頁。第一節 傳感檢測技術(jsh)的地位和作用汽車汽車(qch)(qch)與傳感器與傳感器 第11頁/共75頁第十一頁，共76頁。 已不只局限于對行

8、駛速度、行駛距離和發動機旋轉速已不只局限于對行駛速度、行駛距離和發動機旋轉速度的監控度的監控 安全監控：如汽車安全氣囊系統、防盜裝置、防滑控安全監控：如汽車安全氣囊系統、防盜裝置、防滑控制系統、防抱死裝置、電子變速控制裝置、排氣循環制系統、防抱死裝置、電子變速控制裝置、排氣循環裝置、電子燃料噴射裝置及汽車裝置、電子燃料噴射裝置及汽車“黑匣子黑匣子”等都得到等都得到了實際了實際(shj)(shj)應用。應用。 汽車汽車(qch)(qch)與傳感器與傳感器 第12頁/共75頁第十二頁，共76頁。傳感器與家用電器傳感器與家用電器(ji (ji yn din q)yn din q)第13頁/共75頁第

9、十三頁，共76頁。 智能洗衣機中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質傳感器，智能洗衣機中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質傳感器，水溫傳感器，水質傳感器，透光率光傳感器水溫傳感器，水質傳感器，透光率光傳感器( (洗凈度洗凈度) , ) , 液液位傳感器，電阻傳感器位傳感器，電阻傳感器( (衣物烘干衣物烘干(hn n)(hn n)檢測檢測) )。傳感器與家用電器(ji yn din q)第14頁/共75頁第十四頁，共76頁。傳感器在機器人上的應用傳感器在機器人上的應用(yngyng) (yngyng) 第15頁/共75頁第十五頁，共76頁。 在勞動強度大或危險作業的場所，已逐步使用機器人取在勞動強度大或危

10、險作業的場所，已逐步使用機器人取代人的工作。代人的工作。 一些高速度、高精度的工作，由機器人來承擔也是非常一些高速度、高精度的工作，由機器人來承擔也是非常合適的。合適的。 要使機器人和人的功能更為接近，這就要給機器人安裝要使機器人和人的功能更為接近，這就要給機器人安裝視覺傳感器和觸覺視覺傳感器和觸覺(chju)(chju)傳感器，使機器人通過視覺傳感器，使機器人通過視覺對物體進行識別和檢測，通過觸覺對物體進行識別和檢測，通過觸覺(chju)(chju)對物體產生對物體產生壓覺、力覺、滑動感覺和重量感覺。壓覺、力覺、滑動感覺和重量感覺。 傳感器在機器人上的應用傳感器在機器人上的應用(yngyng

11、) (yngyng) 第16頁/共75頁第十六頁，共76頁。傳感器在醫學傳感器在醫學(yxu)(yxu)上的應用上的應用 可以對人體的表面和內部溫度、可以對人體的表面和內部溫度、血壓、腔內壓力血壓、腔內壓力(yl)(yl)、血液、血液及呼吸流量、腫瘤、血液的分析、及呼吸流量、腫瘤、血液的分析、脈搏及心音、心腦電波等進行高脈搏及心音、心腦電波等進行高難度的診斷難度的診斷 在早期診斷、早期治療、遠距離在早期診斷、早期治療、遠距離診斷及人工器官的研制等廣泛的診斷及人工器官的研制等廣泛的范圍內發揮作用范圍內發揮作用 第17頁/共75頁第十七頁，共76頁。傳感器與環境保護傳感器與環境保護(hunjng

12、boh) (hunjng boh) 第18頁/共75頁第十八頁，共76頁。 環球的大氣污染、水質污濁及噪聲已嚴重地破壞了地球環球的大氣污染、水質污濁及噪聲已嚴重地破壞了地球的生態平衡和我們賴以生存的環境的生態平衡和我們賴以生存的環境 為保護環境，利用傳感器制成的各種環境監測儀器正在為保護環境，利用傳感器制成的各種環境監測儀器正在(zhngzi)(zhngzi)發揮著積極的作用。發揮著積極的作用。 傳感器與環境保護傳感器與環境保護(hunjng boh) (hunjng boh) 第19頁/共75頁第十九頁，共76頁。使用使用(shyng)(shyng)傳感器進行速傳感器進行速度、加速度度、加速

13、度和飛行距離的測量。和飛行距離的測量。 n飛行的方向，飛行姿態、飛行的方向，飛行姿態、飛行環境、飛行器本身的飛行環境、飛行器本身的狀態及內部狀態及內部(nib)(nib)設備的設備的監控也都要通過傳感器進監控也都要通過傳感器進行檢測。行檢測。 傳感器與航空傳感器與航空(hngkng)及航天及航天第20頁/共75頁第二十頁，共76頁。傳感器與遙感技術傳感器與遙感技術 從飛機、人造衛星、宇宙從飛機、人造衛星、宇宙飛船及船舶上對遠距離的飛船及船舶上對遠距離的廣大區域的被測物體及其廣大區域的被測物體及其狀態進行大規模探測的一狀態進行大規模探測的一門門(y mn)(y mn)技術。技術。 圖為在衛星上通

14、過遙感技圖為在衛星上通過遙感技術拍攝的美國空軍基地。術拍攝的美國空軍基地。 第21頁/共75頁第二十一頁，共76頁。未來世界是個充滿傳感器的世界，還會有：智能房屋（自動識別主人，太陽能提供能源）智能衣服（自動調節溫度）智能公路（自動記錄公路的壓力、溫度、車流量）智能汽車(qch)(qch)（無人駕駛、衛星定位）智能第一節 傳感檢測(jin c)技術的地位和作用第22頁/共75頁第二十二頁，共76頁。第二節 機電一體化系統(xtng)常用傳感器一、傳感器的組成(z chn)敏感元件敏感元件轉換轉換(zhunhun)元件元件基本轉換電路基本轉換電路被測量電量敏感元件敏感元件是直接感受被測量，并輸出

15、與被測量成確定關是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一物理量的元件。系的某一物理量的元件。轉換元件轉換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉換：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉換成電路參量。成電路參量。基本轉換電路基本轉換電路：上述電路參數接入基本轉換電路（簡稱轉：上述電路參數接入基本轉換電路（簡稱轉換電路），便可轉換成電量輸出。換電路），便可轉換成電量輸出。第23頁/共75頁第二十三頁，共76頁。實際上，有些傳感器很簡單，有些則較復雜實際上，有些傳感器很簡單，有些則較復雜(fz)(fz)，大多，大多數是開環系統，也有些是帶反饋的閉環系統。數是開環系統，也有些是帶反饋的閉

16、環系統。最簡單的傳感器由一個敏感元件最簡單的傳感器由一個敏感元件( (兼轉換元件兼轉換元件) )組成，它感受組成，它感受被測量時直接輸出被測量時直接輸出(shch)(shch)電量，如熱電偶。有些傳感器由電量，如熱電偶。有些傳感器由敏感元件和轉換元件組成，沒有轉換電路，如壓電式加速度敏感元件和轉換元件組成，沒有轉換電路，如壓電式加速度傳感器，其中質量塊傳感器，其中質量塊m m是敏感元件，壓電片（塊）是轉換元件。是敏感元件，壓電片（塊）是轉換元件。有些傳感器，轉換元件不只一個，要經過若干次轉換。有些傳感器，轉換元件不只一個，要經過若干次轉換。由于空間的限制或者其他由于空間的限制或者其他(qt)(

17、qt)原因原因, ,轉換電路常裝入轉換電路常裝入電箱中。然而，因為不少傳感器要在通過轉換電路后才電箱中。然而，因為不少傳感器要在通過轉換電路后才能輸出電信號，從而決定了轉換電路是傳感器的組成環能輸出電信號，從而決定了轉換電路是傳感器的組成環節之一。節之一。 第24頁/共75頁第二十四頁，共76頁。第二節 機電一體化系統(xtng)常用傳感器二、傳感器的分類(fn li)1. 1. 按被測對象按被測對象(duxing)(duxing)分分內部信息傳感器內部信息傳感器外部信息傳感器外部信息傳感器檢測機電一體化系統內部狀態檢測機電一體化系統內部狀態檢測系統的外部環境狀態檢測系統的外部環境狀態位置、速

18、度、力、力矩、溫度及異常變化位置、速度、力、力矩、溫度及異常變化接觸式：觸覺傳感器、滑動覺傳感器、壓覺傳感器接觸式：觸覺傳感器、滑動覺傳感器、壓覺傳感器非接觸式：視覺傳感器、超聲測距、激光測距非接觸式：視覺傳感器、超聲測距、激光測距第25頁/共75頁第二十五頁，共76頁。第二節 機電(jdin)一體化系統常用傳感器二、傳感器的分類(fn li)2. 2. 按工作按工作(gngzu)(gngzu)機理分機理分物性型傳感器物性型傳感器結構型傳感器結構型傳感器利用某些物質的某種性質隨被測參數利用某些物質的某種性質隨被測參數的變化而變化的原理制成的變化而變化的原理制成利用物理學中場的定律和運動定律等構

19、利用物理學中場的定律和運動定律等構成，其被測參數變化引起傳感器的結構成，其被測參數變化引起傳感器的結構變化，從而使輸出電量變化變化，從而使輸出電量變化光電式傳感器、壓電式傳感器光電式傳感器、壓電式傳感器電感式傳感器、電容式傳感器、光柵式傳感器電感式傳感器、電容式傳感器、光柵式傳感器第26頁/共75頁第二十六頁，共76頁。第二節 機電一體化系統(xtng)常用傳感器二、傳感器的分類(fn li)3. 3. 按被測物理量分按被測物理量分 這種分類方法這種分類方法(fngf)(fngf)明確地表明了傳感器的用途，便于使明確地表明了傳感器的用途，便于使用者選擇。生產廠家往往此分類。用者選擇。生產廠家往

20、往此分類。 如：如： 位移傳感器用于測量位移位移傳感器用于測量位移 溫度傳感器用于測量溫度溫度傳感器用于測量溫度第27頁/共75頁第二十七頁，共76頁。第二節 機電一體化系統(xtng)常用傳感器二、傳感器的分類(fn li)4. 4. 按工作按工作(gngzu)(gngzu)原理分原理分 這種分類清楚地表明了傳感器的工作原理，有利于這種分類清楚地表明了傳感器的工作原理，有利于傳感器的設計和應用。傳感器的設計和應用。 見表見表1-11-1第28頁/共75頁第二十八頁，共76頁。第二節 機電(jdin)一體化系統常用傳感器二、傳感器的分類(fn li)5. 5. 按傳感器能量按傳感器能量(nng

21、ling)(nngling)源分源分無源型傳感器無源型傳感器有源結構型有源結構型傳感器傳感器不需要外加電源，而是將被測量的相關不需要外加電源，而是將被測量的相關能量轉換成電量輸出能量轉換成電量輸出（能量轉換型）（能量轉換型）需要外加電源，才能輸出電量，又稱需要外加電源，才能輸出電量，又稱能量能量控制型控制型壓電式、磁電感應式、熱電式、光電式壓電式、磁電感應式、熱電式、光電式電阻式、電容式、電感式、霍爾式等等電阻式、電容式、電感式、霍爾式等等第29頁/共75頁第二十九頁，共76頁。第二節 機電(jdin)一體化系統常用傳感器二、傳感器的分類(fn li)6. 6. 按輸出按輸出(shch)(sh

22、ch)信號的性質分信號的性質分模擬型模擬型數字型數字型開關型開關型非接觸型（如光電開關、接近開關）接觸型（如微動開關、行程開關、接觸開關）電阻型（電位器、電阻應變片等）電感、電容型（電感、電容式位置傳感器）電壓、電流型（熱電偶、光電池等）計數型（脈沖或方波信號+計數器）代碼型（回轉編碼器、磁尺等）第30頁/共75頁第三十頁，共76頁。第二節 機電(jdin)一體化系統常用傳感器二、傳感器的分類(fn li)6. 6. 按輸出信號按輸出信號(xnho)(xnho)的性質分的性質分開關型傳感器開關型傳感器的開關就是的開關就是“1”1”和和“0”0”或開（或開（ONON）和）和關（關（OFFOFF）

23、。可以直接送到微機進行處理，比較方便）?？梢灾苯铀偷轿C進行處理，比較方便OFF狀態ON狀態輸入輸出設定點第31頁/共75頁第三十一頁，共76頁。第二節 機電(jdin)一體化系統常用傳感器二、傳感器的分類(fn li)6. 6. 按輸出信號按輸出信號(xnho)(xnho)的性質分的性質分模擬型傳感器模擬型傳感器的輸出是與輸入物理量有一定關系的電量。的輸出是與輸入物理量有一定關系的電量。第32頁/共75頁第三十二頁，共76頁。第一節 機電(jdin)一體化系統常用傳感器二、傳感器的分類(fn li)6. 6. 按輸出信號按輸出信號(xnho)(xnho)的性質分的性質分數字型傳感器有計數型（

24、數字型傳感器有計數型（a a）和代碼型（）和代碼型（b b）第33頁/共75頁第三十三頁，共76頁。第二節 機電一體化系統(xtng)常用傳感器二、傳感器的特性(txng)及主要性能指標1. 1. 傳感器的靜態傳感器的靜態(jngti)(jngti)特性特性 當傳感器的輸入量為常量或隨時間緩慢變化的量時，傳感器的當傳感器的輸入量為常量或隨時間緩慢變化的量時，傳感器的輸出與輸入之間的關系稱為輸出與輸入之間的關系稱為靜態特性，簡稱靜特性。靜態特性，簡稱靜特性。 人們總希望輸出與輸入具有確定的對應關系，而且最好呈線人們總希望輸出與輸入具有確定的對應關系，而且最好呈線性關系。但一般輸出輸入不會符合所要

25、求的線性關系。非線性誤性關系。但一般輸出輸入不會符合所要求的線性關系。非線性誤差差. . 同時由于存在著遲滯、蠕變、摩擦、間隙和松動等因素同時由于存在著遲滯、蠕變、摩擦、間隙和松動等因素的影響，輸出輸入之間不一定是唯一確定的。的影響，輸出輸入之間不一定是唯一確定的。第34頁/共75頁第三十四頁，共76頁。 傳傳 感感 器器溫溫度度濕濕度度壓壓力力沖沖擊擊振振動動電電場場磁磁場場摩摩擦擦間間隙隙松松動動遲遲滯滯蠕蠕變變變變形形老老化化誤差因素誤差因素外界干擾外界干擾輸入輸入x輸出輸出y=f(x)第二節 機電一體化系統(xtng)常用傳感器二、傳感器的特性(txng)及主要性能指標1. 1. 傳感

26、器的靜態傳感器的靜態(jngti)(jngti)特性特性第35頁/共75頁第三十五頁，共76頁。第二節 機電一體化系統(xtng)常用傳感器二、傳感器的特性(txng)及主要性能指標1. 1. 傳感器的動態傳感器的動態(dngti)(dngti)特性特性n其輸出對隨時間變化的輸入量的響應特性。其輸出對隨時間變化的輸入量的響應特性。n當被測量隨時間變化，是時間的函數時，則傳感器當被測量隨時間變化，是時間的函數時，則傳感器的輸出量也是時間的函數，其間的關系要用的輸出量也是時間的函數，其間的關系要用動特性動特性來來表示。表示。 除了具有理想的比例特性外，輸出信號將不會與除了具有理想的比例特性外，輸出

27、信號將不會與輸入信號具有相同的時間函數，輸入信號具有相同的時間函數，n這種輸出與輸入間的差異就是所謂的這種輸出與輸入間的差異就是所謂的動態誤差動態誤差。第36頁/共75頁第三十六頁，共76頁。動態動態(dngti)測溫測溫問題實例問題實例把一支溫度計從溫度為把一支溫度計從溫度為t0t0環境中迅速插入一個溫度為環境中迅速插入一個溫度為tt的恒溫水槽的恒溫水槽中（插入時間忽略不計），這時溫度計溫度從中（插入時間忽略不計），這時溫度計溫度從t0t0突然上升突然上升(shngshng)(shngshng)到到t t，而溫度計反映出來的溫度從，而溫度計反映出來的溫度從t0t0變化到變化到tt需要經需要經

28、歷一段時間，即有一段過渡過程。歷一段時間，即有一段過渡過程。溫度溫度(wnd)計反映出來的溫計反映出來的溫度度(wnd)與介質溫度與介質溫度(wnd)的差值就稱為動態誤的差值就稱為動態誤差。差。第37頁/共75頁第三十七頁，共76頁。造成溫度計輸出波形失真和產生動態造成溫度計輸出波形失真和產生動態(dngti)(dngti)誤差的原因，是溫度誤差的原因，是溫度計有熱慣性（由傳感器的比熱容和質量大小決定）和傳熱熱阻，使計有熱慣性（由傳感器的比熱容和質量大小決定）和傳熱熱阻，使得在動態得在動態(dngti)(dngti)測溫時傳感器輸出總是滯后于被測介質的溫度變測溫時傳感器輸出總是滯后于被測介質的

29、溫度變化。這種熱慣性是溫度計固有的，決定了溫度計測量快速溫度變化化。這種熱慣性是溫度計固有的，決定了溫度計測量快速溫度變化時會產生動態時會產生動態(dngti)(dngti)誤差。誤差。動態動態(dngti)(dngti)特性除了與傳感器的固有因素有關之外，還與傳感器特性除了與傳感器的固有因素有關之外，還與傳感器輸入量的變化形式有關。也就是說，我們在研究傳感器動特性時，輸入量的變化形式有關。也就是說，我們在研究傳感器動特性時，通常是根據不同輸入變化規律來考察傳感器的響應的。通常是根據不同輸入變化規律來考察傳感器的響應的。 動態動態(dngti)測溫問測溫問題實例題實例第38頁/共75頁第三十八

30、頁，共76頁。第二節 機電一體化系統(xtng)常用傳感器二、傳感器的特性(txng)及主要性能指標3. 3. 傳感器的性能指標傳感器的性能指標 傳感器是非電量電測的首要環節和關鍵部件。傳感器質傳感器是非電量電測的首要環節和關鍵部件。傳感器質量的好壞，一般通過若干個主要性能指標來表示。量的好壞，一般通過若干個主要性能指標來表示。 對于不同傳感器，應根據實際需要，確定主要指標參數。對于不同傳感器，應根據實際需要，確定主要指標參數。有些指標可以要求低些或不予考慮。應注意穩定性指標，這樣有些指標可以要求低些或不予考慮。應注意穩定性指標，這樣才能利用電路或微機對傳感器誤差進行補償和修正才能利用電路或微

31、機對傳感器誤差進行補償和修正(xizhng)，使傳感器，使傳感器成本既低又能達到較高精度。成本既低又能達到較高精度。第39頁/共75頁第三十九頁，共76頁。3. 3. 傳感器的性能指標傳感器的性能指標 各種傳感器的變換原理、結構、使用目的、環境條件雖各種傳感器的變換原理、結構、使用目的、環境條件雖各不相同，但對它們的主要性能要求卻是一致的。這些主要各不相同，但對它們的主要性能要求卻是一致的。這些主要性能要求是：性能要求是：高精度、低成本。應根據實際要求合理確定靜態精度高精度、低成本。應根據實際要求合理確定靜態精度與成本的關系，盡量提高精度，降低成本；與成本的關系，盡量提高精度，降低成本；高靈敏

32、度。應根據需要合理確定靈敏度；高靈敏度。應根據需要合理確定靈敏度；工作可靠；工作可靠；穩定穩定(wndng)性好，應長期工作穩定性好，應長期工作穩定(wndng)，抗腐蝕性好；，抗腐蝕性好；抗干擾能力強；抗干擾能力強；動態特性良好；動態特性良好；結構簡單、小巧，使用維護方便，通用性強，功耗低。結構簡單、小巧，使用維護方便，通用性強，功耗低。 表表1-2 1-2 傳感器的主要傳感器的主要(zhyo)(zhyo)性能指標性能指標第40頁/共75頁第四十頁，共76頁。 傳感器的輸入傳感器的輸入/輸出特性，理論上的分析很復雜，實輸出特性，理論上的分析很復雜，實際上并非都可用數學表達式描述。目前尚無全面

33、可行的際上并非都可用數學表達式描述。目前尚無全面可行的評價傳感器質量的指標，通常以基本參數和環境參數作評價傳感器質量的指標，通常以基本參數和環境參數作為檢驗、使用和評價傳感器的依據。為檢驗、使用和評價傳感器的依據。 傳感器選用時切忌盲目追求傳感器選用時切忌盲目追求(zhuqi)各參數的高指標各參數的高指標，應在滿足量程的情況下，只保證其主要參數性能指標，應在滿足量程的情況下，只保證其主要參數性能指標，放寬對次要指標的要求，以求得到高的性價比。，放寬對次要指標的要求，以求得到高的性價比。第三節 傳感器及檢測系統(xtng)基本特性的評價指標和選用原則第41頁/共75頁第四十一頁，共76頁。一、測

34、量范圍及量程(lingchng) 測量范圍：測量范圍： 傳感器在允許誤差限內，其被測量值的范圍。傳感器在允許誤差限內，其被測量值的范圍。 量程：量程： 傳感器在測量范圍內的上限值和下限值之差。傳感器在測量范圍內的上限值和下限值之差。 過載能力：過載能力： 在不致在不致(bzh)引起傳感器的規定性能指標永引起傳感器的規定性能指標永久改變的條件下，傳感器允許超過其測量范圍的能力。久改變的條件下，傳感器允許超過其測量范圍的能力。 過載能力通常用其允許超過測量上限（或下限）過載能力通常用其允許超過測量上限（或下限）的被測量值與量程的百分比表示。的被測量值與量程的百分比表示。第42頁/共75頁第四十二頁

35、，共76頁。二、靈敏度（Sensitivity） 靈敏度是指傳感器輸出的變化靈敏度是指傳感器輸出的變化(binhu)(binhu)量與引起量與引起該變化該變化(binhu)(binhu)量的輸入變化量的輸入變化(binhu)(binhu)量之比。量之比。XY0K靈敏度誤差靈敏度誤差(wch)為為%10000KKS當檢測當檢測(jin c)系統各環節靈敏度分別為系統各環節靈敏度分別為nkkk,21時，總靈敏度為時，總靈敏度為nkkkK210 靈敏度表示傳感器或傳感檢測系統對被測物理量變化的靈敏度表示傳感器或傳感檢測系統對被測物理量變化的反應能力。一般，靈敏度越高越好，但這樣與測量無關的外界反應能

36、力。一般，靈敏度越高越好，但這樣與測量無關的外界噪聲也容易混入。為此往往要求信噪比越大越好，即要求傳感噪聲也容易混入。為此往往要求信噪比越大越好，即要求傳感器本身噪聲小，且魯棒性好即抗干擾能力強。器本身噪聲小，且魯棒性好即抗干擾能力強。第43頁/共75頁第四十三頁，共76頁。二、靈敏度（Sensitivity） 線性傳感器靈敏度是它的靜態特性(txng)的斜率，即K0為常數。非線性傳感器它的靈敏度K0為一變量，用下式表示。dxdy0K第44頁/共75頁第四十四頁，共76頁。三、線性度 線性度指其輸出量與輸入量之間的關系曲線偏離理想直線線性度指其輸出量與輸入量之間的關系曲線偏離理想直線的程度。在

37、非線性誤差不太大的情況下，通常的程度。在非線性誤差不太大的情況下，通常(tngchng)(tngchng)采用采用直線擬合的方法來線性化。這樣，線性度就用輸入直線擬合的方法來線性化。這樣，線性度就用輸入- -輸出關系曲輸出關系曲線與擬合直線之間最大偏差與滿量程輸出的百分比來表示。線與擬合直線之間最大偏差與滿量程輸出的百分比來表示。%100maxYLL常用的直線擬合方法常用的直線擬合方法(fngf)(fngf)有理論擬合、端點擬合和端點平有理論擬合、端點擬合和端點平移擬合等，如圖所示。采取不同的方法移擬合等，如圖所示。采取不同的方法(fngf)(fngf)選取擬合直線，選取擬合直線，可以得到不可

38、以得到不同的線性度。同的線性度。第45頁/共75頁第四十五頁，共76頁。(a) (a) 理論擬合理論擬合(n h)(n h)； (b) (b) 過零旋轉擬合過零旋轉擬合(n h)(n h)； (c) (c) 端點連線擬合端點連線擬合(n h)(n h)； (d) (d) 端點平移擬合端點平移擬合(n h) (n h) 即使是同即使是同類傳感器類傳感器擬合直線擬合直線(zhxin)不同不同其線性度其線性度也是不同也是不同的的三、線性度第46頁/共75頁第四十六頁，共76頁。四、重復性 重復性是指傳感器在輸入量按同一重復性是指傳感器在輸入量按同一(tngy)(tngy)方向作全量方向作全量程連續多

39、次變動時所得特性曲線間不一致的程度。程連續多次變動時所得特性曲線間不一致的程度。 第47頁/共75頁第四十七頁，共76頁。五、穩定性 穩定性即在相同條件、相當長時間內，其輸入穩定性即在相同條件、相當長時間內，其輸入/ /輸出特性不發生變化的能力。穩定性一般以室溫條輸出特性不發生變化的能力。穩定性一般以室溫條件下經過件下經過(jnggu)(jnggu)一定的時間間隔后，傳感器的輸一定的時間間隔后，傳感器的輸出與起始出與起始標定時輸出的差異來表示。影響傳感器穩定性的因標定時輸出的差異來表示。影響傳感器穩定性的因素是時間和環境。素是時間和環境。零漂：傳感器無輸入零漂：傳感器無輸入(shr)(shr)

40、（或某一輸入（或某一輸入(shr)(shr)值不變）時，每隔一段時間進行讀數，值不變）時，每隔一段時間進行讀數，其輸出偏離零值（或原指示值），即為零點漂移，其輸出偏離零值（或原指示值），即為零點漂移，第48頁/共75頁第四十八頁，共76頁。五、穩定性 穩定性即在相同條件、相當長時間內，其輸入穩定性即在相同條件、相當長時間內，其輸入/ /輸出特性不發生變化的能力。穩定性一般以室溫條輸出特性不發生變化的能力。穩定性一般以室溫條件下經過一定的時間間隔后，傳感器的輸出與起始件下經過一定的時間間隔后，傳感器的輸出與起始(q sh)(q sh)標定時輸出的差異來表示。影響傳感器穩定性的因標定時輸出的差異來

41、表示。影響傳感器穩定性的因素是時間和環境。素是時間和環境。溫漂：表示溫度變化時，傳感器輸出值的偏離程溫漂：表示溫度變化時，傳感器輸出值的偏離程度。一般度。一般(ybn)(ybn)以溫度變化以溫度變化11時，輸出最大偏時，輸出最大偏差與滿量程的百分比表示。差與滿量程的百分比表示。第49頁/共75頁第四十九頁，共76頁。六、精確度 精確度有時簡稱精度。它表示傳感器的輸出精確度有時簡稱精度。它表示傳感器的輸出(shch)結結果與被測量的實際值之間的符合程度，是測量值的果與被測量的實際值之間的符合程度，是測量值的精密程度與準確程度的綜合反映。精密程度與準確程度的綜合反映。 傳感器的精度表示傳感器在規定

42、條件下允許的傳感器的精度表示傳感器在規定條件下允許的最大絕對誤差相對于傳感器滿量程輸出最大絕對誤差相對于傳感器滿量程輸出(shch)的百分比，的百分比， 在應用中，為了簡化傳感器的精度的表示方在應用中，為了簡化傳感器的精度的表示方法，引用了精度等級的概念，分為：法，引用了精度等級的概念，分為：0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0、1.5、2.0。精度等級越小精度。精度等級越小精度越高越高 第50頁/共75頁第五十頁，共76頁。七、動態(dngti)特性 傳感器的動態特性反映了傳感器對于隨時間傳感器的動態特性反映了傳感器對于隨時間變化變化(binhu)(binhu)的動態量的響應特性

43、。傳感器的響的動態量的響應特性。傳感器的響應特性必須在所測頻率范圍內努力保持不失真。應特性必須在所測頻率范圍內努力保持不失真。此外，實際傳感器的響應總有一定延遲，但總希此外，實際傳感器的響應總有一定延遲，但總希望延遲時間越短越好。望延遲時間越短越好。 一般地，利用光電效應、壓電效應等物性傳一般地，利用光電效應、壓電效應等物性傳感器，響應時間短，工作頻率范圍寬。而結構型，感器，響應時間短，工作頻率范圍寬。而結構型，如電感、電容、磁電式傳感器等，由于受到結構如電感、電容、磁電式傳感器等，由于受到結構特性的影響，往往由于機電一體化系統慣性質量特性的影響，往往由于機電一體化系統慣性質量的限制，其固有頻

44、率低。的限制，其固有頻率低。第51頁/共75頁第五十一頁，共76頁。八、環境參數 環境參數主要指傳感器允許使用的工作溫度范環境參數主要指傳感器允許使用的工作溫度范圍以及環境壓力、環境振動和沖擊等引起的環境壓圍以及環境壓力、環境振動和沖擊等引起的環境壓力誤差、環境振動誤差和沖擊誤差等。選用傳感器力誤差、環境振動誤差和沖擊誤差等。選用傳感器時應充分考慮抗環境干擾的能力。時應充分考慮抗環境干擾的能力。 此外，傳感器在實際應用時的工作方式，也是此外，傳感器在實際應用時的工作方式，也是選用傳感器時應考慮的重要選用傳感器時應考慮的重要(zhngyo)因素。例如接觸測量和因素。例如接觸測量和非接觸測量；在線

45、測量與離線測量等。工作方式不非接觸測量；在線測量與離線測量等。工作方式不同對傳感器要求也不同。同對傳感器要求也不同。第52頁/共75頁第五十二頁，共76頁。八、環境參數接觸式測量接觸式測量(cling) (cling) 第53頁/共75頁第五十三頁，共76頁。八、環境參數非接觸式測量非接觸式測量(cling) (cling) 例：雷達測速例：雷達測速第54頁/共75頁第五十四頁，共76頁。八、環境參數離線測量離線測量(cling) (cling) 產品產品(chnpn)質量檢驗質量檢驗第55頁/共75頁第五十五頁，共76頁。八、環境參數在線在線(zi (zi xin)xin)測量測量 在流水線

46、上，邊加工，邊檢驗，可提高(t go)產品的一致性和加工精度。第56頁/共75頁第五十六頁，共76頁。第四節 傳感器的標定(bio dn)與校準標定：標定： 在明確傳感器輸入在明確傳感器輸入/ /輸出變換輸出變換(binhun)(binhun)關系的前提下，利用某關系的前提下，利用某種標準器具產生已知的標準非電量（或其它標準量）輸入，確定其輸種標準器具產生已知的標準非電量（或其它標準量）輸入，確定其輸出電量與其輸入量之間關系的過程，稱為標定。出電量與其輸入量之間關系的過程，稱為標定。校準：校準： 傳感器在使用前或使用過程中或擱置一段時間再使用時，必須對傳感器在使用前或使用過程中或擱置一段時間再

47、使用時，必須對其性能參數進行復測或作必要的調整與修正，以確保傳感器的測量精其性能參數進行復測或作必要的調整與修正，以確保傳感器的測量精度。這個復測過程叫做校準。度。這個復測過程叫做校準。第57頁/共75頁第五十七頁，共76頁。第四節 傳感器的標定(bio dn)與校準傳感器的標定系統傳感器的標定系統(xtng)(xtng)組成：組成：被測非電量的標準發生器（如量塊、砝碼、恒溫源）或被測非電量的標準發生器（如量塊、砝碼、恒溫源）或被測非電量的標準測試系統被測非電量的標準測試系統(xtng)（如標準壓力傳感器、標準（如標準壓力傳感器、標準力傳感器、標準溫度計等）；力傳感器、標準溫度計等）；待標定傳

48、感器；待標定傳感器；它所配接的信號調節器及顯示、記錄器等，所配接的儀器它所配接的信號調節器及顯示、記錄器等，所配接的儀器設備亦作為標準測試設備使用，其精度已知。設備亦作為標準測試設備使用，其精度已知。第58頁/共75頁第五十八頁，共76頁。第四節 傳感器的標定(bio dn)與校準為確保各種量值準為確保各種量值準確一致，應按國家確一致，應按國家有關計量部門規定有關計量部門規定的標準、檢定規程的標準、檢定規程(guchng)和管理辦法進行標和管理辦法進行標定。定。第59頁/共75頁第五十九頁，共76頁。第四節 傳感器的標定(bio dn)與校準只能按此系統用上只能按此系統用上一級標準裝置檢定一級

49、標準裝置檢定下一級傳感器及配下一級傳感器及配套儀表套儀表(ybio)；如果待標定傳感器如果待標定傳感器精度較高，也可以精度較高，也可以跨級使用更高一級跨級使用更高一級的標準裝置。的標準裝置。第60頁/共75頁第六十頁，共76頁。第四節 傳感器的標定(bio dn)與校準一、傳感器的靜態一、傳感器的靜態(jngti)標標定定 傳感器的靜態標定設備（標準值發生器）有：傳感器的靜態標定設備（標準值發生器）有： 力標定設備（如測力砝碼力標定設備（如測力砝碼(f m)、拉壓式測力計）、拉壓式測力計） 壓力標定設備（水銀壓力計、麥氏真空計）壓力標定設備（水銀壓力計、麥氏真空計） 溫度標定設備（鉑電阻溫度計

50、、鉑銠溫度標定設備（鉑電阻溫度計、鉑銠-鉑熱電偶）鉑熱電偶） 靜態標定是給傳感器輸入已知不變的標準非電量，測出靜態標定是給傳感器輸入已知不變的標準非電量，測出其輸出，給定標準曲線、標定方程和標定常數，計算其靈敏其輸出，給定標準曲線、標定方程和標定常數，計算其靈敏度、線性度、滯差、重復性等傳感器的靜態指標度、線性度、滯差、重復性等傳感器的靜態指標第61頁/共75頁第六十一頁，共76頁。第四節 傳感器的標定(bio dn)與校準一、傳感器的靜態一、傳感器的靜態(jngti)標定標定 對傳感器進行靜態對傳感器進行靜態(jngti)標定時，首先要建立靜態標定時，首先要建立靜態(jngti)標定系統。標

51、定系統。例如應變式測力傳感器靜態例如應變式測力傳感器靜態(jngti)標定系統。標定系統。第62頁/共75頁第六十二頁，共76頁。第四節 傳感器的標定(bio dn)與校準一、傳感器的動態一、傳感器的動態(dngti)標定標定 動態標定的目的是檢驗測試傳感器的動態性能指標。通過動態標定的目的是檢驗測試傳感器的動態性能指標。通過確定其線性工作范圍（用同一頻率輸入不同幅值的正弦確定其線性工作范圍（用同一頻率輸入不同幅值的正弦(zhngxin)信號，信號，測量傳感器的輸出）、頻率響應函數、頻率特性曲線、階躍響測量傳感器的輸出）、頻率響應函數、頻率特性曲線、階躍響應曲線，來確定傳感器的頻率響應范圍、幅

52、值誤差和相位誤差、應曲線，來確定傳感器的頻率響應范圍、幅值誤差和相位誤差、時間常數、阻尼比、固有頻率等。時間常數、阻尼比、固有頻率等。 傳感器的種類繁多，動態標定方法各異，常用的標準動態激傳感器的種類繁多，動態標定方法各異，常用的標準動態激勵設備有激振器、激波管、周期與非周期壓力發生器等。其中激勵設備有激振器、激波管、周期與非周期壓力發生器等。其中激振器可用于位移、速度、加速度、力、壓力傳感器的動態標定。振器可用于位移、速度、加速度、力、壓力傳感器的動態標定。例如測振傳感器的動態標定常用電磁振動臺產生簡諧振動作為傳例如測振傳感器的動態標定常用電磁振動臺產生簡諧振動作為傳感器的輸入量。感器的輸入

53、量。第63頁/共75頁第六十三頁，共76頁。第四節 傳感器的標定(bio dn)與校準一、絕對標定法一、絕對標定法圖圖1-91-9振動的振幅由讀數顯微鏡測得振動的振幅由讀數顯微鏡測得振動頻率由頻率計指示。振動頻率由頻率計指示。若測得傳感器的輸出若測得傳感器的輸出(shch)(shch)電量即可通過計算得到位移傳感器、速度傳感器、電量即可通過計算得到位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器的靈敏度。加速度傳感器的靈敏度。 第64頁/共75頁第六十四頁，共76頁。第四節 傳感器的標定(bio dn)與校準二、比較標定二、比較標定(bio dn)(bio dn)法法圖圖1-10 1-10 將被標傳感器與

54、標準測振傳感器將被標傳感器與標準測振傳感器“背靠背背靠背”安裝在振動臺上。安裝在振動臺上。標定標定(bio dn)(bio dn)時，分別測出被標傳感器與標準測振傳感器的輸出電壓時，分別測出被標傳感器與標準測振傳感器的輸出電壓值值UaUa和和U U，若標準測振傳感器的加速度靈敏度為，若標準測振傳感器的加速度靈敏度為Sa0Sa0，則被標傳感器加速度靈敏度，則被標傳感器加速度靈敏度SaSa為為 Sa=Sa0U/Ua Sa=Sa0U/Ua 頻率響應的標定頻率響應的標定(bio dn)(bio dn)，在振幅恒定條件下，改變振動臺的振，在振幅恒定條件下，改變振動臺的振動頻率，測出傳感器輸出電壓與振動頻

55、率的關系，即幅頻響動頻率，測出傳感器輸出電壓與振動頻率的關系，即幅頻響應。比較被標傳感器與標準傳感器輸出信號間的相位差，可應。比較被標傳感器與標準傳感器輸出信號間的相位差，可得傳感器的相頻特性。得傳感器的相頻特性。第65頁/共75頁第六十五頁，共76頁。第五節 傳感器與檢測技術(jsh)的發展方向第66頁/共75頁第六十六頁，共76頁。第五節 傳感器與檢測技術(jsh)的發展方向第67頁/共75頁第六十七頁，共76頁。第五節 傳感器與檢測技術的發展(fzhn)方向第68頁/共75頁第六十八頁，共76頁。第五節 傳感器與檢測技術(jsh)的發展方向（1 1）利用新材料）利用新材料(cilio)(cilio)制作傳感器制作傳感器敏感材料是傳感器技術的基礎，隨著材料科學的進步敏感材料是傳感器技術的基礎，隨著材料科學的進步新功能材料的開發，除下了新功能材料的開發，除下了 許多新型傳感器。許多新型傳感器。半導體材料研究的進展，促進了半導體傳感器的迅半導體材料研究的進展，促進了半導