1溫濕度、露點探頭、CO2探頭、大氣壓力傳感器濕度傳感器濕度傳感器2紅旗轎車焊裝生產線隧道鑿巖機器人單能機器人：生產用的自動機械式（加工、組裝、檢驗）檢測臂的位置和角度傳感器3智能機器人：判斷能力視覺傳感器、觸覺傳感器足球機器人迎賓機器人4《泰坦尼克》中用于水下探測的“鄧肯”號機器人5第一章傳感器的基本概念主要內容1、傳感器的定義與組成2、傳感器的分類3、傳感器的技術特點4、傳感器的數學模型概述5、傳感器的基本特性6信息處理電信電話科技測試設備控制交通控制輸電系統機床機器人家用電器照相機汽車飛機船舶氣象海洋環境污染醫療防火光能利用熱能利用土木建筑農林機械能利用貨幣金融食品111551101034736598161277834313147111707693612621242014需要量傳感器技術對國民經濟的發展起著重要的作用。7第一節傳感器的定義與組成一、傳感器的定義

對被測對象的某一確定的信息具有感受（或響應）與檢出功能，并使之按照一定規律轉換成與之對應的有用輸出信號的元器件或裝置。四層含義：（1）傳感器是一種測量器件或裝置（2）“確定的被測量信息”：非電量物理量化學量生物量電量8（3）“某種可用信號輸出”把外界非電量信息轉換成與之有確定對應關系的電量輸出的器件或裝置。——非電量電測技術把外界信息按一定規律轉換成光信號輸出的器件。（4）“轉換”：傳感器、變換器、變送器、換能器、轉換器、探測器

把特定的被測量信息按一定規律轉換成某種可用信號輸出的器件或裝置。工業測量標準輸出信號能量轉換轉換效率9二、傳感器的組成敏感元件輔助電路轉換元件被測信息有用非電量有用電量信號調節電路輸出信息例如：大噸位電容式稱重傳感器彈性體極板支架絕緣材料定極板動極板被測非電量：外界壓力敏感元件：彈性體有用非電量：極板間距變化傳感元件：電容傳感器有用電量：電容量C1011傳感元件輸入輸出（1）P型特點：不需要外能源，輸出電量較弱例如：熱電偶傳感器溫度場的能量（熱量）電量ABTT’①②12（2）A型、B型傳感元件輸入輸出能源傳感元件輸入輸出輔助能源

A型B型特點：不需要變換電路，有較大電量輸出例如:霍爾電磁感應式傳感器被測量：磁場輔助能源：激勵電流BIUHBACDbdLxyz13（3）C型輸入輸出能源變換回路傳感元件特點：通過帶外電源的變換電路，才能獲得有用的電量輸出輸入輸出能源變換回路傳感元件傳感元件（4）D型14輸入輸出能源變換回路傳感元件傳感元件（5）E型輸入量：反向轉換環境干擾量：正向轉換測量電路15（6）F型輸入輸出能源變換回路傳感元件傳感元件環境影響16第二節

傳感器的分類物理量、化學量、生物量傳感器結構型、物性型、復合型傳感器分類方法按工作機理：按被測量：按敏感材料：按能量的關系：其它分類法：按用途分類、科目分類、功能分類、輸出信號的性質分類半導體、陶瓷、光導纖維、高分子材料、金屬傳感器能量轉換型（有源傳感器）能量控制型（無源傳感器）17結構型與物性型傳感器的比較結構型傳感器的特性主要由其結構參數決定，與構成傳感器的物質的性質無關。物性型傳感器主要由構成傳感器的物質的性質決定。18第三節傳感器的技術特點內容范圍廣且離散知識密集程度甚高、邊緣學科色彩極濃技術復雜、工藝要求高功能優、性能好品種繁多、應用廣泛19描述傳感器輸入–輸出關系的方法：

數學模型基本特性指標被測輸入量靜態量準靜態量動態量第四節傳感器的數學模型概述靜態數學模型動態數學模型20一、傳感器的靜態模型1.代數方程x——輸入量；y——輸出量；a0——零位輸出；a1——傳感器的靈敏度：K、S；a2……an——非線性項待定常數。靜態條件代數方程特性曲線條件：不考慮傳感器滯后、蠕變情況下212.特性曲線22二、傳感器的動態數學模型1.微分方程微分方程傳遞函數條件：線性定常系統動態模型23一階環節一階傳感器二階環節二階傳感器零階環節零階傳感器比例環節、無慣性環節242.傳遞函數定義：初始條件為零時，輸出量（響應函數）的拉普拉斯變換與輸入量（激勵函數）拉普拉斯變換之比。拉氏變換：25簡寫為：兩邊取拉氏變換：輸出量拉氏變換輸入量拉氏變換傳遞函數：26特點：（1）反映傳感器系統本身特性，與x(t)無關。（2）X(s)、Y(s)、H(s)

知二求一（3）相同的傳遞函數可以表征不同物理系統H(s)X(s)Y(s)（4）通過實驗求傳遞函數27（5）多環節串并聯的傳感器系統H1(s)X(s)Y(s)H2(s)

Hn(s)n個環節串聯n個環節并聯H1(s)X(s)Y(s)H2(s)

Hn(s)28第五節傳感器的基本特性一、靜態特性1.線性度（非線性）傳感器的輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離直線的程度。

——輸入量和輸出量實際曲線與擬合直線間的最大偏差

YF.S——輸出滿量程值選定擬合直線的過程，就是傳感器的線性化過程。實際曲線292.靈敏度與電源電壓有關：位移傳感器：1V,1mm,100mV靈敏度：100(mV/mm·V)非線性傳感器線性傳感器=常數303.重復性傳感器在同一工作條件下，輸入量按同一方向作全量程連續多次測試時，所得特性曲線間一致程度的指標。貝賽爾公式：Δm1Δm2重復性誤差314.遲滯（回差滯環）現象傳感器在正、反行程，輸入-輸出曲線的不重合程度。△m——正反行程輸出的最大差值

YF.S——滿量程輸出量

5.分辨率(力）分辨力：能檢測出的輸入量的最小變化量分辨率：分辨力/滿量程輸入值326.穩定性長期穩定性有效期7.漂移零點漂移、靈敏度漂移時間漂移（時漂）、溫度漂移（溫漂）外界干擾下，輸出量發生與輸入量無關的變化。8.精度（靜態誤差）測量結果的可靠程度，它以給定的準確度表示重復某個讀數的能力，誤差愈小，則傳感器的精度愈高。33二、動態特性輸入標準信號階躍函數正弦函數指數函數沖擊函數動態誤差輸出穩定后與理想輸出量的誤差輸入量躍變，輸出量在過渡狀態的誤差階躍響應法（時域）頻率響應法（頻域）1、傳感器的動態特性和誤差概念2.階躍響應3.頻率響應特性4.傳感器頻率響應分析舉例341、比較結構型傳感器和物性型傳感器。2、舉例說明傳感器在家用電器中的應用。35時間常數一階傳感器系統1.階躍響應單位階躍信號36二階傳感器系統上升時間Tr響應時間Ts超調量a1峰值時間Tp延滯時間Td衰減率穩態誤差37例1-8熱電偶傳感器測溫過程中的動態誤差分析。環境溫度T0被測液體溫度TT>T0*例1-9傳感器動態特性的軟件補償——神經網絡補償法。補償濾波器：——所設計濾波器的實際輸出——所設計濾波器的期望輸出38學習算法：權值調整：灰塵傳感器：補償濾波器：均方誤差小于等于0.001392.頻率響應輸入信號輸出信號頻率響應特性：輸入頻率變化、幅值相等的正弦信號，輸出信號幅值與輸入頻率的關系：幅頻特性輸出信號相位與輸入頻率的關系：相頻特性

40相頻特性頻率響應函數指數形式：幅頻特性其中，動態靈敏度、增益41對數幅頻特性曲線通頻帶其中，0dB水平線是理想的零階系統的幅頻特性423.一階系統的動態響應分析一階系統微分方程（1）頻率響應特性分析時間常數靜態靈敏度拉氏變換傳遞函數43頻率響應函數幅頻特性：相頻特性：討論：越小，頻率響應特性越好。44階躍函數