傳感器及其應用第一章教材

1、一、認識生活中的傳感器一、認識生活中的傳感器溫度傳感器：體溫表、熱電偶溫度傳感器：體溫表、熱電偶接近傳感器：感應燈、感應門、接近傳感器：感應燈、感應門、聲控開關、洗手龍頭聲控開關、洗手龍頭一、認識生活中的傳感器一、認識生活中的傳感器汽車上的傳感器：速度、油量汽車上的傳感器：速度、油量超市紅外掃碼器，音樂噴泉，超市紅外掃碼器，音樂噴泉，食品的分析儀，電動車的把車食品的分析儀，電動車的把車潛水艇（定位），機器人（五潛水艇（定位），機器人（五官），燃氣報警器官），燃氣報警器一、認識生活中的傳感器一、認識生活中的傳感器火箭、衛(wèi)星上有成千上萬個傳火箭、衛(wèi)星上有成千上萬個傳感器（速度、加速度、光電式、感器

2、（速度、加速度、光電式、紅外光等）紅外光等）飛機、紅外狙擊槍（尋找目標）飛機、紅外狙擊槍（尋找目標）二、傳感器是集機電、微電子、二、傳感器是集機電、微電子、計算機為一體的綜合性學科計算機為一體的綜合性學科三、傳感器發(fā)展起源于人的五三、傳感器發(fā)展起源于人的五官六覺官六覺四、傳感器的設計包括材料的四、傳感器的設計包括材料的選取、機械結構的設計、電路選取、機械結構的設計、電路分析、計算機處理分析、計算機處理1.1 1.1 傳感器的定義及組成傳感器的定義及組成一、傳感器的定義一、傳感器的定義傳感器：能感受規(guī)定的被測量，并按傳感器：能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換

3、成可用輸出信號的器件或裝置。器件或裝置。作用：作用：對電量進行測量對電量進行測量把非電量把非電量轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 成與其有一定關系的電量。成與其有一定關系的電量。1.1 1.1 傳感器的定義及組成傳感器的定義及組成二、傳感器的組成二、傳感器的組成敏感元件：是指傳感器中能直接感受（或敏感元件：是指傳感器中能直接感受（或響應）被測量的部分。響應）被測量的部分。轉(zhuǎn)換元件：是指能將感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換元件：是指能將感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量的器件或元件。轉(zhuǎn)換成電量的器件或元件。轉(zhuǎn)換電路：是指將無源型傳感器輸出的電轉(zhuǎn)換電路：是指將無源型傳感器輸出的電參數(shù)量轉(zhuǎn)換成電量。參數(shù)量轉(zhuǎn)換成電量。1.1 1.1 傳感器

4、的定義及組成傳感器的定義及組成二、傳感器的組成二、傳感器的組成（被測量、非電量）（被測量、非電量）敏感元件敏感元件易于測易于測量的非電量量的非電量轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 R、L、C電參量電參量轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 U、I電信號電信號提問：電橋電路、放大器怎么畫？提問：電橋電路、放大器怎么畫？1.2 1.2 傳感器的分類傳感器的分類一、按被測量來分：物理量傳感器、一、按被測量來分：物理量傳感器、化學量傳感器、生物量傳感器?；瘜W量傳感器、生物量傳感器。二、按工作原理來分：機械式、電氣二、按工作原理來分：機械式、電氣式、輻射式、流體式傳感器。式、輻射式、流體式傳感器。三、按轉(zhuǎn)換元件的能量轉(zhuǎn)換來分：有三、按轉(zhuǎn)換

5、元件的能量轉(zhuǎn)換來分：有源型、無源型傳感器。源型、無源型傳感器。1.2 1.2 傳感器的分類傳感器的分類四、從傳感器的轉(zhuǎn)換原理來分：結構四、從傳感器的轉(zhuǎn)換原理來分：結構型、物性型、復合型。型、物性型、復合型。五、按傳感器與被測量之間的關系來五、按傳感器與被測量之間的關系來分：能量轉(zhuǎn)換型、能量控制型。分：能量轉(zhuǎn)換型、能量控制型。六、按傳感器的輸出量形式來分：模六、按傳感器的輸出量形式來分：模擬式、開關式、數(shù)字式傳感器。擬式、開關式、數(shù)字式傳感器。上一次課內(nèi)容復習上一次課內(nèi)容復習一、舉例說明你所認識的傳感器。一、舉例說明你所認識的傳感器。二、傳感器的定義是什么？二、傳感器的定義是什么？三、傳感器是由

6、哪三部分組成的？三、傳感器是由哪三部分組成的？四、傳感器分為哪六大類？四、傳感器分為哪六大類？1.3 1.3 傳感器的基本特性傳感器的基本特性u 傳感器的靜態(tài)特性與主要性能指標傳感器的靜態(tài)特性與主要性能指標u 傳感器的動態(tài)特性與動態(tài)指標傳感器的動態(tài)特性與動態(tài)指標1.3 1.3 傳感器的基本特性傳感器的基本特性u傳感器的特性傳感器的特性：主要是指輸入量：主要是指輸入量x x（被測量）（被測量） 與輸出量與輸出量y y之間的關系之間的關系u傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性：當輸入量為常量，或緩：當輸入量為常量，或緩慢變化時，輸出與輸入之間的關系慢變化時，輸出與輸入之間的關系u傳感器的動態(tài)特性傳感器

7、的動態(tài)特性：當輸入量隨時間較快地：當輸入量隨時間較快地變化時，輸出與輸入之間的關系變化時，輸出與輸入之間的關系1.3 1.3 傳感器的基本特性傳感器的基本特性一、一、 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性 傳感器靜態(tài)特性的主要性能指標：傳感器靜態(tài)特性的主要性能指標： 靈敏度、分辨力、測量范圍、量程、靈敏度、分辨力、測量范圍、量程、 誤差特性誤差特性1.3 1.3 傳感器的基本特性傳感器的基本特性1、靈敏度、靈敏度：是指穩(wěn)態(tài)時傳感器輸出量的變化：是指穩(wěn)態(tài)時傳感器輸出量的變化量量 Y 與引起該變化量的輸入變化量與引起該變化量的輸入變化量X之比之比 K Y X2、分辨力、分辨力：傳感器在規(guī)定的測量范圍內(nèi)

8、能夠：傳感器在規(guī)定的測量范圍內(nèi)能夠檢測出的被測量的最小變化量檢測出的被測量的最小變化量1.3 1.3 傳感器的基本特性傳感器的基本特性3、測量范圍、測量范圍：在允許誤差范圍內(nèi)，傳感器能：在允許誤差范圍內(nèi)，傳感器能夠測量的下限值（夠測量的下限值（Y min)到上限值（到上限值（Y max)之間之間的范圍的范圍4、量程、量程：上限值與下限值的差：上限值與下限值的差 Y Y max Y min 1.3 1.3 傳感器的基本特性傳感器的基本特性5、誤差特性、誤差特性l 線性度線性度：即非線性誤差，是傳感器的校準曲：即非線性誤差，是傳感器的校準曲線與理論擬合直線之間的最大偏差與滿量程值線與理論擬合直線之

9、間的最大偏差與滿量程值的百分比。的百分比。l遲滯：遲滯：是指在相同工作條件下，傳感器正行是指在相同工作條件下，傳感器正行程特性與反行程特性的不一致程度。程特性與反行程特性的不一致程度。1.3 1.3 傳感器的基本特性傳感器的基本特性5、誤差特性、誤差特性l 重復性重復性：是指在同一工作條件下，輸入量按：是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內(nèi)連續(xù)變化多次所得特同一方向在全測量范圍內(nèi)連續(xù)變化多次所得特性曲線的不一致性。性曲線的不一致性。l 零漂零漂：傳感器無輸入（或某一輸入值不變）：傳感器無輸入（或某一輸入值不變）時，每隔一定時間，其輸出值偏離原示值的最時，每隔一定時間，其輸出值偏離

10、原示值的最大偏差與滿量程的百分比。大偏差與滿量程的百分比。l 溫漂溫漂：溫度每升高：溫度每升高1 ，傳感器輸出值的最傳感器輸出值的最大偏差與滿量程的百分比。大偏差與滿量程的百分比。1.3 1.3 傳感器的基本特性傳感器的基本特性二、二、 傳感器的動態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性 傳感器的動態(tài)特性依賴于傳感器本身的傳感器的動態(tài)特性依賴于傳感器本身的測量原理、結構，取決于系統(tǒng)內(nèi)部機械的、測量原理、結構，取決于系統(tǒng)內(nèi)部機械的、電氣的、磁性的、光學等的各種參數(shù)，電氣的、磁性的、光學等的各種參數(shù)， 本身本身不因輸入量、時間、環(huán)境條件的不同而變化。不因輸入量、時間、環(huán)境條件的不同而變化。 其標準輸入有三種：正弦變

11、化的輸入，其標準輸入有三種：正弦變化的輸入，階躍變化的輸入，線性輸入。階躍變化的輸入，線性輸入。1.3 1.3 傳感器的基本特性傳感器的基本特性三、三、 改善傳感器性能的技術途徑改善傳感器性能的技術途徑 傳感器噪聲及其減小措施傳感器噪聲及其減小措施 內(nèi)部噪聲：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換內(nèi)部噪聲：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路、電源產(chǎn)生的噪聲。（降溫、屏蔽）電路、電源產(chǎn)生的噪聲。（降溫、屏蔽） 外部噪聲：機械噪聲、音響噪聲、熱噪外部噪聲：機械噪聲、音響噪聲、熱噪聲、電磁噪聲、化學噪聲等。（屏蔽、接地）聲、電磁噪聲、化學噪聲等。（屏蔽、接地）1.3 1.3 傳感器的基本特性傳感器的基本特性三、三、 改

12、善傳感器性能的技術途徑改善傳感器性能的技術途徑 改善傳感器性能的技術方法改善傳感器性能的技術方法 結構、材料與參數(shù)的合理選擇結構、材料與參數(shù)的合理選擇 差動技術差動技術 平均技術平均技術 穩(wěn)定性處理穩(wěn)定性處理 屏蔽、隔離與干擾抑制屏蔽、隔離與干擾抑制 零位法、微差法與閉環(huán)技術零位法、微差法與閉環(huán)技術 補償與校正補償與校正 集成化、智能化與信息融集成化、智能化與信息融合合1.4 1.4 傳感器的作用和發(fā)展傳感器的作用和發(fā)展趨勢趨勢u 傳感器的作用：可包括信息的收集、信傳感器的作用：可包括信息的收集、信息數(shù)據(jù)的交換及控制信息的采集三大內(nèi)容。息數(shù)據(jù)的交換及控制信息的采集三大內(nèi)容。人們把傳感器比作人的五官六覺。人們把傳感器比作人的五官六覺。u 傳感器的應用領域：傳感器是任何一個傳感器的應用領域：傳感器是任何一個自動控制系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。如：科研、自動控制系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。如：科研、各類制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、汽車、智能建筑、家電各類制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、汽車、智能建筑、家電電器、安全防范、機器