無(wú)線(xiàn)傳感器第二章

1、第第2 2章章微型傳感器的基本知識(shí)微型傳感器的基本知識(shí)2.1 2.1 傳感器概述傳感器概述1 1、傳感器的定義和作用、傳感器的定義和作用 什么是傳感器？什么是傳感器？一般來(lái)說(shuō)能夠把特定的被測(cè)量信息一般來(lái)說(shuō)能夠把特定的被測(cè)量信息（物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可（物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)（電信號(hào)、光信號(hào)等）的器件或裝置，我們把它稱(chēng)用信號(hào)（電信號(hào)、光信號(hào)等）的器件或裝置，我們把它稱(chēng)為傳感器。為傳感器。傳感器的應(yīng)用實(shí)例汽車(chē)上傳感器應(yīng)用(Sensors application in the car)大氣監(jiān)測(cè)（Monitor for air pollutio

2、n）2.傳感器組成 傳感器接口技術(shù)傳感器接口技術(shù)是非常實(shí)用和重要的技術(shù)。各種物理是非常實(shí)用和重要的技術(shù)。各種物理量用傳感器將其變成電信號(hào)，經(jīng)由諸如放大、濾波、干擾量用傳感器將其變成電信號(hào)，經(jīng)由諸如放大、濾波、干擾抑制、多路轉(zhuǎn)換等信號(hào)檢測(cè)和預(yù)處理電路，將模擬量的電抑制、多路轉(zhuǎn)換等信號(hào)檢測(cè)和預(yù)處理電路，將模擬量的電壓或電流送壓或電流送A/DA/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字量，供計(jì)算機(jī)或者微處理轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字量，供計(jì)算機(jī)或者微處理器處理。器處理。傳感器接口技術(shù)傳感器的分類(lèi)方法很多。傳感器的分類(lèi)方法很多。 按被測(cè)量與輸出電量的轉(zhuǎn)換原理劃分，可分按被測(cè)量與輸出電量的轉(zhuǎn)換原理劃分，可分為為能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型和和能量

3、控制型能量控制型兩大類(lèi)。兩大類(lèi)。3.傳感器的分類(lèi) 傳感器按測(cè)量原理分類(lèi)，主要有傳感器按測(cè)量原理分類(lèi)，主要有物理和化學(xué)原理物理和化學(xué)原理，包括，包括電參量式、磁電式、磁致伸縮式、壓電式和半導(dǎo)體式等。電參量式、磁電式、磁致伸縮式、壓電式和半導(dǎo)體式等。n執(zhí)行器按控制系統(tǒng)要求，應(yīng)具備高精確執(zhí)行器按控制系統(tǒng)要求，應(yīng)具備高精確度控制和快速響應(yīng)的能力，主要有電動(dòng)度控制和快速響應(yīng)的能力，主要有電動(dòng)執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)行器、液壓執(zhí)行器、壓執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)行器、液壓執(zhí)行器、壓電陶瓷執(zhí)行器和納米執(zhí)行器等。電陶瓷執(zhí)行器和納米執(zhí)行器等。 n 按被測(cè)量的性質(zhì)不同劃分為按被測(cè)量的性質(zhì)不同劃分為位移傳感位移傳感器器、力傳感器力傳感器

4、、溫度傳感器溫度傳感器等。等。課件制作人：謝希仁 按輸出信號(hào)的性質(zhì)可分為按輸出信號(hào)的性質(zhì)可分為開(kāi)關(guān)型開(kāi)關(guān)型（二值型）、（二值型）、數(shù)字型數(shù)字型、模擬型模擬型。數(shù)字式傳感器能把被測(cè)的模擬。數(shù)字式傳感器能把被測(cè)的模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，它的特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)、量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，它的特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)、易于微機(jī)接口、便于信號(hào)處理和實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性強(qiáng)、易于微機(jī)接口、便于信號(hào)處理和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。自動(dòng)化測(cè)量。2.2 2.2 常見(jiàn)傳感器的類(lèi)型介紹常見(jiàn)傳感器的類(lèi)型介紹1 1、能量控制型傳感器、能量控制型傳感器 能量控制型傳感器將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成電參能量控制型傳感器將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成電參量，在工作過(guò)程中

5、不能起換能作用，需從外部供量，在工作過(guò)程中不能起換能作用，需從外部供給輔助能源使其工作，所以又稱(chēng)作無(wú)源傳感器。給輔助能源使其工作，所以又稱(chēng)作無(wú)源傳感器。 電阻式、電容式、電感式均屬這一類(lèi)型。電阻式、電容式、電感式均屬這一類(lèi)型。2 2、能量轉(zhuǎn)換型傳感器、能量轉(zhuǎn)換型傳感器 能量轉(zhuǎn)換型傳感器感受外界機(jī)械量變化后，輸出電壓、能量轉(zhuǎn)換型傳感器感受外界機(jī)械量變化后，輸出電壓、電流或電荷量。它可以直接輸出或放大后輸出信號(hào)，傳感器電流或電荷量。它可以直接輸出或放大后輸出信號(hào)，傳感器本身相當(dāng)于一個(gè)電壓源或電流源，因而這種傳感器又叫做有本身相當(dāng)于一個(gè)電壓源或電流源，因而這種傳感器又叫做有源傳感器。源傳感器。 壓電

6、式、磁電式和熱電式傳感器等均屬這一類(lèi)型。壓電式、磁電式和熱電式傳感器等均屬這一類(lèi)型。3 3、光敏傳感器、光敏傳感器 光敏傳感器是一種感應(yīng)光線(xiàn)強(qiáng)弱的傳感器。當(dāng)感應(yīng)到光光敏傳感器是一種感應(yīng)光線(xiàn)強(qiáng)弱的傳感器。當(dāng)感應(yīng)到光強(qiáng)度不同時(shí)，光敏探頭內(nèi)的電阻值就會(huì)有變化。強(qiáng)度不同時(shí)，光敏探頭內(nèi)的電阻值就會(huì)有變化。 常見(jiàn)的光敏傳感器有光電式傳感器、色敏傳感器、常見(jiàn)的光敏傳感器有光電式傳感器、色敏傳感器、CCDCCD圖像傳感器和紅外圖像傳感器和紅外/ /熱釋電式光敏器件等。將光量轉(zhuǎn)換為電熱釋電式光敏器件等。將光量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱(chēng)為光電傳感器或光電元件。量的器件稱(chēng)為光電傳感器或光電元件。4 4、氣、濕敏傳感器、氣、

7、濕敏傳感器 氣敏傳感器是一種能將檢測(cè)到的氣體成分氣敏傳感器是一種能將檢測(cè)到的氣體成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。半導(dǎo)體氣敏傳和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。半導(dǎo)體氣敏傳感器廣泛應(yīng)用于可燃性氣體的探測(cè)與報(bào)警，以感器廣泛應(yīng)用于可燃性氣體的探測(cè)與報(bào)警，以預(yù)測(cè)災(zāi)害性事故的發(fā)生預(yù)測(cè)災(zāi)害性事故的發(fā)生。5 5、集成與智能傳感器、集成與智能傳感器 集成傳感器是將敏感元件、測(cè)量電路和各種補(bǔ)償元件等集成在一集成傳感器是將敏感元件、測(cè)量電路和各種補(bǔ)償元件等集成在一塊芯片上，具有體積小、重量輕、功能強(qiáng)和性能好的特點(diǎn)。塊芯片上，具有體積小、重量輕、功能強(qiáng)和性能好的特點(diǎn)。 目前廣泛應(yīng)用的集成傳感器有集成溫度傳感器、集成壓力傳

8、感器、目前廣泛應(yīng)用的集成傳感器有集成溫度傳感器、集成壓力傳感器、集成霍爾傳感器等。若將幾種不同的敏感元件集成在一個(gè)芯片上，可集成霍爾傳感器等。若將幾種不同的敏感元件集成在一個(gè)芯片上，可以制成多功能傳感器，可同時(shí)測(cè)量多種參數(shù)。以制成多功能傳感器，可同時(shí)測(cè)量多種參數(shù)。 智能傳感器（智能傳感器（Smart SensorSmart Sensor）是在集成傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)）是在集成傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是一種裝有微處理器的、能夠信息處理和信息存儲(chǔ)以及邏輯分析的，是一種裝有微處理器的、能夠信息處理和信息存儲(chǔ)以及邏輯分析判斷的傳感器系統(tǒng)。智能傳感器利用集成或混合集成的方式將傳感器、判斷的傳感器系統(tǒng)

9、。智能傳感器利用集成或混合集成的方式將傳感器、信號(hào)處理電路和微處理器集成為一個(gè)整體。信號(hào)處理電路和微處理器集成為一個(gè)整體。 智能傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：智能傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（1 1）具有自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)校準(zhǔn)功能。）具有自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)校準(zhǔn)功能。（2 2）具有判斷和信息處理功能，對(duì)測(cè)量值進(jìn)行各種修正和誤差補(bǔ)償。）具有判斷和信息處理功能，對(duì)測(cè)量值進(jìn)行各種修正和誤差補(bǔ)償。（3 3）實(shí)現(xiàn)多參數(shù)綜合測(cè)量。）實(shí)現(xiàn)多參數(shù)綜合測(cè)量。（4 4）自動(dòng)診斷故障。）自動(dòng)診斷故障。（5 5）具有數(shù)字通信接口，便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)。）具有數(shù)字通信接口，便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)。2.3 2.3

10、傳感器的一般特性和正確選型傳感器的一般特性和正確選型2.3.1 2.3.1 傳感器的一般特性傳感器的一般特性 傳感器的正確選用是保證不失真測(cè)量的首要環(huán)節(jié)，因傳感器的正確選用是保證不失真測(cè)量的首要環(huán)節(jié)，因而在選用傳感器之前，掌握傳感器的基本特性是必要的。而在選用傳感器之前，掌握傳感器的基本特性是必要的。1 1、靈敏度、靈敏度 傳感器的靈敏度高，意味著傳感器能感應(yīng)微弱的變化量，即被傳感器的靈敏度高，意味著傳感器能感應(yīng)微弱的變化量，即被測(cè)量有一微小變化時(shí)，傳感器就會(huì)有較大的輸出。但是，在選擇傳測(cè)量有一微小變化時(shí)，傳感器就會(huì)有較大的輸出。但是，在選擇傳感器時(shí)要注意合理性，因?yàn)橐话銇?lái)講，傳感器的靈敏度越

11、高，測(cè)量感器時(shí)要注意合理性，因?yàn)橐话銇?lái)講，傳感器的靈敏度越高，測(cè)量范圍往往越窄，穩(wěn)定性會(huì)越差。范圍往往越窄，穩(wěn)定性會(huì)越差。 傳感器的靈敏度指?jìng)鞲衅鬟_(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，傳感器的靈敏度指?jìng)鞲衅鬟_(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，輸出變化量與引起變化的輸入變化量之比，即輸出變化量與引起變化的輸入變化量之比，即 線(xiàn)性傳感器的校準(zhǔn)曲線(xiàn)的斜率就是靜態(tài)靈敏度；線(xiàn)性傳感器的校準(zhǔn)曲線(xiàn)的斜率就是靜態(tài)靈敏度；對(duì)于非線(xiàn)性傳感器的靈敏度，它的數(shù)值是最小二乘對(duì)于非線(xiàn)性傳感器的靈敏度，它的數(shù)值是最小二乘法求出的擬合直線(xiàn)的斜率。法求出的擬合直線(xiàn)的斜率。K=K=輸出變化量輸出變化量/ /輸入變化量輸入變化量= =Y/Y/X=dy/dxX=dy

12、/dx2 2、響應(yīng)特性、響應(yīng)特性 傳感器的動(dòng)態(tài)性能是指?jìng)鞲衅鲗?duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)傳感器的動(dòng)態(tài)性能是指?jìng)鞲衅鲗?duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。它是傳感器的輸出值能真實(shí)再現(xiàn)變化著的輸入量的能力反映，特性。它是傳感器的輸出值能真實(shí)再現(xiàn)變化著的輸入量的能力反映，即傳感器的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)希望一致或相近。即傳感器的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)希望一致或相近。 傳感器的響應(yīng)特性良好，意味著傳感器在所測(cè)的頻率范圍內(nèi)滿(mǎn)足傳感器的響應(yīng)特性良好，意味著傳感器在所測(cè)的頻率范圍內(nèi)滿(mǎn)足不失真測(cè)量的條件。另外，實(shí)際傳感器的響應(yīng)過(guò)程總有一定的延遲，不失真測(cè)量的條件。另外，實(shí)際傳感器的響應(yīng)過(guò)程

13、總有一定的延遲，但希望延遲的時(shí)間越小越好。但希望延遲的時(shí)間越小越好。3 3、線(xiàn)性范圍、線(xiàn)性范圍 任何傳感器都有一定的線(xiàn)性范圍，在線(xiàn)性范圍內(nèi)它的輸出與任何傳感器都有一定的線(xiàn)性范圍，在線(xiàn)性范圍內(nèi)它的輸出與輸入成比例關(guān)系。線(xiàn)性范圍越寬，則表明傳感器的工作量程越大。輸入成比例關(guān)系。線(xiàn)性范圍越寬，則表明傳感器的工作量程越大。 傳感器工作在線(xiàn)性范圍內(nèi)，是保證測(cè)量精確度的基本條件。傳感器工作在線(xiàn)性范圍內(nèi)，是保證測(cè)量精確度的基本條件。例如，機(jī)械式傳感器中的彈性元件，它的材料彈性極限是決定測(cè)例如，機(jī)械式傳感器中的彈性元件，它的材料彈性極限是決定測(cè)力量程的基本因素。當(dāng)超過(guò)彈性極限時(shí)，傳感器就將產(chǎn)生非線(xiàn)性力量程的基

14、本因素。當(dāng)超過(guò)彈性極限時(shí)，傳感器就將產(chǎn)生非線(xiàn)性誤差。誤差。 任何傳感器很難保證做到絕對(duì)的線(xiàn)性，在某些情況下，在許任何傳感器很難保證做到絕對(duì)的線(xiàn)性，在某些情況下，在許可限度內(nèi)，也可以在近似線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)使用?？上薅葍?nèi)，也可以在近似線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)使用。 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是在是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，利用一定靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，利用一定等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，對(duì)傳感器等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，對(duì)傳感器進(jìn)行往復(fù)循環(huán)測(cè)試，得到輸進(jìn)行往復(fù)循環(huán)測(cè)試，得到輸入入/ /輸出特性列表或曲線(xiàn)。人輸出特性列表或曲線(xiàn)。人們通常希望這個(gè)特性曲線(xiàn)是們通常希望這個(gè)特性曲線(xiàn)是線(xiàn)性的，這樣會(huì)對(duì)標(biāo)定和數(shù)線(xiàn)性的，這樣會(huì)對(duì)標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理帶來(lái)方便。但實(shí)際的

15、據(jù)處理帶來(lái)方便。但實(shí)際的輸出與輸入特性只能接近線(xiàn)輸出與輸入特性只能接近線(xiàn)性，對(duì)比理論直線(xiàn)有偏差。性，對(duì)比理論直線(xiàn)有偏差。 所謂所謂線(xiàn)性度線(xiàn)性度是指?jìng)鞲衅鞯膶?shí)際輸入是指?jìng)鞲衅鞯膶?shí)際輸入- -輸出曲線(xiàn)（校準(zhǔn)曲線(xiàn)）與輸出曲線(xiàn)（校準(zhǔn)曲線(xiàn)）與擬合直線(xiàn)之間的吻合（偏離）程度。選定擬合直線(xiàn)的過(guò)程，就是傳擬合直線(xiàn)之間的吻合（偏離）程度。選定擬合直線(xiàn)的過(guò)程，就是傳感器的線(xiàn)性化過(guò)程。實(shí)際曲線(xiàn)與它的兩個(gè)端尖連線(xiàn)（稱(chēng)為理論直線(xiàn)）感器的線(xiàn)性化過(guò)程。實(shí)際曲線(xiàn)與它的兩個(gè)端尖連線(xiàn)（稱(chēng)為理論直線(xiàn)）之間的偏差稱(chēng)為傳感器的非線(xiàn)性誤差。取其中最大值與輸出滿(mǎn)度值之間的偏差稱(chēng)為傳感器的非線(xiàn)性誤差。取其中最大值與輸出滿(mǎn)度值之比作為評(píng)價(jià)線(xiàn)性

16、度（或非線(xiàn)性誤差）的指標(biāo)。之比作為評(píng)價(jià)線(xiàn)性度（或非線(xiàn)性誤差）的指標(biāo)。max100%LFSLey 式中式中 為線(xiàn)性度為線(xiàn)性度( (非線(xiàn)性誤差非線(xiàn)性誤差) )， 為校準(zhǔn)曲線(xiàn)與擬合直為校準(zhǔn)曲線(xiàn)與擬合直線(xiàn)間的最大差值，線(xiàn)間的最大差值， 為滿(mǎn)量程輸出值。為滿(mǎn)量程輸出值。4 4、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性 穩(wěn)定性表示傳感器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用之后，輸出特性不發(fā)生變化穩(wěn)定性表示傳感器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用之后，輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。 為了保證穩(wěn)定性，在選定傳感器之前，應(yīng)對(duì)使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)為了保證穩(wěn)定性，在選定傳感器之前，應(yīng)對(duì)使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，以選擇合適類(lèi)型

17、的傳感器。例如電阻應(yīng)變式傳感器，濕度會(huì)查，以選擇合適類(lèi)型的傳感器。例如電阻應(yīng)變式傳感器，濕度會(huì)影響到它的絕緣性，溫度會(huì)影響零漂；光電傳感器的感光表面有影響到它的絕緣性，溫度會(huì)影響零漂；光電傳感器的感光表面有塵埃或水汽時(shí)，會(huì)改變感光性能，帶來(lái)測(cè)量誤差。塵埃或水汽時(shí)，會(huì)改變感光性能，帶來(lái)測(cè)量誤差。5 5、重復(fù)性、重復(fù)性 重復(fù)性是指在同一工重復(fù)性是指在同一工作條件下，輸入量按同一作條件下，輸入量按同一方向在全測(cè)量范圍內(nèi)連續(xù)方向在全測(cè)量范圍內(nèi)連續(xù)變化多次所得特征曲線(xiàn)的變化多次所得特征曲線(xiàn)的不一致性，在數(shù)值上用各不一致性，在數(shù)值上用各測(cè)量值正反行程標(biāo)準(zhǔn)偏差測(cè)量值正反行程標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值的兩倍或三倍于滿(mǎn)最大

18、值的兩倍或三倍于滿(mǎn)量程量程 的百分比來(lái)表示。的百分比來(lái)表示。21()1niiYYn23100%FSky 上式中上式中為標(biāo)準(zhǔn)偏差，為標(biāo)準(zhǔn)偏差， 為測(cè)量為測(cè)量值，值，Y Y為測(cè)量值的算術(shù)平均值。為測(cè)量值的算術(shù)平均值。6 6、漂移、漂移 由于傳感器內(nèi)部因素或外界干擾的情況下，傳感器的輸出變由于傳感器內(nèi)部因素或外界干擾的情況下，傳感器的輸出變化稱(chēng)為漂移。當(dāng)輸入狀態(tài)為零時(shí)的漂移稱(chēng)為零點(diǎn)漂移。傳感器化稱(chēng)為漂移。當(dāng)輸入狀態(tài)為零時(shí)的漂移稱(chēng)為零點(diǎn)漂移。傳感器無(wú)輸入（或某一輸入值不變）時(shí)，每隔一段時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)，其無(wú)輸入（或某一輸入值不變）時(shí)，每隔一段時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)，其輸出偏離零值（或原指示值）。輸出偏離零值（或原指

19、示值）。0100%FSYy零漂上式中上式中 為最大零點(diǎn)偏差（或相應(yīng)偏差）為最大零點(diǎn)偏差（或相應(yīng)偏差） 在其它因素不變的情況下，輸出隨著時(shí)間的變化產(chǎn)在其它因素不變的情況下，輸出隨著時(shí)間的變化產(chǎn)生的漂移稱(chēng)為時(shí)間漂移。生的漂移稱(chēng)為時(shí)間漂移。 隨著溫度變化產(chǎn)生的漂移稱(chēng)為溫度漂移，它表示當(dāng)隨著溫度變化產(chǎn)生的漂移稱(chēng)為溫度漂移，它表示當(dāng)溫度變化時(shí)，傳感器輸出值的偏離程度。一般以溫度變溫度變化時(shí)，傳感器輸出值的偏離程度。一般以溫度變化化1 1度時(shí)，輸出的最大偏差與滿(mǎn)量程的百分比來(lái)表示。度時(shí)，輸出的最大偏差與滿(mǎn)量程的百分比來(lái)表示。7 7、精度、精度 傳感器精度指測(cè)量結(jié)果的可靠程度，它以給定的準(zhǔn)確度來(lái)表示傳感器精

20、度指測(cè)量結(jié)果的可靠程度，它以給定的準(zhǔn)確度來(lái)表示重復(fù)某個(gè)讀數(shù)的能力，其誤差越小則傳感器精度越高。傳感器的精重復(fù)某個(gè)讀數(shù)的能力，其誤差越小則傳感器精度越高。傳感器的精度表示為傳感器在規(guī)定條件下，允許的最大絕對(duì)誤差相對(duì)傳感器滿(mǎn)度表示為傳感器在規(guī)定條件下，允許的最大絕對(duì)誤差相對(duì)傳感器滿(mǎn)量程輸出的百分?jǐn)?shù)。量程輸出的百分?jǐn)?shù)。100%FSAy精度 上式中上式中A A為測(cè)量范圍內(nèi)允許的最大絕對(duì)誤差。為測(cè)量范圍內(nèi)允許的最大絕對(duì)誤差。 所謂最大誤差是指在曲線(xiàn)上任取所謂最大誤差是指在曲線(xiàn)上任取1010個(gè)點(diǎn)測(cè)量某個(gè)點(diǎn)測(cè)量某7 7點(diǎn)達(dá)點(diǎn)達(dá)1010次，確次，確定的最大誤差即為所求。定的最大誤差即為所求。 精度表示測(cè)量結(jié)果

21、和精度表示測(cè)量結(jié)果和“真值真值”的靠近程度，一般采用校驗(yàn)或標(biāo)定的靠近程度，一般采用校驗(yàn)或標(biāo)定的方法來(lái)確定，此時(shí)的方法來(lái)確定，此時(shí)“真值真值”則靠其它更精確的儀器或工作基準(zhǔn)來(lái)給則靠其它更精確的儀器或工作基準(zhǔn)來(lái)給出。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了傳感器和測(cè)試儀表的精度等級(jí)，如電工儀表精出。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了傳感器和測(cè)試儀表的精度等級(jí)，如電工儀表精度分七級(jí)，分別是度分七級(jí)，分別是0.10.1、0.20.2、0.50.5、1.01.0、1.51.5、2.52.5、5 5級(jí)。級(jí)。 精度等級(jí)的確定方法是首先算出絕對(duì)誤差與輸出滿(mǎn)度量程之比的精度等級(jí)的確定方法是首先算出絕對(duì)誤差與輸出滿(mǎn)度量程之比的百分?jǐn)?shù)，然后靠近比其低的國(guó)家

22、標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)值即為該儀器的精度等級(jí)。百分?jǐn)?shù)，然后靠近比其低的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)值即為該儀器的精度等級(jí)。8 8、分辨率、分辨率( (力力) ) 分辨力是指能檢測(cè)出的輸入量的最分辨力是指能檢測(cè)出的輸入量的最小變化量，即傳感器能檢測(cè)到的最小輸小變化量，即傳感器能檢測(cè)到的最小輸入增量。在輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱(chēng)為入增量。在輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱(chēng)為閾值，即產(chǎn)生可測(cè)輸出變化量時(shí)的最小閾值，即產(chǎn)生可測(cè)輸出變化量時(shí)的最小輸入量值。輸入量值。 如圖所示左圖為非線(xiàn)性、右圖為線(xiàn)如圖所示左圖為非線(xiàn)性、右圖為線(xiàn)性輸出結(jié)果，其中的性輸出結(jié)果，其中的x x0 0均表示可以開(kāi)始檢均表示可以開(kāi)始檢測(cè)的的最小輸出值。數(shù)字式傳感器一般測(cè)的的最

23、小輸出值。數(shù)字式傳感器一般用分辨率表示，分辨率是指分辨力用分辨率表示，分辨率是指分辨力/ /滿(mǎn)量滿(mǎn)量程輸入值。程輸入值。9 9、遲滯、遲滯 遲滯是指在相同工作條件下作全遲滯是指在相同工作條件下作全測(cè)量范圍校準(zhǔn)時(shí)，在同一次校準(zhǔn)中對(duì)測(cè)量范圍校準(zhǔn)時(shí)，在同一次校準(zhǔn)中對(duì)應(yīng)同一輸入量的正行程和反行程間的應(yīng)同一輸入量的正行程和反行程間的最大偏差。它表示傳感器在正最大偏差。它表示傳感器在正( (輸入輸入量增大量增大) )、反、反( (輸入量減小輸入量減小) )行程中輸行程中輸出出/ /輸入特性曲線(xiàn)的不重合程度，數(shù)輸入特性曲線(xiàn)的不重合程度，數(shù)值用最大偏差值用最大偏差( (Amax)Amax)或最大偏差的或最大偏

24、差的一半與滿(mǎn)量程輸出值的百分比來(lái)表示，一半與滿(mǎn)量程輸出值的百分比來(lái)表示，它們分別如下所示：它們分別如下所示：max100%FSHAymax100%2FSHAy2.3.2 2.3.2 傳感器選型的原則傳感器選型的原則 現(xiàn)代傳感器在原理和結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具現(xiàn)代傳感器在原理和結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象和測(cè)量環(huán)境合理選用傳感器，體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象和測(cè)量環(huán)境合理選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題。是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題。 當(dāng)傳感器的型號(hào)確定之后，與之相配套的測(cè)量方法當(dāng)傳感器的型號(hào)確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果

25、的成敗，在很大程度和設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。上取決于傳感器的選用是否合理。1 1、測(cè)量對(duì)象與環(huán)境、測(cè)量對(duì)象與環(huán)境 根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下問(wèn)題：根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下問(wèn)題： 量程的大??；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方量程的大??；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的輸出方法，有線(xiàn)或非接式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的輸出方法，有線(xiàn)或非接觸測(cè)量；傳感器的來(lái)源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口；價(jià)格能否承受，觸測(cè)量；傳感器的來(lái)源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口；價(jià)格能否承受，是否自行研制。是否自行研制。2 2、靈敏度、

26、靈敏度 通常在傳感器的線(xiàn)性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥型ǔＴ趥鞲衅鞯木€(xiàn)性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值會(huì)比較大，這有利于信號(hào)處?kù)`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值會(huì)比較大，這有利于信號(hào)處理。但傳感器的靈敏度較高時(shí)，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)理。但傳感器的靈敏度較高時(shí)，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，從而導(dǎo)致影響測(cè)量精度。因此，選用傳感器本身應(yīng)具有較被放大系統(tǒng)放大，從而導(dǎo)致影響測(cè)量精度。因此，選用傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少?gòu)耐饨缫敫蓴_信號(hào)。高的信噪比，盡量減少?gòu)耐饨缫敫?/p>

27、擾信號(hào)。 傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)方向性要求傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)方向性要求較高時(shí)，應(yīng)選擇在其它方向上靈敏度小的傳感器；如果被測(cè)量是多維向量，較高時(shí)，應(yīng)選擇在其它方向上靈敏度小的傳感器；如果被測(cè)量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。3 3、頻率響應(yīng)特性、頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)時(shí)間總有頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)時(shí)間總有一定的

28、延遲，通常希望延遲時(shí)間越短越好。一定的延遲，通常希望延遲時(shí)間越短越好。 傳感器的頻率響應(yīng)越高，則可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就越寬。由于傳感器的頻率響應(yīng)越高，則可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就越寬。由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因而傳感器頻率低，受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因而傳感器頻率低，則可測(cè)信號(hào)的頻率就較低。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)，以則可測(cè)信號(hào)的頻率就較低。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)，以免產(chǎn)生過(guò)大的誤差。免產(chǎn)生過(guò)大的誤差。4 4、線(xiàn)性范圍、線(xiàn)性范圍 傳感器的線(xiàn)形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。理論上在此范傳感器的線(xiàn)形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。理論上在此范圍內(nèi)，靈敏度

29、保持定值。傳感器的線(xiàn)性范圍越寬，則它的量程就越大，圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線(xiàn)性范圍越寬，則它的量程就越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類(lèi)確定并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類(lèi)確定以后首先要看它的量程是否滿(mǎn)足要求。以后首先要看它的量程是否滿(mǎn)足要求。 但在實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線(xiàn)性，它的線(xiàn)性度也但在實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線(xiàn)性，它的線(xiàn)性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)可將非線(xiàn)性是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)可將非線(xiàn)性誤差較小的傳感器近似看作是線(xiàn)性的，這會(huì)給測(cè)量工作帶來(lái)很大的方誤差較

30、小的傳感器近似看作是線(xiàn)性的，這會(huì)給測(cè)量工作帶來(lái)很大的方便。便。5 5、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性 傳感器在使用一段時(shí)間后，它的穩(wěn)定性會(huì)受到影響。傳感器在使用一段時(shí)間后，它的穩(wěn)定性會(huì)受到影響。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身的結(jié)構(gòu)以外，影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身的結(jié)構(gòu)以外，還包括傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好還包括傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，需要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。的穩(wěn)定性，需要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。6 6、精度、精度 精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確程度的一個(gè)環(huán)節(jié)。

31、傳感器的精度越高，它的價(jià)格就越昂統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確程度的一個(gè)環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，它的價(jià)格就越昂貴。因此，傳感器的精度只要滿(mǎn)足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以貴。因此，傳感器的精度只要滿(mǎn)足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以了，不必過(guò)高。這樣可以在滿(mǎn)足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中，選了，不必過(guò)高。這樣可以在滿(mǎn)足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中，選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器型號(hào)。擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器型號(hào)。 如果測(cè)量目的是定性分析，選用相對(duì)精度高的傳感器即可，不如果測(cè)量目的是定性分析，選用相對(duì)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對(duì)量值精度高的型號(hào)；如果是為了定量分析，必須獲得精宜選用絕對(duì)量值精度高的型號(hào)；如果是為了定量分析，必

32、須獲得精確的測(cè)量值，就要選用精度等級(jí)能滿(mǎn)足要求的型號(hào)。確的測(cè)量值，就要選用精度等級(jí)能滿(mǎn)足要求的型號(hào)。2.4 2.4 微型傳感器應(yīng)用示例微型傳感器應(yīng)用示例 這里以這里以磁阻傳感器磁阻傳感器為例，介紹微型傳感器的探測(cè)原理和為例，介紹微型傳感器的探測(cè)原理和應(yīng)用方法。應(yīng)用方法。2.4.12.4.1磁阻傳感器簡(jiǎn)介磁阻傳感器簡(jiǎn)介 磁性傳感器通常又稱(chēng)為磁力計(jì)，它的使用特點(diǎn)在于測(cè)量磁場(chǎng)并不是主要目的，通常磁性傳感器通常又稱(chēng)為磁力計(jì)，它的使用特點(diǎn)在于測(cè)量磁場(chǎng)并不是主要目的，通常能夠同時(shí)探測(cè)獲得其它參數(shù)，如車(chē)輪速度、車(chē)輛出現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)方向等。能夠同時(shí)探測(cè)獲得其它參數(shù)，如車(chē)輪速度、車(chē)輛出現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)方向等。 這里側(cè)重討論各向異性磁阻（這里側(cè)重討論各向異性磁阻（Ani