學(xué)習(xí)傳感器與檢測(cè)技術(shù)概述

1、會(huì)計(jì)學(xué)1學(xué)習(xí)傳感器與檢測(cè)技術(shù)概述學(xué)習(xí)傳感器與檢測(cè)技術(shù)概述3、學(xué)會(huì)工程中常見(jiàn)的非電量測(cè)量方法，了解傳感器在工、學(xué)會(huì)工程中常見(jiàn)的非電量測(cè)量方法，了解傳感器在工程檢測(cè)中的應(yīng)用方法；程檢測(cè)中的應(yīng)用方法；4、學(xué)會(huì)分析和設(shè)計(jì)傳感器的應(yīng)用電路。、學(xué)會(huì)分析和設(shè)計(jì)傳感器的應(yīng)用電路。四、課程特點(diǎn)四、課程特點(diǎn)綜合性：綜合性：傳感器技術(shù)是材料學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、微傳感器技術(shù)是材料學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、微電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、精密機(jī)械、仿生電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、精密機(jī)械、仿生學(xué)、測(cè)量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技學(xué)、測(cè)量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、乃至系統(tǒng)科學(xué)、人工智

2、能、自動(dòng)化技術(shù)等眾多學(xué)科術(shù)、乃至系統(tǒng)科學(xué)、人工智能、自動(dòng)化技術(shù)等眾多學(xué)科相互交叉的綜合性高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)；相互交叉的綜合性高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)；零散性：零散性：各章內(nèi)容之間沒(méi)有前后因果關(guān)系；各章內(nèi)容之間沒(méi)有前后因果關(guān)系；應(yīng)用性：應(yīng)用性：重點(diǎn)掌握各種傳感器的應(yīng)用方法。重點(diǎn)掌握各種傳感器的應(yīng)用方法。第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)概述傳感器與檢測(cè)技術(shù)概述1.1 傳感器的概念、組成和分類傳感器的概念、組成和分類1.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性返回主目錄 一、傳感器的概念、組成與應(yīng)用一、傳感器的概念、組成與應(yīng)用1、 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大要素：現(xiàn)代信息技術(shù)的三大要素：信息獲取信息獲取傳感器技術(shù)

3、傳感器技術(shù) 信息傳輸信息傳輸通信技術(shù)通信技術(shù) 信息處理信息處理計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù) 在工程實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)中，信息采集的主要含義是在工程實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)中，信息采集的主要含義是測(cè)測(cè)量量取得測(cè)量數(shù)據(jù)。取得測(cè)量數(shù)據(jù)。2、測(cè)量的概念、測(cè)量的概念 測(cè)量是人類對(duì)自然界客觀事物獲得數(shù)量觀念的一種認(rèn)識(shí)過(guò)測(cè)量是人類對(duì)自然界客觀事物獲得數(shù)量觀念的一種認(rèn)識(shí)過(guò)程，即程，即借助于專門設(shè)備，求出被測(cè)量的數(shù)值大小借助于專門設(shè)備，求出被測(cè)量的數(shù)值大小。3、測(cè)量的分類、測(cè)量的分類 電子測(cè)量電子測(cè)量電子測(cè)量?jī)x器；電子測(cè)量?jī)x器； 非電量測(cè)量非電量測(cè)量傳感器；傳感器；4、自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的組成、自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的組成 圖11 自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)組成

4、5、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)的作用、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)的作用 以電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)測(cè)以電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，是衡量一個(gè)國(guó)家科技水平的重要標(biāo)志之一。量技術(shù)，是衡量一個(gè)國(guó)家科技水平的重要標(biāo)志之一。 而傳感器是測(cè)量系統(tǒng)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，它能否獲得信息和而傳感器是測(cè)量系統(tǒng)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，它能否獲得信息和獲取信息的正確與否，關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精確度，獲取信息的正確與否，關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精確度，傳感傳感器的性能在很大程度上決定著整個(gè)信息技術(shù)的性能器的性能在很大程度上決定著整個(gè)信息技術(shù)的性能，因此世，因此世界各國(guó)都將傳感器技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的新技術(shù)。界各國(guó)都將傳感器技術(shù)

5、列為重點(diǎn)發(fā)展的新技術(shù)。6、傳感器的定義（、傳感器的定義（GB7665-87) 能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸可用輸出信號(hào)出信號(hào)的器件或裝置，通常由的器件或裝置，通常由敏感元件敏感元件和和轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件組成。組成。 7、傳感器的組成、傳感器的組成 通常傳感器由通常傳感器由敏感元件敏感元件和和轉(zhuǎn)換（傳感）元件轉(zhuǎn)換（傳感）元件組成。組成。 傳感傳感器組成框圖如圖器組成框圖如圖 1 - 2 所示。所示。 直接感受被測(cè)非電量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與直接感受被測(cè)非電量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系的其它量的元件。被測(cè)量有確定關(guān)系的其它量的元件

6、。又稱轉(zhuǎn)換元件又稱轉(zhuǎn)換元件/轉(zhuǎn)換器。能將敏感元件感受到轉(zhuǎn)換器。能將敏感元件感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量的器件。的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量的器件。能把傳感元件輸出的電信能把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理、和控制的有用電信號(hào)的電號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理、和控制的有用電信號(hào)的電路。路。 壓 力 作 用 膜片形變（應(yīng)變） 應(yīng)變片電阻改變 敏感元件敏感元件傳感元件傳感元件壓力傳感器示例壓力傳感器示例8、傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域、傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域（1）機(jī)械制造業(yè)：）機(jī)械制造業(yè)：智能機(jī)械智能機(jī)械 ：數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人等：數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人等（2）工業(yè)過(guò)程檢測(cè)與控制：）工業(yè)過(guò)程檢測(cè)與控

7、制：石油、化工、電力、冶金等行業(yè)中石油、化工、電力、冶金等行業(yè)中熱工工藝參數(shù)檢測(cè)和控制；熱工工藝參數(shù)檢測(cè)和控制；（3）汽車：）汽車：車速、里程、燃油、排氣、車燈、關(guān)門、防盜、防車速、里程、燃油、排氣、車燈、關(guān)門、防盜、防撞等；撞等；（4）環(huán)保：）環(huán)保：有毒、有害、易燃、易爆氣體檢測(cè)，重金屬、污水有毒、有害、易燃、易爆氣體檢測(cè)，重金屬、污水檢測(cè)，防酒后駕車等；檢測(cè)，防酒后駕車等；（5）醫(yī)療衛(wèi)生：）醫(yī)療衛(wèi)生：血壓、心音、脈搏檢測(cè)，心臟監(jiān)護(hù)儀、彩超、血壓、心音、脈搏檢測(cè)，心臟監(jiān)護(hù)儀、彩超、核磁共振等；核磁共振等；（6）航空航天：）航空航天：衛(wèi)星、火箭、飛船、外星探測(cè)器等；衛(wèi)星、火箭、飛船、外星探測(cè)器

8、等；（7）國(guó)防工業(yè)：）國(guó)防工業(yè)：飛機(jī)、導(dǎo)彈、雷達(dá)、智能化電子武器等；飛機(jī)、導(dǎo)彈、雷達(dá)、智能化電子武器等；（8) 家用電器：家用電器：空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐、電飯煲、電空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐、電飯煲、電熨斗、安全報(bào)警器等。熨斗、安全報(bào)警器等。在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立24小時(shí)在線小時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油罐等壓力容器的破損和泄露檢測(cè)。石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油罐等壓力容器的破損和泄露檢測(cè)。在汽車、機(jī)床、電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)

9、等產(chǎn)品出廠時(shí)，必須對(duì)其性能質(zhì)在汽車、機(jī)床、電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等產(chǎn)品出廠時(shí)，必須對(duì)其性能質(zhì)量檢測(cè)。量檢測(cè)。 圖示為汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖，圖示為汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖，測(cè)量參數(shù)包括潤(rùn)滑油溫度、冷卻水溫測(cè)量參數(shù)包括潤(rùn)滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過(guò)度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過(guò)對(duì)抽樣汽車的測(cè)試，工程師可以了解對(duì)抽樣汽車的測(cè)試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品質(zhì)量。汽車扭距測(cè)量汽車扭距測(cè)量機(jī)床加工精度測(cè)量機(jī)床加工精度測(cè)量高級(jí)轎車需要用傳感器對(duì)溫度、壓力、位置、距離、轉(zhuǎn)速、加高級(jí)轎車需要用傳感器對(duì)溫度、壓力、位置、距離、轉(zhuǎn)速、加速度、濕度、電磁、光電、振動(dòng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量，一般需速度、濕度、

10、電磁、光電、振動(dòng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量，一般需要要301 00種傳感器。種傳感器。 自動(dòng)電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、風(fēng)干器、電自動(dòng)電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、風(fēng)干器、電熨斗、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照相機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、熨斗、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照相機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、錄像機(jī)、家庭影院錄像機(jī)、家庭影院 全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器(洗凈度洗凈度) 液位傳感器液位傳感器，電阻傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測(cè)衣物烘干檢測(cè))。指紋

11、傳感器指紋傳感器透光率傳感器透光率傳感器鼠標(biāo)鼠標(biāo): :光電位移傳感器光電位移傳感器攝象頭攝象頭:CCD:CCD傳感器傳感器軟驅(qū)軟驅(qū): :速度速度, ,位置伺服位置伺服麥克風(fēng)麥克風(fēng): :電容傳聲器電容傳聲器樓宇控制與安全防護(hù)樓宇控制與安全防護(hù) 為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的智能化。在樓宇中應(yīng)境，并能保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的智能化。在樓宇中應(yīng)用了許多測(cè)試技術(shù)，如闖入監(jiān)測(cè)、空氣監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、電梯用了許多測(cè)試技術(shù)，如闖入監(jiān)測(cè)、空氣監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、電梯運(yùn)行狀況。運(yùn)行狀況。 圖示為某公司樓宇自動(dòng)

12、化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、圖示為某公司樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測(cè)、照明控制、空調(diào)控制、停車管理、水安全監(jiān)測(cè)、照明控制、空調(diào)控制、停車管理、水/廢水管理和電廢水管理和電梯監(jiān)控。梯監(jiān)控。煙霧傳感器煙霧傳感器亮度傳感器亮度傳感器人體探測(cè)器人體探測(cè)器 機(jī)械手、機(jī)器人中的機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器傳感器: 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)位置傳移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺(jué)傳感器、力傳感器、視覺(jué)傳感器、聽(tīng)覺(jué)傳感器、接近感器、聽(tīng)覺(jué)傳感器、接近距離傳感器、觸覺(jué)傳感器距離傳感器、觸覺(jué)傳感器、熱覺(jué)傳感器、嗅覺(jué)傳感、熱覺(jué)傳感器、嗅覺(jué)傳感器。器。 傳感在機(jī)器人上的應(yīng)用傳感在機(jī)器人上的應(yīng)用密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模

13、型密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型廣州中鳴數(shù)碼的機(jī)器狗廣州中鳴數(shù)碼的機(jī)器狗機(jī)器人服務(wù)員機(jī)器人服務(wù)員沙漠機(jī)器人沙漠機(jī)器人 超聲波測(cè)距傳感器、超聲波測(cè)距傳感器、判斷建筑物內(nèi)人和物所在判斷建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器位置；紅外線色彩傳感器運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)軌跡和AGV小車位置小車位置識(shí)別；條形碼傳感器，貨識(shí)別；條形碼傳感器，貨品識(shí)別。品識(shí)別。香港理工香港理工AGVAGV模型模型AGV自動(dòng)送貨車自動(dòng)送貨車 自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（Automated Guided Vehicle） AGAGV V自自動(dòng)動(dòng)送送貨貨車車 傳感器在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用傳感器在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)光纖流速傳感器光纖流速傳感器熒光材熒

14、光材料制作料制作的電子的電子鼻傳感鼻傳感器器生物酶血樣分析傳感器生物酶血樣分析傳感器熱熱/光光電量電量傳感器與航空及航天傳感器與航空及航天傳感器與環(huán)境保護(hù)傳感器與環(huán)境保護(hù)NOX NO + NO2dust sootH2SH2OHC C-totalCO2 COO2 HCN HCl HF NH3 SO2 煙塵濁度測(cè)量煙塵濁度測(cè)量傳感器與遙感技術(shù)傳感器與遙感技術(shù)傳感器在軍事技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用傳感器在軍事技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用 。農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)二、二、傳感器的分類傳感器的分類1、按被測(cè)量分類、按被測(cè)量分類（相應(yīng)的傳感器一般以被測(cè)量命名）：（相應(yīng)的傳感器一般以被測(cè)量命名）：（1）熱工量傳感器：）熱工量傳感器：溫度、熱量、比

15、熱；壓力、差壓、真空溫度、熱量、比熱；壓力、差壓、真空度；流速、流量；物位（液位、料位）。度；流速、流量；物位（液位、料位）。（2）機(jī)械量傳感器：）機(jī)械量傳感器：位移、尺寸（長(zhǎng)度、厚度、寬度、角位移、尺寸（長(zhǎng)度、厚度、寬度、角度）；力、力矩；重量、質(zhì)量；速度、加速度、轉(zhuǎn)速。度）；力、力矩；重量、質(zhì)量；速度、加速度、轉(zhuǎn)速。（3）物性和成分量：）物性和成分量：成分量（化學(xué)成分、濃度、酸堿度、鹽成分量（化學(xué)成分、濃度、酸堿度、鹽度等）；物性（密度、比重、粘度等）。度等）；物性（密度、比重、粘度等）。（4）狀態(tài)量：）狀態(tài)量：顏色、透明度、磨損量、裂紋、缺陷、表面粗顏色、透明度、磨損量、裂紋、缺陷、表面

16、粗糙度等）。糙度等）。2、按傳感器的工作原理分類、按傳感器的工作原理分類（1）物理型傳感器：）物理型傳感器：利用某些敏感元件的物理性質(zhì)以及某些利用某些敏感元件的物理性質(zhì)以及某些功能材料的特殊物理性能制成。如：應(yīng)變式、電容式、磁電、功能材料的特殊物理性能制成。如：應(yīng)變式、電容式、磁電、光電、壓電傳感器等。光電、壓電傳感器等。（2）化學(xué)型：）化學(xué)型：利用電化學(xué)反應(yīng)原理制成。如：氣敏傳感器、利用電化學(xué)反應(yīng)原理制成。如：氣敏傳感器、濕度傳感器、離子傳感器等。濕度傳感器、離子傳感器等。（3）生物傳感器：）生物傳感器：利用酶、微生物、抗體、細(xì)胞及組織等作利用酶、微生物、抗體、細(xì)胞及組織等作為敏感材料與適當(dāng)

17、的換能器結(jié)合而成，利用特有的化學(xué)反應(yīng)和為敏感材料與適當(dāng)?shù)膿Q能器結(jié)合而成，利用特有的化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)技術(shù)對(duì)生物化學(xué)電化學(xué)技術(shù)對(duì)生物化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。如：酶?jìng)鞲衅?、免疫傳感器等?3、按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類、按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類（1）模擬傳感器：）模擬傳感器：輸出模擬信號(hào)；輸出模擬信號(hào)；（2）數(shù)字傳感器：）數(shù)字傳感器：輸出數(shù)字信號(hào)（脈沖、頻率、二進(jìn)制輸出數(shù)字信號(hào)（脈沖、頻率、二進(jìn)制數(shù)碼），抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)碼），抗干擾能力強(qiáng)。三、傳感器的發(fā)展趨勢(shì)三、傳感器的發(fā)展趨勢(shì)1、 三新三新：新材料、新工藝、新效應(yīng)（原理）；：新材料、新工藝、新效應(yīng)（原理）；2、四化：、四化：集成化、多維化、多功能化、智能化。集成

18、化、多維化、多功能化、智能化。 1.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性 即輸出即輸出輸入之間對(duì)應(yīng)關(guān)系，又稱為輸出輸入之間對(duì)應(yīng)關(guān)系，又稱為輸出輸入特性，輸入特性，可用靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性來(lái)描述。可用靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性來(lái)描述。一、一、 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性（一）靜態(tài)特性：（一）靜態(tài)特性：是指被測(cè)量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出輸入是指被測(cè)量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出輸入關(guān)系；即輸入量與輸出量之間的關(guān)系式中不含有時(shí)間變量。衡關(guān)系；即輸入量與輸出量之間的關(guān)系式中不含有時(shí)間變量。衡量靜態(tài)特性的重要指標(biāo)是線性度、量靜態(tài)特性的重要指標(biāo)是線性度、 靈敏度靈敏度, 遲滯和重復(fù)性等。遲滯和重復(fù)性等。（二）傳感

19、器的靜態(tài)特性表達(dá)式（二）傳感器的靜態(tài)特性表達(dá)式 1、理想傳感器：、理想傳感器： y=a1x 2、實(shí)際傳感器：、實(shí)際傳感器： y=a0+a1x+a2x2+anxn式中式中: a0輸入量輸入量x為零時(shí)的輸出量為零時(shí)的輸出量; a1, a2, , an非線性項(xiàng)系數(shù)；非線性項(xiàng)系數(shù)； x輸入量；輸入量；y輸出量。輸出量。1、傳感器的零偏（零點(diǎn)）：、傳感器的零偏（零點(diǎn)）：輸入信號(hào)為零時(shí)傳感器的輸出值。輸入信號(hào)為零時(shí)傳感器的輸出值。2 、傳感器的測(cè)量范圍與量程、傳感器的測(cè)量范圍與量程（1）測(cè)量范圍：）測(cè)量范圍：指正常工作條件下，傳感器能夠測(cè)量的被測(cè)量指正常工作條件下，傳感器能夠測(cè)量的被測(cè)量的總范圍，通常用測(cè)

20、量范圍的下限值和上限值來(lái)表示。的總范圍，通常用測(cè)量范圍的下限值和上限值來(lái)表示。（2）量程：）量程：測(cè)量范圍的上限值（或?qū)?yīng)的輸出值測(cè)量范圍的上限值（或?qū)?yīng)的輸出值 ）與下限值）與下限值（或?qū)?yīng)的輸出值）的代數(shù)差。（或?qū)?yīng)的輸出值）的代數(shù)差。a0 零點(diǎn)；零點(diǎn)；xF.S滿量程輸入；滿量程輸入；XF.S輸入量程；輸入量程； XF.S=xmax-xminyF.S滿量程輸出；滿量程輸出；YF.S輸出量程。輸出量程。 YF.S=ymax-ymin注：僅知道量程時(shí)，無(wú)法確定測(cè)量范圍。注：僅知道量程時(shí)，無(wú)法確定測(cè)量范圍。傳感器的靜態(tài)特性曲線1、線性度（非線性度/非線性誤差）：傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性曲線與擬合直線

21、（規(guī)定直線）之間，在垂直方向上的最大偏差與輸出量程的百分比稱為線性度。通常用相對(duì)誤差L表示, 即 式中: |(yL)max|最大非線性 絕對(duì)誤差的絕對(duì)值; YFS輸出量程。 %100|( |max)FSLLYyr(三）主要靜態(tài)特性指標(biāo)三）主要靜態(tài)特性指標(biāo)2 2、靈敏度、靈敏度 靈敏度靈敏度K K是指?jìng)鞲衅鞯妮敵隽孔兓渴侵競(jìng)鞲衅鞯妮敵隽孔兓縴 y 與引起此變化的與引起此變化的輸入變化量輸入變化量xx的比值的比值, , 即即 K=y/xK=y/x 靈敏度反映了傳感器對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。對(duì)于線性靈敏度反映了傳感器對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。對(duì)于線性傳感器傳感器, , 它的靈敏度就是它的靜態(tài)特

22、性的斜率它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率, , 即即K=y/xK=y/x為常為常數(shù)數(shù), , 而非線性傳感器的靈敏度為一變量而非線性傳感器的靈敏度為一變量, , 用用K=dy/dxK=dy/dx表示。傳感器表示。傳感器的靈敏度如圖所示。的靈敏度如圖所示。 多環(huán)節(jié)串聯(lián)而成的測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度為：多環(huán)節(jié)串聯(lián)而成的測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度為： K=K1K2Kn 例例1：某線性位移測(cè)量?jī)x，當(dāng)被測(cè)位移由某線性位移測(cè)量?jī)x，當(dāng)被測(cè)位移由4.5mm變到變到5mm時(shí)，位移時(shí)，位移測(cè)量?jī)x的輸出電壓由測(cè)量?jī)x的輸出電壓由3.5V減至減至2.5V，求該儀器的靈敏度。若再接一，求該儀器的靈敏度。若再接一個(gè)放大器（放大倍數(shù)為個(gè)放大器（

23、放大倍數(shù)為10）后驅(qū)動(dòng)筆式記錄儀（靈敏度為）后驅(qū)動(dòng)筆式記錄儀（靈敏度為0.2cm/V），試求系統(tǒng)的總靈敏度。），試求系統(tǒng)的總靈敏度。解：解：K1 =y/x=（3.5-2.5）V/(5-4.5)mm = -2V/mm K2=10 K3= 0.2cm/V K=K1K2K3= -2V/mm10 0.2cm/V= - 4cm/mm 3、精確度、精確度 測(cè)量誤差測(cè)量誤差 被測(cè)參數(shù)的測(cè)量值與真實(shí)值不一致的程度用測(cè)量誤差表示。測(cè)被測(cè)參數(shù)的測(cè)量值與真實(shí)值不一致的程度用測(cè)量誤差表示。測(cè)量誤差就是量誤差就是被測(cè)量的測(cè)量值與真實(shí)值之間的差值被測(cè)量的測(cè)量值與真實(shí)值之間的差值，它反映了測(cè)量，它反映了測(cè)量質(zhì)量的好壞。質(zhì)量

24、的好壞。（1）測(cè)量誤差的表示方法）測(cè)量誤差的表示方法絕對(duì)誤差：絕對(duì)誤差：可用下式定義可用下式定義: x = x-x0 式中式中: x絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差; x測(cè)量值測(cè)量值; x0約定真值。約定真值。 對(duì)測(cè)量值進(jìn)行修正時(shí)對(duì)測(cè)量值進(jìn)行修正時(shí), 要用到絕對(duì)誤差。要用到絕對(duì)誤差。 修正值是與絕對(duì)誤差修正值是與絕對(duì)誤差大小相等、符號(hào)相反的值大小相等、符號(hào)相反的值,C= -x = x0-x， 實(shí)際值等于測(cè)量值加上修實(shí)際值等于測(cè)量值加上修正值。即正值。即 x0=x+C。 絕對(duì)誤差不能很好說(shuō)明測(cè)量質(zhì)量的好壞，絕對(duì)誤差不能很好說(shuō)明測(cè)量質(zhì)量的好壞，只適用于被測(cè)量值相只適用于被測(cè)量值相同的場(chǎng)合。同的場(chǎng)合。 例如例如,

25、在溫度測(cè)量時(shí)在溫度測(cè)量時(shí), 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差=1 , 對(duì)體溫測(cè)量來(lái)說(shuō)對(duì)體溫測(cè)量來(lái)說(shuō)是不允許的是不允許的, 而對(duì)測(cè)量而對(duì)測(cè)量鋼水溫度鋼水溫度來(lái)說(shuō)卻是一個(gè)極好的測(cè)量結(jié)果。來(lái)說(shuō)卻是一個(gè)極好的測(cè)量結(jié)果。相對(duì)誤差：相對(duì)誤差：定義由下式給出定義由下式給出: = x/ x0 100%式中式中: 相對(duì)誤差相對(duì)誤差, 一般用百分?jǐn)?shù)給出一般用百分?jǐn)?shù)給出; x絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差; x0約定真值。約定真值。 相對(duì)誤差比絕對(duì)誤差能更好地說(shuō)明測(cè)量精確度，但它相對(duì)誤差比絕對(duì)誤差能更好地說(shuō)明測(cè)量精確度，但它只能說(shuō)明只能說(shuō)明不同測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，無(wú)法衡量傳感器本身在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)的不同測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，無(wú)法衡量傳感器本身在整個(gè)測(cè)

26、量范圍內(nèi)的質(zhì)量質(zhì)量，（如一臺(tái)溫度傳感器測(cè)，（如一臺(tái)溫度傳感器測(cè)100的相對(duì)誤差為的相對(duì)誤差為2%2%，另一臺(tái)測(cè)，另一臺(tái)測(cè)1000 的相對(duì)誤差為的相對(duì)誤差為1%）為此又采用了引用誤差的概念。）為此又采用了引用誤差的概念。引用誤差：引用誤差：是儀表中通用的一種誤差表示方法。是儀表中通用的一種誤差表示方法。 它是相對(duì)儀表滿它是相對(duì)儀表滿量程的一種誤差量程的一種誤差, 一般也用百分?jǐn)?shù)表示，即一般也用百分?jǐn)?shù)表示，即 = x / XF.S 100%= x /(xmax-xmin) 100% 式中式中: 引用誤差；引用誤差； x絕對(duì)誤差；絕對(duì)誤差； XF.S 儀表輸入量程（測(cè)量范圍上限儀表輸入量程（測(cè)量范圍

27、上限 測(cè)量范圍下限）測(cè)量范圍下限）; xmax 儀表量程的上限值；儀表量程的上限值； xmin儀表量程的上限值；儀表量程的上限值； 基本誤差：基本誤差：是指儀表在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下所具有的誤差。是指儀表在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下所具有的誤差。 例如例如, 儀表是在電源電壓儀表是在電源電壓(2205)V、電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)頻率(502)Hz、環(huán)、環(huán)境溫度境溫度(205)、 濕度濕度65%5%的條件下標(biāo)定的。如的條件下標(biāo)定的。如果這臺(tái)儀表在這個(gè)條件下工作果這臺(tái)儀表在這個(gè)條件下工作, 則儀表所具有的誤差為基本則儀表所具有的誤差為基本誤差。誤差。測(cè)量?jī)x表的精度等級(jí)就是由基本誤差決定的，一般用測(cè)量?jī)x表的精度等級(jí)就是由

28、基本誤差決定的，一般用引用誤差表示。引用誤差表示。附加誤差：附加誤差：是指當(dāng)儀表的使用條件偏離額定條件下出現(xiàn)的是指當(dāng)儀表的使用條件偏離額定條件下出現(xiàn)的誤差。誤差。例如例如, 溫度附加誤差、頻率附加誤差、電源電壓波動(dòng)溫度附加誤差、頻率附加誤差、電源電壓波動(dòng)附加誤差等。附加誤差等。 精確度：精確度：表示傳感器測(cè)量結(jié)果與真值之間的偏離程度。表示傳感器測(cè)量結(jié)果與真值之間的偏離程度。 精確度等級(jí)：精確度等級(jí)：是是根據(jù)最大引用誤差來(lái)確定根據(jù)最大引用誤差來(lái)確定的。工程中以一系列標(biāo)的。工程中以一系列標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值作為儀表基本誤差的最大允許值來(lái)分檔表示儀表的精確度，準(zhǔn)數(shù)值作為儀表基本誤差的最大允許值來(lái)分檔表示儀表的精

29、確度，稱為稱為精確度等級(jí)精確度等級(jí)。常用的精確度等級(jí)有。常用的精確度等級(jí)有0.1級(jí)、級(jí)、0.2級(jí)、級(jí)、0.5級(jí)、級(jí)、1.0級(jí)、級(jí)、1.5級(jí)、級(jí)、2.0級(jí)、級(jí)、2.5級(jí)、級(jí)、4.0級(jí)、級(jí)、 5.0級(jí)。級(jí)。注：注：精確度等級(jí)已知的儀表只有在被測(cè)量值接近滿量程時(shí)，才能發(fā)精確度等級(jí)已知的儀表只有在被測(cè)量值接近滿量程時(shí)，才能發(fā)揮它的測(cè)量精度。因此選用儀表時(shí)應(yīng)根據(jù)被測(cè)量的大小和測(cè)量精度揮它的測(cè)量精度。因此選用儀表時(shí)應(yīng)根據(jù)被測(cè)量的大小和測(cè)量精度的要求，合理選擇儀表量程和精確度等級(jí)。的要求，合理選擇儀表量程和精確度等級(jí)。例例3：測(cè)測(cè)800 要求誤差要求誤差4 ，現(xiàn)有以下測(cè)溫儀表，應(yīng)選哪一種？，現(xiàn)有以下測(cè)溫儀表

30、，應(yīng)選哪一種？（1）0500 , 1.0級(jí)；級(jí)； （2）01000 ，0.5 級(jí)；級(jí)； （3）01000 ，0.2級(jí)；級(jí)； （4）02000 ，0.2級(jí)。級(jí)。解：解：（1）不能測(cè)；）不能測(cè)；（2）測(cè)）測(cè)800 可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為1000 （ 0.5%）= 5 ；（3）測(cè)）測(cè)800 可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為1000 （ 0.2%）= 2 ；（4）測(cè)）測(cè)800 可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為2000 （ 0.2%）= 4 ； 應(yīng)選第（應(yīng)選第（3）種。）種。例例3：測(cè)測(cè)800 要求誤差要求誤差4 ，現(xiàn)有以下測(cè)溫儀表，應(yīng)選，現(xiàn)有以

31、下測(cè)溫儀表，應(yīng)選哪一種？哪一種？ （1）0500 , 1.0級(jí)；級(jí)； （2）01000 ，0.5 級(jí)；級(jí)； （3）01000 ，0.2級(jí)；級(jí)； （4）02000 ，0.2級(jí)。級(jí)。 二、二、 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性 輸入信號(hào)變化時(shí)，引起輸出信號(hào)也隨時(shí)間變化，這個(gè)過(guò)輸入信號(hào)變化時(shí)，引起輸出信號(hào)也隨時(shí)間變化，這個(gè)過(guò)程叫程叫響應(yīng)。響應(yīng)。 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。響應(yīng)特性。 當(dāng)被測(cè)量隨時(shí)間變化當(dāng)被測(cè)量隨時(shí)間變化,是時(shí)間的函數(shù)時(shí)是時(shí)間的函數(shù)時(shí), 則傳感器則傳感器的輸出量也是時(shí)間的函數(shù)的輸出量也是時(shí)間的函數(shù),其間的關(guān)

32、系要用動(dòng)特性來(lái)表示。其間的關(guān)系要用動(dòng)特性來(lái)表示。 一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的傳感器一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的傳感器, 其輸出將再現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律其輸出將再現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律, 即具有相同的時(shí)間函數(shù)。實(shí)際上除了具有理想的比例特性外即具有相同的時(shí)間函數(shù)。實(shí)際上除了具有理想的比例特性外, 輸出信號(hào)將不會(huì)與輸入信號(hào)具有相同的時(shí)間函數(shù)輸出信號(hào)將不會(huì)與輸入信號(hào)具有相同的時(shí)間函數(shù),這種輸出與這種輸出與輸入間的差異就是所謂的輸入間的差異就是所謂的動(dòng)態(tài)誤差動(dòng)態(tài)誤差。 實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用實(shí)驗(yàn)方法求得，即根據(jù)傳實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用實(shí)驗(yàn)方法求得，即根據(jù)傳感器對(duì)一些標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的響應(yīng)來(lái)評(píng)定它的動(dòng)態(tài)特性。感器對(duì)一些標(biāo)

33、準(zhǔn)信號(hào)的響應(yīng)來(lái)評(píng)定它的動(dòng)態(tài)特性。 在時(shí)域內(nèi)，常用階躍信號(hào)來(lái)分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性在時(shí)域內(nèi)，常用階躍信號(hào)來(lái)分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性瞬時(shí)響應(yīng)瞬時(shí)響應(yīng)特性特性。 在頻域內(nèi)，則采用正弦輸入信號(hào)來(lái)分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性在頻域內(nèi)，則采用正弦輸入信號(hào)來(lái)分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性頻頻率響應(yīng)特性率響應(yīng)特性。1、瞬時(shí)響應(yīng)特性指標(biāo)、瞬時(shí)響應(yīng)特性指標(biāo)時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) ：當(dāng)輸入產(chǎn)生階躍：當(dāng)輸入產(chǎn)生階躍變化時(shí)，輸出信號(hào)從初始值變化變化時(shí)，輸出信號(hào)從初始值變化到到63.2%所需的時(shí)間。所需的時(shí)間。 越小，越小，傳感器的響應(yīng)速度越快傳感器的響應(yīng)速度越快 。二階傳感器的單位階躍響應(yīng)曲線二階傳感器的單位階躍響應(yīng)曲線延時(shí)時(shí)間延時(shí)時(shí)間td：二階傳

34、感器輸出達(dá)到穩(wěn)定值的二階傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)定值的50%所需的時(shí)間。所需的時(shí)間。 上升時(shí)間上升時(shí)間tr：二階傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)定值的二階傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)定值的90%所需的時(shí)間。所需的時(shí)間。 建立時(shí)間（響應(yīng)時(shí)間）建立時(shí)間（響應(yīng)時(shí)間） ts：二階傳感器輸出進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值規(guī)定范二階傳感器輸出進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值規(guī)定范 圍之內(nèi)所需的時(shí)間。圍之內(nèi)所需的時(shí)間。 峰值時(shí)間峰值時(shí)間tp：二階傳感器輸出響應(yīng)曲線達(dá)到第一個(gè)峰值二階傳感器輸出響應(yīng)曲線達(dá)到第一個(gè)峰值 所需的時(shí)間。所需的時(shí)間。超調(diào)量超調(diào)量 p ：輸出超過(guò)穩(wěn)定值的最大量。輸出超過(guò)穩(wěn)定值的最大量。 p =A1 / y( ) 100% 衰減比衰減比d：二階傳感器輸出響應(yīng)曲線第一

35、個(gè)峰值與第二個(gè)二階傳感器輸出響應(yīng)曲線第一個(gè)峰值與第二個(gè)峰值之比峰值之比, 即即A1/A2 。傳感器的頻率響應(yīng)特性指標(biāo)包括：傳感器的頻率響應(yīng)特性指標(biāo)包括：（1） 頻帶：頻帶：傳感器增益保持在一定值（由所需測(cè)量精確度傳感器增益保持在一定值（由所需測(cè)量精確度確定的公差帶）內(nèi)的頻率范圍為傳感器頻帶或通頻帶確定的公差帶）內(nèi)的頻率范圍為傳感器頻帶或通頻帶, 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)有上、下截止頻率。有上、下截止頻率。 (2) 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)：用時(shí)間常數(shù)用時(shí)間常數(shù)來(lái)表征一階傳感器的動(dòng)態(tài)特性。來(lái)表征一階傳感器的動(dòng)態(tài)特性。越小越小, 頻帶越寬。頻帶越寬。 (3) 固有頻率固有頻率n：二階傳感器的固有頻率二階傳感器的固有頻率n

36、表征了其動(dòng)態(tài)特表征了其動(dòng)態(tài)特性，性， n 越大，動(dòng)態(tài)誤差越小，頻帶越寬。越大，動(dòng)態(tài)誤差越小，頻帶越寬。 2、頻率響應(yīng)特性、頻率響應(yīng)特性傳感器對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)特性傳感器對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)特性, 稱為稱為頻率響應(yīng)特性。頻率響應(yīng)特性。傳感器的頻率響應(yīng)特性包括傳感器的頻率響應(yīng)特性包括幅頻特性幅頻特性和和相頻特性相頻特性。1、 某測(cè)溫系統(tǒng)由以下四個(gè)環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如下：某測(cè)溫系統(tǒng)由以下四個(gè)環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如下：鉑電阻溫度傳感器：鉑電阻溫度傳感器： 0.35 / 電橋：電橋： 0.01V/放大器：放大器： 100筆式記錄儀：筆式記錄儀： 0.1cm/V求：求：（1）測(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度；）

37、測(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度； （2）記錄儀筆尖位移）記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值。時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值。2、 有三臺(tái)測(cè)溫儀表，量程均為有三臺(tái)測(cè)溫儀表，量程均為0600，精確度等級(jí)分別為，精確度等級(jí)分別為2.5級(jí)、級(jí)、2.0級(jí)、級(jí)、1.5級(jí)，現(xiàn)要測(cè)量級(jí)，現(xiàn)要測(cè)量500的溫度，要求相對(duì)誤差不的溫度，要求相對(duì)誤差不超過(guò)超過(guò) 2.5%，選哪臺(tái)儀表合適？，選哪臺(tái)儀表合適？3、學(xué)會(huì)工程中常見(jiàn)的非電量測(cè)量方法，了解傳感器在工、學(xué)會(huì)工程中常見(jiàn)的非電量測(cè)量方法，了解傳感器在工程檢測(cè)中的應(yīng)用方法；程檢測(cè)中的應(yīng)用方法；4、學(xué)會(huì)分析和設(shè)計(jì)傳感器的應(yīng)用電路。、學(xué)會(huì)分析和設(shè)計(jì)傳感器的應(yīng)用電路。四、課程特點(diǎn)四、課程

38、特點(diǎn)綜合性：綜合性：傳感器技術(shù)是材料學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、微傳感器技術(shù)是材料學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、微電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、精密機(jī)械、仿生電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、精密機(jī)械、仿生學(xué)、測(cè)量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技學(xué)、測(cè)量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、乃至系統(tǒng)科學(xué)、人工智能、自動(dòng)化技術(shù)等眾多學(xué)科術(shù)、乃至系統(tǒng)科學(xué)、人工智能、自動(dòng)化技術(shù)等眾多學(xué)科相互交叉的綜合性高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)；相互交叉的綜合性高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)；零散性：零散性：各章內(nèi)容之間沒(méi)有前后因果關(guān)系；各章內(nèi)容之間沒(méi)有前后因果關(guān)系；應(yīng)用性：應(yīng)用性：重點(diǎn)掌握各種傳感器的應(yīng)用方法。重點(diǎn)掌握各種傳感器的應(yīng)用方法。煙霧傳感器煙霧傳感器亮度傳感器亮度傳感器人體探測(cè)器人體探測(cè)器廣州中鳴數(shù)碼的機(jī)器狗廣州中鳴數(shù)碼的機(jī)器狗2 、傳感器的測(cè)量范圍與量程、傳感器的測(cè)量范圍與量程（1）測(cè)量范圍：）測(cè)量范圍：指正常工作條件下，傳感