無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)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 傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端探頭通常代表了用戶功能需求，傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端探頭通常代表了用戶功能需求，終端傳感器技術(shù)是支撐和最大化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用性能的基石，終端傳感器技術(shù)是支撐和最大化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用性能的基石，為網(wǎng)絡(luò)提供了豐富多彩的業(yè)務(wù)功能。為網(wǎng)絡(luò)提供了豐富多彩的業(yè)務(wù)功能。 什么是傳感器？一般來(lái)說(shuō)能夠把特定的被測(cè)量信息什么是傳感器？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)

2、等）的器件或裝置，我們把它稱用信號(hào)（電信號(hào)、光信號(hào)等）的器件或裝置，我們把它稱為傳感器。為傳感器。 傳感器是生物體感官的工程模擬物；反過(guò)來(lái)，生物體的感官又可傳感器是生物體感官的工程模擬物；反過(guò)來(lái)，生物體的感官又可以看作是天然的傳感器。隨著數(shù)字化和信息技術(shù)與機(jī)械裝置的融合，以看作是天然的傳感器。隨著數(shù)字化和信息技術(shù)與機(jī)械裝置的融合，傳感器和執(zhí)行器已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、控制功能和控制參數(shù)協(xié)調(diào)一傳感器和執(zhí)行器已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、控制功能和控制參數(shù)協(xié)調(diào)一體化，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與外部連接。體化，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與外部連接。 隨著基礎(chǔ)自動(dòng)化控制功能的重新分配，許多計(jì)算機(jī)控制功能下放隨著基礎(chǔ)自動(dòng)化控制功能的重

3、新分配，許多計(jì)算機(jī)控制功能下放到傳感器和執(zhí)行器中完成，如參數(shù)檢測(cè)、控制、診斷和維護(hù)管理等。到傳感器和執(zhí)行器中完成，如參數(shù)檢測(cè)、控制、診斷和維護(hù)管理等。 傳感器的作用類似于感覺(jué)器官，是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的作用類似于感覺(jué)器官，是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與控制的首要環(huán)節(jié)。 2 2、傳感器的組成、傳感器的組成 傳感器一般由傳感器一般由敏感元件敏感元件、轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件和和基本轉(zhuǎn)換電路基本轉(zhuǎn)換電路組成。組成。 敏感元件敏感元件是傳感器中能感受或響應(yīng)被測(cè)量的部分。是傳感器中能感受或響應(yīng)被測(cè)量的部分。 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳是將敏感元件感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量

4、的電信號(hào)。輸或測(cè)量的電信號(hào)。 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路對(duì)獲得的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等。對(duì)獲得的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等。 隨著半導(dǎo)體器件與集隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的基本轉(zhuǎn)換電路可傳感器的基本轉(zhuǎn)換電路可安裝在傳感器殼體里或與安裝在傳感器殼體里或與敏感元件一起集成在同一敏感元件一起集成在同一芯片上，構(gòu)成芯片上，構(gòu)成集成傳感器集成傳感器。 傳感器接口技術(shù)傳感器接口技術(shù) 各種物理量用傳感器將其變成電信號(hào)，經(jīng)由諸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、干擾抑制、多路轉(zhuǎn)換等信號(hào)檢測(cè)和如放大、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

5、，將模擬量的電壓或電流送預(yù)處理電路，將模擬量的電壓或電流送A/DA/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字量，供計(jì)算機(jī)或者微處理器處理。變成數(shù)字量，供計(jì)算機(jī)或者微處理器處理。3 3、傳感器的分類、傳感器的分類 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)換型和和能量控制型能量控制型兩大類。兩大類。 能量轉(zhuǎn)換型傳感器直接將被測(cè)對(duì)象（如機(jī)械能量轉(zhuǎn)換型傳感器直接將被測(cè)對(duì)象（如機(jī)械量）的輸入轉(zhuǎn)換成電能。包括壓電式傳感器、磁量）的輸入轉(zhuǎn)換成電能。包括壓電式傳感器、磁電式傳感器、熱電偶傳感器等。電式傳感器、熱電偶傳感器等。 能量控制型傳感器直接將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電參量能量控

6、制型傳感器直接將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電參量（如電阻等），依靠外部輔助電源才能工作，并且（如電阻等），依靠外部輔助電源才能工作，并且由被測(cè)量控制外部供給能量的變化。由被測(cè)量控制外部供給能量的變化。 屬于這種類型的傳感器包括屬于這種類型的傳感器包括電阻式電阻式、電感式電感式、電容式電容式等。等。 傳感器按測(cè)量原理分類，主要有傳感器按測(cè)量原理分類，主要有物理物理和和化學(xué)原理化學(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。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)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)

7、執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)行器、液壓執(zhí)行器、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、壓電陶瓷執(zhí)行器和納米執(zhí)行器等。壓電陶瓷執(zhí)行器和納米執(zhí)行器等。 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器位移傳感器、力傳感器力傳感器、溫溫度傳感器度傳感器等。等。 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)

8、量自動(dòng)化測(cè)量。2.2 2.2 常見(jiàn)傳感器的類型介紹常見(jiàn)傳感器的類型介紹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，所以又稱作無(wú)源傳感器。給輔助能源使其工作，所以又稱作無(wú)源傳感器。 電阻式、電容式、電感式電阻式、電容式、電感式均屬這一類型。均屬這一類型。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、電能量轉(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?？梢灾苯虞敵?/p>

9、或放大后輸出信號(hào)，傳感器本身流或電荷量?？梢灾苯虞敵龌蚍糯蠛筝敵鲂盘?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源傳相當(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。感器。 壓電式壓電式、磁電式磁電式和和熱電式熱電式傳感器等均屬這一類型。傳感器等均屬這一類型。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)的光敏傳感器有常見(jiàn)的光敏傳感器有光電式傳感器光電式傳感器、色敏傳感器色敏傳感器、CCDCCD圖像傳

10、感器圖像傳感器和和紅外紅外/ /熱釋電式熱釋電式光敏器件等。將光量轉(zhuǎn)換為電光敏器件等。將光量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為量的器件稱為光電傳感器光電傳感器或或光電元件光電元件。4 4、氣、濕敏傳感器、氣、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。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，以預(yù)測(cè)災(zāi)害性事故的發(fā)生探測(cè)與報(bào)警，以預(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)償元件集成傳感器是將敏感元件、測(cè)量

11、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)。能好的特點(diǎn)。 常用集成傳感器有集成溫度傳感器、集成壓力傳感器、常用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)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)。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)。 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

12、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)。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

13、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 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

14、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 線性傳感器的校準(zhǔn)曲線的斜率就是靜態(tài)靈敏度；線性傳感器的校準(zhǔn)曲線的斜率就是靜態(tài)靈敏度；對(duì)于非線性傳感器的靈敏度，它的數(shù)值是最小二乘對(duì)于非

15、線性傳感器的靈敏度，它的數(shù)值是最小二乘法求出的擬合直線的斜率。法求出的擬合直線的斜率。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=X=dy/dxdy/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)

16、的頻率范圍內(nèi)滿足傳感器的響應(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、線性范圍、線性范圍 任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)它的輸出與任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)它的輸出與輸入成比例關(guān)系。線性范圍越寬，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。傳感器工作在線性范圍內(nèi)，是保證測(cè)量精確度的基本條件。例

17、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)生非線性力量程的基本因素。當(dāng)超過(guò)彈性極限時(shí)，傳感器就將產(chǎn)生非線性誤差。誤差。 任何傳感器很難保證做到絕對(duì)的線性，在某些情況下，在許任何傳感器很難保證做到絕對(duì)的線性，在某些情況下，在許可限度內(nèi)，也可以在近似線性區(qū)域內(nèi)使用?？上薅葍?nèi)，也可以在近似線性區(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

18、輸入入/ /輸出特性列表或曲線。人輸出特性列表或曲線。人們通常希望這個(gè)特性曲線是們通常希望這個(gè)特性曲線是線性的，這樣會(huì)對(duì)標(biāo)定和數(shù)線性的，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輸出與輸入特性只能接近線性，對(duì)比理論直線有偏差。性，對(duì)比理論直線有偏差。 所謂所謂線性度線性度是指?jìng)鞲衅鞯膶?shí)際輸入是指?jìng)鞲衅鞯膶?shí)際輸入- -輸出曲線（校準(zhǔn)曲線）與輸出曲線（校準(zhǔn)曲線）與擬合直線之間的吻合（偏離）程度。選定擬合直線的過(guò)程，就是傳擬合直線之間的吻合（偏離）程度。選定擬合直線的過(guò)程，就是傳感器的線性化過(guò)程。實(shí)際曲線與它的兩個(gè)端尖連線（稱為理論直線）感器的線性化過(guò)程

19、。實(shí)際曲線與它的兩個(gè)端尖連線（稱為理論直線）之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差。取其中最大值與輸出滿度值之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差。取其中最大值與輸出滿度值之比作為評(píng)價(jià)線性度（或非線性誤差）的指標(biāo)。之比作為評(píng)價(jià)線性度（或非線性誤差）的指標(biāo)。max100%LFSLey 式中式中 為線性度為線性度( (非線性誤差非線性誤差) )， 為校準(zhǔn)曲線與擬合直為校準(zhǔn)曲線與擬合直線間的最大差值，線間的最大差值， 為滿量程輸出值。為滿量程輸出值。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

20、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，以選擇合適類型的傳感器。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?；蛩麜r(shí)，會(huì)改變感光性能，帶來(lái)測(cè)量誤差。塵?；蛩麜r(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

21、在全測(cè)量范圍內(nèi)連續(xù)變化多次所得特征曲線的變化多次所得特征曲線的不一致性，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最大值的兩倍或三倍于滿量程量程 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為漂移。當(dāng)輸入狀態(tài)為零時(shí)的漂移稱為零點(diǎn)漂移。傳感器化稱為漂移。當(dāng)輸入狀態(tài)為零時(shí)的漂移

22、稱為零點(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)生的漂移稱為時(shí)間漂移。生的漂移稱為時(shí)間漂移。 隨著溫度變化產(chǎn)生的漂移稱為溫度漂移，它表示當(dāng)隨著溫度變化產(chǎn)生的漂移稱為溫度漂移，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

23、1 1度時(shí)，輸出的最大偏差與滿量程的百分比來(lái)表示。度時(shí)，輸出的最大偏差與滿量程的百分比來(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

24、最大誤差是指在曲線上任取所謂最大誤差是指在曲線上任取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

25、.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)誤差與輸出滿度量程之比的百分?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)。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)附近的分辨力稱為入增量。在輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱為閾值，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

26、示左圖為非線性、右圖為線如圖所示左圖為非線性、右圖為線性輸出結(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/ /滿量滿量程輸入值。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

27、入量減小輸入量減小) )行程中輸行程中輸出出/ /輸入特性曲線的不重合程度，數(shù)輸入特性曲線的不重合程度，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差的一半與滿量程輸出值的百分比來(lái)表示，一半與滿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

28、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： 量程的大小；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，有線或非接式為接觸式還是非接

29、觸式；信號(hào)的輸出方法，有線或非接觸測(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、靈敏度 通常在傳感器的線性范圍內(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€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

30、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敫蓴_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

31、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)