傳感器與自動(dòng)檢測技術(shù) 第2版 課件 1 傳感器基礎(chǔ)知識

傳感器與自動(dòng)檢測技術(shù)傳感器應(yīng)用技術(shù)1.傳感器基礎(chǔ)知識2.電阻式傳感器3.電容式傳感器4.壓電式傳感器5.溫度與濕度傳感器6.光電式傳感器7.霍爾傳感器8.光柵傳感器9.智能與其他傳感器10.傳感器輸出信號處理電路1.傳感器技術(shù)基礎(chǔ)1.1傳感器的組成1.1.1自動(dòng)檢測與控制系統(tǒng)1.1.2傳感器的定義及組成1.1.3傳感器的分類1.2傳感器的基本特性1.2.1傳感器的靜態(tài)特性1.2.2傳感器的動(dòng)態(tài)特性1.3傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢“沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)已為全世界所公認(rèn)。以傳感器為核心的檢測系統(tǒng)就像神經(jīng)和感官一樣，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認(rèn)識自然、改造自然的有利工具。[Mendelyeev,DmitryIvanovich]

科學(xué)僅僅是在人們懂得了測量才開始的－門捷列夫1.傳感器基礎(chǔ)知識

世界是由物質(zhì)組成的，表征物質(zhì)特性或其運(yùn)動(dòng)形式的參數(shù)很多，根據(jù)物質(zhì)的電特性，可分為電量和非電量兩類。

非電量不能直接使用一般電工儀表和電子儀器測量，非電量需要轉(zhuǎn)換成與非電量有一定關(guān)系的電量，再進(jìn)行測量。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換技術(shù)的器件叫傳感器。自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制系統(tǒng)處理的大都是電量,需通過傳感器對通常是非電量的原始信息進(jìn)行精確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換為電量。1.1傳感器的組成

自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制技術(shù)是人們對事物的規(guī)律進(jìn)行定性了解和定量掌握以及預(yù)期效果控制所從事的一系列的技術(shù)措施。自動(dòng)測控系統(tǒng)是完成這一系列技術(shù)措施之一的裝置，它是檢測和控制器與研究對象的總和。通?？煞譃殚_環(huán)與閉環(huán)兩種自動(dòng)測控系統(tǒng)。1.1.1自動(dòng)檢測與控制系統(tǒng)（1）自動(dòng)檢測系統(tǒng)

傳感器是檢測系統(tǒng)的第一環(huán)節(jié)。它是以一定的精度把被測量轉(zhuǎn)換成與之確定關(guān)系的，便于應(yīng)用的某種量值的測量裝置。自動(dòng)檢測系統(tǒng)一般由激勵(lì)裝置、敏感元件、信號調(diào)理電路與輸出單元所組成。

檢測系統(tǒng)各部分的特點(diǎn)

（1）有時(shí)為了便于測量，需要給被測對象施加激勵(lì)信號，這樣可使被測對象處于預(yù)定狀態(tài)，并將其有關(guān)方向的內(nèi)在聯(lián)系充分顯示出來。（2）被測對象的特性均以信號的形式給出，而被測信號一般都是隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)量，即使在檢測不隨時(shí)間變化的靜態(tài)量時(shí)，由于混有動(dòng)態(tài)的干擾噪聲，所以，通常也按動(dòng)態(tài)量進(jìn)行檢測。（3）敏感元件是將感知的被測量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)化為某一種值輸出，通常是電信號。如果不是電信號，就需要經(jīng)變換電路將其轉(zhuǎn)換成電信號。（4）信號調(diào)理電路一般有兩個(gè)作用，一是信號轉(zhuǎn)換和放大，二是信號處理，即濾波、衰減運(yùn)算、數(shù)字化處理等。（5）輸出裝置種類很多，可根據(jù)需要進(jìn)行配置?，F(xiàn)代檢測系統(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將調(diào)理電路輸出的信號直接送到信號分析設(shè)備中，進(jìn)行在線處理。（2）自動(dòng)測控系統(tǒng)測量電路傳感器電源指示儀記錄儀伺服控制A.開環(huán)自動(dòng)測控系統(tǒng)框圖

被測量調(diào)節(jié)元件給定元件信息處理檢測電路執(zhí)行元件傳感器對象輸出顯示記錄－＋－B.閉環(huán)自動(dòng)測控系統(tǒng)框圖

一個(gè)完整的自動(dòng)測控系統(tǒng)，一般由

傳感器、測量電路、顯示記錄裝置或調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置、電源四部分組成。自動(dòng)測控系統(tǒng)的組成傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。傳感器是獲取信息的主要途徑與手段。沒有傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)就失去了基礎(chǔ)。傳感器是邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)?？梢姡瑐鞲衅骷夹g(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步等方面起著重要作用。傳感器已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其廣泛的領(lǐng)域。從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。1.1.2傳感器的定義及組成

二傳感器的定義國家標(biāo)準(zhǔn)（GB7665-87）中傳感器（Transducer/Sensor）的定義：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。①傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)；②輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等；③輸出量是某種物理量，便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，可以是氣、光、電物理量，主要是電物理量；④輸出輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。傳感器功用：一感二傳,即感受被測信息,并傳送出去。是將各種非電量按一是將各種非電量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量的裝置定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量的裝置敏感元件轉(zhuǎn)換元件輔助電源接口電路傳感器組成框圖非電物理量電信號傳感器組成敏感元件

電子稱中傳感器是壓力傳感器。其敏感元件為電阻應(yīng)變片

壓電晶體、熱電偶、熱敏電阻、光電器件等是敏感元件轉(zhuǎn)換元件

電子稱中傳感器是壓力傳感器。其轉(zhuǎn)換元件為電橋電路。將應(yīng)變片作為電橋電路中的電阻壓電晶體、熱電偶、熱敏電阻、光電器件等是敏感元件與轉(zhuǎn)換元件兩者合二為一的傳感器。機(jī)械能光能電磁能化學(xué)能熱能傳感器的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系

傳感器轉(zhuǎn)換能量的理論基礎(chǔ)都是利用物理學(xué)、化學(xué)學(xué)、生物學(xué)現(xiàn)象和效應(yīng)來進(jìn)行能量形式的變換。被測量和它們之間的能量的相互轉(zhuǎn)換是各種各樣的。

傳感器技術(shù)就是掌握和完善這些轉(zhuǎn)換的方法和手段。

涉及：傳感器能量轉(zhuǎn)換原理、傳感器材料選取與制造、傳感器器件設(shè)計(jì)、傳感器開發(fā)和應(yīng)用等多項(xiàng)綜合技術(shù)。傳感器技術(shù)傳感器有許多分類方法，常用分類方法有兩種：一種是按被測輸入量來分；另一種是按傳感器的工作原理來分。1.1.3傳感器的分類

根據(jù)被測量的性質(zhì)進(jìn)行分類，如：溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器、加速度傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等。

這種分類方法把種類繁多的被測量分為基本被測量和派生被測量兩類。見表。（1）按被測量分類表1基本被測量和派生被測量基本被測量派生被測量位移線位移長度、厚度、應(yīng)變、振動(dòng)、磨損、不平度角位移旋轉(zhuǎn)角、偏轉(zhuǎn)角、角振動(dòng)速度線速度速度、振動(dòng)、流量、動(dòng)量角速度轉(zhuǎn)速、角振動(dòng)加速度線加速度振動(dòng)、沖擊、質(zhì)量角加速度角振動(dòng)、扭矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量力壓力重量、應(yīng)力、力矩時(shí)間頻率周期、計(jì)數(shù)、統(tǒng)計(jì)分布溫度熱容量、氣體速度、渦流光光通量與密度、光譜分布濕度水氣、水分、露點(diǎn)例如力可視為基本被測量，從力可派生出壓力、重量、應(yīng)力、力矩等派生被測量。當(dāng)需要測量這些被測量時(shí)，只要采用力傳感器就可以了。根據(jù)被測量的性質(zhì)進(jìn)行分類方法：優(yōu)點(diǎn)：比較明確地表達(dá)了傳感器的用途，便于使用者根據(jù)其用途選用。缺點(diǎn)：沒有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機(jī)理上有何共性和差異，不便使用者掌握其基本原理及分析方法。（1）按被測量分類

按傳感器工作原理分類方法是以工作原理劃分，將物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的原理、規(guī)律和效應(yīng)作為分類的依據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：對傳感器的工作原理比較清楚，類別少，有利于傳感器專業(yè)工作者對傳感器的深入研究分析。缺點(diǎn)：不便于使用者根據(jù)用途選用。（2）按傳感器工作原理分類1.電學(xué)式傳感器應(yīng)用范圍較廣的一種傳感器，常用的有電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器及電渦流式傳感器等。2.磁學(xué)式傳感器利用鐵磁物質(zhì)的一些物理效應(yīng)而制成。主要用于位移、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的測量。（2）按傳感器工作原理分類3.光電式傳感器利用光電器件的光電效應(yīng)和光學(xué)原理而制成。主要用于光強(qiáng)、光通量、位移、濃度等參數(shù)的測量。4.電勢型傳感器利用熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)、霍耳效應(yīng)等原理而制成。主要用于溫度、磁通、電流、速度、光強(qiáng)、熱輻射等參數(shù)的測量。（2）按傳感器工作原理分類5.電荷傳感器利用壓電效應(yīng)原理而制成。主要用于力及加速度的測量。6.半導(dǎo)體傳感器利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、磁電效應(yīng)、半導(dǎo)體與氣體接觸產(chǎn)生物質(zhì)變化等原理而制成。主要用于溫度、濕度、壓力、加速度、磁場和有害氣體的測量。（2）按傳感器工作原理分類7.諧振式傳感器利用改變電或機(jī)械的固有參數(shù)來改變諧振頻率的原理而制成。主要用來測量壓力。8.電化學(xué)式傳感器以離子導(dǎo)電原理為基礎(chǔ)而制成，可分為電位式傳感器、電導(dǎo)式傳感器、電量式傳感器、級譜式傳感器和電解式傳感器等。主要用于分析氣體成分、液體成分、溶于液體的固體成分、液體的酸堿度、電導(dǎo)率及氧化還原電位等參數(shù)的測量。（2）按傳感器工作原理分類按能量的關(guān)系分類，分為有源傳感器和無源傳感器；按輸出信號的性質(zhì)分類，分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。數(shù)字式傳感器輸出為數(shù)字量，便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)用，且抗干擾性較強(qiáng)，例如：盤式角度數(shù)字傳感器，光柵傳感器等。（3）傳感器其他分類1.1.4傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域1、生產(chǎn)過程的測量與控制2、安全報(bào)警與環(huán)境保護(hù)3、自動(dòng)化設(shè)備和機(jī)器人4、交通運(yùn)輸和資源探測5、醫(yī)療衛(wèi)生和家用電器

傳感器的應(yīng)用

傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域涉及機(jī)械制造、工業(yè)過程控制、汽車電子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和專用設(shè)備等。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的是汽車市場的需求，占第二位的是過程控制市場，前景看好是通訊市場。

科學(xué)研究的先行官諾貝爾獎(jiǎng)獲得者R.R.Ernst說“現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步越來越依靠尖端儀器的發(fā)展”俄國化學(xué)家門捷列夫指出“科學(xué)是從測量開始的”近80年來，與科學(xué)儀器密切相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者達(dá)38人1)工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用

機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。

在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中，檢測環(huán)節(jié)起著系統(tǒng)感官的作用，是其重要組成部分。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

生產(chǎn)加工過程監(jiān)測切削力傳感器，加工噪聲傳感器，超聲波測距傳感器、紅外接近開關(guān)傳感器等。密歇根大學(xué)數(shù)字化工廠工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人視覺:平面、立體非視覺:觸覺、滑覺、熱覺、力覺、接近覺、…傳感器的應(yīng)用沙漠機(jī)器人傳感器的應(yīng)用2)流程工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控在電力、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24小時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)。石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油罐等壓力容器的破損和泄漏檢測揚(yáng)子石化50MW熱電機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)陽邏電廠300MW汽輪機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)荊門電廠200MW機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)青山熱電廠生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)沙角電廠生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)寶鋼30KW以上風(fēng)機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)寶鋼精軋F(tuán)2軋機(jī)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)寶鋼冷軋帶鋼振動(dòng)紋監(jiān)測系統(tǒng)武鋼風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)3)產(chǎn)品質(zhì)量測量

在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件出廠時(shí)，必須對其性能質(zhì)量進(jìn)行測量和出廠檢驗(yàn)。汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖，測量參數(shù)包括潤滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過對抽樣汽車的測試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。汽車扭距測量機(jī)床加工精度測量在線檢測：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位….在線檢測鼠標(biāo):光電位移傳感器攝象頭:CCD傳感器聲位筆:超聲波傳感器麥克風(fēng):電容傳聲器聲卡:A/D卡+D/A卡軟驅(qū):速度,位置伺服4)PC機(jī)中的測試技術(shù)應(yīng)用5）檢測技術(shù)在汽車中的應(yīng)用日新月異發(fā)動(dòng)機(jī)：向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，對發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等

汽車傳感器：汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容普通轎車：約安裝幾十到近百只傳感器，豪華轎車：傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。

底盤：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫車身：提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車速、測距、圖象等5）檢測技術(shù)在汽車中的應(yīng)用日新月異

未來的戰(zhàn)爭一定程度上可以稱之為傳感器戰(zhàn)爭。未來戰(zhàn)場將布滿各種傳感器，它們既包括電視攝像機(jī)、激光雷達(dá)、成像雷達(dá)、微光夜視儀、制冷和非制冷熱像儀等可視設(shè)備，也包括聲傳感器、震動(dòng)傳感器、磁傳感器、氣象傳感器和探測生化戰(zhàn)劑的傳感器，當(dāng)然也可能出現(xiàn)目前尚未問世或成熟的其它傳感器。這些傳感器將為指揮人員和士兵收集大量的戰(zhàn)場態(tài)勢信息，使他們擁有全面的信息優(yōu)勢，從而最大限度地增強(qiáng)他們的攻擊威力。6）在軍事和航天領(lǐng)域的應(yīng)用美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器---OICW夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)激光測距儀：可精確的定位目標(biāo)。在發(fā)射20mm高爆彈時(shí)，激光測距儀可將目標(biāo)的距離信息自動(dòng)傳輸至高爆彈的爆炸引信，以精確的設(shè)定引爆時(shí)間。美國國家導(dǎo)彈防御計(jì)劃---NMD1.地基攔截器2.早期預(yù)警系統(tǒng)3.前沿部署(如雷達(dá)）4.管理與控制系統(tǒng)5.衛(wèi)星紅外線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng):探測和發(fā)現(xiàn)敵人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)彈的飛行軌道；攔截器：能識別真假彈頭，敵友方飛行器測控---檢測飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況，控制與操縱

火箭測控---檢測火箭狀況、姿態(tài)、軌跡

“阿波羅10”：火箭部分---2077個(gè)傳感器飛船部分---1218個(gè)傳感器檢測參數(shù)---加速度、溫度、壓力、振動(dòng)、流量、應(yīng)變、聲學(xué)等神州飛船：185臺(tái)（套）儀器裝置軍事戰(zhàn)斗力

傳感器作為感受被測量信息的器件，總是希望它能按照一定的規(guī)律輸出有用信號，因此，需要研究其輸入－輸出之間的關(guān)系及特性，以便用理論指導(dǎo)其設(shè)計(jì)、制造、校準(zhǔn)與使用。理論和技術(shù)上表征輸入－輸出之間的關(guān)系通常是以建立數(shù)學(xué)模型來體現(xiàn)，這也是研究科學(xué)問題的基本出發(fā)點(diǎn)。1.2傳感器的基本特性49在工程應(yīng)用中，任何測量裝置性能的優(yōu)劣總要以一系列的指標(biāo)參數(shù)衡量，通過這些參數(shù)可以方便地知道其性能。這些指標(biāo)又稱之為特性指標(biāo)。傳感器的特性主要是指輸出與輸入之間的關(guān)系。它通常根據(jù)輸入(傳感器所測量的量)的性質(zhì)來決定采用何種指標(biāo)體系來描述其性能。當(dāng)被測量(輸入量)為常量，或變化極慢時(shí)，一般采用靜態(tài)指標(biāo)體系，其輸入與輸出的關(guān)系為靜態(tài)特性；當(dāng)被測量(輸入量)隨時(shí)間較快地變化時(shí)，則采用動(dòng)態(tài)指標(biāo)體系，其輸入與輸出的關(guān)系為動(dòng)態(tài)特性。1.2傳感器的基本特性當(dāng)被測量(輸入量)為常量，或變化極慢時(shí)，一般采用靜態(tài)指標(biāo)體系，其輸入與輸出的關(guān)系為靜態(tài)特性。

靜態(tài)特性：靜態(tài)數(shù)學(xué)模型

特性性能指標(biāo)1.2.1傳感器的靜態(tài)特性

1.2.1.1傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型傳感器的靜態(tài)特性是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入的關(guān)系。如果被測量是一個(gè)不隨時(shí)間變化，或隨時(shí)間變化緩慢的量，可以只考慮其靜態(tài)特性，這時(shí)傳感器的輸入量與輸出量之間在數(shù)值上一般具有一定的對應(yīng)關(guān)系，關(guān)系式中不含有時(shí)間變量。對靜態(tài)特性而言，傳感器的輸入量x與輸出量y之間的關(guān)系通?？捎靡粋€(gè)如下的多項(xiàng)式表示：

y=a0+a1x+a2x2+…+anxn

52式中：a0——輸入量x為零時(shí)的輸出量,也叫零位輸出；

a1——為傳感器線性項(xiàng)系數(shù)也稱線性靈敏度，常用K或S表示。

a2，…，an——為非線性項(xiàng)系數(shù)，其數(shù)值由具體傳感器非線性特性決定。各項(xiàng)系數(shù)決定了特性曲線的具體形式。傳感器的靜態(tài)特性可以用一組性能指標(biāo)來描述，如靈敏度、遲滯、線性度、重復(fù)性和漂移等。y=a0+a1x+a2x2+…+anxn

1.2.1.1傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型傳感器靜態(tài)數(shù)學(xué)模型有四種特殊形式：y=a1x

通常是所希望的傳感器應(yīng)具有的特性，只有具備這樣的特性才能正確無誤地反映被測的真值。1)理想的線性特性2)僅有偶次非線性項(xiàng)y=a1x+a2x2+a4x4…

其線性范圍較窄，線性度較差，靈敏度為該曲線的斜率，一般傳感器設(shè)計(jì)很少采用這種特性。3)僅有奇次非線性項(xiàng)

其線性范圍較寛，且相對坐標(biāo)原點(diǎn)是對稱的，線性度較好，靈敏度為該曲線的斜率。使用時(shí)一般都加以線性補(bǔ)償措施，可獲得較理想的線性特性。y=a1x+a3x3+…4)奇、偶次項(xiàng)的非線性y=a1x+a2x2+…+anxn

y=a1x+a2x2+…+anxn

57在工程應(yīng)用中，任何測量裝置性能的優(yōu)劣總要以一系列的指標(biāo)參數(shù)衡量，通過這些參數(shù)可以方便地知道其性能。這些指標(biāo)又稱之為特性指標(biāo)。傳感器的特性主要是指輸出與輸入之間的關(guān)系。它通常根據(jù)輸入(傳感器所測量的量)的性質(zhì)來決定采用何種指標(biāo)體系來描述其性能。當(dāng)被測量(輸入量)為常量，或變化極慢時(shí)，一般采用靜態(tài)指標(biāo)體系，其輸入與輸出的關(guān)系為靜態(tài)特性；1.2.1.2傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)

傳感器的線性度

線性度是傳感器輸出量與輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離直線的程度，又稱非線性誤差。圖（a）為理想特性外，其它都存在非線性，都應(yīng)進(jìn)行線性處理。常用的方法有：理論直線法、端點(diǎn)線法、割線法、最小二乘法和計(jì)算程序法等。（1）線性度傳感器的靈敏度

靈敏度是傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出增量與輸入增量的比值。對于線性傳感器，其靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率，如圖（a）所示，其中:sn=y/x

非線性傳感器的靈敏度是一個(gè)隨工作點(diǎn)而變的變量，如圖（b）所示，其中:sn=dy/dx=df(x)/dx（2）

靈敏度

重復(fù)性是傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測試時(shí)，所得特性曲線不一致性的程度，如圖所示。傳感器輸出特性的不重復(fù)性主要由傳感器的機(jī)械部分的磨損、間隙、松動(dòng)，部件的內(nèi)磨擦、積塵，電路元件老化、工作點(diǎn)漂移等原因產(chǎn)生。不重復(fù)性極限誤差由下式表示：

EZ=(?MAX/yFS)·100%

傳感器的重復(fù)性

（3）重復(fù)性

傳感器在正向行程（輸入量增大）和反向行程（輸入量減小）期間，輸出-輸入特性曲線不一致的程度，如圖所示。在行程環(huán)中同一輸入量xi對應(yīng)的不同輸出量yi和yd的差值叫滯環(huán)誤差，最大滯環(huán)誤差與滿量程輸出值的比值稱最大滯環(huán)率

EMAX=(?m/yFS)·100%

傳感器的遲滯現(xiàn)象

（4）遲滯現(xiàn)象傳感器的分辨力是在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測的輸入量的最小變化量。有時(shí)也用該值相對滿量程輸入值的百分?jǐn)?shù)表示。（5）分辨力穩(wěn)定性有短期穩(wěn)定性和長期穩(wěn)定性之分。傳感器常用長期穩(wěn)定性，指在室溫條件下，經(jīng)過相當(dāng)長的時(shí)間間隔，如一天、一月或一年，傳感器的輸出與起始標(biāo)定時(shí)的輸出之間的差異。通常又用其不穩(wěn)定度來表征穩(wěn)定程度。（6）穩(wěn)定性

傳感器的漂移是指在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無關(guān)的不需要的變化。漂移包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移等。零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移又可分為時(shí)間漂移和溫度漂移。時(shí)間漂移是指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)或靈敏度隨時(shí)間的緩慢變化；溫度漂移為環(huán)境溫度變化而引起的零點(diǎn)或靈敏度的變化。（7）漂移

在實(shí)際測量中，大量的被測量是隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信號。傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是指：

在隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信號作用下，傳感器輸出-輸入量間的函數(shù)關(guān)系，通常稱為響應(yīng)特性。動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型一般采用微分方程和傳遞函數(shù)描述。1.2.2傳感器的動(dòng)態(tài)特性

給傳感器輸入一個(gè)單位階躍函數(shù)信號：其輸