1傳感器組成與分類(lèi)(改).ppt

1、傳感器和檢測(cè)技術(shù)，朱悅涵，為什么要學(xué)習(xí)傳感器技術(shù)？ 傳感器在信息系統(tǒng)中的位置是？ 第一，傳感器的基本知識(shí)，一，傳感器的定義，傳感器：感應(yīng)規(guī)定的測(cè)量，根據(jù)一定的規(guī)則可以轉(zhuǎn)換為可以使用的輸出信號(hào)的設(shè)備和裝置。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，傳感器是把非電力轉(zhuǎn)換為電力的裝置。 也稱(chēng)為發(fā)送機(jī)、發(fā)送機(jī)、發(fā)送機(jī)、檢測(cè)器、換能器等。 二、傳感器的構(gòu)成、被測(cè)量、傳感器元件：直接感受被測(cè)量，輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的其他物理量的部分。 傳感器元件的主要作用是進(jìn)行預(yù)變換。 即，預(yù)先將被測(cè)定非電力量轉(zhuǎn)換為容易轉(zhuǎn)換為電力量的其他非電力量。 轉(zhuǎn)換元件：將傳感器元件的輸出轉(zhuǎn)換為電量。 信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為易于顯示、記

2、錄、處理、控制的電信號(hào)(通常是電壓或電流)的電路，常被稱(chēng)為測(cè)量電路。 本節(jié)主要對(duì)信號(hào)進(jìn)行多種格式的處理，包括電平轉(zhuǎn)換、放大、濾波、調(diào)制、A/D和D/A轉(zhuǎn)換。 輔助環(huán)節(jié)：主要由電源等電阻式壓力傳感器：薄壁圓筒和電阻應(yīng)變片組成。 其中傳感器元件為薄壁圓筒，轉(zhuǎn)換元件為電阻應(yīng)變計(jì)，電阻應(yīng)變計(jì)可視為傳感器，即，如果傳感器直接輸出電力，則傳感器和轉(zhuǎn)換元件為一個(gè)。 三、傳感器分類(lèi)、物理現(xiàn)象分類(lèi)1、結(jié)構(gòu)型傳感器利用物理學(xué)規(guī)律構(gòu)成。 其性能與構(gòu)成材料沒(méi)有多大關(guān)系，但與其結(jié)構(gòu)的幾何尺寸有著密切的關(guān)系。 電容式傳感器、感應(yīng)式傳感器等。 2 .特性型傳感器是利用物質(zhì)的客觀(guān)屬性構(gòu)成的。 其性能因構(gòu)成材料而明顯不同。 這

3、種傳感器構(gòu)成材料的物理特性、化學(xué)特性或生物特性對(duì)被測(cè)量非電力量直接敏感。 水晶結(jié)晶的壓電效應(yīng)、金屬鈉光電效應(yīng)等各種半導(dǎo)體傳感器。 按工作原理分為靜電電容式、感應(yīng)式、壓電式、熱電式等。 按能源關(guān)系分類(lèi)有源(發(fā)電型)、無(wú)源(殘奧度量型)。 按輸入量分類(lèi)位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器。 按輸出信號(hào)分類(lèi)數(shù)字傳感器、模擬傳感器。 檢測(cè)技術(shù)的含義、檢測(cè)技術(shù)是人們?yōu)榱硕ㄐ岳斫?、定量把握被檢測(cè)對(duì)象中包含的信息而采取的一系列技術(shù)措施。 主要作用：1)管理和監(jiān)控。 2 )自動(dòng)化系統(tǒng)。 3 )科學(xué)研究。 自動(dòng)檢測(cè)(控制)系統(tǒng)的構(gòu)成，傳感器：將被測(cè)定非電量與其有對(duì)應(yīng)關(guān)系，變換為容易應(yīng)用的

4、物理量(通常是電量)的測(cè)定裝置。 測(cè)量電路：將傳感器輸出的變量變換為電壓或電流信號(hào)，可以指示或記錄在輸出單元的指針上，或者作為控制系統(tǒng)的檢測(cè)或反饋信號(hào)。 輸出單元：指示器、記錄修訂、儲(chǔ)能器、報(bào)警器、數(shù)據(jù)處理電路等。 四、傳感器的特性、靜態(tài)特性是指測(cè)量不隨時(shí)變化或變化緩慢時(shí)傳感器的輸入輸出特性。 表示這些關(guān)系的是不包含時(shí)間變量的代數(shù)方程式。 氣溫測(cè)量、長(zhǎng)度測(cè)量等動(dòng)態(tài)特性是隨著測(cè)量時(shí)間的經(jīng)過(guò)變化很快時(shí)傳感器的輸入輸出特性。 表示這些關(guān)系的是包含時(shí)間變量的微分方程式，是隨著輸入輸出而隨時(shí)變化的函數(shù)。 振動(dòng)測(cè)量等。 傳感器的輸入輸出特性表示被測(cè)量未知量和傳感器輸出量的關(guān)系，明確這是傳感器的基本特性。

5、傳感器的特性通常分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。 (1)傳感器的靜態(tài)特性、靜態(tài)模型：一般可用多項(xiàng)式表示： y=a 0 a1 x a2x 2 an x n x輸入量、y輸出量、a 0零位輸出a1線(xiàn)性靈敏度、a2an非線(xiàn)性項(xiàng)的保留系數(shù)。 這有三種特殊的形式。 a，理想的線(xiàn)性特性a1x，此時(shí)a0，a2.an都是0。b .具有偶次非線(xiàn)性項(xiàng)的模型。 在這種情況下，它沒(méi)有對(duì)稱(chēng)性，線(xiàn)性范圍窄，不太被用于傳感器設(shè)定校正。 y=a1 x a2x 2 a4 x 4 an x 2n c，為僅奇數(shù)階非線(xiàn)性項(xiàng)的模型，此時(shí)傳輸特性曲線(xiàn)相對(duì)于原點(diǎn)對(duì)稱(chēng)，并且傳感器具有寬線(xiàn)性。 y=a1x a2x3a2x5a2n-1 x2n-1，1，

6、1，線(xiàn)性度，1 )定義：輸出量和輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線(xiàn)偏離直線(xiàn)的程度。 此直線(xiàn)稱(chēng)為擬合直線(xiàn)。 2 )非線(xiàn)性誤差： Lmax作為實(shí)際的輸入輸出特性曲線(xiàn)和擬合直線(xiàn)之間的最大偏差，用下式定義。 YFS為輸出全光柵尺(統(tǒng)一：實(shí)際全光柵尺輸出)。 3 )擬合直線(xiàn)中常用的擬合直線(xiàn)有理論直線(xiàn)法、切線(xiàn)法、割線(xiàn)(端點(diǎn)接線(xiàn))法等。 擬合直線(xiàn)的直線(xiàn)性不同。 (a )理論擬合(b )零交叉旋轉(zhuǎn)擬合(c )端點(diǎn)連接擬合(d )端點(diǎn)并進(jìn)擬合，圖中實(shí)線(xiàn)為實(shí)際輸入輸出特性，虛線(xiàn)為擬合直線(xiàn)，2，滯后，1 )滯后現(xiàn)象：系統(tǒng)正向行程(輸入量增大)相反這種現(xiàn)象的原因主要是機(jī)械零件有不可避免的缺陷。 例如，軸承的摩擦、間隙、緊固件的

7、松動(dòng)等。 2 )滯后誤差在相同大小的輸入信號(hào)x與x連續(xù)增大的過(guò)程中，在對(duì)應(yīng)于某一輸出量yi x連續(xù)減少的過(guò)程中，將對(duì)應(yīng)于輸出量的yd之差稱(chēng)為滯后誤差，用h表示該誤差： Hid，3 )滯后誤差(最大滯后) 如果將在測(cè)定范圍整體中產(chǎn)生的最大滯后誤差設(shè)為Hmax，則用3、重復(fù)性、1 )定義傳感器的多次測(cè)試曲線(xiàn)越重疊，則最大滯后率越好，誤差也越小。 這種現(xiàn)象的原因與滯后現(xiàn)象類(lèi)似。 2 )重復(fù)誤差Rmax正、相反兩個(gè)行程時(shí)的最大值。 即，圖13的Rmax1、Rmax2中較大的Rmax1、Rmax2、4、靈敏度、1 )定義了傳感器輸出量的變化與引起該變化的輸入量的變化之比，是一維的量。 即輸入輸出特性曲線(xiàn)的斜率。 系統(tǒng)為線(xiàn)性時(shí)，靈敏度不一定時(shí)變量。 問(wèn)題：對(duì)多鏈路系統(tǒng)的靈敏度如何進(jìn)行修正？ (串聯(lián)) k=k1k2k3。 5，分辨率和閾值，1 )分辨率：只要能夠檢測(cè)校正器正確測(cè)量的最小變化，分辨率就可以用絕對(duì)值或范圍的百分比表示。 通常，靈敏度越高分辨率越好。 2 )閾值：傳感器輸入零點(diǎn)附近的分辨率。 穩(wěn)定性傳感器的穩(wěn)定性是指在室溫條件下，經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間間隔，傳感器的輸出與初始標(biāo)定時(shí)的輸出之差。 7 .漂移是指在外界的干擾下，輸出量與輸入量無(wú)關(guān)而引起不必要的變化。 漂移分為靈敏度漂移和零位移。 所述漂移也可分為時(shí)間漂移和溫度漂移。 時(shí)間漂移是指在預(yù)定的條件下零點(diǎn)和靈敏度隨時(shí)間逐漸變化。