传感检测技术基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.1,传感和检测技术的概念,传感与检测是实现自动掌握、自动调整的关键环节，它与信息系统的输入端相连，并将检测到的信号输送到信息处理局部，是感知、猎取、处理与传输的关键。传感与检测技术是关于传感器设计制造及应用的综合技术，它是信息技术传感与掌握技术、通信技术、计算机技术的三大支柱之一。,1.1.1检测技术,检测技术是以争论自动检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术为主要内容的一门应用技术学科。检测技术任务是：查找与自然信息具有对应关系的种种表现形式的信号，以及确定二者间的定性、定量关系；从反映某一信息的多种信号表现中选择出所处条件下最为适合的表现形式，以及寻求最正确的采集、变换、处理、传输、存储、显示等方法和相应设备。,1.1.2 自动检测系统,自动检测系统：,自动测量、自动计量、自动爱护、自动诊断、自动信号处理等诸多系统的总称。包含被测量、敏感元件、电子测量电路、电源和输出单元，其区分仅在于输出单元。,完整检测系统：,由传感器、测量电路和显示记录装置等局部组成，分别完成信息猎取、转换、显示和处理等功能，固然其中还包括电源和传输通道等不行缺少局部，如图1.1 所示:,传感器,测量电路,记录仪,指示仪,数据处,理仪器,电源,图1.1检测系统组成框图,被测量,1.2传感器概述,1.2.1 传感器定义,传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按肯定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。,1.2.2 传感器构成,传感器一般是利用物理、化学和生物等学科的某些效应或机理依据肯定的工艺和构造研制出来的。因此，传感器的组成的细节有较大,差异。但是，总的来说，传感器应由敏感元件、转换元件和信号调理电路组成，有些包含有帮助电源电路，如图1.2所示。,转换元件,信号调理电路,辅助电源电路,图1.2传感器组成框图,被测信息,敏感元件,输出信息,1.2.3 传感器分类,传感器是一门学问密集型技术，传感器原理各异，学科广泛，种类繁多，分类方法如下:,1依据传感器的工作机理，可分为物理型、化学型、生物型等。,2从构成原理分为构造型和物性型两类。,3依据物理原理分类，可分为电参量式传感器包括电阻式、电感式、电容式等根本型式、磁电式传感器包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等、压电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、波式传感器包括超声波,式、微波式等、射线式传感器、半导体式传感器、其他原理的传感器如振弦式和振筒式传感器等)。,4按传感器的能量转换状况，可分为能量掌握型传感器和能量转换型传感器。,5从传感器应用分类，分为位移传感器、压力传感器、振动传感器、温度传感器。,另外，依据传感器输出是模拟信号还是数字信号，可分为模拟传感器和数字传感器；依据转换过程可逆与否，可分为双向传感器和单向传感器等。,1.3 传感器的根本特性,传感器的输出-输入关系特性是传感器的根本特性，从误差角度去分析输出-输入特性是测量技术所要争论的主要内容之一。输出-输入特性虽是传感器的外部特性，但与其内部参数有亲密关系。,传感器特性分为静态特性和动态特性。,衡量传感器的特性又有静态性能指标和动态性能指标。,1.3.1静态特性,传感器在稳态信号作用下，其输出-输入的关系称为静态特性。衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、重复性、迟滞、零点漂移和温度漂移等技术指标，传感器本身的特点、被测量及外界条件都可能影响这些技术指标。,L,max,输出量和输入量实际曲线与拟合直线之间的最大,偏差；,Y,FS,输出满量程值。,1.线性度,所谓传感器的线性度就是其输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。又称为非线性误差。非线性误差可用下式表示：,如图1.3中所示的Lmax值，取其中最大值与输出满度值之比作为评价非线性误差或线性度的指标。,图1.,3,输出输入特性的非线性,Y,FS,y,y,y,Y,FS,Y,FS,x,m,x,m,x,m,x,x,x,L,max,L,max,L,max,2.灵敏度,a传感器的灵敏度是指稳态时，输出增量y与输入增量x的比值，对于线性传感器，其灵敏度就是静态特性的斜率，如图1.5a所示，即：,而非线性传感器的灵敏度是一个变量，如图1.5b所示，即用dy/dx表示传感器在某一工作点的灵敏度。,y,0,x,y,y,0,(,a),x,0,(,b),x,y,y,K,=,y/,x,图1.5灵敏度定义,3.重复性,重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程屡次测试时，所得特性曲线不全都的程度见图1.6,y,图1.6重复性,0,R,m,1,R,m,2,y,FS,x,FS,x,4.迟滞回差滞环现象,迟滞特性能说明传感器在正向输入量增大行程和反向输入量减小行程期间，输出-输入特性曲线不重合程度，如图1.7所示。,Y,FS,y,x,X,FS,H,max,图1.7迟滞现象,0,对于同一大小的输入信号,x,，,在,x,连续增大的行程中，对应某一输出量为,y,i,，,在,x,连续减小过程中，对应于输出量为,y,d,之间的差值叫滞环误差，这就是迟滞现象，该误差用,H,表示为：,H,|,y,i,-y,d,|,在整个测量范围内的最大滞环误差用,H,max,表示，它与满量程输出值,Y,FS,的比值称为最大滞环率,H,，,即：,5.零点漂移,传感器无输入信号时，定时进展读数，其输出偏离零值，即为零点漂移，其值为：,Y0为最大零点偏差，t为零点漂移的时间。,6.温度漂移,温度漂移表示温度变化时，传感器输出值的偏离程度。一般以温度变化1，输出最大偏差与满量程的百分比表示，即：,Y0输出最大偏差，YFS满量程输出，T温度变化范围。,例子：某压力传感器检测数据如下表所示，试计算其灵敏度,S,线性度,L,，迟滞,H,。,