传感器概述

初识传感器掌握传感器的作用、组成、分类方法熟悉传感器的特性与性能指标任务要求•1什么是传感器•传感器相当于人体的感觉器官,它能将各种非电量(如机械量、化学量、生物量、及光学量)转换成电量,从而实现非电量的电测技术.•从外界获取信息——•五官（眼、耳、鼻、舌、皮肤）•五官的延长——传感器•工程科技——传感器是五官的工程模拟物认识传感器2.传感器的作用•传感技术——五官•通信技术——神经•计算机技术——大脑•传感技术的先行官作用信息五官大脑四肢传感器微机执行器人体与机器的对应关系•工欲善其事、必先利其器•准确的测量精确的控制•监视和传递生产参数•现代生产技术基础•科技领域•看看世界各国的发展各国的传感器发展•世界技术发达国家对开发传感器技术部十分重视。美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一。各国的传感器发展•美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代;•美国早在80年代初就成立了国家技术小组(BTG)，帮助政府组织和领导各大公司与国家企事业部门的传感器技术开发工作。各国的传感器发展•美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有6项与传感器信息处理技术直接相关。关于保护美国武器系统质量优势至关重要的关键技术，其中8项为无源传感器。美国空军2000年举出15项有助于提高21世纪空军能力关键技术，传感器技术名列第二。去看看美国好莱坞大片,就知道科技的厉害了!各国的传感器发展•日本对开发和利用传感器技术相当重视并列为国家重点发展6大核心技术之一。日本科学技术厅制定的90年代重点科研项目中有70个重点课题，其中有18项是与传感器技术密切相关。传感器发展•传感器发展十分迅速，在近十几年来其产量及市场需求年增长率均在10％以上。目前世界上从事传感器研制生产单位已增到5000余家。美国、欧洲、俄罗斯各自从事传感器研究和生产厂家1000余家，日本有800余家。目前传感器涉及的领域广泛，早已渗透到诸如现代大工业生产、基础学科研究、宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保护、资源调查、医学诊断、智能建筑、汽车、家用电器、生物工程、商检质检、公共安全、甚至文物保护等等极其广泛的领域。传感器应用例一：粮仓温度、湿度检测无论是金属粮仓还是土仓，为防止霉变，粮食都是分层存放，仓内温度和湿度不能过高，为此，需在各层安放温湿传感器进行检测。装有温湿度探头的粮仓示意图如下。将各层探头输出接至温湿度巡检仪上，通过巡检仪监视器监视各点温湿度情况。通过通风口保持温湿度在要求范围内。探头通风口通风口通风口粮仓温度、湿度检测系统传感器应用实例例二：日常生活中的电冰箱、洗衣机、电饭煲、音像设备、电动自行车、空调器、照相机、电热水器、报警器等家用电器都安装了传感器；装有传感器的家电产品例三：感温、感烟火灾报警器该报警检测系统是在每一房间安放一对感温、感烟探头（智能传感器），它们输出温度、浓度信号通过串行通讯线送入由微机组成的检测系统（集控器）；集控器负责信号汇总，汇总各房间的温度和浓度信号，并监控各房间温度、烟浓度是否异常，如异常，声光报警并打开喷淋设备灭火，一层一台。房间、楼道装配摄像头，还可通过电视屏幕查看房间、楼道情况。可以看出没有感温、感烟传感器，就像人缺少感官，系统无法工作。集控器1中央监控探头11探头12探头1N感温、感烟火灾报警系统控制对象传感器输入接口计算机输出接口显示记录执行器传感器的重要地位3.传感器怎样构成•◆传感器的定义与组成•一般定义：•传感器是指能感受规定的被测量，并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。•定义的含义：测量装置；输入多模式；•输出电量；函数关系•字面理解——一感二传传感器的组成•◆传感器的组成•敏感元件——膜（感）•转换元件——电极（传）•转换器（处理电路）敏感元件转换元件处理电路辅助电源为了更好的学习研究和应用传感器，对传感器进行科学的分类是必须的。但由于传感器知识技术密集、涉及诸多学科且应用领域广泛，种类繁多。新技术、新材料的应用新型传感器也在发展、变化。所以，国内外到目前尚没有形成完整统一的分类方法。5传感器的分类经典传感器常用的分类方法如下：一按传感器工作原理分类可分为电阻应变式、电感式、压电式、电容式、涡流式、光电式、电磁式、热电式等。这种分类的优点：比较明确地表达了传感器的用途，便于使用者根据其用途选用。缺点：没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异，不便于使用者掌握其基本原理及分析方法。二、按传感器检测的物理量分类可分为加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、负荷传感器、扭矩传感器、温度传感器、成分传感器等。这种分类的优点：是对传感器的工作原理表达的比较清楚，而且类别少，有利于传感器专业工作者对传感器进行深入的研究分析。缺点：是不便于使用者根据用途选用。三、按传感器的输出信号性质分类可分为模拟式传感器、数字式传感器。四、按能量的传递方式分类从能量的观点看，所有传感器可分类为有源传感器与无源传感器两大类。这两大类传感器又称为发电型传感器和参量型传感器。6传感器的特性与技术指标传感器一般要变换各种信息量为电量，描述这种变换的输入与输出关系表达了传感器的基本特性。对不同的输入信号，输出特性是不同的，对快变信号与慢变信号，由于受传感器内部储能元件（电感、电容、质量块、弹簧等）的影响，反应大不相同。快变信号要考虑输出的动态特性，即随时间变化的特性；慢变信号要研究静态特性，即不随时间变化的特性。哥,喜欢慢变信号一传感器静态特性当输入量（X）为静态（常量）或变化缓慢的信号时（如温度、压力），传感器的静输入输出关系称静态特性。通过静态测得n个数据对，利用有关方法拟合而成的曲线，称为传感器的静态特性曲线。图1-6为传感器典型静态特性曲线xyxyxx（a）（b）（c）（d）1-6传感器典型静态特性曲线1.线性度理想的传感器我们希望它们具有单值、线性的输入输出关系，由于实际传感器输入总有非线性（高次项）存在，X-Y总是非线性关系。在小范围内用割线、切线近似代表实际曲线使输入输出线性化。近似后的直线与实际曲线之间存在的最大偏差称传感器的非线性误差——线性度，通常用相对误差表示L：L：图1-7线性度（1-1）式中：ΔLmax为最大非线行绝对误差,YFS为满量程输出，L为线性度。2．灵敏度在稳定条件下，输出微小增量与输入微小增量的比值。（1-2）对线性传感器灵敏度就是直线的斜率，对非线性传感器灵敏度为一变量3．迟滞传感器在正、反行程期间，输入、输出曲线不重合的现象称迟滞。产生这种现象的原因是由敏感元件材料的物理性质缺陷造成，如；弹性元件的滞后，铁磁体、铁电体在外加磁场、电场也有这种现象。迟滞误差一般由满量程输出的百分数表示：（1-3）maxH为正、反行程输出值间的最大差值。（1-4）图1-8迟滞性4．不重复性（1-5）图1-9不重复性不重复性主要由传感器的机械部分的磨损、间隙、松动、部件的内摩擦、积尘、电路老化、工作点漂移等原因产生。多次测试的曲线越重合，其重复性越好。误差越小。5．漂移外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的不需要的变化。时间漂移----指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化二传感器动态特性传感器的动态特性是指传感器的输出对随时间变化的输入量的响应特性。但是，除了理想情况外，实际传感器的输出信号与输入信号之间会出现误差。研究传感器的动态特性主要是从测量误差角度分析产生动态误差的原因以及改善措施。由于传感器在实际工作中随时间变化的输入信号是千变万化的，而且由于随机因素的影响，往往事先无法知道其特性，所以，具体研究传感器的动态特性时，最常用的是通过几种特殊的输入时间函数，并据此确定若干评定动态特性的指标。例如用阶跃函数作为输入来研究其动态特性，这种方法称为阶跃响应法。给传感器的输入端加入如图1-10所示的单位阶跃信号（1-6）图1-10单位阶跃信号“能感受（或响应）规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置”称为传感器。传感器由敏感元件、转换元件、转换电路、电源组成。传感器的分类方法包括按被测物理量分类和按传感器工作原理分类等。传感器的静态特性指标包括：线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性。要点回顾没有!