傳感器與自動檢測技術(shù)簡介

1、第1章 傳感器的基本知識2021-7-101第1章 傳感器的基本知識2021-7-102學習要點學習要點u掌握傳感器的概念及組成掌握傳感器的概念及組成u熟悉傳感器的分類方法熟悉傳感器的分類方法u了解傳感器的命名方法了解傳感器的命名方法u掌握傳感器的一般特性掌握傳感器的一般特性第1章 傳感器的基本知識2021-7-1031.1 傳感器的作用與地位傳感器的作用與地位1.2 傳感器的應(yīng)用與發(fā)展傳感器的應(yīng)用與發(fā)展 1.3 傳感器的定義與組成傳感器的定義與組成 1.4 傳感器的分類傳感器的分類 1.5 傳感器的命名及代號傳感器的命名及代號 1.6 傳感器的基本特性傳感器的基本特性 本章小結(jié)本章小結(jié)復習思

2、考題復習思考題主要內(nèi)容返回主目錄第1章 傳感器的基本知識2021-7-1041.1 傳感器的作用與地位 u 世界是由物質(zhì)組成的，各種事物都是物質(zhì)的不同形態(tài)。人們?yōu)榱藦耐饨缡澜缡怯晌镔|(zhì)組成的，各種事物都是物質(zhì)的不同形態(tài)。人們?yōu)榱藦耐饨绔@得信息，必須借助于感覺器官。獲得信息，必須借助于感覺器官。u 人的人的“五官五官”眼、耳、鼻、舌、皮膚眼、耳、鼻、舌、皮膚分別具有分別具有視、聽、嗅、味、觸視、聽、嗅、味、觸覺覺等直接感受周圍事物變化的功能，人的等直接感受周圍事物變化的功能，人的大腦大腦對對“五官五官”感受到的信息感受到的信息進行進行加工、處理加工、處理，從而調(diào)節(jié)人的行為活動。，從而調(diào)節(jié)人的行為活

3、動。u 人們在研究自然現(xiàn)象、規(guī)律以及生產(chǎn)活動中，有時需要對人們在研究自然現(xiàn)象、規(guī)律以及生產(chǎn)活動中，有時需要對某一事物的存某一事物的存在與否作在與否作定性定性了解了解，有時需要進行大量的實驗測量以，有時需要進行大量的實驗測量以確定對象的量值的確定對象的量值的確切數(shù)據(jù)確切數(shù)據(jù)，所以單靠人的自身感覺器官的功能是遠遠不夠的，需要借助，所以單靠人的自身感覺器官的功能是遠遠不夠的，需要借助于某種儀器設(shè)備來完成，這種儀器設(shè)備就是于某種儀器設(shè)備來完成，這種儀器設(shè)備就是傳感器傳感器。傳感器是人類傳感器是人類“五五官官”的延伸，是信息采集系統(tǒng)的首要部件的延伸，是信息采集系統(tǒng)的首要部件。第1章 傳感器的基本知識20

4、21-7-105電量和非電量u表征物質(zhì)特性及運動形式的參數(shù)很多，根據(jù)物質(zhì)的電表征物質(zhì)特性及運動形式的參數(shù)很多，根據(jù)物質(zhì)的電特性，可分為特性，可分為電量和非電量電量和非電量兩類。兩類。u電量電量一般是指物理學中的電學量，例如電壓、電一般是指物理學中的電學量，例如電壓、電流、電阻、電容及電感等；流、電阻、電容及電感等；u非電量非電量則是指除電量之外的一些參數(shù)，例如壓力、則是指除電量之外的一些參數(shù)，例如壓力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、轉(zhuǎn)流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、溫度、濃度及酸堿度等等。速、溫度、濃度及酸堿度等等。u人類為了認識物質(zhì)及事物的本質(zhì)，需要對物質(zhì)特性

5、進人類為了認識物質(zhì)及事物的本質(zhì)，需要對物質(zhì)特性進行測量，其中大多數(shù)是對非電量的測量。行測量，其中大多數(shù)是對非電量的測量。第1章 傳感器的基本知識2021-7-106傳感器的作用u非電量不能直接使用一般的電工儀表和電子儀器進行非電量不能直接使用一般的電工儀表和電子儀器進行測量，因為一般的電工儀表和電子儀器只能測量電量，測量，因為一般的電工儀表和電子儀器只能測量電量，要求輸入的信號為電信號。要求輸入的信號為電信號。u非電量需要轉(zhuǎn)化成與其有一定關(guān)系的電量，再進行測非電量需要轉(zhuǎn)化成與其有一定關(guān)系的電量，再進行測量，量，實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換技術(shù)的器件就是實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換技術(shù)的器件就是傳感器傳感器。u傳感器是獲取自然

6、或生產(chǎn)中信息的關(guān)鍵器件，是現(xiàn)代傳感器是獲取自然或生產(chǎn)中信息的關(guān)鍵器件，是現(xiàn)代信息系統(tǒng)和各種裝備不可缺少的信息采集工具。采用信息系統(tǒng)和各種裝備不可缺少的信息采集工具。采用傳感器技術(shù)的非電量電測方法，就是目前應(yīng)用最廣泛傳感器技術(shù)的非電量電測方法，就是目前應(yīng)用最廣泛的測量技術(shù)。的測量技術(shù)。第1章 傳感器的基本知識2021-7-107傳感器的地位u隨著科學技術(shù)的發(fā)展，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計算傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)機技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的構(gòu)成了現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱產(chǎn)業(yè)三大支柱產(chǎn)業(yè)，分別充，分別充當信息系統(tǒng)的當信息系統(tǒng)的“感官感官”、“神經(jīng)神經(jīng)”和和“大腦大腦”，他們，

7、他們構(gòu)成了一個完整的自動檢測系統(tǒng)。構(gòu)成了一個完整的自動檢測系統(tǒng)。u在利用信息的過程中，首先要解決的問題就是在利用信息的過程中，首先要解決的問題就是獲取可獲取可靠、準確信息靠、準確信息， 所以傳感器精度的高低直接影響計算所以傳感器精度的高低直接影響計算機控制系統(tǒng)的精度，可以說沒有性能優(yōu)良的傳感器，機控制系統(tǒng)的精度，可以說沒有性能優(yōu)良的傳感器，就沒有現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展。就沒有現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展。返回本章目錄第1章 傳感器的基本知識2021-7-1081.2 傳感器的應(yīng)用與發(fā)展 傳感器幾乎滲透到所有的技術(shù)領(lǐng)域。如傳感器幾乎滲透到所有的技術(shù)領(lǐng)域。如工業(yè)工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探索、環(huán)境保護、資生產(chǎn)、宇宙開

8、發(fā)、海洋探索、環(huán)境保護、資源利用、醫(yī)學診斷、生物工程、文物保護源利用、醫(yī)學診斷、生物工程、文物保護等等等廣泛領(lǐng)域，并逐漸深入到人們的生活中。等廣泛領(lǐng)域，并逐漸深入到人們的生活中。 在機器人的技術(shù)發(fā)展中，傳感器采用與否及在機器人的技術(shù)發(fā)展中，傳感器采用與否及采用數(shù)量的多少是衡量機器人是否具有采用數(shù)量的多少是衡量機器人是否具有智能智能的標志，現(xiàn)代智能機器人因為采用了大量的、的標志，現(xiàn)代智能機器人因為采用了大量的、性能更好的、功能更強的、集成度更高的傳性能更好的、功能更強的、集成度更高的傳感器，才使得其具有自我診斷、自我補償、感器，才使得其具有自我診斷、自我補償、自我學習等能力，機器人通過傳感器實現(xiàn)

9、類自我學習等能力，機器人通過傳感器實現(xiàn)類似于人的知覺作用。傳感器被稱為機器人的似于人的知覺作用。傳感器被稱為機器人的“電五官電五官”。第1章 傳感器的基本知識2021-7-109在航空、航天技術(shù)領(lǐng)域，僅在航空、航天技術(shù)領(lǐng)域，僅阿波羅阿波羅1010號飛船號飛船就使就使用了用了數(shù)千個傳感器數(shù)千個傳感器對對32953295個測量參數(shù)進行監(jiān)測。個測量參數(shù)進行監(jiān)測。第1章 傳感器的基本知識2021-7-1010常娥一號第1章 傳感器的基本知識2021-7-1011常娥一號第1章 傳感器的基本知識2021-7-1012 在兵器領(lǐng)域中，使用了諸如在兵器領(lǐng)域中，使用了諸如機械式、壓電、電容、電磁、光纖、紅外、

10、機械式、壓電、電容、電磁、光纖、紅外、激光、生物、微波激光、生物、微波等等傳感器，以實現(xiàn)對周圍環(huán)境的監(jiān)測與目標定位等等傳感器，以實現(xiàn)對周圍環(huán)境的監(jiān)測與目標定位信息的收集，從而更好的解決了安全、可靠的防衛(wèi)能力。信息的收集，從而更好的解決了安全、可靠的防衛(wèi)能力。第1章 傳感器的基本知識2021-7-1013在民用工業(yè)生產(chǎn)中，傳感器也起著至關(guān)重要的作在民用工業(yè)生產(chǎn)中，傳感器也起著至關(guān)重要的作用。如用。如一座大型煉鋼廠就需要一座大型煉鋼廠就需要2 2萬萬多臺傳感器和檢多臺傳感器和檢測儀表測儀表煉鐵高爐監(jiān)控煉鐵高爐監(jiān)控與傳動系統(tǒng)與傳動系統(tǒng) 第1章 傳感器的基本知識2021-7-1014大型的大型的石油化

11、工廠需要石油化工廠需要6 6千千臺傳感器和檢測儀表臺傳感器和檢測儀表第1章 傳感器的基本知識2021-7-1015 一部一部現(xiàn)代化汽車需要現(xiàn)代化汽車需要9090多多只傳感器只傳感器一臺復印機需要一臺復印機需要20多多只傳感器只傳感器第1章 傳感器的基本知識2021-7-1016 日常生活中的電冰箱、洗衣機、電飯煲、音像設(shè)備、電動日常生活中的電冰箱、洗衣機、電飯煲、音像設(shè)備、電動自行車、空調(diào)器、照相機、電熱水器、報警器等家用電器自行車、空調(diào)器、照相機、電熱水器、報警器等家用電器都安裝了傳感器；都安裝了傳感器；第1章 傳感器的基本知識2021-7-1017 在醫(yī)學上，人體的體溫、血壓、心腦電波及腫

12、瘤等的在醫(yī)學上，人體的體溫、血壓、心腦電波及腫瘤等的準確診斷與監(jiān)控都需要借助各種傳感器來完成。準確診斷與監(jiān)控都需要借助各種傳感器來完成。第1章 傳感器的基本知識2021-7-1018 當今信息時代，隨著電子計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，自動當今信息時代，隨著電子計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，自動檢測、自動控制技術(shù)顯露出非凡的能力，傳感器是實現(xiàn)檢測、自動控制技術(shù)顯露出非凡的能力，傳感器是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。沒有傳感器對原始信自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。沒有傳感器對原始信息進行精確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，就沒有現(xiàn)代化的自動檢息進行精確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，就沒有現(xiàn)代化的自動檢測和自動控制系統(tǒng)；沒有傳感器就沒

13、有現(xiàn)代科學技術(shù)的測和自動控制系統(tǒng)；沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學技術(shù)的迅速發(fā)展。迅速發(fā)展。 自自19801980年以來，世界傳感器的產(chǎn)值年增長率達年以來，世界傳感器的產(chǎn)值年增長率達15%15%30%30%，19851985年世界傳感器市場的年產(chǎn)值為年世界傳感器市場的年產(chǎn)值為5050億億，19901990年為年為155155億億。傳感器的發(fā)展是如泉涌，不可阻擋，它是衡量一個。傳感器的發(fā)展是如泉涌，不可阻擋，它是衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展及現(xiàn)代化程度的重要標志。國家經(jīng)濟發(fā)展及現(xiàn)代化程度的重要標志。第1章 傳感器的基本知識2021-7-10191.3 傳感器的定義與組成1.3.1 1.3.1 傳感器的定義傳感器

14、的定義 “能感受（或響應(yīng)）能感受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測量規(guī)定的被測量并按照并按照一定的規(guī)律一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成可用可用輸出信號輸出信號的器件或裝置的器件或裝置”。 這一定義包含了幾個方面的含義：這一定義包含了幾個方面的含義：傳感器是測量裝置，能完成測量任務(wù)；傳感器是測量裝置，能完成測量任務(wù)；它的輸入量是某一被測量，可能是物理量、也可能是化學量、生物它的輸入量是某一被測量，可能是物理量、也可能是化學量、生物量等；量等；它的輸出量是某一物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理和顯示它的輸出量是某一物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理和顯示等，這就是所謂的等，這就是所謂的“可用信號可用信號”的含義；的含

15、義；輸出與輸入有一定的對應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系要有一定的規(guī)律。根據(jù)字輸出與輸入有一定的對應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系要有一定的規(guī)律。根據(jù)字義可以理解傳感器為義可以理解傳感器為一感二傳一感二傳，即感受信息并傳遞出去。，即感受信息并傳遞出去。第1章 傳感器的基本知識2021-7-1020被測非電量被測非電量電量電量敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路它是直接感受被測量，并輸出與它是直接感受被測量，并輸出與被測量構(gòu)成有確定關(guān)系、更易于被測量構(gòu)成有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的某一物理量的元件。轉(zhuǎn)換的某一物理量的元件。 將敏感元件感受將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信

16、號或測量的電信號把轉(zhuǎn)換元件輸出把轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號變換為的電信號變換為便于處理、顯示、便于處理、顯示、記錄、控制和傳記錄、控制和傳輸?shù)目捎秒娦盘栞數(shù)目捎秒娦盘柮舾忻舾性D(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換元件元件電源電源1.3.2 傳感器的組成并并不是不是所有的傳感器必須所有的傳感器必須包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。如果如果敏感元件敏感元件直接輸出直接輸出的是的是電量電量，它就同時，它就同時兼為轉(zhuǎn)換元件兼為轉(zhuǎn)換元件如果如果轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件能直接感受被測量能直接感受被測量而而輸出與之成一定關(guān)系的輸出與之成一定關(guān)系的電量電量，它就同時，它就同時兼為敏感元件兼為敏感元件。例如壓電晶體、熱電偶、熱。例如壓

17、電晶體、熱電偶、熱敏感電阻及光電器件等。敏感元件與轉(zhuǎn)換元件兩者合二為一敏感電阻及光電器件等。敏感元件與轉(zhuǎn)換元件兩者合二為一的傳感器是很多的。的傳感器是很多的。返回本章目錄第1章 傳感器的基本知識2021-7-10211.4 傳感器的分類常用的分類方法有兩種：常用的分類方法有兩種：u一種是按被測輸入量來分一種是按被測輸入量來分.u另一種是按傳感器的工作原理來分另一種是按傳感器的工作原理來分.第1章 傳感器的基本知識2021-7-10221.4.1 按被測物理量分類u 這一種方法是根據(jù)這一種方法是根據(jù)被測量的性質(zhì)被測量的性質(zhì)進行分類，如溫度傳感器、濕度傳感器、進行分類，如溫度傳感器、濕度傳感器、壓

18、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、加速度傳感器及轉(zhuǎn)距傳感器等。傳感器及轉(zhuǎn)距傳感器等。u 這種分類方法把種類繁多的被測量分為這種分類方法把種類繁多的被測量分為基本被測量基本被測量和和派生被測量派生被測量。例如力。例如力可視為基本被測量，從力可派生出壓力、重量、應(yīng)力和力矩等派生被測量?？梢暈榛颈粶y量，從力可派生出壓力、重量、應(yīng)力和力矩等派生被測量。當需要測量這些被測量時，只要采用力傳感器就可以了。了解基本被測量當需要測量這些被測量時，只要采用力傳感器就可以了。了解基本被測量和派生被測量的關(guān)系，對于系統(tǒng)使用何種傳

19、感器是很有幫助的。和派生被測量的關(guān)系，對于系統(tǒng)使用何種傳感器是很有幫助的。u 這種分類的這種分類的優(yōu)點優(yōu)點：比較明確地表達了：比較明確地表達了傳感器的用途傳感器的用途，便于使用者根據(jù)其用，便于使用者根據(jù)其用途選用。途選用。u 缺點缺點：沒有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機理上有何共性和差異，：沒有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機理上有何共性和差異，不便于使用者不便于使用者掌握其基本原理及分析方法掌握其基本原理及分析方法。第1章 傳感器的基本知識2021-7-1023表1-1 基本被測量和派生被測量基本被測量基本被測量派生被測量派生被測量基本被測量基本被測量派生被測量派生被測量位移位移線位移線位移長度、厚度、應(yīng)變、

20、振動、長度、厚度、應(yīng)變、振動、磨損、平面度磨損、平面度力力壓力壓力重量、應(yīng)力、力矩重量、應(yīng)力、力矩角位移角位移旋轉(zhuǎn)角、偏轉(zhuǎn)角、角振動旋轉(zhuǎn)角、偏轉(zhuǎn)角、角振動時間時間頻率頻率周期、記數(shù)、周期、記數(shù)、統(tǒng)計分布統(tǒng)計分布速度速度線速度線速度速度、振動、流量、動量速度、振動、流量、動量溫度溫度熱容、氣體速度、熱容、氣體速度、渦流渦流角速度角速度轉(zhuǎn)速、角振動、角動量轉(zhuǎn)速、角振動、角動量光光光通量與密度、光通量與密度、光譜分布光譜分布加速度加速度線加速度線加速度振動、沖擊、質(zhì)量振動、沖擊、質(zhì)量濕度濕度水分、水氣、露點水分、水氣、露點角加速度角加速度角振動、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量角振動、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量第1章 傳感器的基

21、本知識2021-7-10241.4.2 按傳感器工作原理分類u這一種分類方法是以這一種分類方法是以工作原理劃分工作原理劃分，將物理、化，將物理、化學、生物等學科的原理、規(guī)律和效應(yīng)作為分類的學、生物等學科的原理、規(guī)律和效應(yīng)作為分類的依據(jù)。依據(jù)。u這種分類的這種分類的優(yōu)點優(yōu)點是對傳感器的工作原理表達的比是對傳感器的工作原理表達的比較清楚，而且類別少，有利于傳感器專業(yè)工作者較清楚，而且類別少，有利于傳感器專業(yè)工作者對傳感器進行深入的研究分析。對傳感器進行深入的研究分析。u缺點缺點是不便于使用者根據(jù)用途選用。是不便于使用者根據(jù)用途選用。 第1章 傳感器的基本知識2021-7-10251. 1. 電學式

22、傳感器電學式傳感器u 電學式傳感器常用的有電學式傳感器常用的有: 電阻式傳感器電阻式傳感器利用利用變阻器將被測非電量轉(zhuǎn)換成電阻信號的原理制成變阻器將被測非電量轉(zhuǎn)換成電阻信號的原理制成。 電容式傳感器電容式傳感器利用利用改變電容的幾何尺寸或改變介質(zhì)的性質(zhì)和含量改變電容的幾何尺寸或改變介質(zhì)的性質(zhì)和含量，從，從 而使電容量發(fā)生變化的原理制成的。而使電容量發(fā)生變化的原理制成的。 電感式傳感器電感式傳感器利用利用改變磁路幾何尺寸、磁體位置來改變電感或互感的改變磁路幾何尺寸、磁體位置來改變電感或互感的 電感量或壓磁效應(yīng)原理制成的。電感量或壓磁效應(yīng)原理制成的。 磁電式傳感器磁電式傳感器利用利用電磁感應(yīng)原理電

23、磁感應(yīng)原理，把被測非電量轉(zhuǎn)換成電量而制成。，把被測非電量轉(zhuǎn)換成電量而制成。 電渦流式傳感器電渦流式傳感器利用利用金屬在磁場中運動切割磁力線，在金屬內(nèi)形成金屬在磁場中運動切割磁力線，在金屬內(nèi)形成渦渦 流的原理而制成。流的原理而制成。第1章 傳感器的基本知識2021-7-10262. 2. 磁學式傳感器磁學式傳感器u磁學式傳感器的是利用磁學式傳感器的是利用鐵磁物質(zhì)的一些鐵磁物質(zhì)的一些物理效應(yīng)而制成的物理效應(yīng)而制成的。u磁學式傳感器的主要用于位移、轉(zhuǎn)矩等磁學式傳感器的主要用于位移、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的測量。參數(shù)的測量。第1章 傳感器的基本知識2021-7-10273. 3. 光電式傳感器光電式傳感器u光電式

24、傳感器在非電量電測及自動控制光電式傳感器在非電量電測及自動控制技術(shù)中占有重要的地位。它是利用技術(shù)中占有重要的地位。它是利用光電光電器件的光電效應(yīng)和光學原理制成器件的光電效應(yīng)和光學原理制成。u光電式傳感器主要用于光強、光通量、光電式傳感器主要用于光強、光通量、位移、濃度等參數(shù)的測量。位移、濃度等參數(shù)的測量。第1章 傳感器的基本知識2021-7-10284. 4. 電勢型傳感器電勢型傳感器u電勢型傳感器是利用電勢型傳感器是利用熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)及霍耳效應(yīng)及霍耳效應(yīng)等原理而制成。等原理而制成。u電勢型傳感器主要用于溫度、磁通量、電電勢型傳感器主要用于溫度、磁通量、電流、速度、光通量

25、及熱輻射等參數(shù)的測量。流、速度、光通量及熱輻射等參數(shù)的測量。第1章 傳感器的基本知識2021-7-10295. 5. 電荷型傳感器電荷型傳感器u電荷型傳感器是利用電荷型傳感器是利用壓電效應(yīng)原理壓電效應(yīng)原理而制成。而制成。u主要用于力及加速度的測量。主要用于力及加速度的測量。 （動態(tài)力測量）（動態(tài)力測量）第1章 傳感器的基本知識2021-7-10306. 6. 半導體型傳感器半導體型傳感器u半導體型傳感器是利用半導體型傳感器是利用半導體的壓阻效應(yīng)、半導體的壓阻效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、電磁效應(yīng)及半導體與氣體接觸內(nèi)光電效應(yīng)、電磁效應(yīng)及半導體與氣體接觸產(chǎn)生物質(zhì)變化等原理而制成產(chǎn)生物質(zhì)變化等原理而制成。u半導

26、體型傳感器主要用于溫度、濕度、壓力、半導體型傳感器主要用于溫度、濕度、壓力、加速度、磁場和有害氣體的測量。加速度、磁場和有害氣體的測量。第1章 傳感器的基本知識2021-7-10317. 7. 諧振式傳感器諧振式傳感器u諧振式傳感器是利用改變諧振式傳感器是利用改變電或機械固有電或機械固有參數(shù)來參數(shù)來改變諧振頻率改變諧振頻率的原理而制成的原理而制成。u主要用來測量壓力主要用來測量壓力。第1章 傳感器的基本知識2021-7-10328. 8. 電化學式傳感器電化學式傳感器u電化學式傳感器是電化學式傳感器是以離子導電原理為基礎(chǔ)而制成以離子導電原理為基礎(chǔ)而制成。u根據(jù)其電特性的形成不同，電化學傳感器可

27、分為根據(jù)其電特性的形成不同，電化學傳感器可分為電電位式傳感器、電導式傳感器、電量式傳感器、極譜位式傳感器、電導式傳感器、電量式傳感器、極譜（極化）式傳感器和電解式傳感器（極化）式傳感器和電解式傳感器等。等。u電化學式傳感器主要用于分析氣體成分、液體成分、電化學式傳感器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、電導率及氧溶于液體的固體成分、液體的酸堿度、電導率及氧化還原電位參數(shù)的測量?；€原電位參數(shù)的測量。第1章 傳感器的基本知識2021-7-1033其他分類方法u按按能量能量分類分類有源傳感器和無源傳感器有源傳感器和無源傳感器；u按按輸出信號的性質(zhì)輸出信號的性質(zhì)分類分類

28、模擬式和數(shù)字式模擬式和數(shù)字式傳感器。傳感器。數(shù)字式傳感器輸出為數(shù)字量，便于與計算機聯(lián)用，數(shù)字式傳感器輸出為數(shù)字量，便于與計算機聯(lián)用，且抗干擾性較強，例如盤式角度數(shù)字傳感器，光柵且抗干擾性較強，例如盤式角度數(shù)字傳感器，光柵傳感器等。傳感器等。u本書主要是按本書主要是按被測量分類被測量分類編寫的，適當加以工作原編寫的，適當加以工作原理的分析，重點講述各種傳感器的用途，使讀者學理的分析，重點講述各種傳感器的用途，使讀者學會使用傳感器，進一步去開發(fā)新型傳感器。會使用傳感器，進一步去開發(fā)新型傳感器。返回本章目錄第1章 傳感器的基本知識2021-7-10341.5 傳感器的命名及代號1.5.1 1.5.1

29、 傳感器命名法的構(gòu)成傳感器命名法的構(gòu)成 傳感器產(chǎn)品的名稱，應(yīng)由傳感器產(chǎn)品的名稱，應(yīng)由主題詞主題詞及及四級修飾語四級修飾語構(gòu)成。構(gòu)成。（1 1）主題詞）主題詞傳感器。傳感器。（2 2）第一級修飾語）第一級修飾語被測量，包括修飾被測量的定語。被測量，包括修飾被測量的定語。（3 3）第二級修飾語）第二級修飾語轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以“式式”字。字。（4 4）第三級修飾語）第三級修飾語特征描述，指必須強調(diào)的傳感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征、特征描述，指必須強調(diào)的傳感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征、敏感元件及其他必須的性能特征，一般可后續(xù)以敏感元件及其他必須的性能特征，一般可后續(xù)以“型型”字。字。

30、（5 5）第四級修飾語）第四級修飾語主要技術(shù)指標（量程、精確度、靈敏度等）。主要技術(shù)指標（量程、精確度、靈敏度等）。 本命名法在有關(guān)傳感器的本命名法在有關(guān)傳感器的統(tǒng)計表格、圖書索引、檢索以及計算機漢字處理統(tǒng)計表格、圖書索引、檢索以及計算機漢字處理等等特殊場合使用。特殊場合使用。例例1 1 傳感器，絕對壓力，應(yīng)變式，放大型，傳感器，絕對壓力，應(yīng)變式，放大型，1 13500kPa3500kPa；例例2 2 傳感器，加速度，壓電式，傳感器，加速度，壓電式，20g20g。 在在技術(shù)文件、產(chǎn)品樣書、學術(shù)論文、教材及書刊技術(shù)文件、產(chǎn)品樣書、學術(shù)論文、教材及書刊的陳述句子中，作為產(chǎn)品名的陳述句子中，作為產(chǎn)品

31、名稱應(yīng)采用與上述稱應(yīng)采用與上述相反的順序相反的順序。例例1 11 13500kPa3500kPa放大型應(yīng)變式絕對壓力傳感器；放大型應(yīng)變式絕對壓力傳感器；例例2 2 20g20g壓電式加速度傳感器。壓電式加速度傳感器。第1章 傳感器的基本知識2021-7-10351.5.2 傳感器代號的標記方法u 一般規(guī)定用大寫漢字拼音字母和阿拉伯數(shù)字構(gòu)成傳感器完整代號。一般規(guī)定用大寫漢字拼音字母和阿拉伯數(shù)字構(gòu)成傳感器完整代號。u 傳感器完整代號應(yīng)包括以下四個部分：（傳感器完整代號應(yīng)包括以下四個部分：（1）主稱（傳感器）；）主稱（傳感器）；（2）被測量；（）被測量；（3）轉(zhuǎn)換原理；（）轉(zhuǎn)換原理；（4）序號。四部

32、分代號格式為：）序號。四部分代號格式為：在被測量、轉(zhuǎn)換原理、序號三部分代號之間有連字符在被測量、轉(zhuǎn)換原理、序號三部分代號之間有連字符“-”連接。連接。例例1：應(yīng)變式位移傳感器，代號為：應(yīng)變式位移傳感器，代號為：CWY-YB-10；例例2：光纖壓力傳感器，代號為：光纖壓力傳感器，代號為：CY-GQ-1；例例3：溫度傳感器，代號為：溫度傳感器，代號為：CW-01A；例例4：電容式加速度傳感器，代號為：電容式加速度傳感器，代號為：CA-DR-2。返回本章目錄u有少數(shù)代號用其英文的第一個字母表示，如加速度用有少數(shù)代號用其英文的第一個字母表示，如加速度用“A”表示表示。第1章 傳感器的基本知識2021-

33、7-10361.6 傳感器的基本特性u傳感器的基本特性，即輸入輸出特性 動態(tài)特性動態(tài)特性-被測量隨時間快速變化時傳感器被測量隨時間快速變化時傳感器 輸入與輸出間的關(guān)系。輸入與輸出間的關(guān)系。靜態(tài)特性靜態(tài)特性-被測量不隨時間變化或隨時間變化被測量不隨時間變化或隨時間變化 緩慢時輸入與輸出間的關(guān)系。緩慢時輸入與輸出間的關(guān)系。傳傳感感器器的的基基本本特特性性第1章 傳感器的基本知識2021-7-1037靜態(tài)測量第1章 傳感器的基本知識2021-7-1038緩慢變化的測量-靜態(tài)測量第1章 傳感器的基本知識2021-7-1039動態(tài)測量第1章 傳感器的基本知識2021-7-10401.6.1 傳感器的靜態(tài)

34、特性傳感器的靜態(tài)數(shù)學模型傳感器的靜態(tài)數(shù)學模型-靜態(tài)的數(shù)學模型是指靜態(tài)的數(shù)學模型是指在靜態(tài)信號作用下，在靜態(tài)信號作用下，傳感器輸出與輸入量之間的一種函數(shù)關(guān)系傳感器輸出與輸入量之間的一種函數(shù)關(guān)系。如果不考慮遲滯特性和蠕動。如果不考慮遲滯特性和蠕動效應(yīng)，傳感器的靜態(tài)數(shù)學模型一般可用次多項式來表示為效應(yīng)，傳感器的靜態(tài)數(shù)學模型一般可用次多項式來表示為 (1-1)2012.nnyaa xa xa x輸入量，輸入量，即被測量即被測量傳感器的理傳感器的理論輸出量論輸出量零輸入時的零輸入時的輸出輸出, ,也叫也叫零位輸出零位輸出傳感器線性項傳感器線性項系數(shù)也稱線性系數(shù)也稱線性靈敏度，常用靈敏度，常用K或或S表示

35、表示非線性項系數(shù)，非線性項系數(shù)，其數(shù)值由具體其數(shù)值由具體傳感器非線性傳感器非線性特性決定特性決定第1章 傳感器的基本知識2021-7-1041傳感器靜態(tài)數(shù)學模型傳感器靜態(tài)數(shù)學模型4 4種特殊形式種特殊形式 理想的線性特性理想的線性特性-能準確無誤地反映被測的真值能準確無誤地反映被測的真值線性傳感器的特性線性傳感器的特性-不過原點的直線不過原點的直線 僅有偶次非線性項僅有偶次非線性項-線性范圍較窄，線性度較差，靈敏度為線性范圍較窄，線性度較差，靈敏度為相應(yīng)曲線的斜率相應(yīng)曲線的斜率 2420242.nnyaa xa xa x僅有奇次非線性項僅有奇次非線性項-線性范圍較寬，且特性曲線相對坐標原線性范

36、圍較寬，且特性曲線相對坐標原點對稱，具有這種特性的傳感器使用時應(yīng)采取線性補償措施點對稱，具有這種特性的傳感器使用時應(yīng)采取線性補償措施 32101321.nnyaa xa xax圖1-2 傳感器典型靜態(tài)特性曲線xyxyxx（a）（b）（c）（d） n = 0,1,2, 1ya x01yaa x第1章 傳感器的基本知識2021-7-10422. 傳感器的靜態(tài)性能指標傳感器的靜態(tài)特性主要由傳感器的靜態(tài)特性主要由性能指標來描述性能指標來描述量程范圍量程范圍線性度線性度靈敏度靈敏度重復性重復性遲遲 滯滯分辨力和閾值分辨力和閾值穩(wěn)定性穩(wěn)定性漂漂 移移第1章 傳感器的基本知識2021-7-1043線性度線性

37、度u線性度線性度-傳感器輸出量與輸入量之間的實際關(guān)系曲線傳感器輸出量與輸入量之間的實際關(guān)系曲線偏離偏離理論擬合直線理論擬合直線的程度的程度，又稱非線性誤差。線性度可用下式表，又稱非線性誤差。線性度可用下式表示為示為 max.100%LF Sey .max0F Syyy(1-6)實際曲線與擬實際曲線與擬合直線之間的合直線之間的最大偏差最大偏差滿量程輸滿量程輸出平均值出平均值最大輸出最大輸出平均值平均值最小輸出最小輸出平均值平均值第1章 傳感器的基本知識2021-7-1044線性度是以擬合直線作為基準來確定的，線性度是以擬合直線作為基準來確定的，擬合方法不同，線性度的大小也不同擬合方法不同，線性度

38、的大小也不同u常用的擬合方法有常用的擬合方法有理論直線法、端點連線法、割線法、最小二乘法理論直線法、端點連線法、割線法、最小二乘法等。等。u端點連線法簡單直觀，應(yīng)用比較廣泛，但沒有考慮所有測量數(shù)據(jù)的分布，端點連線法簡單直觀，應(yīng)用比較廣泛，但沒有考慮所有測量數(shù)據(jù)的分布， 擬合精度較低。擬合精度較低。u最小二乘法擬合精度最高，但計算繁瑣，需要借助計算機來完成。最小二乘法擬合精度最高，但計算繁瑣，需要借助計算機來完成。第1章 傳感器的基本知識2021-7-10452. 2. 靈敏度靈敏度u 靈敏度是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傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出增量與輸入增量的比值。u 線性傳感器，

39、其靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率，如圖線性傳感器，其靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率，如圖1-4a1-4a所示所示. .圖圖1-4 1-4 傳感器的靈敏度傳感器的靈敏度u非線性傳感器的靈敏度是一個隨工作點而變的變量，如圖非線性傳感器的靈敏度是一個隨工作點而變的變量，如圖1-4b1-4b所示所示. .第1章 傳感器的基本知識2021-7-1046作圖法求靈敏度切點傳感器特性曲線第1章 傳感器的基本知識2021-7-10473. 重復性u重復性重復性-傳感器在傳感器在輸入量按同一方向作全量程輸入量按同一方向作全量程多次多次測試時，測試時，所得特性曲線不一致性的程度所得特性曲線不一致性的程度，如圖如圖1-

40、51-5所示所示。max.100%RF Sey 不重復性主要由傳感器的機械部分的磨損、不重復性主要由傳感器的機械部分的磨損、間隙、松動、部件的內(nèi)摩擦、積塵、電路老化、間隙、松動、部件的內(nèi)摩擦、積塵、電路老化、工作點漂移等原因產(chǎn)生。工作點漂移等原因產(chǎn)生。u多次測試的不重復誤差，多次測試的不重復誤差，多次測試的曲線越重合，多次測試的曲線越重合，其重復性越好其重復性越好。輸出最大不輸出最大不重復誤差重復誤差滿量程輸出滿量程輸出平均值平均值圖圖1-5 1-5 重復性重復性第1章 傳感器的基本知識2021-7-1048標準偏差標準偏差u 重復性誤差反映的是校準數(shù)據(jù)的重復性誤差反映的是校準數(shù)據(jù)的離散程度離

41、散程度，屬，屬隨機誤差隨機誤差，按上述，按上述方法計算就不太合理。由于測量次數(shù)不同，其最大偏差也不一樣。方法計算就不太合理。由于測量次數(shù)不同，其最大偏差也不一樣。因此一般按因此一般按標準偏差標準偏差來計算重復性誤差，其表達式為來計算重復性誤差，其表達式為: : max.(23)100%RF Sey 標準偏差常用貝塞爾公式計算標準偏差常用貝塞爾公式計算21()1niiiyyn全部校準點正、反行程輸全部校準點正、反行程輸出值的標準偏差中最大值出值的標準偏差中最大值某校準點某校準點的輸出值的輸出值在第個校準點上輸在第個校準點上輸出量的平均值出量的平均值測量次數(shù)測量次數(shù)第1章 傳感器的基本知識2021

42、-7-10494. 4. 遲滯現(xiàn)象遲滯現(xiàn)象u 遲滯現(xiàn)象遲滯現(xiàn)象-傳感器在傳感器在正向行程正向行程( (輸入量增大輸入量增大) )和和反向行程反向行程( (輸入量輸入量減小減小) )期間期間，輸出輸出輸入特性曲線輸入特性曲線不一致的程度不一致的程度，如圖，如圖1616所示。所示。maxmax.100%100%2HHF SF Seeyy 或（1-12）u遲滯反映了傳感器機械部分不可避免的缺陷，如軸承摩擦、間隙、螺釘遲滯反映了傳感器機械部分不可避免的缺陷，如軸承摩擦、間隙、螺釘松動、元件腐蝕或碎裂、材料內(nèi)摩擦、積塵等。松動、元件腐蝕或碎裂、材料內(nèi)摩擦、積塵等。最大滯環(huán)誤差最大滯環(huán)誤差 圖圖1-6 1

43、-6 遲滯特性遲滯特性第1章 傳感器的基本知識2021-7-1050圖圖1-7 1-7 分辨力和閾值分辨力和閾值yx閾值0minx5. 5. 分辨力和閾值分辨力和閾值 u 傳感器的分辯力傳感器的分辯力-實際測量時，傳感器的輸入實際測量時，傳感器的輸入輸出關(guān)系不可能保持絕對連續(xù)。有時輸入量開始輸出關(guān)系不可能保持絕對連續(xù)。有時輸入量開始變化，但輸出量并不立刻隨之變化，而是輸入量變化，但輸出量并不立刻隨之變化，而是輸入量變化到某一程度時輸出才突然產(chǎn)生一小的階躍變變化到某一程度時輸出才突然產(chǎn)生一小的階躍變化。實際上傳感器的特性曲線并不是十分平滑，化。實際上傳感器的特性曲線并不是十分平滑，而是呈階梯形變

44、化的，如圖而是呈階梯形變化的，如圖1-71-7所示。在所示。在規(guī)定測量規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測的范圍內(nèi)所能檢測的輸入量的最小變化量輸入量的最小變化量XminXmin（有量綱）（有量綱）。有時也用該值相對滿量程輸入值的。有時也用該值相對滿量程輸入值的百分數(shù)表示（分辨率百分數(shù)表示（分辨率- -無量綱）。無量綱）。u 閾值通常又稱為死區(qū)、失靈區(qū)、靈敏限、靈敏閾、閾值通常又稱為死區(qū)、失靈區(qū)、靈敏限、靈敏閾、鈍感區(qū)，是輸入量由零變化到使輸出量開始發(fā)生鈍感區(qū)，是輸入量由零變化到使輸出量開始發(fā)生可觀變化的輸入量的值可觀變化的輸入量的值，圖中的，圖中的 值。值。第1章 傳感器的基本知識2021-7-1051u對

45、于數(shù)字儀表而言，指示數(shù)字的對于數(shù)字儀表而言，指示數(shù)字的最后一位數(shù)字所代表的值就是它的最后一位數(shù)字所代表的值就是它的分辨力。當被測量的變化小于分辨分辨力。當被測量的變化小于分辨力時，儀表的最后一位數(shù)字保持不力時，儀表的最后一位數(shù)字保持不變。變。u分辨力是一個可反映傳感器能否分辨力是一個可反映傳感器能否精密測量的性能指標，即可用輸入精密測量的性能指標，即可用輸入量來表示，也可用輸出量來表示。量來表示，也可用輸出量來表示。u造成傳感器具有有限分辨力的因造成傳感器具有有限分辨力的因素很多，如機械運動造成的干摩擦素很多，如機械運動造成的干摩擦和卡塞等。和卡塞等。第1章 傳感器的基本知識2021-7-10

46、526. 6. 穩(wěn)定性穩(wěn)定性u穩(wěn)定性有穩(wěn)定性有短期穩(wěn)定性短期穩(wěn)定性和和長期穩(wěn)定性長期穩(wěn)定性之分。之分。u傳感器常用傳感器常用長期穩(wěn)定性長期穩(wěn)定性表示，它是指在室表示，它是指在室溫條件下溫條件下, ,經(jīng)過相當長的時間間隔，如一天、經(jīng)過相當長的時間間隔，如一天、一月或一年，傳感器的一月或一年，傳感器的輸出與起始標定輸出與起始標定時時的輸出之間的差異。通常又用其不穩(wěn)定度的輸出之間的差異。通常又用其不穩(wěn)定度來表征其輸出的穩(wěn)定度。來表征其輸出的穩(wěn)定度。第1章 傳感器的基本知識2021-7-10537. 7. 漂移漂移u傳感器的漂移傳感器的漂移-外界的干擾下外界的干擾下，輸出量發(fā)輸出量發(fā)生與輸入量生與輸入

47、量無關(guān)無關(guān)的不需要的變化的不需要的變化。零點漂移零點漂移靈敏度漂移靈敏度漂移漂移漂移時間漂移時間漂移-指在規(guī)定的條件下，零點指在規(guī)定的條件下，零點 或靈敏度隨時間的緩慢變化或靈敏度隨時間的緩慢變化溫度漂移溫度漂移-環(huán)境溫度環(huán)境溫度變變而引起的零點或而引起的零點或 靈敏度的變化靈敏度的變化溫度漂移溫度漂移時間漂移時間漂移第1章 傳感器的基本知識2021-7-10548. 測量范圍和量程u 傳感器所能測量的傳感器所能測量的最大被測量最大被測量（輸入量）的數(shù)值稱為（輸入量）的數(shù)值稱為測量上限測量上限，最小被測最小被測量量稱為稱為測量下限測量下限，上限與下限之間的區(qū)間，則稱為測量范圍。，上限與下限之間

48、的區(qū)間，則稱為測量范圍。u 量程量程-測量上限與下限的測量上限與下限的代數(shù)差代數(shù)差。例如：例如：u 測量范圍為測量范圍為0 0+10N+10N，量程為，量程為10N10N；u 測量范圍為測量范圍為-20-20+20+20，量程為，量程為4040；u 測量范圍為測量范圍為-5-5+10g+10g，量程為，量程為15g15g；u 測量范圍為測量范圍為1001001000Pa1000Pa，量程為，量程為900Pa900Pa；u 通過測量范圍，可以知道傳感器的通過測量范圍，可以知道傳感器的測量上限與下限測量上限與下限，以便正確使用傳感器；，以便正確使用傳感器；通過量程，可以知道傳感器的通過量程，可以知

49、道傳感器的滿量程輸入值滿量程輸入值，而其對應(yīng)的滿量程輸出值，而其對應(yīng)的滿量程輸出值，乃是決定傳感器性能的一個重要數(shù)據(jù)。乃是決定傳感器性能的一個重要數(shù)據(jù)。第1章 傳感器的基本知識2021-7-10551.6.2 1.6.2 傳感器的動態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性u在在動態(tài)動態(tài)( (快速變化快速變化) )的輸入信號的輸入信號情況下，要求傳感器不僅能精情況下，要求傳感器不僅能精確地測量信號的確地測量信號的幅值大小幅值大小，而且能測量出信號，而且能測量出信號變化變化的過程。的過程。這就要求傳感器能迅速準確地這就要求傳感器能迅速準確地響應(yīng)響應(yīng)和和再現(xiàn)被測信號的變化再現(xiàn)被測信號的變化。也就是說，傳感器要有也就是

50、說，傳感器要有良好的動態(tài)特性良好的動態(tài)特性。u具體研究傳感器的動態(tài)特性時，通常從具體研究傳感器的動態(tài)特性時，通常從時域和頻域時域和頻域兩方面采兩方面采用用瞬態(tài)響應(yīng)法瞬態(tài)響應(yīng)法和和頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法來分析。來分析。u最常用的是通過幾種特殊的輸入時間函數(shù)，例如用最常用的是通過幾種特殊的輸入時間函數(shù)，例如用階躍函數(shù)階躍函數(shù)來研究其響應(yīng)特性，稱為階躍響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法。來研究其響應(yīng)特性，稱為階躍響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法。第1章 傳感器的基本知識2021-7-10561. 傳感器的動態(tài)數(shù)學模型 u傳感器的動態(tài)數(shù)學模型傳感器的動態(tài)數(shù)學模型-指在隨時間變指在隨時間變化的動態(tài)信號作用下，傳感器輸出與輸化的動態(tài)信號

51、作用下，傳感器輸出與輸入量間的函數(shù)關(guān)系，它通常稱為入量間的函數(shù)關(guān)系，它通常稱為響應(yīng)特響應(yīng)特性性。u動態(tài)數(shù)學模型一般采用動態(tài)數(shù)學模型一般采用微分方程微分方程和和傳遞傳遞函數(shù)函數(shù)描述。描述。第1章 傳感器的基本知識2021-7-1057微分方程微分方程表達式 式中：式中： 與傳感器的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)與傳感器的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) tt時間；時間；yy輸出量輸出量y(t)y(t)；xx輸入量輸入量x(t)x(t)。1110111101.nnnnnnmmmmmmd ydydyaaaa ydtdtdtd xdxdxbbbb xdtdtdt101.onmaaabbb、 、 ， 、 、（1-13）u數(shù)學上常采用數(shù)學

52、上常采用拉普拉斯變換拉普拉斯變換將實數(shù)域的微分方程變成復數(shù)域?qū)崝?shù)域的微分方程變成復數(shù)域（S S域）的代數(shù)方程，求解代數(shù)方程就容易多了。域）的代數(shù)方程，求解代數(shù)方程就容易多了。 第1章 傳感器的基本知識2021-7-1058傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)u動態(tài)特性的傳遞函數(shù)在線性定常系統(tǒng)中是初始條件為動態(tài)特性的傳遞函數(shù)在線性定常系統(tǒng)中是初始條件為0 0時，時，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。u由數(shù)學理論知，如果當由數(shù)學理論知，如果當t0t0時時,y(t)=0,y(t)=0,則則y(t)y(t)的拉普拉斯的拉普拉斯變換可定義為變換可定義為 式中式中 s=

53、+js=+j， 00。對式（對式（113113）現(xiàn)兩邊取拉普拉斯變換，則得）現(xiàn)兩邊取拉普拉斯變換，則得0( )( )stY Sy t edt(1-14) 第1章 傳感器的基本知識2021-7-1059011101( )(.)( )(.)nnmmnnmmY s a sasaX s b sbsb則系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 為( )H s011110.( )( )( ).mmmmnnnnb sbsbY sH sX sa sasa1110111101.nnnnnnmmmmmmd ydydyaaaa ydtdtdtd xdxdxbbbb xdtdtdt（113）第1章 傳感器的基本知識2021-7-1060傳遞函

54、數(shù) H（S）表達式含義 (1-15) u （1-151-15）第二個等號右邊是一個與輸入無關(guān)的表達式，只與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參）第二個等號右邊是一個與輸入無關(guān)的表達式，只與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，可見數(shù)有關(guān)，可見傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)H H（S S）是描述傳感器本身信息的特性）是描述傳感器本身信息的特性，條件是條件是t t 0 0，y(t) = 0y(t) = 0，即，即傳感器被激勵之前所有儲能元件如質(zhì)量塊、彈性元件、傳感器被激勵之前所有儲能元件如質(zhì)量塊、彈性元件、電氣元件均沒有積存能量電氣元件均沒有積存能量。這樣不必了解復雜系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)內(nèi)容，只。這樣不必了解復雜系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)內(nèi)容，只要給出一個激勵要給出一個激勵

55、x(t)x(t)，得到系統(tǒng)對，得到系統(tǒng)對x(t)x(t)的響應(yīng)的響應(yīng)y(t)y(t)，由它們的拉普拉斯，由它們的拉普拉斯變換就可以確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)變換就可以確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H(s)H(s)。對于多環(huán)節(jié)串聯(lián)或并聯(lián)組成的傳。對于多環(huán)節(jié)串聯(lián)或并聯(lián)組成的傳感器或檢測系統(tǒng)，如果各環(huán)節(jié)阻抗匹配適當，可略去相互之間的影響，感器或檢測系統(tǒng)，如果各環(huán)節(jié)阻抗匹配適當，可略去相互之間的影響，總的傳遞函數(shù)可由各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)相乘或相加求得。當傳感器比較復雜總的傳遞函數(shù)可由各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)相乘或相加求得。當傳感器比較復雜或傳感器的基本參數(shù)未知時，可以通過實驗求得傳遞函數(shù)?；騻鞲衅鞯幕緟?shù)未知時，可以通過實驗求得傳遞函

56、數(shù)。011110.( )( )( ).mmmmnnnnb sbsbY sH sX sa sasa第1章 傳感器的基本知識2021-7-10612. 動態(tài)特性u在動態(tài)在動態(tài)( (快速變化快速變化) )的輸入信號作用下，要求傳感器不僅的輸入信號作用下，要求傳感器不僅能精確地測量信號的幅值大小，而且能測量出信號變化能精確地測量信號的幅值大小，而且能測量出信號變化的過程。這就要求傳感器能的過程。這就要求傳感器能迅速準確迅速準確地地響應(yīng)和再現(xiàn)響應(yīng)和再現(xiàn)被測被測信號的變化。也就是說，傳感器要有良好的動態(tài)特性。信號的變化。也就是說，傳感器要有良好的動態(tài)特性。動態(tài)特性動態(tài)特性時域時域-瞬態(tài)響應(yīng)法（研究系統(tǒng)輸出

57、波形）瞬態(tài)響應(yīng)法（研究系統(tǒng)輸出波形） -階躍信號階躍信號頻域頻域-頻率響應(yīng)法來（研究系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)）頻率響應(yīng)法來（研究系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)） -正弦信號正弦信號第1章 傳感器的基本知識2021-7-1062階躍響應(yīng)特性（時域）階躍響應(yīng)特性（時域） u給傳感器輸入一個單位階躍函數(shù)信號給傳感器輸入一個單位階躍函數(shù)信號u其輸出特性稱為階躍響應(yīng)特性。表征階躍響應(yīng)特性的主要其輸出特性稱為階躍響應(yīng)特性。表征階躍響應(yīng)特性的主要技術(shù)指標有：時間常數(shù)、延遲時間、上升時間、峰值時間、技術(shù)指標有：時間常數(shù)、延遲時間、上升時間、峰值時間、最大超調(diào)量、響應(yīng)時間等。如圖最大超調(diào)量、響應(yīng)時間等。如圖1-81-8、1-91-9所示。所

58、示。x x（t t）= = 0010 tt (1-16) 第1章 傳感器的基本知識2021-7-1063tptrtstdtp穩(wěn) 態(tài) 誤 差1.00.90.50.1( )y t0(52)%圖圖1-9 1-9 二階傳感器階躍響應(yīng)特性二階傳感器階躍響應(yīng)特性trtdt1.00.90.50.1( )y t0.6320圖圖1-8 1-8 一階傳感器階躍響應(yīng)特性一階傳感器階躍響應(yīng)特性時間常數(shù)時間常數(shù) -一階傳感器階躍響應(yīng)曲一階傳感器階躍響應(yīng)曲線由零上升到穩(wěn)態(tài)值的線由零上升到穩(wěn)態(tài)值的63.2%63.2%所需要的時間所需要的時間最大超調(diào)量最大超調(diào)量p p-響應(yīng)響應(yīng)偏離階躍曲線的最大偏離階躍曲線的最大值，常用百分數(shù)表示，值，常用百分數(shù)表示，能說明傳感器的相對能說明傳感器的相對穩(wěn)定性穩(wěn)定性上升時間上升時間t tr r-響應(yīng)響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%10%上升到上升到90%90%所所需要的時間需要的時間峰值時間峰值時間t tp p-響應(yīng)響應(yīng)曲線上升到第一個曲線上升到第一個峰值所需要的時間峰值所需要的時間響應(yīng)時間響應(yīng)時間t ts s-響應(yīng)曲線逐漸趨于響應(yīng)曲線逐漸趨于穩(wěn)定，到與穩(wěn)態(tài)值之