传感器与检测技术(1) 2011.9.8 2011.9.13

传感器与检测技术

重庆电力高等专科学校 蒋承延

传感器与检测技术基础传感器的重要性( 传感器的重要性(The importance of sensor)

传感器与检测技术基础为了对各种各样的信号进行检测、控制，就必 须获得尽量简单易于处理的信号，这样的要求 只有电信号能够满足。因此作为一种功能块的 传感器可狭义的定义为：“将外界的输入信号 变换为电信号的一类元件。”

传感器与检测技术基础神经

一、传感技术与传感器通信技术感官 大脑

计算机技术 传感技术 现代信息技术

传感技术的核心----------传感器 传感器 传感技术的核心

传感器与检测技术基础二、传感器的定义与组成及分类 (1)传感器的定义与组成 传感器的定义与组成 传感器是能感受被测量并转换为与之有 确定对应关系的可用输出信号的装置。 传感器组成：被测量 敏感元件 传感与元件 信号调节电路 输出

辅助电源

传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有 确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。 其包含以下几个方面的意思： 1.传感器是测量装置，能完成检测任务 2.它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能 是化学量、生物量等 3.输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、 处理、显示等等，这种量可以是气、光、电量，但主 要是电量。 4.输入输出有对应关系，且应有一定的精确度。

传感器与检测技术基础(2)传感器的分类 按被测物理量分： 大致分为：热工量、机械量、物性和成 分量、状态量四类。 按传感器的原理来分类 ： 分为：电阻式 、电感式 、电容式 、磁 电式 、光电式 、霍尔式 、热电式 、微波式 等。

传感器与检测技术基础传感器的一般要求 a.足够的容量，具有一定的过载能力。 b.灵敏度高，精度适当 c.响应速度快，工作稳定，可靠性好。 d.使用性和适应性强 e.使用经济，便于使用、维修和校准。

传感器与检测技术基础三、传感技术的应用与发展 信息技术的关键在于信息的采集、信息的 传输和信息的处理。其中信息采集是由传感器 完成的。 传感器的重要性集中体现在他是实现自动 检测和自动控制的首要环节。

传感器与检测技术基础传感器的发展趋势 社会需求是传感器技术发展的强大动力。 发展的动因： (1)“电五官”落后于“电脑”的现状，已成为微型计 算机进一步开发和应用的一大障碍； (2)许多有竞争力的新产品开发和卓有成效的技术改造， 都离不开传感器； (3)传感器的应用直接带来了明显的经济效益和社会效 益； (4)传感器普及于社会各个领域，将造成良好的销售前 景。

传感器

与检测技术基础主要发展动向，一是开展基础研究，发现新现 象，开发传感器的新材料和新工艺；二是实现 传感器的集成化与智能化。 (1)传感器向新型、微型和智能型发展 (2)测量仪器向高精度和多功能发展 (3)参数测量与数据处理向自动化方向发展 (4)防生化的传感器研究

传感器与检测技术基础四、传感器的特性检测系统获取信息质量的高低，通常由传感器 的性能决定。

(1)传感器的静态特性 当被测量为静态信号，即 被测量不随时间变化或处于稳定 时，传感器的输出量与输入量的 相互关系。常采用输入----输出曲 线。

传感器与检测技术基础实际测试装置的标定曲线并非理想特性曲线。

静态特性曲线可用实际测试获得。 静态特性曲线可用实际测试获得。实际 中为了标定和数据处理的方便， 中为了标定和数据处理的方便，希望得 到线性关系， 到线性关系，采用各种方法如计算机硬 件或软件补偿法等进行线性化处理。 件或软件补偿法等进行线性化处理。但 这些办法都比较复杂。 这些办法都比较复杂。在线性误差不太 大的情况下， 大的情况下，总是采用直线拟合的办法 来线性化。 来线性化。

传感器与检测技术基础y=a0+a1x+a2x2+…+anxn(1) 端点连线

y如果传感器非线性的方次不 高， 输入量变化范围较小 时，可用一条直线(切线或 割线)近似地代表实际曲线 的一段，使传感器输入输出 特性线性化，所采用的直线 a0 称为拟合直线。

y = a0 + Kx

b0 ymaxx

传感器与检测技术基础(2) 端点连线平移拟合 在端点连线拟合基础上使直线平移，y y1 x y2

传感器与检测技术基础(3)过零旋转拟合 ) 曲线过零的传感器。拟合时，使 y1 = y 2 = yMax y y1 y2

x

传感器与检测技术基础(4)最小二乘拟合 )设拟合直线方程：y yi y=kx+b

y=kx+bx 0 xI

若实际校准测试点有n个，则第i个校 准数据与拟合直线上响应值之间的残 差为

Δi=yi-(kxi+b)n

2i 为最小值，即 最小二乘法拟合直线的原理就是使 ∑

∑

i =1

2i =

∑ [yi =1

n

i

(kx i + b )] = min

2

传感器与检测技术基础一些基本概念 1、线性度线性度是指传感器的输 出与输入之间数量关系的线 性程度。 线性度：标定曲线与拟 合直线的偏离程度。 非线性度=(△ 非线性度 △ym/yfs) ×100%

传感器与检测技术基础2、灵敏度传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比即为其静态灵敏度。 灵敏度=(△y/ △x)(线性)灵敏度=(dy/ dx)(非线性)

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