1.1.2 传感器的基本知识（课件）-《传感器检测技术》同步教学（人民邮电版）

● 项目——传感器与检测技术基础 ● 任务——传感器的认知 1 传感器的基本知识 ► 任务导入 ● 机器人的感知 ● 了解传感器的概念、组成、分类等知识 传感器的基本知识 ► 传感器的定义 传感器（Transducer/Sensor）： 能感受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和装置。 传感器 非电量 电量 传感器的基本知识 ► 传感器的定义 （1）传感器是一种能够检测被测量的器件或装置； （2）被测量可以是物理量、化学量或生物量等； （3）输出信号要便于传输、转换、处理、显示等，一般电参量； （4）输出信号要正确地反映被测量的数值、变化规律等，即两者之间要有确定的对应关系，且应具有一定的精确度。 传感器的基本知识 ► 传感器的组成 ● 敏感元件：是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 辅助电源 敏感元件 转换元件 转换电路 被测量 电量 ● 转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。 ● 转换电路：将转换元件输出的电参量转换为电压、电流或频率。 ► 传感器的分类 01 电阻式、电感式、电容式、压电式、光电式、热电式、波式和辐射式等。 02 03 04 √ 按照工作原理不同： 位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等。 √ 按照被测量不同： 结构型传感器 物性型传感器 √ 按照工作机理不同： 能量变换型（发电型） 能量控制型（参量型） √ 按照转换能量供给形式不同： 传感器的基本知识 6 ► 传感器的发展 利用新材料 微机械加工技术 集成传感器 智能化传感器 发现并利用新现象 内容 内容 内容 内容 √ 研究发现新现象与新效应是研究开发新型传感器的基础。 √ 由于材料科学的进步，人们可制造出各种新型传感器。 √ 半导体技术中的加工方法已引进到传感器制造容。 √ 集成传感器将辅助电路中的元件与传感元件同时集成在一块芯片上，使之具有校准、补偿、自诊断和网络通信的功能。 内容 √ 智能化传感器是一种带微处理器的传感器，是微型计算机和传感器相结合的成果，兼有检测、判断和信息处理功能。 传感器的基本知识 7 ●项目—— 传感器与检测技术基础 ● 任务——传感器的认知 8 传感器的特性分析 ► 任务导入 ● 任务要求：实时监测一个高温箱的温度，测量温度大约为50℃～80℃，检测结果的精度要达到1℃。 ● 现有条件：现有三种带数字显示表的温度传感器，它们的量程分别是0℃～500℃、0℃～300℃、0℃ ～100℃，精度等级分别是0.2级、0.5级和1.0级。 ● 传感器特性：输出与输入之间的关系。可用数学函数、坐标曲线、图表等方式表示。 ► 传感器的基本特性 根据被测量状态的不同 ● 静态特性——当输入量为常量或变化极慢时，即被测量处于稳定状态时的输入、输出关系。 ● 动态特性——输入量随时间快速变化（如机械振动）时，传感器的输入、输出关系。 分类 1. 线性度 2. 迟滞 3. 重复性 4. 灵敏度 5. 分辨力和阈值 6. 稳定性 7. 漂移 线 性 度 ● 传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间关系的线性程度。输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。 拟合曲线 实际曲线 ● 可用一条直线(切线或割线)近似地代表实际曲线的一段，这条直线称为拟合直线。 ● 静态特性曲线与拟合直线之间的偏差称为传感器的非线性误差（或线性度），通常取其最大偏差与理论满量程之比作为评价线性度（或非线性误差）的指标。 11 迟 滞 ● 迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入—输出特性曲线不重合的程度，对于同一大小的输入量，传感器正反行程的输出量的大小不等。 ● 原因： 传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。 12 灵 敏 度 ● 灵敏度：灵敏度是指传感器输出的变化量Δy与引起该变化量的输入量变化Δx之比，用K 来表示。 (a) 线性传感器 (b) 非线性传感器 灵敏度就是它的静态特性的斜率即K为常数 灵敏度为一变量 用K=dy/dx表示 13 分辨力 ● 分辨力：在规定测量范围内可能检测出的被测量的最小变化量，是传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。 阈值 稳定性 ● 阈值：如果传感器的输入量从零值开始缓慢地增加时，在达到某一最小值后才能测出输出变化，这个最小值就是传感器的阈值。 ● 稳定性：指传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。 漂移 ● 漂移：指在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。 ● 传感器的最小可测