绪论（课件）- 《传感器与检测技术（第3版）》同步教学（北京邮电版）

绪论 传感器是能感受被检测量并按照一定规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。 检测的基本任务是利用传感器获得有用的信息,这些信息主要反映被测对象中的被测量。 传感器和检测技术是机电行业中的支撑技术之一。 检测装置往往是控制系统的前端,因此,检测技术已经成为控制系 统的重要组成部分,各种仪器仪表作为控制系统的感觉器发挥着关键作用。 绪论 2 目录/Contents 01 检测技术基础 02 误差分析 03 信号描述 04 检测装置的基本特性 3 第 一 部 分 检测技术基础 检测技术基础 5 信息总是蕴涵在某些物理量之中,并依靠它们来传输。这些物理量就是信号,就具体物 理性质而言,有电信号、光信号和力信号等。其中,电信号在转换、处理、传输和运用等方面都有明显的优点,因而其已成为目前应用最广泛的信号。传感器的作用一般是将非电信号转换为电信号,是检测中的转换器件。 传感器另外一个定义是“从一个系统接受功率,通常以另一种形式将功率送到第二个系 统中的器件”。根据这个定义,传感器的作用是将一种形式的能量转换成另一种形式的能 量,所以可认为“换能器”即“传感器”。 ·常用传感器一般以传感原理和工作用途命名,如电容式压力传感器,其传感原理是通过压力变化引起电容的极板距离变化,在后续电路中经过电学信号的调制形成电压电流信号, 或者通过模拟量变换为数字量形成数字信号,它的工作用途是测量压力。传感器以传感原理分类见表0-1所示 6 有关传感器还有以下几个概念 ·当传感器输出为规定的标准信号时,称为变送器。 ·利用微细加工工艺,尤其是硅微加工工艺制作的传感器称为微传感器。 ·将敏感元件、信号处理电路、处理单元和通信单元等集合成一体的传感器称为智能传感器。 ·测量是指用特定的工具或仪器直接获得被测对象的特性数据, 本书中使用检测 作为上述三种名词的统称。 7 1)检测技术是产品检验和质量控制的重要手段。 2)检测技术在设备安全经济运行监测中得到广泛应用。 3)检测技术和检测装置是自动化系统中不可缺少的组成部分。 4)检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步。 检测技术的重要性与发展趋势 1.检测技术的重要性 2.检测技术的发展趋势 1)检测范围不断拓展,检测精度和可靠性不断提高。随着科学技术。 2)传感器逐渐向集成化、组合式和数字化方向发展。 3)重视非接触式检测技术的研究 4)检测系统智能化 8 一般来说,检测工作的全过程所包含的环节有以适当的方式激励被测对象、信号的检测和转换、信号的调理、分析与处理、显示与记录,以及必要时以电量形式输出检测结果。检测系统可采用如图0-1所示的方式来表示。 检测系统的组成 9 第 二 部 分 误差分析 由于仪器、试验条件、环境等因素的限制,检测不可能无限精确,物理量的检测值与客观存在的真实值之间总会存在着一定的差异,这种差异称为测量误差。误差不同于错误,错误是应该而且可以避免的,而误差是不可能避免的。 2. 归类 1. 误差 检测值与真实值之差称为误差。 误差来源及减小误差的一般方法导致误差的原因可归纳为四大类： 误差的概念 (1)方法误差。 (2)设备误差。 (3)环境误差。 (4)人为误差。 11 第 三 部 分 信号描述 1.信号的分类 信号分为确定信号和不规则信号两类 确定信号是可用适当的方法预测其波形的信号。 相反,不规则信号的波形无论用什么样的方法都不能完全预测。 信号描述 13 传感器信号在工程上还有一种分类方法,即以信号特征为基础,将其分为以下三种形式的信号 ( 1)开关信号 开关信号又称为逻辑信号。 ( 2)模拟信号。 模拟信号是指在一定范围内连续变化的量。 ( 3)数字信号。 数字信号是分立量,而不是连续变化量,只能取二进制数字变量,其大多由模拟信号经过A/D转换器转换为数字信号。 直接观测或记录到的信号一般是以时间为独立变量的,称为时域描述信号。 为了研究信号的频率结构和各频率成分的幅值、相位关系,应对信号进行频谱分析,把信号的时域描述通过适当方法变成信号的频域描述。 信号的时域描述直观地反映信号瞬时值随时间的变化关系,频域描述则反映信号的频率组成及幅值、相位关系。 信号时域和频域描述 15 第 四 部 分 检测装置的基本特性 1)线性度 线性度反映了检测中输入和输出变化的均匀性,是衡量检测系统的重要指标。 线性度如图0-2所示,图中曲线代表真实的输入和输出,直线代表其拟合后的关系。 图0-2 2)灵敏度 灵敏度表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化,显然,灵敏度越大,表示传感器越灵敏,如图0-3( a)所示 通常情况下传感器系统的输入和输出关系为非线性,其灵敏度为工作点处 的切线斜率,如图0-3( b)所示。