第二章传感器技术详解

发
开
微
传
仿
现
发
细
感
生
加
器
新
新
传
工
智
现
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技
能源自文库
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料
术
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器
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2.2 传感器基本原理
传感器是一种用于检测信号 或激励，并由它产生一种可 测量的输出信号的装置。
工作原理： 机械式 电子式 机械式 + 电子式
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2.2.1 传感器系统类型
通常把传感器系统划分为： 测量系统 开环控制系统 闭环控制系统
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2.1.3 传感器的分类（续）
按输入量类型分类。如输人信号是用来表征压力大小的 ，就称为压力传感器。这种分类法可将传感器分为位移 、速度、角速度、力、力矩、压力、流速、液面、温度 、湿度、光、热、电压、电流、气体成分、浓度和黏度 传感器等。
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2.1.4 传感器技术发展趋势
当前传感器技术的主要发展动向： 传感器本身的基础研究：研究新的传感器材料和工艺，发现 新现象； 传感器系统的研究：研究如何将检测功能与信号处理技术相 结合，向传感器的智能化、集成化发展。
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汽车传感器
汽车上使用的部分传感器
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2.1.3 传感器的分类
传感器用途纷繁，原理各异，形式多样，其分类方法 也有多种，其中有两种分类法最为常用： 按外界输入信号转换至电信号过程中所利用的效应来分 类。
如利用物理效应进行转换的为物理传感器； 利用化学反应进行转换的为化学传感器； 利用生物效应进行转换的为生物传感器。
2.2.2 传感器术语
1967年10月，第十三届国际度量衡大会将秒长定义为：位
真值于：海与平给面上定的的铯特133定原量子基定态义的一两个致超的精值细能。级真，值在零是磁不确定的，
场中跃迁辐射震荡9192631770周所持续的时间为一原子时
但又秒是。客观存在的。 约定真值：对给定目标具有适当不确定度的、赋予特定量
闭环控制系统流程图
受控系统参数的实际测量值与期望值的差值称为误差。
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2.2.1 传感器类型—闭环控制系统
储罐内液面位置控制系统
储罐内液面闭环控制流程图
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2.2.2 传感器术语
被测量：是测量系统的输入，被测的量值或参数。常见 的被测量包括位移、速度、邻近度、加速度、液位、重 力、体积、流量、溢度和压强等。
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2.2.3 传感器特性
如何选择传感器？ 测量或控制系统的传感器的选择取决于诸如成本、性能有
效性及环境条件等因素。根据传感器的特性合理的选择适当的 传感器尤为重要。
传感器所测量的物理量基本上有两种形式： 稳态（静态或准静态）形式，信号不随时间变化（或变化 很缓慢）； 动态（周期变化或瞬态）形式，信号随时间而快速变化的 。
传感器系统工作原理流程图
基本的传感器系统可以看作为借助某种过程从不同的 输人产生某种被定量的输出的装置。流程图是一种解释传 感器系统工作原理有效的方法。
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2.2.1 传感器类型—测量系统
测量系统显示或记录一种与被测输入变量相对应的定 量输出，测量系统除了以用户可以读懂的方式向用户显示 之外，不以任何方式对输入产生响应。
测量系统流程图
测量系统组成模块
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2.2.1 传感器类型—开环控制系统
开环控制系统通过测量系统输出量来调节系统某一参 数，使被控变量保持为预定值。开环控制系统被一预设值 信号所控制。
开环控制系统流程图
路灯控制系统流程图
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2.2.1 传感器类型—闭环控制系统
闭环控制系统通过测量被控系统的参数输出值，并将其 与期望值进行比较来控制系统。闭环控制系统的输出状态会 直接影响输入条件。
参考书
1、现代无线电测控技术，孟维晓、王钢，电子 工业出版社，2003； 2、遥测遥控系统（上、下），刘蕴才主编，国 防工业出版社，2000。
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第二章 传感器技术及应用
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2.1 传感器的定义
首先必须明确什么是传感器？
传感器可以是一些单个的装置，也可以是复杂的组装体。 它都具有一些相同的基本功能，即需要检测信号或激励，并由此产生 一种可测量的输出信号。 为测量不同的物理参数设计不同的传感器。最常见的物理参数有位移 、速度、加速度、流量、液位、重力、压力、邻近度和温度等。
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2.1.2 传感器的作用
传感器可以检测物理参数，究竟用传感器干什么呢？通常 ，传感器技术主要用于两种不同的领域： 采集信息： 用于给显示系统提供一种表征当前系统状态的 参数数据。如汽车的速度和加速度传感器，可用于记录车辆性 能或参数变化的情况。 控制系统：利用传感器采集的信息去控制对象。如汽车防抱 死刹车系统（ABS）将来自车轮传感器上的信息被用于控制作 用在刹车片上的压力，保证刹车时车轮不出现滑动。
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2.1.1 传感器的选择
传感器的正确选择由需要测量的参数的属性、成本、可 靠性和所要获取的信息的质量（精度）等因素综合确定，还 包括： 传感器对所要测量的环境的适应性； 检测是要求快速获取信号还是允许后续分析得到； 是对某特定点测量还是对某段范围测量。
例如：一个家用温度传感器就不适合在化工厂使用，用在化工厂中 的传感器可能工作在难于靠近的腐蚀性气体环境中，有的甚至还要 承受高温高压。
调制信号：是经过转变（如调幅、调频和调相）的传感 器的输出信号，以便使该信号能被显示装置、记录装置 、控制装置或其他系统识别。
现场读数：传感器安装现场或非常靠近测量点处显示的 测量值。
远程读数：传感器的读数可以在远离测量点的地方读数 并显示它的测量值。
量程：给定测量范围上下限之间的代数差。
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的值。 误差：测量结果减去被测量的真值。误差只与测量结果有
关，与测量程序、测量原理、测量仪器及测量条件等因素 无关。
系统误差：无限次测量的平均值与真值之差。 随机误差：单次测量结果与无限次测量的平均值之差。 粗大误差：使测量无效的误差，异常值。
校准：规定条件下确立被测量与标准装置相应输出值之间 关系的一组操作。包括：确定校准点、确定误差等。
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2.2.3 传感器特性
由于输入物理量形式不同，传感器所表现出来的输入输出 特性也不同，因此存在静态特性和动态特性的区别。 不同传感器有着不同的内部参数，它们的静态特性和动态 特性也表现出不同的特点，对测量结果的影响也就各不相同 。一个高精度传感器，必须同时具有良好的静态特性和动态 特性，这样它才能完成对信号(或能量)的无失真的转换。 传感器的特性包括：精确度、精密度、死区、线性度、灵 敏度、迟滞、重复性、传递函数以及频率响应函数等等。。 。