無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡明教程_第二章

1、第第2 2章章微型傳感器的基本知識微型傳感器的基本知識2.1 2.1 傳感器概述傳感器概述1 1、傳感器的定義和作用、傳感器的定義和作用 傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端探頭通常代表了用戶的功能需傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端探頭通常代表了用戶的功能需求，終端傳感器技術(shù)是支撐和最大化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用性能的求，終端傳感器技術(shù)是支撐和最大化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用性能的基石，為網(wǎng)絡(luò)提供了豐富多彩的業(yè)務(wù)功能?；瑸榫W(wǎng)絡(luò)提供了豐富多彩的業(yè)務(wù)功能。 什么是傳感器？什么是傳感器？一般來說能夠把特定的被測一般來說能夠把特定的被測量信息（物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律量信息（物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號（電信號、光信號等）的器件

2、轉(zhuǎn)換成某種可用信號（電信號、光信號等）的器件或裝置，我們把它稱為傳感器?；蜓b置，我們把它稱為傳感器。 傳感器傳感器是生物體感官的工程模擬物；是生物體感官的工程模擬物；反過來，生物體的感官又可以看作是天然的傳感器。反過來，生物體的感官又可以看作是天然的傳感器。隨著數(shù)字化和信息技術(shù)與機械裝置的融合，傳感器和執(zhí)行器已隨著數(shù)字化和信息技術(shù)與機械裝置的融合，傳感器和執(zhí)行器已經(jīng)開始實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、控制功能和控制參數(shù)協(xié)調(diào)一體化，并通經(jīng)開始實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、控制功能和控制參數(shù)協(xié)調(diào)一體化，并通過現(xiàn)場總線與外部連接。過現(xiàn)場總線與外部連接。隨著基礎(chǔ)自動化控制功能的重新分配，許多計算機控制功能下隨著基礎(chǔ)自動化控制功能的重新

3、分配，許多計算機控制功能下放到傳感器和執(zhí)行器中完成，如參數(shù)檢測、控制、診斷和維護放到傳感器和執(zhí)行器中完成，如參數(shù)檢測、控制、診斷和維護管理等。管理等。 傳感器傳感器的作用類似于人的感覺器官，是實現(xiàn)的作用類似于人的感覺器官，是實現(xiàn)測試與控制的首要環(huán)節(jié)。測試與控制的首要環(huán)節(jié)。2 2、傳感器的組成、傳感器的組成 傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路組成。路組成。2 2、傳感器的組成、傳感器的組成 敏感元件敏感元件是傳感器中能感受或響應(yīng)被測量的部分。是傳感器中能感受或響應(yīng)被測量的部分。轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換是將敏感元件感受或

4、響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的信號（一般指電信號）部分。成適于傳輸或測量的信號（一般指電信號）部分?；巨D(zhuǎn)換電路基本轉(zhuǎn)換電路可以對獲得的微弱電信號進行放大、可以對獲得的微弱電信號進行放大、運算調(diào)制等。另外，基本轉(zhuǎn)換電路工作時必須有運算調(diào)制等。另外，基本轉(zhuǎn)換電路工作時必須有輔助電源。輔助電源。 隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的基本轉(zhuǎn)換電路可安裝在傳感器殼體用，傳感器的基本轉(zhuǎn)換電路可安裝在傳感器殼體里或與敏感元件一起集成在同一芯片上，構(gòu)成里或與敏感元件一起集成在同一芯片上，構(gòu)成集集成傳感器成傳感器。 傳感器接口技術(shù)傳感器接口技術(shù)是非常實用

5、和重要的技術(shù)。是非常實用和重要的技術(shù)。 各種物理量用傳感器將其變成電信號，經(jīng)由諸如各種物理量用傳感器將其變成電信號，經(jīng)由諸如放大、濾波、干擾抑制、多路轉(zhuǎn)換等信號檢測和預(yù)處放大、濾波、干擾抑制、多路轉(zhuǎn)換等信號檢測和預(yù)處理電路，將模擬量的電壓或電流送理電路，將模擬量的電壓或電流送A/DA/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字量，供計算機或者微處理器處理。字量，供計算機或者微處理器處理。傳感器接口技術(shù)傳感器接口技術(shù) 傳感器的分類方法很多。傳感器的分類方法很多。 按被測量與輸出電量的轉(zhuǎn)換原理劃分，可分按被測量與輸出電量的轉(zhuǎn)換原理劃分，可分為為能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型和和能量控制型能量控制型兩大類。兩大類。能量轉(zhuǎn)換

6、型傳感器能量轉(zhuǎn)換型傳感器直接將被測對象（如機械量）直接將被測對象（如機械量）的輸入轉(zhuǎn)換成電能。屬于這種類型的傳感器包括的輸入轉(zhuǎn)換成電能。屬于這種類型的傳感器包括壓電式傳感器、磁電式傳感器、熱電偶傳感器等。壓電式傳感器、磁電式傳感器、熱電偶傳感器等。能量控制型傳感器能量控制型傳感器直接將被測量轉(zhuǎn)換成電參量直接將被測量轉(zhuǎn)換成電參量（如電阻等），依靠外部輔助電源才能工作，并（如電阻等），依靠外部輔助電源才能工作，并且由被測量控制外部供給能量的變化。屬于這種且由被測量控制外部供給能量的變化。屬于這種類型的傳感器包括電阻式、電感式、電容式等。類型的傳感器包括電阻式、電感式、電容式等。3 3、傳感器的分類

7、、傳感器的分類 傳感器按測量原理分類，主要有傳感器按測量原理分類，主要有物理和化學(xué)原物理和化學(xué)原理理，包括電參量式、磁電式、磁致伸縮式、壓電式，包括電參量式、磁電式、磁致伸縮式、壓電式和半導(dǎo)體式等。執(zhí)行器按控制系統(tǒng)要求，應(yīng)具備高和半導(dǎo)體式等。執(zhí)行器按控制系統(tǒng)要求，應(yīng)具備高精確度控制和快速響應(yīng)的能力，主要有電動執(zhí)行器、精確度控制和快速響應(yīng)的能力，主要有電動執(zhí)行器、氣動執(zhí)行器、液壓執(zhí)行器、壓電陶瓷執(zhí)行器和納米氣動執(zhí)行器、液壓執(zhí)行器、壓電陶瓷執(zhí)行器和納米執(zhí)行器等。執(zhí)行器等。 按被測量的性質(zhì)不同劃分為按被測量的性質(zhì)不同劃分為位移傳感器位移傳感器、力傳力傳感器感器、溫度傳感器溫度傳感器等。等。3 3、傳

8、感器的分類、傳感器的分類 按輸出信號的性質(zhì)可分為按輸出信號的性質(zhì)可分為開關(guān)型開關(guān)型（二值型）、（二值型）、數(shù)字型數(shù)字型、模擬型模擬型。 數(shù)字式傳感器能把被測的模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字式傳感器能把被測的模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，它的特點是抗干擾能力強、穩(wěn)定性強、數(shù)字量，它的特點是抗干擾能力強、穩(wěn)定性強、易于微機接口、便于信號處理和實現(xiàn)自動化測量。易于微機接口、便于信號處理和實現(xiàn)自動化測量。3 3、傳感器的分類、傳感器的分類2.2 2.2 常見傳感器的類型介紹常見傳感器的類型介紹1 1、能量控制型傳感器、能量控制型傳感器 能量控制型傳感器將被測非電量轉(zhuǎn)換成電參能量控制型傳感器將被測非電量轉(zhuǎn)換成電參量，在

9、工作過程中不能起換能作用，需從外部供量，在工作過程中不能起換能作用，需從外部供給輔助能源使其工作，所以又稱作無源傳感器。給輔助能源使其工作，所以又稱作無源傳感器。 電阻式、電容式、電感式均屬這一類型。電阻式、電容式、電感式均屬這一類型。2 2、能量轉(zhuǎn)換型傳感器、能量轉(zhuǎn)換型傳感器 能量轉(zhuǎn)換型傳感器感受外界機械量變化后，輸能量轉(zhuǎn)換型傳感器感受外界機械量變化后，輸出電壓、電流或電荷量。它可以直接輸出或放大后輸出電壓、電流或電荷量。它可以直接輸出或放大后輸出信號，傳感器本身相當(dāng)于一個電壓源或電流源，因出信號，傳感器本身相當(dāng)于一個電壓源或電流源，因而這種傳感器又叫做有源傳感器。而這種傳感器又叫做有源傳感

10、器。 壓電式、磁電式和熱電式傳感器等均屬這一類型。壓電式、磁電式和熱電式傳感器等均屬這一類型。3 3、光敏傳感器、光敏傳感器 光敏傳感器是一種感應(yīng)光線強弱的傳感器。當(dāng)感光敏傳感器是一種感應(yīng)光線強弱的傳感器。當(dāng)感應(yīng)到光強度不同時，光敏探頭內(nèi)的電阻值就會有變應(yīng)到光強度不同時，光敏探頭內(nèi)的電阻值就會有變化?；?。 常見的光敏傳感器有光電式傳感器、色敏傳感器、常見的光敏傳感器有光電式傳感器、色敏傳感器、CCDCCD圖像傳感器和紅外圖像傳感器和紅外/ /熱釋電式光敏器件等。將光熱釋電式光敏器件等。將光量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為光電傳感器或光電元件。量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為光電傳感器或光電元件。4 4、氣、濕敏傳

11、感器、氣、濕敏傳感器 氣敏傳感器是一種能將檢測到的氣體成分和濃氣敏傳感器是一種能將檢測到的氣體成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。半導(dǎo)體氣敏傳感器廣泛度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。半導(dǎo)體氣敏傳感器廣泛應(yīng)用于可燃性氣體的探測與報警，以預(yù)測災(zāi)害性事應(yīng)用于可燃性氣體的探測與報警，以預(yù)測災(zāi)害性事故的發(fā)生故的發(fā)生。4 4、氣、濕敏傳感器、氣、濕敏傳感器濕度是指大氣中的水蒸氣含量，通常采用濕度是指大氣中的水蒸氣含量，通常采用絕對濕度絕對濕度和和相對濕相對濕度度兩種表示方法。兩種表示方法。濕敏傳感器是能夠感受外界濕度變化，并通過器件材料的物濕敏傳感器是能夠感受外界濕度變化，并通過器件材料的物理或化學(xué)性質(zhì)變化，將濕度轉(zhuǎn)

12、化成有用信號的器件。理或化學(xué)性質(zhì)變化，將濕度轉(zhuǎn)化成有用信號的器件。5 5、集成與智能傳感器、集成與智能傳感器 集成傳感器是將敏感元件、測量電路和各種集成傳感器是將敏感元件、測量電路和各種補償元件等集成在一塊芯片上，具有體積小、重補償元件等集成在一塊芯片上，具有體積小、重量輕、功能強和性能好的特點。量輕、功能強和性能好的特點。 目前廣泛應(yīng)用的集成傳感器有集成溫度傳感目前廣泛應(yīng)用的集成傳感器有集成溫度傳感器、集成壓力傳感器、集成霍爾傳感器等。器、集成壓力傳感器、集成霍爾傳感器等。若將若將幾種不同的敏感元件集成在一個芯片上，可以制幾種不同的敏感元件集成在一個芯片上，可以制成多功能傳感器，可同時測量多

13、種參數(shù)。成多功能傳感器，可同時測量多種參數(shù)。 智能傳感器是在集成傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一智能傳感器是在集成傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一種裝有微處理器的、能夠信息處理和信息存儲以及邏輯分析種裝有微處理器的、能夠信息處理和信息存儲以及邏輯分析判斷的傳感器系統(tǒng)。判斷的傳感器系統(tǒng)。 智能傳感器利用集成或混合集成的方式將傳感器、信智能傳感器利用集成或混合集成的方式將傳感器、信號處理電路和微處理器集成為一個整體。號處理電路和微處理器集成為一個整體。智能傳感器（智能傳感器（Smart SensorSmart Sensor）智能傳感器（智能傳感器（Smart SensorSmart Sensor）蘋果

14、蘋果Zepp GolfSense 傳感傳感器器￥ 968功能：功能： 揮桿節(jié)奏數(shù)據(jù)揮桿節(jié)奏數(shù)據(jù), 擊球前擊球前手腕轉(zhuǎn)，上桿最高點數(shù)據(jù)，手腕轉(zhuǎn)，上桿最高點數(shù)據(jù)，桿頭速度，擊球距離預(yù)估，桿頭速度，擊球距離預(yù)估，腰部動作檢測，腰部動作檢測，3D揮桿分析，揮桿分析，揮桿動作視頻分析。揮桿動作視頻分析。海爾海爾HR-10SMWA￥ 599智能甲醛檢測儀智能甲醛檢測儀產(chǎn)品尺寸：產(chǎn)品尺寸： 60*120*35mm智能傳感器（智能傳感器（Smart SensorSmart Sensor）X智慧生活智慧生活XS3002￥ 99獨立使用，獨立使用，85db警報聲，警報聲，人體移動探測，門窗震動人體移動探測，門窗震

15、動探測，火災(zāi)溫度探測，無探測，火災(zāi)溫度探測，無需手動布防撤防，自動智需手動布防撤防，自動智能身份識別能身份識別 貝昂貝昂T-Air2.5￥ 3998檢測內(nèi)容：檢測內(nèi)容：PM2.5，PM10響應(yīng)時間：響應(yīng)時間：1秒秒 智能傳感器是在集成傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一智能傳感器是在集成傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一種裝有微處理器的、能夠信息處理和信息存儲以及邏輯分析種裝有微處理器的、能夠信息處理和信息存儲以及邏輯分析判斷的傳感器系統(tǒng)。智能傳感器利用集成或混合集成的方式判斷的傳感器系統(tǒng)。智能傳感器利用集成或混合集成的方式將傳感器、信號處理電路和微處理器集成為一個整體。將傳感器、信號處理電路和微處理器

16、集成為一個整體。 智能傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，具有如下幾個特點：智能傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，具有如下幾個特點：（1 1）具有自動調(diào)零和自動校準(zhǔn)功能。）具有自動調(diào)零和自動校準(zhǔn)功能。（2 2）具有判斷和信息處理功能，對測量值進行各種修正和誤差補償。）具有判斷和信息處理功能，對測量值進行各種修正和誤差補償。（3 3）實現(xiàn)多參數(shù)綜合測量。）實現(xiàn)多參數(shù)綜合測量。（4 4）自動診斷故障。）自動診斷故障。（5 5）具有數(shù)字通信接口，便于與計算機聯(lián)機。）具有數(shù)字通信接口，便于與計算機聯(lián)機。智能傳感器（智能傳感器（Smart SensorSmart Sensor）2.3 2.3 傳感器的一般特性和正確選型傳感器

17、的一般特性和正確選型2.3.1 2.3.1 傳感器的一般特性傳感器的一般特性 傳感器的正確選用是保證不失真測量的首要環(huán)節(jié)，因傳感器的正確選用是保證不失真測量的首要環(huán)節(jié)，因而在選用傳感器之前，掌握傳感器的基本特性是必要的。而在選用傳感器之前，掌握傳感器的基本特性是必要的。1 1、靈敏度、靈敏度 傳感器的靈敏度高，意味著傳感器能感應(yīng)微弱的變化量，即被傳感器的靈敏度高，意味著傳感器能感應(yīng)微弱的變化量，即被測量有一微小變化時，傳感器就會有較大的輸出。但是，在選擇傳測量有一微小變化時，傳感器就會有較大的輸出。但是，在選擇傳感器時要注意合理性，因為一般來講，傳感器的靈敏度越高，測量感器時要注意合理性，因為

18、一般來講，傳感器的靈敏度越高，測量范圍往往越窄，穩(wěn)定性會越差。范圍往往越窄，穩(wěn)定性會越差。 傳感器的靈敏度指傳感器達到穩(wěn)定工作狀態(tài)時，傳感器的靈敏度指傳感器達到穩(wěn)定工作狀態(tài)時，輸出變化量與引起變化的輸入變化量之比，即輸出變化量與引起變化的輸入變化量之比，即 線性傳感器的校準(zhǔn)曲線的斜率就是靜態(tài)靈敏度；線性傳感器的校準(zhǔn)曲線的斜率就是靜態(tài)靈敏度；對于非線性傳感器的靈敏度，它的數(shù)值是最小二乘對于非線性傳感器的靈敏度，它的數(shù)值是最小二乘法求出的擬合直線的斜率。法求出的擬合直線的斜率。K=K=輸出變化量輸出變化量/ /輸入變化量輸入變化量= =Y/Y/X=dy/dxX=dy/dx2 2、響應(yīng)特性、響應(yīng)特性

19、 傳感器的動態(tài)性能是指傳感器對于隨時間變化的輸入量的響應(yīng)傳感器的動態(tài)性能是指傳感器對于隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。它是傳感器的輸出值能真實再現(xiàn)變化著的輸入量的能力反映，特性。它是傳感器的輸出值能真實再現(xiàn)變化著的輸入量的能力反映，即傳感器的輸出信號和輸入信號隨時間的變化曲線希望一致或相近。即傳感器的輸出信號和輸入信號隨時間的變化曲線希望一致或相近。 傳感器的響應(yīng)特性良好，意味著傳感器在所測的頻率范圍內(nèi)滿足傳感器的響應(yīng)特性良好，意味著傳感器在所測的頻率范圍內(nèi)滿足不失真測量的條件。另外，實際傳感器的響應(yīng)過程總有一定的延遲，不失真測量的條件。另外，實際傳感器的響應(yīng)過程總有一定的延遲，但希望延遲的時間

20、越小越好。但希望延遲的時間越小越好。3 3、線性范圍、線性范圍 任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)它的輸出與任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)它的輸出與輸入成比例關(guān)系。線性范圍越寬，則表明傳感器的工作量程越大。輸入成比例關(guān)系。線性范圍越寬，則表明傳感器的工作量程越大。 傳感器工作在線性范圍內(nèi)，是保證測量精確度的基本條件。傳感器工作在線性范圍內(nèi)，是保證測量精確度的基本條件。例如，機械式傳感器中的彈性元件，它的材料彈性極限是決定測例如，機械式傳感器中的彈性元件，它的材料彈性極限是決定測力量程的基本因素。當(dāng)超過彈性極限時，傳感器就將產(chǎn)生非線性力量程的基本因素。當(dāng)超過彈性極限時，傳感器

21、就將產(chǎn)生非線性誤差。誤差。 任何傳感器很難保證做到絕對的線性，在某些情況下，在許任何傳感器很難保證做到絕對的線性，在某些情況下，在許可限度內(nèi)，也可以在近似線性區(qū)域內(nèi)使用。可限度內(nèi)，也可以在近似線性區(qū)域內(nèi)使用。 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是在是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，利用一定靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，利用一定等級的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，對傳感器等級的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，對傳感器進行往復(fù)循環(huán)測試，得到輸進行往復(fù)循環(huán)測試，得到輸入入/ /輸出特性列表或曲線。人輸出特性列表或曲線。人們通常希望這個特性曲線是們通常希望這個特性曲線是線性的，這樣會對標(biāo)定和數(shù)線性的，這樣會對標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理帶來方便。但實際的據(jù)處理帶來方便。但實際的輸出與輸

22、入特性只能接近線輸出與輸入特性只能接近線性，對比理論直線有偏差。性，對比理論直線有偏差。 所謂所謂線性度線性度是指傳感器的實際輸入是指傳感器的實際輸入- -輸出曲線（校準(zhǔn)曲線）與輸出曲線（校準(zhǔn)曲線）與擬合直線之間的吻合（偏離）程度。選定擬合直線的過程，就是傳擬合直線之間的吻合（偏離）程度。選定擬合直線的過程，就是傳感器的線性化過程。實際曲線與它的兩個端尖連線（稱為理論直線）感器的線性化過程。實際曲線與它的兩個端尖連線（稱為理論直線）之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差。取其中最大值與輸出滿度值之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差。取其中最大值與輸出滿度值之比作為評價線性度（或非線性誤差）的指標(biāo)。之比作

23、為評價線性度（或非線性誤差）的指標(biāo)。max100%LFSLey 式中式中 為線性度為線性度( (非線性誤差非線性誤差) )， 為校準(zhǔn)曲線與擬合直為校準(zhǔn)曲線與擬合直線間的最大差值，線間的最大差值， 為滿量程輸出值。為滿量程輸出值。4 4、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性 穩(wěn)定性表示傳感器經(jīng)過長期使用之后，輸出特性不發(fā)生變化穩(wěn)定性表示傳感器經(jīng)過長期使用之后，輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時間與環(huán)境。的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時間與環(huán)境。 為了保證穩(wěn)定性，在選定傳感器之前，應(yīng)對使用環(huán)境進行調(diào)為了保證穩(wěn)定性，在選定傳感器之前，應(yīng)對使用環(huán)境進行調(diào)查，以選擇合適類型的傳感器。例如電阻應(yīng)變式傳感器，

24、濕度會查，以選擇合適類型的傳感器。例如電阻應(yīng)變式傳感器，濕度會影響到它的絕緣性，溫度會影響零漂；光電傳感器的感光表面有影響到它的絕緣性，溫度會影響零漂；光電傳感器的感光表面有塵?；蛩麜r，會改變感光性能，帶來測量誤差。塵?；蛩麜r，會改變感光性能，帶來測量誤差。5 5、重復(fù)性、重復(fù)性 重復(fù)性是指在同一工重復(fù)性是指在同一工作條件下，輸入量按同一作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內(nèi)連續(xù)方向在全測量范圍內(nèi)連續(xù)變化多次所得特征曲線的變化多次所得特征曲線的不一致性，在數(shù)值上用各不一致性，在數(shù)值上用各測量值正反行程標(biāo)準(zhǔn)偏差測量值正反行程標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值的兩倍或三倍于滿最大值的兩倍或三倍于滿量程量程 的百

25、分比來表示。的百分比來表示。21()1niiYYn23100%FSky 上式中上式中為標(biāo)準(zhǔn)偏差，為標(biāo)準(zhǔn)偏差， 為測量為測量值，值，Y Y為測量值的算術(shù)平均值。為測量值的算術(shù)平均值。6 6、漂移、漂移 由于傳感器內(nèi)部因素或外界干擾的情況下，傳感器的輸出變由于傳感器內(nèi)部因素或外界干擾的情況下，傳感器的輸出變化稱為漂移。當(dāng)輸入狀態(tài)為零時的漂移稱為零點漂移。傳感器化稱為漂移。當(dāng)輸入狀態(tài)為零時的漂移稱為零點漂移。傳感器無輸入（或某一輸入值不變）時，每隔一段時間進行讀數(shù)，其無輸入（或某一輸入值不變）時，每隔一段時間進行讀數(shù)，其輸出偏離零值（或原指示值）。輸出偏離零值（或原指示值）。0100%FSYy零漂上

26、式中上式中 為最大零點偏差（或相應(yīng)偏差）為最大零點偏差（或相應(yīng)偏差） 在其它因素不變的情況下，輸出隨著時間的變化產(chǎn)在其它因素不變的情況下，輸出隨著時間的變化產(chǎn)生的漂移稱為時間漂移。生的漂移稱為時間漂移。 隨著溫度變化產(chǎn)生的漂移稱為溫度漂移，它表示當(dāng)隨著溫度變化產(chǎn)生的漂移稱為溫度漂移，它表示當(dāng)溫度變化時，傳感器輸出值的偏離程度。一般以溫度變溫度變化時，傳感器輸出值的偏離程度。一般以溫度變化化1 1度時，輸出的最大偏差與滿量程的百分比來表示。度時，輸出的最大偏差與滿量程的百分比來表示。7 7、精度、精度 傳感器精度指測量結(jié)果的可靠程度，它以給定的準(zhǔn)確度來表示傳感器精度指測量結(jié)果的可靠程度，它以給定

27、的準(zhǔn)確度來表示重復(fù)某個讀數(shù)的能力，其誤差越小則傳感器精度越高。傳感器的精重復(fù)某個讀數(shù)的能力，其誤差越小則傳感器精度越高。傳感器的精度表示為傳感器在規(guī)定條件下，允許的最大絕對誤差相對傳感器滿度表示為傳感器在規(guī)定條件下，允許的最大絕對誤差相對傳感器滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)。量程輸出的百分?jǐn)?shù)。100%FSAy精度 上式中上式中A A為測量范圍內(nèi)允許的最大絕對誤差。為測量范圍內(nèi)允許的最大絕對誤差。 所謂最大誤差是指在曲線上任取所謂最大誤差是指在曲線上任取1010個點測量某個點測量某7 7點達點達1010次，確次，確定的最大誤差即為所求。定的最大誤差即為所求。 精度表示測量結(jié)果和精度表示測量結(jié)果和“真值真值”

28、的靠近程度，一般采用校驗或標(biāo)定的靠近程度，一般采用校驗或標(biāo)定的方法來確定，此時的方法來確定，此時“真值真值”則靠其它更精確的儀器或工作基準(zhǔn)來給則靠其它更精確的儀器或工作基準(zhǔn)來給出。國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了傳感器和測試儀表的精度等級，如電工儀表精出。國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了傳感器和測試儀表的精度等級，如電工儀表精度分七級，分別是度分七級，分別是0.10.1、0.20.2、0.50.5、1.01.0、1.51.5、2.52.5、5 5級。級。 精度等級的確定方法是首先算出絕對誤差與輸出滿度量程之比的精度等級的確定方法是首先算出絕對誤差與輸出滿度量程之比的百分?jǐn)?shù)，然后靠近比其低的國家標(biāo)準(zhǔn)等級值即為該儀器的精度等級。

29、百分?jǐn)?shù)，然后靠近比其低的國家標(biāo)準(zhǔn)等級值即為該儀器的精度等級。8 8、分辨率、分辨率( (力力) ) 分辨力是指能檢測出的輸入量的最分辨力是指能檢測出的輸入量的最小變化量，即傳感器能檢測到的最小輸小變化量，即傳感器能檢測到的最小輸入增量。在輸入零點附近的分辨力稱為入增量。在輸入零點附近的分辨力稱為閾值，即產(chǎn)生可測輸出變化量時的最小閾值，即產(chǎn)生可測輸出變化量時的最小輸入量值。輸入量值。 如圖所示左圖為非線性、右圖為線如圖所示左圖為非線性、右圖為線性輸出結(jié)果，其中的性輸出結(jié)果，其中的x x0 0均表示可以開始檢均表示可以開始檢測的的最小輸出值。數(shù)字式傳感器一般測的的最小輸出值。數(shù)字式傳感器一般用分辨

30、率表示，分辨率是指分辨力用分辨率表示，分辨率是指分辨力/ /滿量滿量程輸入值。程輸入值。9 9、遲滯、遲滯 遲滯是指在相同工作條件下作全遲滯是指在相同工作條件下作全測量范圍校準(zhǔn)時，在同一次校準(zhǔn)中對測量范圍校準(zhǔn)時，在同一次校準(zhǔn)中對應(yīng)同一輸入量的正行程和反行程間的應(yīng)同一輸入量的正行程和反行程間的最大偏差。它表示傳感器在正最大偏差。它表示傳感器在正( (輸入輸入量增大量增大) )、反、反( (輸入量減小輸入量減小) )行程中輸行程中輸出出/ /輸入特性曲線的不重合程度，數(shù)輸入特性曲線的不重合程度，數(shù)值用最大偏差值用最大偏差( (Amax)Amax)或最大偏差的或最大偏差的一半與滿量程輸出值的百分比來

31、表示，一半與滿量程輸出值的百分比來表示，它們分別如下所示：它們分別如下所示：max100%FSHAymax100%2FSHAy2.3.2 2.3.2 傳感器選型的原則傳感器選型的原則 現(xiàn)代傳感器在原理和結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具現(xiàn)代傳感器在原理和結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象和測量環(huán)境合理選用傳感器，體的測量目的、測量對象和測量環(huán)境合理選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。 當(dāng)傳感器的型號確定之后，與之相配套的測量方法當(dāng)傳感器的型號確定之后，與之相配套的測量方法和設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度和設(shè)備也就可以

32、確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。上取決于傳感器的選用是否合理。1 1、測量對象與環(huán)境、測量對象與環(huán)境 根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下問題：根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下問題： 量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的輸出方法，有線或非接式為接觸式還是非接觸式；信號的輸出方法，有線或非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口；價格能否承受，觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口；價格能否承受，是否自行研制。是否自行研制。2 2、靈敏度、靈敏度 通常在傳感器的線性范圍內(nèi)

33、，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有通常在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值會比較大，這有利于信號處靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值會比較大，這有利于信號處理。但傳感器的靈敏度較高時，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會理。但傳感器的靈敏度較高時，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，從而導(dǎo)致影響測量精度。因此，選用傳感器本身應(yīng)具有較被放大系統(tǒng)放大，從而導(dǎo)致影響測量精度。因此，選用傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入干擾信號。高的信噪比，盡量減少從外界引入干擾信號。 傳感器的靈敏度是有方向

34、性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對方向性要求傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對方向性要求較高時，應(yīng)選擇在其它方向上靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，較高時，應(yīng)選擇在其它方向上靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。3 3、頻率響應(yīng)特性、頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)時間總有頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)時間總有一定的延遲，通常希望延遲時間越短越好。

35、一定的延遲，通常希望延遲時間越短越好。 傳感器的頻率響應(yīng)越高，則可測的信號頻率范圍就越寬。由于傳感器的頻率響應(yīng)越高，則可測的信號頻率范圍就越寬。由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因而傳感器頻率低，受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因而傳感器頻率低，則可測信號的頻率就較低。在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點，以則可測信號的頻率就較低。在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點，以免產(chǎn)生過大的誤差。免產(chǎn)生過大的誤差。4 4、線性范圍、線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。理論上在此范傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。理論上在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，

36、則它的量程就越大，圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則它的量程就越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當(dāng)傳感器的種類確定并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看它的量程是否滿足要求。以后首先要看它的量程是否滿足要求。 但在實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，它的線性度也但在實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，它的線性度也是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)可將非線性是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)可將非線性誤差較小的傳感器近似看作是線性的，這會給測量工作帶來很大的方誤差較小的傳感器近似看作是線性的，這會

37、給測量工作帶來很大的方便。便。5 5、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性 傳感器在使用一段時間后，它的穩(wěn)定性會受到影響。傳感器在使用一段時間后，它的穩(wěn)定性會受到影響。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身的結(jié)構(gòu)以外，影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身的結(jié)構(gòu)以外，還包括傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好還包括傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，需要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。的穩(wěn)定性，需要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。6 6、精度、精度 精度是傳感器的一個重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個測量系精度是傳感器的一個重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量準(zhǔn)確程度的一個環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，它的價格就越昂

38、統(tǒng)測量準(zhǔn)確程度的一個環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，它的價格就越昂貴。因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以貴。因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以了，不必過高。這樣可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中，選了，不必過高。這樣可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中，選擇比較便宜和簡單的傳感器型號。擇比較便宜和簡單的傳感器型號。 如果測量目的是定性分析，選用相對精度高的傳感器即可，不如果測量目的是定性分析，選用相對精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的型號；如果是為了定量分析，必須獲得精宜選用絕對量值精度高的型號；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就要選用精度等級能滿足要求的型號。確的測量值，就要選用精度等級能滿足要求的型號。2.4 2.4 微型傳感器應(yīng)用示例微型傳感器應(yīng)用示例 這里以這里以磁阻傳感器磁阻傳感器為例，介紹微型傳感器的探測原理和為例，介紹