傳感器的應(yīng)用基礎(chǔ)

1、1第第4 4章章 傳感器的應(yīng)用基礎(chǔ)傳感器的應(yīng)用基礎(chǔ)v4.1 4.1 測量概述測量概述v4.2 4.2 量值的傳遞與溯源量值的傳遞與溯源v4.4 4.4 傳感器的誤差與信噪比傳感器的誤差與信噪比 v4.5 4.5 噪聲及其抑制噪聲及其抑制v4.6 4.6 傳感器中的抗干擾措施傳感器中的抗干擾措施v4.7 4.7 改善傳感器性能的技術(shù)途徑改善傳感器性能的技術(shù)途徑24.1 測量概述測量概述4.1.1 測量與計量測量與計量4.1.2 測量誤差的概念測量誤差的概念4.1.3 測量精度測量精度4.1.4 測量的基本方法測量的基本方法4.1.5 測量系統(tǒng)測量系統(tǒng) 34.1.1 4.1.1 測量與計量測量與計

2、量v測量測量是將被測量同已知量相比較，以確定被測量與是將被測量同已知量相比較，以確定被測量與選定單位的比值。這個比值同測量單位結(jié)合在一起選定單位的比值。這個比值同測量單位結(jié)合在一起稱稱量值量值。測量測量以確定被測量值為目的的一系列操作以確定被測量值為目的的一系列操作, ,是人們對客觀事物取得定量認(rèn)識的一種手段。是人們對客觀事物取得定量認(rèn)識的一種手段。v計量計量是規(guī)范測量的測量。計量依法監(jiān)督測量工具的是規(guī)范測量的測量。計量依法監(jiān)督測量工具的準(zhǔn)確性與測量行為的規(guī)范性。使用有溯源性的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確性與測量行為的規(guī)范性。使用有溯源性的標(biāo)準(zhǔn)與測量儀器、按照規(guī)程、由資格被確認(rèn)的人員進行與測量儀器、按照規(guī)程、由資

3、格被確認(rèn)的人員進行的以判別測量器具合格性為目的的測量，是計量。的以判別測量器具合格性為目的的測量，是計量。44.1.1 4.1.1 測量與計量測量與計量v計量計量的的基本業(yè)務(wù)基本業(yè)務(wù)：建立基準(zhǔn)，即復(fù)現(xiàn)單位，建立各：建立基準(zhǔn)，即復(fù)現(xiàn)單位，建立各級計量標(biāo)準(zhǔn)與量值傳遞網(wǎng)，定期檢定測量工具，進級計量標(biāo)準(zhǔn)與量值傳遞網(wǎng)，定期檢定測量工具，進行量值統(tǒng)一。行量值統(tǒng)一。v計量存在計量存在的的原因原因是是：通常的測量都存在系統(tǒng)誤差。通常的測量都存在系統(tǒng)誤差。測量用工具、量具或儀器，需經(jīng)檢定，即履行計量測量用工具、量具或儀器，需經(jīng)檢定，即履行計量手續(xù)，以保證其準(zhǔn)確。手續(xù)，以保證其準(zhǔn)確。v測量者自身經(jīng)多次測量可以發(fā)現(xiàn)

4、并減小隨機誤差，測量者自身經(jīng)多次測量可以發(fā)現(xiàn)并減小隨機誤差，但通常不能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差。但通常不能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差。v計量中所使用標(biāo)準(zhǔn)的量值，對被檢儀器來說相當(dāng)于計量中所使用標(biāo)準(zhǔn)的量值，對被檢儀器來說相當(dāng)于真值，有真值才能求得被檢儀器的系統(tǒng)誤差。真值，有真值才能求得被檢儀器的系統(tǒng)誤差。54.1.1 4.1.1 測量與計量測量與計量v測量與計量的具體測量與計量的具體工作對象工作對象不同。不同。v測量的直接目的是得到測得值；計量的目的是保證測測量的直接目的是得到測得值；計量的目的是保證測量的準(zhǔn)確。量的準(zhǔn)確。v“測量測量”就是為獲取量值信息的活動；就是為獲取量值信息的活動；“計量計量”不僅不僅要獲取量值信息

5、，而且要實現(xiàn)量值信息的傳遞或溯源。要獲取量值信息，而且要實現(xiàn)量值信息的傳遞或溯源。 v“測量測量”作為一類操作，其對象很廣泛；作為一類操作，其對象很廣泛；“計量計量”作作為一類操作，其對象就是測量儀器。為一類操作，其對象就是測量儀器。v“測量測量”可是以孤立的；可是以孤立的；“計量計量”則存在于量值傳遞則存在于量值傳遞或溯源的系統(tǒng)中。或溯源的系統(tǒng)中。 64.1.1 4.1.1 測量與計量測量與計量v測量與計量的劃分，以測量與計量的劃分，以測量工具測量工具的作用為界。的作用為界。v測量是用測量工具認(rèn)識物理量，相信的是測量工具，測量是用測量工具認(rèn)識物理量，相信的是測量工具，目的是得到被測量的量值；

6、目的是得到被測量的量值；v計量的目的是拿標(biāo)準(zhǔn)（已知的量值）檢查測量工具的計量的目的是拿標(biāo)準(zhǔn)（已知的量值）檢查測量工具的合格性，相信的是標(biāo)準(zhǔn)。合格性，相信的是標(biāo)準(zhǔn)。v簡言之，相信測量工具的是測量；檢查測量工具的是簡言之，相信測量工具的是測量；檢查測量工具的是計量。計量。v計量通常是測量的計量通常是測量的逆逆操作。操作。 74.1.5 4.1.5 測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)v第一級（測量信息傳感級）第一級（測量信息傳感級）：包括傳感器、敏感元件或裝置、：包括傳感器、敏感元件或裝置、測量頭等，其主要功能是檢測和敏感被測量。它輸入被測量，測量頭等，其主要功能是檢測和敏感被測量。它輸入被測量，輸出大多為電學(xué)模擬量

7、。在理想情況下，該級只敏感被測量，輸出大多為電學(xué)模擬量。在理想情況下，該級只敏感被測量，而對任何其他的可能輸入不敏感。但實際上很難找到一種具而對任何其他的可能輸入不敏感。但實際上很難找到一種具有完全選擇性的測量裝置，往往我們不希望的信號夾雜在被有完全選擇性的測量裝置，往往我們不希望的信號夾雜在被測量中，造成測量的誤差或困難。測量中，造成測量的誤差或困難。 84.1.5 4.1.5 測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)v第二級第二級（信號調(diào)理級）（信號調(diào)理級）：第二級的目的是調(diào)理傳感所得的測：第二級的目的是調(diào)理傳感所得的測量信號，將測量傳感所得的信號進行整理，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合于最量信號，將測量傳感所得的信號進行整理，轉(zhuǎn)變

8、為適合于最后一級使用的形式。根據(jù)需要通常增加信號的幅值、能量，后一級使用的形式。根據(jù)需要通常增加信號的幅值、能量，轉(zhuǎn)換信號形式（如脈沖、微分、積分、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換信號形式（如脈沖、微分、積分、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，其中模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換也可能在第三級），信號傳輸（遙等，其中模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換也可能在第三級），信號傳輸（遙感、遙測、分布式測量等），濾除噪聲（選擇性濾波、剔除感、遙測、分布式測量等），濾除噪聲（選擇性濾波、剔除各種干擾信號），使信號滿足下一級的需要。各種干擾信號），使信號滿足下一級的需要。94.1.5 4.1.5 測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)v第三級第三級（讀出記錄級）（讀出記錄級）：第三級是

9、測量系統(tǒng)：第三級是測量系統(tǒng)的輸出級，把測量所得的信息顯示或記錄打的輸出級，把測量所得的信息顯示或記錄打印。其形式根據(jù)需要可以是結(jié)果顯示，或記印。其形式根據(jù)需要可以是結(jié)果顯示，或記錄打印，或數(shù)據(jù)由計算機（處理器、控制器）錄打印，或數(shù)據(jù)由計算機（處理器、控制器）采集，作進一步處理或控制某一對象。采集，作進一步處理或控制某一對象。104.1.5 4.1.5 測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)測速系統(tǒng)測速系統(tǒng)114.2 4.2 量值的傳遞與溯源量值的傳遞與溯源4.2.1 量值的概念量值的概念4.2.2 量值的傳遞量值的傳遞4.2.3 量值的溯源量值的溯源4.2.4 量值傳遞與量值溯源的區(qū)別量值傳遞與量值溯源的區(qū)別 12

10、4.2.1 4.2.1 量值的概念量值的概念v量量是現(xiàn)象、物體或物質(zhì)的可以定性區(qū)別和定量是現(xiàn)象、物體或物質(zhì)的可以定性區(qū)別和定量確定的一種屬性。確定的一種屬性。v凡可相互比較并按大小排序的量稱為凡可相互比較并按大小排序的量稱為同種量同種量，若干同種量合在一起可稱為若干同種量合在一起可稱為同類量同類量，如功、熱、，如功、熱、能。能。v在同一類量中，如選出某一特定的量作為參考在同一類量中，如選出某一特定的量作為參考量，用以量度同類量的大小，這個參考量稱為量，用以量度同類量的大小，這個參考量稱為測量單位測量單位。v量值量值一般由一個數(shù)乘以測量單位所表示的特定一般由一個數(shù)乘以測量單位所表示的特定量的大小

11、。量的大小。134.2.2 4.2.2 量值的傳遞量值的傳遞v將國家計量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計量單位量量值，通過檢定（或?qū)矣嬃炕鶞?zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計量單位量量值，通過檢定（或其它傳遞方式）傳遞給下一等級的計量標(biāo)準(zhǔn)，并依次逐級其它傳遞方式）傳遞給下一等級的計量標(biāo)準(zhǔn)，并依次逐級傳遞到工作計量器具，以保證被計量的對象的量值準(zhǔn)確一傳遞到工作計量器具，以保證被計量的對象的量值準(zhǔn)確一致，稱為致，稱為量值傳遞量值傳遞。v任何計量器具，由于種種原因，都具有不同程度的誤差。任何計量器具，由于種種原因，都具有不同程度的誤差。計量器具的誤差只在允許的范圍內(nèi)才能應(yīng)用，否則將帶來計量器具的誤差只在允許的范圍內(nèi)才能應(yīng)用，否則將帶來錯

12、誤的計量結(jié)果。對于新制的或修理后的計量器具，必須錯誤的計量結(jié)果。對于新制的或修理后的計量器具，必須用適當(dāng)?shù)燃壍挠嬃繕?biāo)準(zhǔn)來確定其計量特性是否合格；對于用適當(dāng)?shù)燃壍挠嬃繕?biāo)準(zhǔn)來確定其計量特性是否合格；對于使用中的計量器具，必須用適當(dāng)?shù)燃壍挠嬃繕?biāo)準(zhǔn)對其進行使用中的計量器具，必須用適當(dāng)?shù)燃壍挠嬃繕?biāo)準(zhǔn)對其進行周期檢定周期檢定。144.2.2 4.2.2 量值的傳遞量值的傳遞v國家計量檢定系統(tǒng)國家計量檢定系統(tǒng)：由國務(wù)院計量行政部門組：由國務(wù)院計量行政部門組織制定的全國性技術(shù)法規(guī)，其中用圖表結(jié)合文織制定的全國性技術(shù)法規(guī)，其中用圖表結(jié)合文字的形式，明確地規(guī)定由國家計量基準(zhǔn)到各級字的形式，明確地規(guī)定由國家計量基準(zhǔn)

13、到各級計量標(biāo)準(zhǔn)直到普通計量器具的量值傳遞程序，計量標(biāo)準(zhǔn)直到普通計量器具的量值傳遞程序，包括名稱、計量范圍、準(zhǔn)確度、不確定度、允包括名稱、計量范圍、準(zhǔn)確度、不確定度、允許誤差和傳遞方法等。許誤差和傳遞方法等。v量值傳遞體系量值傳遞體系：國家根據(jù)經(jīng)濟合理，分工協(xié)作：國家根據(jù)經(jīng)濟合理，分工協(xié)作的原則，以城市為中心，就地就近組織的量值的原則，以城市為中心，就地就近組織的量值傳遞網(wǎng)。傳遞網(wǎng)。15164.2.3 4.2.3 量值的溯源量值的溯源v通過一條具有規(guī)定不確定度的不間斷的比較鏈，使測量結(jié)通過一條具有規(guī)定不確定度的不間斷的比較鏈，使測量結(jié)果或測量標(biāo)準(zhǔn)的值能夠與規(guī)定的參考標(biāo)準(zhǔn)（通常是國家計果或測量標(biāo)準(zhǔn)

14、的值能夠與規(guī)定的參考標(biāo)準(zhǔn)（通常是國家計量標(biāo)準(zhǔn)或國際計量標(biāo)準(zhǔn)）聯(lián)系起來的特性，稱為量標(biāo)準(zhǔn)或國際計量標(biāo)準(zhǔn)）聯(lián)系起來的特性，稱為量值溯源量值溯源性性。 v這種特性使所有的同種量值，都可以按這條比較鏈通過校這種特性使所有的同種量值，都可以按這條比較鏈通過校準(zhǔn)向測量的源頭追溯，即溯源到同一個測量基準(zhǔn)準(zhǔn)向測量的源頭追溯，即溯源到同一個測量基準(zhǔn)( (國家基國家基準(zhǔn)或國際基準(zhǔn)準(zhǔn)或國際基準(zhǔn)) )，這樣才能確保計量單位統(tǒng)一，量值準(zhǔn)確，這樣才能確保計量單位統(tǒng)一，量值準(zhǔn)確可靠，才具有可比性、可重復(fù)性和可復(fù)現(xiàn)性，而其途徑就可靠，才具有可比性、可重復(fù)性和可復(fù)現(xiàn)性，而其途徑就是按比較鏈，向計量基準(zhǔn)的追溯。是按比較鏈，向計量

15、基準(zhǔn)的追溯。 17184.2.3 4.2.3 量值的溯源量值的溯源v量值溯源是量值溯源是從下而上從下而上，企業(yè)可根據(jù)測量準(zhǔn)確度的要求，自主，企業(yè)可根據(jù)測量準(zhǔn)確度的要求，自主地尋求具有較佳不確定度的參考標(biāo)準(zhǔn)進行測量設(shè)備的校準(zhǔn)，地尋求具有較佳不確定度的參考標(biāo)準(zhǔn)進行測量設(shè)備的校準(zhǔn)，甚至可以跨地區(qū)、跨國界與國家的或國際的計量基準(zhǔn)進行比甚至可以跨地區(qū)、跨國界與國家的或國際的計量基準(zhǔn)進行比對或校準(zhǔn)，因而可以比較合理地滿足使用要求。對或校準(zhǔn)，因而可以比較合理地滿足使用要求。v量值傳遞則是自上而下的，尤其對屬于強制檢定的計量器具量值傳遞則是自上而下的，尤其對屬于強制檢定的計量器具一直實行定點、定周期檢定，難免

16、會形成計量檢定機構(gòu)的重一直實行定點、定周期檢定，難免會形成計量檢定機構(gòu)的重復(fù)設(shè)置，且傳遞環(huán)節(jié)增多，從而會損失一些測量準(zhǔn)確度。為復(fù)設(shè)置，且傳遞環(huán)節(jié)增多，從而會損失一些測量準(zhǔn)確度。為了與國際慣例接軌和適應(yīng)市場經(jīng)濟發(fā)展的需要，應(yīng)多提倡量了與國際慣例接軌和適應(yīng)市場經(jīng)濟發(fā)展的需要，應(yīng)多提倡量值溯源。值溯源。194.2.3 4.2.3 量值的溯源量值的溯源v標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是實現(xiàn)準(zhǔn)確一致的測量，保證量值有效傳遞的計量是實現(xiàn)準(zhǔn)確一致的測量，保證量值有效傳遞的計量標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。通過使用不同等級的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，使準(zhǔn)確度由低到高，通過使用不同等級的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，使準(zhǔn)確度由低到高，逐級進行量值的追溯，直到國際單位，這一過程稱為

17、量值的逐級進行量值的追溯，直到國際單位，這一過程稱為量值的“溯源過程溯源過程”。v從國際單位到不同等級的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)由高至低進行量值傳遞，從國際單位到不同等級的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)由高至低進行量值傳遞，最終至實際測量現(xiàn)場的過程，被稱為量值的最終至實際測量現(xiàn)場的過程，被稱為量值的“傳遞過程傳遞過程”。v由此，形成了由此，形成了化學(xué)測量化學(xué)測量的完整的溯源的完整的溯源量傳體系。在這個量傳體系。在這個溯源鏈中，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)起著復(fù)現(xiàn)量值、傳遞測量不確定度和實溯源鏈中，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)起著復(fù)現(xiàn)量值、傳遞測量不確定度和實現(xiàn)測量準(zhǔn)確一致的至關(guān)重要的作用。現(xiàn)測量準(zhǔn)確一致的至關(guān)重要的作用。204.2.4 4.2.4 量值傳遞與量值溯源的區(qū)

18、別量值傳遞與量值溯源的區(qū)別 v量值溯源量值溯源要求實驗室對自己檢測標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)量值，主動地與要求實驗室對自己檢測標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)量值，主動地與上一級檢定機構(gòu)取得聯(lián)系，追溯高于自己準(zhǔn)確度（一般遵循上一級檢定機構(gòu)取得聯(lián)系，追溯高于自己準(zhǔn)確度（一般遵循1/101/10或或1/31/3法則）的量值與之比較，確定自己的準(zhǔn)確性。而法則）的量值與之比較，確定自己的準(zhǔn)確性。而量值傳遞量值傳遞是上一級檢定部門將自身的量值傳遞給低于其準(zhǔn)確是上一級檢定部門將自身的量值傳遞給低于其準(zhǔn)確等級的部門，主要是指國家強制性檢定的內(nèi)容。等級的部門，主要是指國家強制性檢定的內(nèi)容。v溯源與傳遞的主要區(qū)別在于溯源是自下而上的活動，帶有主溯源

19、與傳遞的主要區(qū)別在于溯源是自下而上的活動，帶有主動性；量值傳遞是自上而下的活動，帶有強制性。溯源性的動性；量值傳遞是自上而下的活動，帶有強制性。溯源性的概念是量值傳遞概念的逆過程。概念是量值傳遞概念的逆過程。21224.3 4.3 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)4.3.1 標(biāo)定和校準(zhǔn)標(biāo)定和校準(zhǔn) 4.3.2 傳感器的靜態(tài)標(biāo)定傳感器的靜態(tài)標(biāo)定4.3.3 傳感器的動態(tài)標(biāo)定傳感器的動態(tài)標(biāo)定 234.3.1 4.3.1 標(biāo)定和校準(zhǔn)：標(biāo)定和校準(zhǔn)：1.1.計量基準(zhǔn)與計量標(biāo)準(zhǔn)計量基準(zhǔn)與計量標(biāo)準(zhǔn)v計量基準(zhǔn)器具簡稱計量基準(zhǔn)，是指用以復(fù)現(xiàn)計量基準(zhǔn)器具簡稱計量基準(zhǔn)，是指用以復(fù)現(xiàn)和保存計量單位量值，經(jīng)國家計量主管

20、部門和保存計量單位量值，經(jīng)國家計量主管部門批準(zhǔn)，作為統(tǒng)一全國量值最高依據(jù)的計量器批準(zhǔn)，作為統(tǒng)一全國量值最高依據(jù)的計量器具。具。v計量標(biāo)準(zhǔn)是計量標(biāo)準(zhǔn)器具的簡稱，指準(zhǔn)確度計量標(biāo)準(zhǔn)是計量標(biāo)準(zhǔn)器具的簡稱，指準(zhǔn)確度低于計量基準(zhǔn)，用于檢定其他計量標(biāo)準(zhǔn)或工低于計量基準(zhǔn)，用于檢定其他計量標(biāo)準(zhǔn)或工作計量器具的計量器具。作計量器具的計量器具。 244.3.1 4.3.1 標(biāo)定和校準(zhǔn)：標(biāo)定和校準(zhǔn)：2.2.標(biāo)定和校準(zhǔn)的概念標(biāo)定和校準(zhǔn)的概念v新研制的或生產(chǎn)制作的傳感器需要利用已知基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)器新研制的或生產(chǎn)制作的傳感器需要利用已知基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)器（指傳感器、儀器或設(shè)備）對其技術(shù)性能進行全面的檢定和（指傳感器、儀器或設(shè)備）對其

21、技術(shù)性能進行全面的檢定和定度，建立其輸出量與輸入量之間的關(guān)系，并確定其基本的定度，建立其輸出量與輸入量之間的關(guān)系，并確定其基本的靜、動態(tài)特性，包括靈敏度、重復(fù)性、非線性、遲滯、精度靜、動態(tài)特性，包括靈敏度、重復(fù)性、非線性、遲滯、精度和固有頻率等。這種利用標(biāo)準(zhǔn)器具對傳感器性能進行定度的和固有頻率等。這種利用標(biāo)準(zhǔn)器具對傳感器性能進行定度的過程，稱為標(biāo)定。過程，稱為標(biāo)定。 v傳感器使用一段時間以后或經(jīng)過修理，需要利用標(biāo)準(zhǔn)器具對傳感器使用一段時間以后或經(jīng)過修理，需要利用標(biāo)準(zhǔn)器具對其性能指標(biāo)重新進行確認(rèn)，看其是否可以繼續(xù)使用或仍符合其性能指標(biāo)重新進行確認(rèn)，看其是否可以繼續(xù)使用或仍符合原先技術(shù)指標(biāo)所規(guī)定的

22、要求，這一性能復(fù)測過程稱為校準(zhǔn)。原先技術(shù)指標(biāo)所規(guī)定的要求，這一性能復(fù)測過程稱為校準(zhǔn)。 254.3.1 4.3.1 標(biāo)定和校準(zhǔn)：標(biāo)定和校準(zhǔn)： 3 3傳感器標(biāo)定原則傳感器標(biāo)定原則v（1 1）傳感器標(biāo)定有產(chǎn)品計量標(biāo)定和非產(chǎn)品標(biāo)定之分。產(chǎn)品）傳感器標(biāo)定有產(chǎn)品計量標(biāo)定和非產(chǎn)品標(biāo)定之分。產(chǎn)品標(biāo)定必須遵照國家計量法，按照國家量傳體系進行，保證量標(biāo)定必須遵照國家計量法，按照國家量傳體系進行，保證量值的準(zhǔn)確傳遞，確保標(biāo)定結(jié)果的合法性和準(zhǔn)確性。非產(chǎn)品標(biāo)值的準(zhǔn)確傳遞，確保標(biāo)定結(jié)果的合法性和準(zhǔn)確性。非產(chǎn)品標(biāo)定結(jié)果往往是供自己使用，或在小范圍內(nèi)使用，對標(biāo)定設(shè)備定結(jié)果往往是供自己使用，或在小范圍內(nèi)使用，對標(biāo)定設(shè)備及操作人

23、員不要求資質(zhì)，標(biāo)定結(jié)果自然也就沒有傳播、傳遞及操作人員不要求資質(zhì)，標(biāo)定結(jié)果自然也就沒有傳播、傳遞的合法性。的合法性。v（2 2）量值傳遞體系，是為量值的準(zhǔn)確傳遞，由國家根據(jù)經(jīng)）量值傳遞體系，是為量值的準(zhǔn)確傳遞，由國家根據(jù)經(jīng)濟合理，分工協(xié)作的原則，以城市為中心，就地就近組織的濟合理，分工協(xié)作的原則，以城市為中心，就地就近組織的量值傳遞網(wǎng)。量值傳遞網(wǎng)。264.3.1 4.3.1 標(biāo)定和校準(zhǔn)：標(biāo)定和校準(zhǔn)：3 3傳感器標(biāo)定原則傳感器標(biāo)定原則v（3 3）為了保證各種物理量量值的一致準(zhǔn)確，國際上多提倡）為了保證各種物理量量值的一致準(zhǔn)確，國際上多提倡量值溯源體系。量值溯源是從下而上，企業(yè)可根據(jù)測量準(zhǔn)確量值溯

24、源體系。量值溯源是從下而上，企業(yè)可根據(jù)測量準(zhǔn)確度的要求，自主地尋求具有較佳不確定度的參考標(biāo)準(zhǔn)進行測度的要求，自主地尋求具有較佳不確定度的參考標(biāo)準(zhǔn)進行測量設(shè)備的校準(zhǔn)，甚至可以跨地區(qū)、跨國界與國家的或國際的量設(shè)備的校準(zhǔn)，甚至可以跨地區(qū)、跨國界與國家的或國際的計量基準(zhǔn)進行比對或校準(zhǔn)，因而可以比較合理地滿足使用要計量基準(zhǔn)進行比對或校準(zhǔn)，因而可以比較合理地滿足使用要求。求。v（4 4）傳感器標(biāo)定用的標(biāo)準(zhǔn)量因被測量不同而異，但它們必）傳感器標(biāo)定用的標(biāo)準(zhǔn)量因被測量不同而異，但它們必須是長期穩(wěn)定的、高精度基準(zhǔn)，如砝碼、塊規(guī)等實物基準(zhǔn)；須是長期穩(wěn)定的、高精度基準(zhǔn)，如砝碼、塊規(guī)等實物基準(zhǔn)；如鉑銠如鉑銠- -鉑熱電

25、偶等標(biāo)準(zhǔn)傳感器；如分析傳感器用的標(biāo)準(zhǔn)物鉑熱電偶等標(biāo)準(zhǔn)傳感器；如分析傳感器用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)等。質(zhì)等。274.3.1 4.3.1 標(biāo)定和校準(zhǔn)：標(biāo)定和校準(zhǔn)：4.4.標(biāo)定的基本方法與系統(tǒng)組成標(biāo)定的基本方法與系統(tǒng)組成v 被測量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器，如恒溫源、測力機等；被測量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器，如恒溫源、測力機等；v 被測量的標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)，如標(biāo)準(zhǔn)力傳感器、標(biāo)被測量的標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)，如標(biāo)準(zhǔn)力傳感器、標(biāo)準(zhǔn)溫度計、高精度位移計等；準(zhǔn)溫度計、高精度位移計等；v 待標(biāo)定傳感器所配接的信號檢測設(shè)備，如信號待標(biāo)定傳感器所配接的信號檢測設(shè)備，如信號調(diào)節(jié)器、顯示器、記錄儀等。因為所配接的檢測儀調(diào)節(jié)器、顯示器、記錄儀等。因為所配接的檢測儀器是作

26、為標(biāo)準(zhǔn)測試設(shè)備來使用的，因此其精度應(yīng)是器是作為標(biāo)準(zhǔn)測試設(shè)備來使用的，因此其精度應(yīng)是已知的。已知的。284.3.2 4.3.2 傳感器的靜態(tài)標(biāo)定傳感器的靜態(tài)標(biāo)定v1.1.靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件：傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)條件下進行標(biāo)靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件：傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)條件下進行標(biāo)定的，而靜態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)條件是指沒有加速度、振動、沖擊（除定的，而靜態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)條件是指沒有加速度、振動、沖擊（除非這些參數(shù)本身就是被測物理量）及環(huán)境溫度一般為室溫非這些參數(shù)本身就是被測物理量）及環(huán)境溫度一般為室溫（202055）、相對濕度不大于）、相對濕度不大于8585，大氣壓力為（，大氣壓力為（101.3101.3 8 8）KPaKPa

27、時的情況。時的情況。v2.2.標(biāo)定儀器設(shè)備的精度等級的確定：對傳感器進行標(biāo)定，是標(biāo)定儀器設(shè)備的精度等級的確定：對傳感器進行標(biāo)定，是根據(jù)試驗數(shù)據(jù)確定傳感器的各項性能指標(biāo)，實際上也是確定根據(jù)試驗數(shù)據(jù)確定傳感器的各項性能指標(biāo)，實際上也是確定傳感器的測量精度等級。所以在標(biāo)定傳感器時，所用的測量傳感器的測量精度等級。所以在標(biāo)定傳感器時，所用的測量儀器的精度至少要比被標(biāo)定的傳感器的精度高一個等級。這儀器的精度至少要比被標(biāo)定的傳感器的精度高一個等級。這樣，標(biāo)定確定的傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)才是可靠的，所確定的樣，標(biāo)定確定的傳感器靜態(tài)性能指標(biāo)才是可靠的，所確定的精度才是可信的。精度才是可信的。294.3.2: 4.

28、3.2: 3 3靜態(tài)標(biāo)定的方法步驟靜態(tài)標(biāo)定的方法步驟v(1) 把傳感器、檢測設(shè)備連接，搭建標(biāo)定系統(tǒng)；把傳感器、檢測設(shè)備連接，搭建標(biāo)定系統(tǒng)；v(2) 將傳感器全量程（測量范圍）分成為若干等分點；將傳感器全量程（測量范圍）分成為若干等分點；v(3) 根據(jù)傳感器量程分點情況，由小到大依次一點一點地根據(jù)傳感器量程分點情況，由小到大依次一點一點地 輸入標(biāo)準(zhǔn)量值，并記錄下與各輸入值相對應(yīng)的輸出值，直至輸入標(biāo)準(zhǔn)量值，并記錄下與各輸入值相對應(yīng)的輸出值，直至量程滿為止；量程滿為止；v(4) 按照按照(3)的分點，并與的分點，并與(3)相反的順序，測試并記錄反行程相反的順序，測試并記錄反行程的輸入值與對應(yīng)的輸出值

29、；的輸入值與對應(yīng)的輸出值；v(5) 按按(3) 、(4)所述過程，對傳感器進行正、反行程往復(fù)多所述過程，對傳感器進行正、反行程往復(fù)多次測試，得到輸出次測試，得到輸出輸入測試數(shù)據(jù)表或輸出輸入測試數(shù)據(jù)表或輸出輸入曲線；輸入曲線；v(6) 對測試數(shù)據(jù)進行必要的處理，可得到被測傳感器的線性對測試數(shù)據(jù)進行必要的處理，可得到被測傳感器的線性度、滯后、重復(fù)性、靈敏度等靜態(tài)特性指標(biāo)。度、滯后、重復(fù)性、靈敏度等靜態(tài)特性指標(biāo)。v(7) 對量程、分辨力等余下的指標(biāo)按要求進行標(biāo)定。對量程、分辨力等余下的指標(biāo)按要求進行標(biāo)定。304.3.3 4.3.3 傳感器的動態(tài)標(biāo)定傳感器的動態(tài)標(biāo)定v傳感器的動態(tài)標(biāo)定主要用于檢驗、測試

30、傳感器的動態(tài)特性，傳感器的動態(tài)標(biāo)定主要用于檢驗、測試傳感器的動態(tài)特性，如動態(tài)靈敏度、頻率響應(yīng)和固有頻率等。對傳感器進行動態(tài)如動態(tài)靈敏度、頻率響應(yīng)和固有頻率等。對傳感器進行動態(tài)標(biāo)定，需要對它輸入一個標(biāo)準(zhǔn)激勵信號，常用的標(biāo)準(zhǔn)激勵信標(biāo)定，需要對它輸入一個標(biāo)準(zhǔn)激勵信號，常用的標(biāo)準(zhǔn)激勵信號有兩類：一是周期函數(shù)，如正弦波、三角波等，以正弦波號有兩類：一是周期函數(shù)，如正弦波、三角波等，以正弦波為常用；二是瞬態(tài)函數(shù)，如階躍波、半正弦波等，以階躍波為常用；二是瞬態(tài)函數(shù)，如階躍波、半正弦波等，以階躍波最為常用。最為常用。v傳感器的動態(tài)特性可用傳遞函數(shù)描述，已知傳遞函數(shù)，便可傳感器的動態(tài)特性可用傳遞函數(shù)描述，已知傳

31、遞函數(shù)，便可知傳感器的階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)特性。因此傳感器動態(tài)特性知傳感器的階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)特性。因此傳感器動態(tài)特性的測試（或標(biāo)定）實質(zhì)上是傳感器傳遞函數(shù)的確定。的測試（或標(biāo)定）實質(zhì)上是傳感器傳遞函數(shù)的確定。v與靜態(tài)標(biāo)定相比，對傳感器進行動態(tài)標(biāo)定比較困難。因為產(chǎn)與靜態(tài)標(biāo)定相比，對傳感器進行動態(tài)標(biāo)定比較困難。因為產(chǎn)生、測量標(biāo)準(zhǔn)的非電量動態(tài)信號需要專門的儀器設(shè)備，而這生、測量標(biāo)準(zhǔn)的非電量動態(tài)信號需要專門的儀器設(shè)備，而這些設(shè)備大都比較昂貴。些設(shè)備大都比較昂貴。311 1階躍信號響應(yīng)法階躍信號響應(yīng)法v（1）一階傳感器時間常數(shù)的確定）一階傳感器時間常數(shù)的確定xbyadtdya001/)/exp(1 )(

32、tkAty)/exp()/()(1tkAty)/()(1lnkAtyZ321 1階躍信號響應(yīng)法階躍信號響應(yīng)法v（2) 二階傳感器阻尼比和固有頻率的確定二階傳感器阻尼比和固有頻率的確定2)(/ln/11ym22011mdtdinintt/ )2()/ln()(nimmn2)(22)/ln(411nimmin332 2正弦信號響應(yīng)法正弦信號響應(yīng)法v（1 1）一階傳感器時間常數(shù)的確定：將一階傳感器）一階傳感器時間常數(shù)的確定：將一階傳感器的頻率特性曲線繪成伯德圖，則其對數(shù)幅頻曲線下的頻率特性曲線繪成伯德圖，則其對數(shù)幅頻曲線下降降3dB3dB所測取的角頻率，由此可確定一階傳感器的所測取的角頻率，由此可確

33、定一階傳感器的時間常數(shù)。時間常數(shù)。v（2 2）二階傳感器阻尼比和固有頻率的確定）二階傳感器阻尼比和固有頻率的確定 20121kkr2021r344.4 4.4 傳感器的誤差與信噪比傳感器的誤差與信噪比4.4.1 傳感器的誤差傳感器的誤差 4.4.2 傳感器的信噪比傳感器的信噪比 354.4.1 4.4.1 傳感器的誤差傳感器的誤差v傳感器的誤差：傳感器的輸出值與理論輸出值之差。傳感器的誤差：傳感器的輸出值與理論輸出值之差。v由于傳感器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲和由外部混入傳感器中由于傳感器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲和由外部混入傳感器中的噪聲是不可能完全消除的。因此傳感器的噪聲不的噪聲是不可能完全消除的。因此傳感器的噪

34、聲不為零，而且是隨機變化的，它使傳感器對應(yīng)于某個為零，而且是隨機變化的，它使傳感器對應(yīng)于某個輸入量不可能有唯一確定的輸出，從而產(chǎn)生誤差。輸入量不可能有唯一確定的輸出，從而產(chǎn)生誤差。v設(shè)傳感器的輸入為設(shè)傳感器的輸入為x，輸出為，輸出為y，其理想方程為：，其理想方程為：ySxv其中其中S為靜態(tài)靈敏度。為靜態(tài)靈敏度。364.4.1 4.4.1 傳感器的誤差傳感器的誤差v考慮到環(huán)境條件、時間因素對輸出的影響，其輸出考慮到環(huán)境條件、時間因素對輸出的影響，其輸出輸入關(guān)系可表示為：輸入關(guān)系可表示為：v傳感器經(jīng)標(biāo)定后，其輸出輸入關(guān)系變?yōu)椋簜鞲衅鹘?jīng)標(biāo)定后，其輸出輸入關(guān)系變?yōu)椋簐x與輸入相同單位的輸出值；與輸入相

35、同單位的輸出值；vC標(biāo)定系數(shù)；標(biāo)定系數(shù)；v(q,t) 與輸入相同單位的輸出噪聲量。與輸入相同單位的輸出噪聲量。),(),(0tqnxtqxsSy),(),(0tqxtqxsSCx374.4.1 4.4.1 傳感器的誤差傳感器的誤差v如果傳感器的靜態(tài)誤差表示為：如果傳感器的靜態(tài)誤差表示為：v并使：并使：v則：則：v式中：式中：s(x,q,t)包含了非線性誤差、遲滯誤差以及靈敏度隨環(huán)包含了非線性誤差、遲滯誤差以及靈敏度隨環(huán)境和時間的變化；境和時間的變化；(q,t)為各種噪聲引起的傳感器輸出，而為各種噪聲引起的傳感器輸出，而且越靠近輸入端的元件所產(chǎn)生的噪聲在輸出端的影響越大；且越靠近輸入端的元件所產(chǎn)

36、生的噪聲在輸出端的影響越大；s(x,q,t)與與(q,t)是隨時間而隨機變化的，它或大或小，有正是隨時間而隨機變化的，它或大或小，有正有負(fù)，有一定的統(tǒng)計規(guī)律；當(dāng)有負(fù)，有一定的統(tǒng)計規(guī)律；當(dāng)s的時間平均值偏離零時，的時間平均值偏離零時，S0也將發(fā)生變化，所以在偏離并不太大時就需重新進行標(biāo)定。也將發(fā)生變化，所以在偏離并不太大時就需重新進行標(biāo)定。 10CS),(),(tqxtqxCsxxxx384.4.1 4.4.1 傳感器的誤差傳感器的誤差v如果傳感器的輸入量是隨時間而變化，且變化的頻如果傳感器的輸入量是隨時間而變化，且變化的頻率是在傳感器的工作頻率范圍之內(nèi)，這時傳感器的率是在傳感器的工作頻率范圍之

37、內(nèi)，這時傳感器的輸出輸入關(guān)系可表示為：輸出輸入關(guān)系可表示為：v傳感器的動態(tài)誤差則為：傳感器的動態(tài)誤差則為：v由上式可知，傳感器應(yīng)在由上式可知，傳感器應(yīng)在 變化不大的頻變化不大的頻率范圍內(nèi)使用，并將率范圍內(nèi)使用，并將 控制在一定范圍內(nèi)，否控制在一定范圍內(nèi)，否則將有較大的動態(tài)誤差。則將有較大的動態(tài)誤差。)()()(xjSy噪聲量靜態(tài)靈敏度動態(tài)靈敏度)()()0()()(nxSjSy)0()(SjS)(n394.4.2 4.4.2 傳感器的信噪比傳感器的信噪比v傳感器的信噪比是指其信號功率傳感器的信噪比是指其信號功率SP與噪聲功率與噪聲功率NP之比，是表示傳感器檢測微弱信號能力的一項指標(biāo)。之比，是表

38、示傳感器檢測微弱信號能力的一項指標(biāo)。SNR越高，說明信號超過噪聲越多，使信號更容易越高，說明信號超過噪聲越多，使信號更容易檢測。檢測。v傳感器的傳感器的輸入輸入信噪比與信噪比與輸出輸出信噪比之比稱為信噪比之比稱為噪聲系噪聲系數(shù)數(shù)F，它同樣也是衡量傳感器檢測微弱信號能力的，它同樣也是衡量傳感器檢測微弱信號能力的一項指標(biāo)，噪聲系數(shù)是越低越好，即：一項指標(biāo)，噪聲系數(shù)是越低越好，即：oiiNPSPNPSPSNRSNRF)()(0404.4.2 4.4.2 傳感器的信噪比傳感器的信噪比v設(shè)信號與噪聲互不相關(guān)：設(shè)信號與噪聲互不相關(guān)：v由于噪聲是隨機信號，其功率按統(tǒng)計規(guī)律處理，由于噪聲是隨機信號，其功率按統(tǒng)

39、計規(guī)律處理，因此上式可用均方值表示為因此上式可用均方值表示為：v如果傳感器輸入噪聲為如果傳感器輸入噪聲為ni，則其噪聲系數(shù)為：，則其噪聲系數(shù)為：),(),(0tqnxtqxsSy),(0tqnxSy22202nxSy2202222022iinSnnxSnxF414.4.2 4.4.2 傳感器的信噪比傳感器的信噪比v當(dāng)傳感器內(nèi)部噪聲為當(dāng)傳感器內(nèi)部噪聲為0 0，即：，即：v當(dāng)傳感器內(nèi)部噪聲不為零時，則：當(dāng)傳感器內(nèi)部噪聲不為零時，則：v當(dāng)傳感器的頻帶與輸入噪聲頻譜相比是非常窄當(dāng)傳感器的頻帶與輸入噪聲頻譜相比是非常窄時，傳感器起一定濾波作用，這時：時，傳感器起一定濾波作用，這時： v傳感器檢測弱信號的

40、能力用傳感器檢測弱信號的能力用xm表示，它是指表示，它是指輸輸出信噪比出信噪比為為1 1時時輸入輸入的大小，則：的大小，則：2202222022iinSnnxSnxF2202inSn1F2202inSn1F1FFnSnxim22022424.4.2 4.4.2 傳感器的信噪比傳感器的信噪比v在一定的噪聲輸入時，在一定的噪聲輸入時，xm越小，傳感器的噪聲系數(shù)越小，傳感器的噪聲系數(shù)F也越小，因也越小，因此表明該傳感器檢測弱信號的能力越強。此表明該傳感器檢測弱信號的能力越強。v當(dāng)傳感器當(dāng)傳感器F值一定時，則必須抑制由輸入端混入的噪聲，以降低值一定時，則必須抑制由輸入端混入的噪聲，以降低其其xm值，提

41、高檢測弱信號的能力。值，提高檢測弱信號的能力。v當(dāng)傳感器的頻帶較寬，無濾波效果時，應(yīng)盡量減小其內(nèi)部噪聲，當(dāng)傳感器的頻帶較寬，無濾波效果時，應(yīng)盡量減小其內(nèi)部噪聲，使使F接近接近1 1，或者在滿足所需精確度傳遞信號的條件下，使傳感器，或者在滿足所需精確度傳遞信號的條件下，使傳感器的頻帶盡量變窄，以得到較高的輸出信噪比。的頻帶盡量變窄，以得到較高的輸出信噪比。v當(dāng)輸出的噪聲較大不可忽略時，可采用平均法，即在較小的時間當(dāng)輸出的噪聲較大不可忽略時，可采用平均法，即在較小的時間間隔（應(yīng)小于輸出最小變化周期）內(nèi)取輸出的平均值，來得到較間隔（應(yīng)小于輸出最小變化周期）內(nèi)取輸出的平均值，來得到較高的輸出信噪比。高

42、的輸出信噪比。FnSnxim22022434.5 4.5 噪聲及其抑制噪聲及其抑制4.5.1 干擾與噪聲干擾與噪聲4.5.2 傳感器噪聲傳感器噪聲4.5.3 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式 4.5.4 傳感器低噪化方法傳感器低噪化方法 444.5.1 4.5.1 干擾與噪聲：干擾與噪聲：1 1區(qū)別區(qū)別v噪聲是絕對的，它的產(chǎn)生或存在不受接收者的噪聲是絕對的，它的產(chǎn)生或存在不受接收者的影響，是獨立的，與有用信號無關(guān)。干擾是相影響，是獨立的，與有用信號無關(guān)。干擾是相對有用信號而言的，只有噪聲達到一定數(shù)值、對有用信號而言的，只有噪聲達到一定數(shù)值、它和有用信號一起進入智能儀器并影響其正常它和有用信號一起進

43、入智能儀器并影響其正常工作才形成干擾。工作才形成干擾。v噪聲與干擾是因果關(guān)系，噪聲是干擾之因，干噪聲與干擾是因果關(guān)系，噪聲是干擾之因，干擾是噪聲之果，是一個量變到質(zhì)變的過程。擾是噪聲之果，是一個量變到質(zhì)變的過程。v干擾在滿足一定條件時，可以消除。噪聲在一干擾在滿足一定條件時，可以消除。噪聲在一般情況下，難以消除，只能減弱。般情況下，難以消除，只能減弱。454.5.1 4.5.1 干擾與噪聲干擾與噪聲：2 2三要素三要素v噪聲形成干擾必須具備三個條件，即三要素。這三要素是有噪聲形成干擾必須具備三個條件，即三要素。這三要素是有噪噪聲源聲源、有對噪聲敏感的、有對噪聲敏感的接受電路接受電路和噪聲源到接

44、收電路之間的和噪聲源到接收電路之間的耦耦合通道合通道。 v（1 1）干擾源干擾源：產(chǎn)生干擾信號的設(shè)備被稱為干擾源，如變壓器、：產(chǎn)生干擾信號的設(shè)備被稱為干擾源，如變壓器、繼電器、微波設(shè)備、電機、無繩電話和高壓電線等都可以產(chǎn)生繼電器、微波設(shè)備、電機、無繩電話和高壓電線等都可以產(chǎn)生空中電磁信號等?？罩须姶判盘柕?。v（2 2）傳播途徑傳播途徑：傳播途徑是指干擾信號的傳播路徑。：傳播途徑是指干擾信號的傳播路徑。v（3 3）接收載體接收載體：接收載體是指受影響的設(shè)備的某個環(huán)節(jié)，該：接收載體是指受影響的設(shè)備的某個環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)吸收了干擾信號，并轉(zhuǎn)化為對系統(tǒng)造成影響的電器參數(shù)。環(huán)節(jié)吸收了干擾信號，并轉(zhuǎn)化為對系統(tǒng)

45、造成影響的電器參數(shù)。464.5.2 4.5.2 傳感器噪聲傳感器噪聲v傳感器系統(tǒng)中除了被測信號等有用信號外出現(xiàn)傳感器系統(tǒng)中除了被測信號等有用信號外出現(xiàn)的一切不需要的信號，即不希望有的動態(tài)分量，的一切不需要的信號，即不希望有的動態(tài)分量，統(tǒng)稱為傳感器噪聲。統(tǒng)稱為傳感器噪聲。v傳感器噪聲表現(xiàn)形式一般是不規(guī)則和隨機的，傳感器噪聲表現(xiàn)形式一般是不規(guī)則和隨機的，但也有規(guī)則的，如電源紋波、放大器自激振蕩但也有規(guī)則的，如電源紋波、放大器自激振蕩等。等。v傳感器噪聲的來源和種類比較復(fù)雜，按產(chǎn)生原傳感器噪聲的來源和種類比較復(fù)雜，按產(chǎn)生原因可分機械的、音響的、光的、熱的、電磁的、因可分機械的、音響的、光的、熱的、電

46、磁的、化學(xué)的等?；瘜W(xué)的等。474.5.3 4.5.3 噪聲的耦合方式：噪聲的耦合方式：1.1.共阻抗耦合共阻抗耦合v是由于幾個電路之間有是由于幾個電路之間有公共阻抗公共阻抗，當(dāng)一個電路中有，當(dāng)一個電路中有電流流過時，在公共阻抗上產(chǎn)生一個壓降，這一壓電流流過時，在公共阻抗上產(chǎn)生一個壓降，這一壓降對其它與公共阻抗相連的電路形成干擾。降對其它與公共阻抗相連的電路形成干擾。 v電源內(nèi)阻共阻抗耦合電源內(nèi)阻共阻抗耦合：當(dāng)用一個電源對幾個電子：當(dāng)用一個電源對幾個電子線路或傳感器供電時，電源內(nèi)阻抗產(chǎn)生共阻抗耦合。線路或傳感器供電時，電源內(nèi)阻抗產(chǎn)生共阻抗耦合。v公共地線的耦合公共地線的耦合：在傳感器系統(tǒng)的公共地

47、線上，：在傳感器系統(tǒng)的公共地線上，有各種信號電流流過。由于地線本身具有一定的阻有各種信號電流流過。由于地線本身具有一定的阻抗，在其上必然形成壓降，該壓降就形成對有關(guān)電抗，在其上必然形成壓降，該壓降就形成對有關(guān)電路的干擾電壓。路的干擾電壓。484.5.3 4.5.3 噪聲的耦合方式：噪聲的耦合方式：1.1.共阻抗耦合共阻抗耦合v信號輸出電路的相互干擾信號輸出電路的相互干擾：當(dāng)傳感器系統(tǒng)的信號：當(dāng)傳感器系統(tǒng)的信號電路有幾路負(fù)載時，任何一個負(fù)載的變化都會通過電路有幾路負(fù)載時，任何一個負(fù)載的變化都會通過輸出阻抗的共阻抗耦合而影響其他輸出電路。輸出阻抗的共阻抗耦合而影響其他輸出電路。v模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)

48、共地耦合干擾模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)共地耦合干擾：通常數(shù)字系：通常數(shù)字系統(tǒng)的入地電流比模擬系統(tǒng)大得多，并且有較大的波統(tǒng)的入地電流比模擬系統(tǒng)大得多，并且有較大的波動噪音，數(shù)字電路和模擬電路共地時尤為嚴(yán)重。動噪音，數(shù)字電路和模擬電路共地時尤為嚴(yán)重。v消除或減小電阻耦合的消除或減小電阻耦合的方法方法是采用單點供電與單點是采用單點供電與單點接地，在相當(dāng)多的電路中難免使用公共電源線和地接地，在相當(dāng)多的電路中難免使用公共電源線和地線，應(yīng)盡量將公共線縮短、加粗。線，應(yīng)盡量將公共線縮短、加粗。 494.5.3 4.5.3 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式v2.2.靜電耦合靜電耦合：它是由于兩個電路之間存在寄生電容，：它

49、是由于兩個電路之間存在寄生電容，使得一個電路的電荷變化影響到另一個電路。由于使得一個電路的電荷變化影響到另一個電路。由于寄生電容在電路中是普遍存在的，如兩平行導(dǎo)線間，寄生電容在電路中是普遍存在的，如兩平行導(dǎo)線間，直導(dǎo)線與平面間、同軸電纜間等場合都存在寄生電直導(dǎo)線與平面間、同軸電纜間等場合都存在寄生電容，電容性耦合是普遍存在的。容，電容性耦合是普遍存在的。v3.3.電磁耦合電磁耦合：又稱感性耦合或互感耦合，它是由于：又稱感性耦合或互感耦合，它是由于兩個電路之間存在互感，當(dāng)干擾源是以電流形式出兩個電路之間存在互感，當(dāng)干擾源是以電流形式出現(xiàn)時，此電流所產(chǎn)生的磁場通過互感耦合對鄰近信現(xiàn)時，此電流所產(chǎn)生

50、的磁場通過互感耦合對鄰近信號形成干擾，使得當(dāng)一個電路的電流變化時，通過號形成干擾，使得當(dāng)一個電路的電流變化時，通過磁交鏈影響到另一個電路。磁交鏈影響到另一個電路。 504.5.3 4.5.3 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式：4 4漏電耦合漏電耦合 v由于兩部分電路之間絕緣不良，高電位電路通過絕由于兩部分電路之間絕緣不良，高電位電路通過絕緣電阻向低電平電路漏電，這種漏電電流對低電平緣電阻向低電平電路漏電，這種漏電電流對低電平電路造成干擾。電路造成干擾。v檢測較高的直流電壓時，被測電壓通過絕緣電阻檢測較高的直流電壓時，被測電壓通過絕緣電阻向檢測器輸入電路漏電；向檢測器輸入電路漏電；v在傳感器系統(tǒng)附近

51、有較高的直流電源，電壓源通在傳感器系統(tǒng)附近有較高的直流電源，電壓源通過絕緣電阻向傳感器輸入電路漏電；過絕緣電阻向傳感器輸入電路漏電；v有高輸入阻抗的直流放大器，因為輸入阻抗取值有高輸入阻抗的直流放大器，因為輸入阻抗取值很大，其引入的干擾電壓的數(shù)值就大。很大，其引入的干擾電壓的數(shù)值就大。514.5.3 4.5.3 噪聲的耦合方式噪聲的耦合方式v5.5.傳導(dǎo)耦合傳導(dǎo)耦合：是指經(jīng)導(dǎo)線檢拾到噪聲，再經(jīng)它傳輸：是指經(jīng)導(dǎo)線檢拾到噪聲，再經(jīng)它傳輸?shù)皆肼暯邮针娐范纬筛蓴_的噪聲耦合方式。最常到噪聲接收電路而形成干擾的噪聲耦合方式。最常見的是電源線經(jīng)噪聲環(huán)境，它把交變電磁場感應(yīng)到見的是電源線經(jīng)噪聲環(huán)境，它把交變

52、電磁場感應(yīng)到電源回路中而形成感應(yīng)電勢，再經(jīng)這條電源線傳送電源回路中而形成感應(yīng)電勢，再經(jīng)這條電源線傳送到各處進入電子裝置，造成干擾。到各處進入電子裝置，造成干擾。v6.6.輻射電磁場耦合輻射電磁場耦合：大功率的高頻電氣設(shè)備，周圍：大功率的高頻電氣設(shè)備，周圍的廣播、電視、通信發(fā)射臺等，不斷地向外發(fā)射電的廣播、電視、通信發(fā)射臺等，不斷地向外發(fā)射電磁波。傳感器系統(tǒng)若置于這種發(fā)射場中就會感應(yīng)到磁波。傳感器系統(tǒng)若置于這種發(fā)射場中就會感應(yīng)到與發(fā)射電磁場成正比的感應(yīng)電勢，這種感應(yīng)電勢進與發(fā)射電磁場成正比的感應(yīng)電勢，這種感應(yīng)電勢進入電路就形成干擾。入電路就形成干擾。524.5.4 4.5.4 傳感器低噪化方法傳

53、感器低噪化方法1.1.消除或抑制噪聲源消除或抑制噪聲源v消除或抑制噪聲源是最積極主動的措施，因為它能消除或抑制噪聲源是最積極主動的措施，因為它能從根本上消除或減小干擾。從根本上消除或減小干擾。v在實際工作中，只有一部分在設(shè)計者管理權(quán)限范圍在實際工作中，只有一部分在設(shè)計者管理權(quán)限范圍內(nèi)的噪聲源可以消除或抑制；而大多數(shù)噪聲源是獨內(nèi)的噪聲源可以消除或抑制；而大多數(shù)噪聲源是獨立存在的，是無法消除或抑制的，如自然噪聲源、立存在的，是無法消除或抑制的，如自然噪聲源、周圍工廠的電器設(shè)備產(chǎn)生的噪聲等。周圍工廠的電器設(shè)備產(chǎn)生的噪聲等。v本傳感器系統(tǒng)視為噪聲，而對另一設(shè)備則是有用信本傳感器系統(tǒng)視為噪聲，而對另一設(shè)

54、備則是有用信號，對這類信號就不能進行抑制。號，對這類信號就不能進行抑制。534.5.4 4.5.4 傳感器低噪化方法傳感器低噪化方法2.2.破壞干擾的耦合通道破壞干擾的耦合通道v對于以對于以“路路”的形式侵入的干擾，可以采用阻截或的形式侵入的干擾，可以采用阻截或給予低阻通路的辦法，使干擾不能進入接收電路。例給予低阻通路的辦法，使干擾不能進入接收電路。例如提高絕緣電阻以抑制漏電干擾；采用隔離技術(shù)來切如提高絕緣電阻以抑制漏電干擾；采用隔離技術(shù)來切斷地環(huán)路干擾；采用濾波、屏蔽、接地等技術(shù)給干擾斷地環(huán)路干擾；采用濾波、屏蔽、接地等技術(shù)給干擾以低阻通路，將干擾引開；采用整形、限幅等措施切以低阻通路，將干

55、擾引開；采用整形、限幅等措施切斷數(shù)字信號干擾的途徑等。斷數(shù)字信號干擾的途徑等。 v對于以對于以“場場”的形式侵入的干擾，一般采用屏蔽措的形式侵入的干擾，一般采用屏蔽措施并兼用施并兼用“路路”的抑制干擾措施，使干擾受到阻截并的抑制干擾措施，使干擾受到阻截并難以以難以以“路路”的形式侵入電路。的形式侵入電路。544.7.4 4.7.4 傳感器低噪化方法傳感器低噪化方法v3.3.消除接收電路對干擾的敏感性消除接收電路對干擾的敏感性：不同的電路結(jié)構(gòu)形式對：不同的電路結(jié)構(gòu)形式對干擾的敏感程度不同。一般高輸入阻抗電路比低輸入阻抗干擾的敏感程度不同。一般高輸入阻抗電路比低輸入阻抗電路易接收干擾；模擬電路比數(shù)

56、字電路易于接收干擾；布電路易接收干擾；模擬電路比數(shù)字電路易于接收干擾；布局松散的電子裝置比結(jié)構(gòu)緊湊的易于接收干擾。為削弱電局松散的電子裝置比結(jié)構(gòu)緊湊的易于接收干擾。為削弱電路對干擾的敏感性，可以采用濾波、選頻、雙絞線、對稱路對干擾的敏感性，可以采用濾波、選頻、雙絞線、對稱電路和負(fù)反饋等措施。電路和負(fù)反饋等措施。v4.4.采用軟件抑制干擾采用軟件抑制干擾: :對于有些已進入電路的干擾，用硬對于有些已進入電路的干擾，用硬件措施又不易實現(xiàn)或不易奏效，可以考慮在采用微處理器件措施又不易實現(xiàn)或不易奏效，可以考慮在采用微處理器的智能傳感器系統(tǒng)中，通過編入一定的程序進行信號處理的智能傳感器系統(tǒng)中，通過編入一

57、定的程序進行信號處理和分析判斷，達到抑制干擾的目的。和分析判斷，達到抑制干擾的目的。554.6 4.6 傳感器中的抗干擾措施傳感器中的抗干擾措施4.6.1 屏蔽屏蔽4.6.2 接地接地4.6.3 浮置浮置 4.6.4 濾波濾波4.6.5 光電耦合光電耦合4.6.6 印制電路板的抗干擾印制電路板的抗干擾4.6.7 傳感器的抗干擾傳感器的抗干擾 564.6 4.6 傳感器中的抗干擾措施傳感器中的抗干擾措施內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾白噪聲（熱運動）白噪聲（熱運動）閃爍噪聲（表面狀態(tài)）閃爍噪聲（表面狀態(tài)）外部干擾外部干擾市電干擾市電干擾溫度變化溫度變化機械振動機械振動電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)電磁輻射電磁輻射屏蔽屏蔽接地

58、接地浮置浮置濾波濾波光電耦合光電耦合措施措施574.6.1 4.6.1 屏蔽屏蔽v屏蔽屏蔽是將整個系統(tǒng)或部分單元用導(dǎo)電或?qū)Т诺牟牧习鼑饋順?gòu)成是將整個系統(tǒng)或部分單元用導(dǎo)電或?qū)Т诺牟牧习鼑饋順?gòu)成屏蔽層，再將屏蔽層接地的技術(shù)。這樣做可將外部電磁場屏蔽在屏蔽層，再將屏蔽層接地的技術(shù)。這樣做可將外部電磁場屏蔽在系統(tǒng)之外而不致形成干擾。系統(tǒng)之外而不致形成干擾。v屏蔽抗干擾的一般屏蔽抗干擾的一般原則原則是：為了得到滿意的屏蔽效果，必須針對是：為了得到滿意的屏蔽效果，必須針對不同的干擾源采用不同的保護措施；在采用一種屏蔽保護措施的不同的干擾源采用不同的保護措施；在采用一種屏蔽保護措施的同時要注意使該措施不

59、能破壞另一種屏蔽保護措施收到的屏蔽效同時要注意使該措施不能破壞另一種屏蔽保護措施收到的屏蔽效果；根據(jù)干擾源的性質(zhì)確定屏蔽材料；根據(jù)檢測系統(tǒng)的浮地要求果；根據(jù)干擾源的性質(zhì)確定屏蔽材料；根據(jù)檢測系統(tǒng)的浮地要求確定需屏蔽的對象，確定屏蔽的連接和接地。確定需屏蔽的對象，確定屏蔽的連接和接地。v屏蔽的作用是隔斷屏蔽的作用是隔斷“場場”的耦合，抑制各種場的干擾。因此它只的耦合，抑制各種場的干擾。因此它只適合防止兩種類型的外部干擾：一是由大氣噪聲、星際干擾、雷適合防止兩種類型的外部干擾：一是由大氣噪聲、星際干擾、雷電、天體輻射、大功率電氣設(shè)備、高壓設(shè)備等引起的電磁輻射干電、天體輻射、大功率電氣設(shè)備、高壓設(shè)備

60、等引起的電磁輻射干擾；二是通過靜電感應(yīng)引入的靜電電磁干擾。擾；二是通過靜電感應(yīng)引入的靜電電磁干擾。584.6.1 4.6.1 屏蔽：屏蔽：1 1靜電屏蔽靜電屏蔽v由靜電學(xué)知道，處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部各點等電位，由靜電學(xué)知道，處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部各點等電位，即導(dǎo)體內(nèi)部無電力線。利用金屬導(dǎo)體的這一性質(zhì)，并加上即導(dǎo)體內(nèi)部無電力線。利用金屬導(dǎo)體的這一性質(zhì)，并加上接接地地措施，則靜電場的電力線就在措施，則靜電場的電力線就在接地接地的金屬導(dǎo)體處中斷，起的金屬導(dǎo)體處中斷，起到隔離電場的作用。到隔離電場的作用。v靜電屏蔽能防止靜電場的影響，用它可消除或削弱兩電路之靜電屏蔽能防止靜電場的影響，用它