第1章認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)測

1、傳感器與自動檢測技術(shù)傳感器與自動檢測技術(shù)劉麗劉麗 主編主編第第1 1章章 認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng) 本本 章章 小小 結(jié)結(jié)1.2 1.2 認(rèn)識傳感器認(rèn)識傳感器1.1 1.1 認(rèn)識自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識自動檢測系統(tǒng)第第1 1章章 認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)1.1 認(rèn)識自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識自動檢測系統(tǒng)1.1 1.1 認(rèn)識自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識自動檢測系統(tǒng)1.1.1自動檢測系統(tǒng)基本概念自動檢測系統(tǒng)基本概念 檢測是指在各類生產(chǎn)、生活、科研等各個領(lǐng)域為獲得被測對象的有關(guān)信息而實時或非實時地對一些參量進(jìn)行定性檢查和定量測量。 自動檢測就是在測量和檢查過程中完全不需要或僅需要很

2、少的人工干預(yù)而自動進(jìn)行并完成的。 實現(xiàn)自動檢測可以提高自動化水平和程度，減少人為干擾因素和人為差錯，可以提高生產(chǎn)過程或設(shè)備的可靠性及運行效率。1.1.2自動檢測系統(tǒng)組成自動檢測系統(tǒng)組成 盡管現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的種類繁多，但它們作用都是用于各種物理或化學(xué)成分等參量檢測，檢測過程通常先通過各種傳感器獲得被測量的信息，把它變換成電量，然后經(jīng)信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、信號處理后顯示并輸出。傳感檢測系統(tǒng)的組成框圖如圖1-1所示。第第1 1章章 認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng) 1.1 認(rèn)識自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識自動檢測系統(tǒng)圖1-1 檢測系統(tǒng)組成框圖（1）傳感器 傳感器是把被測的非電量變換成電量的裝置.（2

3、）信號調(diào)理電路 信號調(diào)理電路是傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行檢波、轉(zhuǎn)換、濾波和放大等，以方便檢測系統(tǒng)后續(xù)環(huán)節(jié)進(jìn)行處理或顯示。（3）數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集是對信號調(diào)理后的連續(xù)模擬信號進(jìn)行離散化并轉(zhuǎn)換成與模擬信號電壓幅度相對應(yīng)的一系列數(shù)值信息，同時以一定的方式把這些轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)及時傳遞給微處理器或依次自動存儲。（4）信號處理 信號處理模塊通常以單片機(jī)、微處理器為核心，或直接采用工業(yè)控制計算機(jī)，對檢測的結(jié)果進(jìn)行處理、運算、分析，對動態(tài)測試結(jié)果作頻譜分析、幅值譜分析、能量譜分析等。（5）信號輸出 信號顯示是把轉(zhuǎn)換來的信號顯示出來，便于人機(jī)對話。（6）輸入設(shè)備 輸入設(shè)備主要用于輸入設(shè)置參數(shù)、有關(guān)命令等。第第1 1章章

4、 認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)1.2 認(rèn)識傳感器1.2.1傳感器的組成及其分類 傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號（一般為的電信號）的器件或裝置。1傳感器的組成 傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路和輔助電源組成，如圖1-2所示。1.2 認(rèn)識傳感器認(rèn)識傳感器圖1-2 傳感器的基本組成第第1 1章章 認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)2傳感器的分類傳感器的分類（1）按照被測量（傳感器用途）分類）按照被測量（傳感器用途）分類 可分為位移傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、氣敏傳感器、濕度傳感器等。（2）按照傳

5、感器工作原理分類）按照傳感器工作原理分類 可分為電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、霍爾式傳感器、光電式傳感器、光纖式傳感器、熱電式傳感器等。（3）按照輸出信號的性質(zhì)分類）按照輸出信號的性質(zhì)分類 可分為數(shù)字傳感器、模擬式傳感器等。1.2 認(rèn)識傳感器認(rèn)識傳感器第第1 1章章 認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)1.2 認(rèn)識傳感器認(rèn)識傳感器（1）線性度 線性度是以一定的擬合直線作基準(zhǔn)與校準(zhǔn)曲線作比較，用其不一致的最大偏差Lmax與理論輸出值Y=ymax-ymin的百分比進(jìn)行計算，即max|100%LLYyYFSx理想特性曲線實際特性曲線o1.2.2傳感器的特性與指標(biāo)

6、傳感器的特性與指標(biāo) 傳感器的特性主要是指傳感器的輸入與輸出之間的關(guān)系，有靜態(tài)特性和動態(tài)特性之分。1傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性 傳感器在穩(wěn)態(tài)信號作用下，其輸出-輸入關(guān)系稱為傳感器的靜態(tài)特性。圖1-3 傳感器的實際特性曲線與理想特性曲線第第1 1章章 認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)（2）靈敏度）靈敏度 靈敏度是指傳感器輸出量的變化量Y與引起此變化的輸入量的變化量X之比，用K表示，即 對于線性傳感器來說，它的靈敏度K是個常數(shù)。1.2 認(rèn)識傳感器認(rèn)識傳感器=YKX輸出量的變化量輸入量的變化量第第1 1章章 認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)（3）遲滯 遲滯是指在相

7、同的工作條件下，傳感器正行程特性曲線和反行程特性曲線的不一致程度，如圖1-4所示。 遲滯大小一般要由實驗方法確定，其值用正反行程輸出值間最大偏差Lmax對滿量程輸出ym的百分比表示：1.2 認(rèn)識傳感器認(rèn)識傳感器max100%tmLy圖1-4 遲滯特性第第1 1章章 認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)（4）重復(fù)性）重復(fù)性 重復(fù)性是衡量在同一工作條件下，對同一被測量進(jìn)行多次連續(xù)測量所得結(jié)果之間的不一致程度的指標(biāo)，如圖1-5所示。產(chǎn)生不一致的原因與產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象的原因相同。多次重復(fù)測試的曲線越重合，說明該傳感器重復(fù)性好，使用時誤差越小。1.2 認(rèn)識傳感器認(rèn)識傳感器圖1-5 重復(fù)性 第第1

8、 1章章 認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)2傳感器的動態(tài)特性 傳感器的動態(tài)特性反映了傳感器對于隨時間變化的動態(tài)量的響應(yīng)特性。（1）時域分析法 當(dāng)輸入信號為階躍函數(shù)時，因為它是時間的函數(shù)，故傳感器的響應(yīng)是在時域內(nèi)發(fā)生的，因此稱它為階躍分析法。傳感器的階躍響應(yīng)曲線如圖1-6所示。1.2 認(rèn)識傳感器認(rèn)識傳感器圖1-6 傳感器的階躍響應(yīng)曲線 上升時間tr：指輸出值上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時間。響應(yīng)時間ts：指輸出值進(jìn)入穩(wěn)定值所規(guī)定的范圍內(nèi)所需的時間。峰值時間tp：指輸出值到達(dá)最大值使所需的時間。超調(diào)量：指輸出量最大值y（tp）與穩(wěn)態(tài)值的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值之比。第第1 1章章 認(rèn)識傳感器

9、與自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)（2）頻率響應(yīng)法）頻率響應(yīng)法 當(dāng)輸入信號為正弦函數(shù)時，因為它是頻率的函數(shù)，故傳感器的響應(yīng)是在頻域內(nèi)發(fā)生的，因此稱它頻率響應(yīng)法。 頻率響應(yīng)特性是指將頻率不同而幅值相等的正弦信號輸入傳感器，輸出正弦信號的幅值、相位與頻率之間的關(guān)系。常用的評定指標(biāo)有：通頻帶BW、時間常數(shù)、固有頻率0。 通頻帶BW 是指傳感器的增益保持在一定值之內(nèi)的頻率范圍，對應(yīng)有上、下截止頻率。 時間常數(shù) 用來表征一階傳感器的動態(tài)特性，越小，頻帶越寬。 固有頻率0 用來表征二階傳感器的動態(tài)特性，0越大，快速性越好。1.2 認(rèn)識傳感器認(rèn)識傳感器第第1 1章章 認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng)認(rèn)識傳感器與自動檢測系統(tǒng) 小結(jié)小結(jié)傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號（一般為的電信號）的器件或裝置。傳感器一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件，基本轉(zhuǎn)換電路和輔助電源組成。傳感器的分類