傳感器技術(shù)及應(yīng)用：檢測(cè)技術(shù)及傳感器的基本概念

檢測(cè)技術(shù)及傳感器的基本概念任務(wù)一檢測(cè)及誤差的基本概念任務(wù)二傳感器的基本概念任務(wù)一檢測(cè)及誤差的基本概念

測(cè)量和檢測(cè)問(wèn)題廣泛存在于各行各業(yè)，存在于生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域，而且隨著生產(chǎn)力水平與人類生活水平的不斷提高，對(duì)測(cè)量和檢測(cè)問(wèn)題提出了越來(lái)越高的要求。一方面要求檢測(cè)系統(tǒng)具有更高的速度、精度、可靠性和自動(dòng)化水平，以便盡量減少人力，提高工作效率；另一方面要求檢測(cè)系統(tǒng)具有更大的靈活性和適應(yīng)性，并向多功能化、智能化方向發(fā)展。

內(nèi)容一測(cè)量方法及檢測(cè)系統(tǒng)的基本概念

一、測(cè)量的基本概念

在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)中，為了及時(shí)了解實(shí)驗(yàn)進(jìn)展情況、生產(chǎn)過(guò)程情況以及它們的結(jié)果，人們需要經(jīng)常對(duì)一些物理量，如電流、電壓、溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，這時(shí)人們就要選擇合適的測(cè)量裝置，采用一定的檢測(cè)方法進(jìn)行測(cè)量。如用X表示被測(cè)量，{X}表示被測(cè)量的數(shù)值即比值(含測(cè)量誤差)，［X］表示標(biāo)準(zhǔn)量，即測(cè)量單位，則上述定義用數(shù)學(xué)公式表示為

(1-1)二、測(cè)量方法

1.直接測(cè)量、間接測(cè)量和組合測(cè)量

(1)直接測(cè)量。

(2)間接測(cè)量。

(3)組合測(cè)量。

2.等精度測(cè)量和非等精度測(cè)量

用相同儀表與測(cè)量方法對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量，稱為等精度測(cè)量。用不同精度的儀表或不同的測(cè)量方法，或在環(huán)境條件相差很大時(shí)對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量稱為非等精度測(cè)量。

3.偏差式測(cè)量、零位式測(cè)量和微差式測(cè)量

(1)偏差式測(cè)量。

(2)零位式測(cè)量。

(3)微差式測(cè)量。圖1-1微差式測(cè)量原理圖三、檢測(cè)系統(tǒng)的組成

在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，各個(gè)組成部分是以信息流的過(guò)程來(lái)劃分的。檢測(cè)時(shí)，首先獲取被測(cè)量的信息，并通過(guò)信息的轉(zhuǎn)換把獲得的信息變換為電量，然后進(jìn)行一系列的處理，再用指示儀或顯示儀將信息輸出，或由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后把信息輸送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。所以一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)主要分為信息的獲得、信息的轉(zhuǎn)換、信息的處理和信息的輸出等幾個(gè)部分。圖1-2自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的組成

1.傳感器

傳感器是把被測(cè)量的非電量(如物理量、化學(xué)量、生物量等)變換為另一種與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系并且容易測(cè)量的量(通常為電學(xué)量)的裝置。它是一種獲得信息的重要手段，它所獲得信息的正確與否，關(guān)系到整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的精度，因而在非電量檢測(cè)系統(tǒng)中占有重要的地位。

2.信號(hào)處理電路

通常傳感器輸出信號(hào)是微弱的，需要由信號(hào)處理電路加以放大、調(diào)制、解調(diào)、濾波、運(yùn)算以及進(jìn)行數(shù)字化處理等。信號(hào)處理電路的主要作用就是把傳感器輸出的電學(xué)量變成具有一定功率的模擬電壓(或電流)信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，以推動(dòng)后級(jí)的輸出顯示或記錄設(shè)備、數(shù)據(jù)處理裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3.顯示裝置

(1)模擬顯示是利用指針對(duì)標(biāo)尺的相對(duì)位置來(lái)表示被測(cè)量數(shù)值的大小，如毫伏表、毫安表等，其特點(diǎn)是讀數(shù)方便、直觀，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在檢測(cè)系統(tǒng)中一直被大量使用。但這種顯示方式的精度要受標(biāo)尺最小分度的限制，而且讀數(shù)時(shí)易引入主觀誤差。

(2)數(shù)字顯示是指用數(shù)字形式來(lái)顯示測(cè)量值，目前大多采用LED發(fā)光數(shù)碼管或液晶顯示屏等，如數(shù)字電壓表。這類檢測(cè)儀器還可附加打印機(jī)，打印記錄測(cè)量數(shù)值，并易于計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，使數(shù)據(jù)處理更加方便。

(3)圖像顯示是指用屏幕顯示(CRT)讀數(shù)或被測(cè)參數(shù)變化的曲線，主要用于計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中。如果被測(cè)量處于動(dòng)態(tài)變化中，用一般的顯示儀表讀數(shù)就十分困難，這時(shí)可將輸出信號(hào)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像顯示或送至記錄儀，從而描繪出被測(cè)量隨時(shí)間變化的曲線，并以之作為檢測(cè)結(jié)果，供分析使用。常用的自動(dòng)記錄儀器有筆式記錄儀、光線示波器、磁帶記錄儀和計(jì)算機(jī)等。

4.數(shù)據(jù)處理裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)

數(shù)據(jù)處理裝置就是利用微機(jī)技術(shù)，對(duì)被測(cè)結(jié)果進(jìn)行處理、運(yùn)算、分析，對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行頻譜、幅值和能量譜分析等。

在自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)中，經(jīng)信號(hào)處理電路輸出的與被測(cè)量對(duì)應(yīng)的電壓或電流信號(hào)還可以驅(qū)動(dòng)某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，為自動(dòng)控制系統(tǒng)提供控制信號(hào)。圖1-3微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)

內(nèi)容二誤差的基本概念

一、測(cè)量誤差

在檢測(cè)過(guò)程中，不論采用什么樣的測(cè)量方式和方法，也不論采用什么樣的測(cè)量?jī)x表，由于測(cè)量?jī)x表本身不夠準(zhǔn)確，測(cè)量方法不夠完善，以及測(cè)量者本人經(jīng)驗(yàn)不足，人的感覺(jué)器官受到局限等原因，都會(huì)使測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真值之間存在著差異，這個(gè)差值就稱為測(cè)量誤差。

1.絕對(duì)測(cè)量、相對(duì)誤差和引用誤差

1)絕對(duì)誤差

絕對(duì)誤差是指測(cè)量值A(chǔ)X

與被測(cè)量真值A(chǔ)0之間的差值，用δ

表示，即

(1-2)由式(1-2)可知，絕對(duì)誤差的單位與被測(cè)量的單位相同，且有正負(fù)之分。用絕對(duì)誤差表示儀表的誤差大小也比較直觀，它被用來(lái)說(shuō)明測(cè)量結(jié)果接近被測(cè)量真值的程度。在實(shí)際使用中被測(cè)量真值A(chǔ)0是得不到的，一般用理論真值或計(jì)量學(xué)約定真值X0

來(lái)代替A0，則式(1-2)可寫(xiě)成

(1-3)

2)相對(duì)誤差

所謂相對(duì)誤差(用γ表示)，是指絕對(duì)誤差δ與被測(cè)量真值X0的百分比，即

(1-4)

在上面的例子中，

γ1<γ2

，所以相對(duì)誤差比絕對(duì)誤差能更好地說(shuō)明測(cè)量的精確程度。

3)引用誤差

引用誤差是絕對(duì)誤差δ

與儀表量程L的比值，通常以百分?jǐn)?shù)表示，即

(1-5)

如果以測(cè)量?jī)x表整個(gè)量程中可能出現(xiàn)的絕對(duì)誤差最大值δm

代替δ，則可得到最大引用誤差γ0m，即

(1-6)

2.系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差

1)系統(tǒng)誤差

在相同條件下，多次重復(fù)測(cè)量同一量時(shí)，保持恒定或遵循某種規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差。其誤差的數(shù)值和符號(hào)不變的稱為恒值系統(tǒng)誤差，按照一定規(guī)律變化的稱為變值系統(tǒng)誤差。變值系統(tǒng)誤差又可分為累進(jìn)性的、周期性的和按復(fù)雜規(guī)律變化的等多種類型。

2)隨機(jī)誤差

在相同條件下，多次測(cè)量同一量時(shí)，其誤差的大小和符號(hào)以不可預(yù)見(jiàn)的方式變化，這種誤差稱為隨機(jī)誤差。

3)粗大誤差

明顯歪曲測(cè)量結(jié)果的誤差稱為粗大誤差，又稱過(guò)失誤差。含有粗大誤差的測(cè)量值稱為壞值或異常值。在實(shí)際測(cè)量中，由于粗大誤差的誤差數(shù)值特別大，容易從測(cè)量結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)粗大誤差，可以認(rèn)為該次測(cè)量無(wú)效，壞值應(yīng)從測(cè)量結(jié)果中剔除，從而消除它對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

3.靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差

靜態(tài)誤差是指在測(cè)量過(guò)程中，被測(cè)量隨時(shí)間變化很緩慢或基本上不變化的測(cè)量誤差。以上所介紹的測(cè)量誤差均屬于靜態(tài)誤差。二、誤差的處理及消除方法

1.隨機(jī)誤差的處理

在相同條件下，對(duì)某個(gè)量重復(fù)進(jìn)行多次測(cè)量，排除系統(tǒng)誤差和粗大誤差后，如果測(cè)量數(shù)據(jù)仍出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，則存在隨機(jī)誤差。測(cè)量實(shí)踐表明，多數(shù)測(cè)量的隨機(jī)誤差具有以下特征：

(1)絕對(duì)值小的隨機(jī)誤差出現(xiàn)的概率大于絕對(duì)值大的隨機(jī)誤差出現(xiàn)的概率。

(2)隨機(jī)誤差的絕對(duì)值不會(huì)超出一定界限。

(3)測(cè)量次數(shù)n很大時(shí)，絕對(duì)值相等、符號(hào)相反的隨機(jī)

誤差出現(xiàn)的概率相等，當(dāng)n→∞時(shí)，隨機(jī)誤差的代數(shù)和趨近于零。隨機(jī)誤差的上述特征，說(shuō)明其分布是單一峰值的和有界的，且當(dāng)測(cè)量次數(shù)無(wú)窮大時(shí)，這類誤差還具有對(duì)稱性(即抵償性)，所以測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布規(guī)律。其分布密度函數(shù)為

(1-7)式中：δ是隨機(jī)誤差，δ=x－x0(x

為測(cè)量值，x0為測(cè)量值的真值)；σ

是方均根誤差，或稱標(biāo)準(zhǔn)誤差。式(1-7)稱為高斯誤差方程。標(biāo)準(zhǔn)誤差σ可由下式求得：

(1-8)根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，人們公認(rèn)，一組等精度的重復(fù)測(cè)量值的算術(shù)平均值最接近被測(cè)量的真值，而算術(shù)平均值很容易根據(jù)測(cè)量結(jié)果求得，即

(1-9)

因此，可以利用算術(shù)平均值x代替真值x0來(lái)計(jì)算式

(1-8)中的δi

。此時(shí)，式(1-8)中的δi=xi－x0就可改換成

vi=xi－x，vi稱為剩余誤差。不論n為何值，總有：

(1-10)由此可以看出，雖然可求得n個(gè)剩余誤差，但實(shí)際上它們之中只有n－1個(gè)是獨(dú)立的。考慮到這一點(diǎn)，測(cè)量次數(shù)n為有限值時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)誤差的估計(jì)值σs可由下式計(jì)算：

(1-11)圖1-4不同σ下的正態(tài)分布曲線對(duì)被測(cè)量進(jìn)行m

組的“多次測(cè)量”后(每組測(cè)量n

次)，各組所得的算術(shù)平均值x1，x2，…，xm圍繞真值L有一定的分散性，也是隨機(jī)變量。算術(shù)平均值的精度可由算術(shù)平均值的均值的偏差σx

來(lái)評(píng)定。它與σs

的關(guān)系如下：

(1-12)所以，當(dāng)對(duì)被測(cè)量進(jìn)行m組“多次測(cè)量”后，在無(wú)系統(tǒng)誤差和粗大誤差的情況下，根據(jù)概率分析(具體分析請(qǐng)讀者查閱有關(guān)著作)它的測(cè)量結(jié)果x0

可表示為

或

(1-13)

例1.1

等精度測(cè)量某電阻10次，得到的測(cè)量值為

167.95Ω、167.60Ω、167.87Ω、168.00Ω、167.82Ω、167.45Ω、167.60Ω、167.88Ω、167.85Ω、167.60Ω，

求測(cè)量結(jié)果。

解將測(cè)量值列于表1-1中。

測(cè)量結(jié)構(gòu)為

或

2.粗大誤差的判別與壞值的舍棄

在重復(fù)測(cè)量得到的一系列測(cè)量值中，首先應(yīng)將含有粗大誤差的壞值剔除后，才可進(jìn)行有關(guān)的數(shù)據(jù)處理。但是也應(yīng)當(dāng)防止無(wú)根據(jù)地隨意丟掉一些誤差大的測(cè)量值。對(duì)懷疑為壞值的數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)加以分析，盡可能找出產(chǎn)生壞值的明確原因，然后再?zèng)Q定取舍。實(shí)在找不出產(chǎn)生壞值的原因，或不能確定哪個(gè)測(cè)量值是壞值時(shí)，可以按照統(tǒng)計(jì)學(xué)的異常數(shù)據(jù)處理法則，判別壞值并加以舍棄。

3.系統(tǒng)誤差的消除

在測(cè)量結(jié)果中，一般都含有系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。我們可以采用3σ準(zhǔn)則，剔除含有粗大誤差的壞值，從而消除粗大誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。雖然隨機(jī)誤差是不可能消除的，但我們可以通過(guò)多次重復(fù)測(cè)量，利用統(tǒng)計(jì)分析的方法估算出隨機(jī)誤差的取值范圍，也能減小隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。由于具體條件不同，在分析查找誤差根源時(shí)并無(wú)一成不變的方法，這與測(cè)量者的經(jīng)驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，但我們可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析考慮：

(1)所用傳感器、測(cè)量?jī)x表或組成元件是否準(zhǔn)確可靠。

(2)測(cè)量方法是否完善。例如，我們可以利用電位差計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)電阻，采用對(duì)稱測(cè)量法來(lái)測(cè)量未知電阻，如圖1-5(a)所示。圖中，RN是已知電阻，RX是待測(cè)電阻。一般測(cè)量步驟是先測(cè)出RN和RX上的電壓UN和UX，然后按下式計(jì)算出RX的值：

(1-15)圖1-5對(duì)稱測(cè)量法應(yīng)用但UN和UX的值不是在同一時(shí)刻測(cè)量的，而電流I隨時(shí)間有較緩慢的變化，這個(gè)變化將給測(cè)量帶來(lái)系統(tǒng)誤差。假設(shè)電流I隨時(shí)間的緩慢變化與時(shí)間成線性關(guān)系(如圖1-5(b)所示)，如果在t1、t2和t3三個(gè)等間隔的時(shí)刻，按照UX、UN、UX

的順序測(cè)量，相應(yīng)的電流變化量是ε，則有：

在t1

時(shí)刻，RX上的電壓為

在t2

時(shí)刻，RN

上的電壓為在t3

時(shí)刻，RX

上的電壓為

聯(lián)立上面三式解方程組可得：

(1-16)

(3)傳感器或儀表安裝、調(diào)整或放置是否合理。例如，安裝時(shí)沒(méi)有調(diào)好儀表水平位置，儀表指針偏心等都會(huì)引起系統(tǒng)誤差。

(4)傳感器或儀表工作場(chǎng)所的環(huán)境條件是否符合規(guī)定條件。例如，環(huán)境溫度、濕度、氣壓等的變化也會(huì)引起系統(tǒng)誤差。

(5)測(cè)量者的操作是否正確。分析查找了系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生根源后，應(yīng)采取有效的措施予以修正或消除。消除系統(tǒng)誤差的常用方法有：

(1)在測(cè)量結(jié)果中進(jìn)行修正。

(2)消除產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的根源。

(3)在測(cè)量系統(tǒng)中采用補(bǔ)償措施。

(4)實(shí)時(shí)反饋修正。任務(wù)二傳感器的基本概念

內(nèi)容一傳感器的定義與組成

測(cè)量?jī)x器一般由信號(hào)檢出器件和信號(hào)處理兩部分組成。信號(hào)檢出器件的任務(wù)是檢測(cè)出測(cè)量環(huán)境下的被測(cè)信號(hào)。對(duì)于各種各類的被測(cè)量，有各種各樣的傳感器與之相對(duì)應(yīng)，其輸出信號(hào)有如下特點(diǎn)：

(1)傳感器輸出信號(hào)的形式多樣化，有電阻、電感、電荷、電壓等；

(2)傳感器輸出信號(hào)微弱，不易于檢測(cè)；

(3)傳感器的輸入阻抗較高，會(huì)產(chǎn)生較大的信號(hào)衰減；

(4)傳感器輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍寬，輸出信號(hào)會(huì)受到環(huán)境因素的影響，影響到測(cè)量的精度。圖1-6傳感器組成

內(nèi)容二傳感器的分類

傳感器技術(shù)是一門(mén)知識(shí)密集型技術(shù)，它與許多學(xué)科有關(guān)。傳感器的原理各種各樣，其種類十分繁多，分類方法也很多。按被測(cè)量的性質(zhì)不同而劃分，主要分為位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等。按傳感器的工作原理劃分，主要分為電阻應(yīng)變式、電感式、電容式、壓電式、磁電式傳感器等。習(xí)慣上常把兩者結(jié)合起來(lái)命名傳感器，比如電阻應(yīng)變式壓力傳感器、電感式位移傳感器等。內(nèi)容三傳感器的基本特性

在測(cè)試過(guò)程中，要求傳感器能感受到被測(cè)量的變化并將其不失真地轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的量。被測(cè)量一般有兩種形式：一種是穩(wěn)定的，即不隨時(shí)間變化或變化極其緩慢，稱為靜態(tài)信號(hào)；另一種是隨時(shí)間變化而變化，稱為動(dòng)態(tài)信號(hào)。由于輸入量的狀態(tài)不同，傳感器所呈現(xiàn)出來(lái)的輸入—輸出特性也不同，因此，傳感器的基本特性一般為靜態(tài)特性。一、傳感器的靜態(tài)特性

1.線性度

傳感器的線性度是指其輸出量與輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線(即靜特性曲線)偏離直線的程度，又稱非線性誤差。靜特性曲線可通過(guò)實(shí)際測(cè)試獲得。

實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差(或線性度)，通常用相對(duì)誤差γL

表示，即

(1-17)圖1-7幾種直線擬合方法

2.靈敏度

靈敏度S是指?jìng)鞲衅鞯妮敵隽吭隽喀與引起輸出量增量Δy的輸入量Δx的比值，即

(1-18)

對(duì)于線性傳感器，它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率，即S為常數(shù)；而非線性傳感器的靈敏度為一變量，用

S=dy

／dx

表示。傳感器的靈敏度如圖1-8所示。圖1-8傳感器的靈敏度

3.遲滯(回差滯現(xiàn)象)

傳感器的正向(輸入量增大)行程和反向(輸入量減小)行程期間，輸出—輸入特性曲線不重合的現(xiàn)象稱為遲滯，如圖1-9所示。圖1-9傳感器的遲滯特性遲滯大小通常由實(shí)驗(yàn)確定。遲滯誤差γH可由下式計(jì)算:

(1-19)

式中：ΔHmax是正、反行程輸出值間的最大差值。

4.重復(fù)性

重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃鋈砍潭啻螠y(cè)試時(shí)，所得特性曲線不一致性的程度，如圖1-10所示。多次按相同輸入條件測(cè)試的輸出特性曲線越重合，其重復(fù)性越好，誤差越小。圖1-10重復(fù)性不重復(fù)性γR常用標(biāo)準(zhǔn)偏差σ

表示，也可用正、反行程中的最大偏差ΔRmax表示，即

(1-20)

或

(1-21)

5.分辨率

傳感器的分辨率是指在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)輸入量的最小變化量Δxmin。有時(shí)也用該值相對(duì)滿量程輸入值的百分?jǐn)?shù)(Δxmin／xFS×100%)表示。

6.穩(wěn)定性

傳感器的穩(wěn)定性一般是指長(zhǎng)期穩(wěn)定性，是在室溫條件下，經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間間隔，如一天、一月或一年，傳感器的輸出與起始標(biāo)定時(shí)的輸出之間的差異，因此通常又用其不穩(wěn)定度來(lái)表征傳感器輸出的穩(wěn)定程度。

7.漂移

傳感器的漂移是指在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無(wú)關(guān)的變化，包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移等。二、傳感器的動(dòng)態(tài)特性

傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出將再現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律，即具有相同的時(shí)間函數(shù)。在動(dòng)態(tài)的輸入信號(hào)情況下，輸出信號(hào)一般來(lái)說(shuō)不會(huì)與輸入信號(hào)具有完全相同的時(shí)間函數(shù)，這種輸出與輸入間的差異就是所謂的動(dòng)態(tài)誤差。

1.瞬態(tài)響應(yīng)法

當(dāng)給靜止的傳感器輸入一個(gè)單位階躍函數(shù)信號(hào)

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時(shí)，其輸出特性稱為階躍響應(yīng)或瞬態(tài)響應(yīng)特性。瞬態(tài)響應(yīng)特性曲線如圖1-11所示。圖1-11階躍響應(yīng)特性

(1)最大超調(diào)量σp：響應(yīng)曲線偏離階躍曲線的最大值，常用百分?jǐn)?shù)表示。

當(dāng)穩(wěn)態(tài)值為1時(shí)，則最大百分比超調(diào)量為

最大超調(diào)量反映傳感器的相對(duì)穩(wěn)定性。

(2)延滯時(shí)間td：階躍響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值50%所需要的時(shí)間。

(3)上升時(shí)間tr：根據(jù)控制理論，它有以下幾種定義。

①響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需的時(shí)間。

②從穩(wěn)態(tài)值的5%上升到95%所需的時(shí)間。

③從零上升到第一次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。

對(duì)于上升時(shí)間tr，對(duì)有振蕩的傳感器常用c描述，對(duì)無(wú)振蕩的傳感器常用a描述。

(4)峰值時(shí)間tp：響應(yīng)曲線從零到第一個(gè)峰值時(shí)所需的時(shí)間。

(5)響應(yīng)時(shí)間ts：響應(yīng)曲線衰減到穩(wěn)態(tài)值之差不超過(guò)±5%或±2%時(shí)所需的時(shí)間，有時(shí)又稱為過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。

2.頻率響應(yīng)法

頻率響應(yīng)法是從傳感器的頻率特性出發(fā)研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性。傳感器對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)特性稱為頻率響應(yīng)特性。對(duì)傳感器動(dòng)態(tài)特性的理論研究，通常是先建立傳感器的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)拉氏變換找出傳遞函數(shù)表達(dá)式，再根據(jù)輸入條件得到相應(yīng)的頻率特性。大部分傳感器可簡(jiǎn)化為單自由度一階或二階系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)可分別簡(jiǎn)化為

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(1-24)內(nèi)容四傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域及其發(fā)展

現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))，它們?cè)谛畔⑾到y(tǒng)中分別起到了“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”的作用。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，其重要作用如同人體的五官。傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化測(cè)量和自動(dòng)控制(包括遙感、遙測(cè)、遙控)的主要環(huán)節(jié)。一、傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域

(1)生產(chǎn)過(guò)程的測(cè)量與控制。

(2)安全報(bào)警與環(huán)境保護(hù)。

(3)自動(dòng)化設(shè)備和機(jī)器人。

(4)交通運(yùn)輸和資源探測(cè)。

(5)醫(yī)療衛(wèi)生和家用電器。二、傳感器的發(fā)展

1.微型傳感器(MicroSensor)

為了能夠與信息時(shí)代信息量激增、要求捕獲和處理信息的能力日益增強(qiáng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)保持一致，對(duì)于傳感器的性能指標(biāo)(包括精確性、可靠性、靈敏性等)的要求越來(lái)越嚴(yán)格。與此同時(shí)，傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程，因此還要求傳感器必須配有標(biāo)準(zhǔn)的輸出模式。

2.智能化傳感器(SmartSensor)

智能化傳感器是20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的另外一種涉及多種學(xué)科的新型傳感器系統(tǒng)，主要是指那些裝有微處理器，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲(chǔ)，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。這一類傳感器就相當(dāng)于是微機(jī)與傳感器的綜合體一樣，其主要組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及微機(jī)的硬件設(shè)備。

3.多功能傳感器(MultifunctionSensor)

通常情況下，一個(gè)傳感器只能用來(lái)測(cè)量一種物理量，但在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，為了能夠完美而準(zhǔn)確地反映客觀事物和環(huán)境，往往需要同時(shí)測(cè)量大量的物理量。由若干種各不相同的敏感元件組成或借助于同一個(gè)傳感器的不同效應(yīng)或利用在不同的激勵(lì)條件下同一個(gè)敏感元件表現(xiàn)的不同特征構(gòu)成的多功能傳感器系統(tǒng)，可以用來(lái)同時(shí)測(cè)量多種參數(shù)。內(nèi)容五傳感器的正確選用

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)與自動(dòng)控制系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心，以傳感器為基礎(chǔ)組成的。傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和控制的首要環(huán)節(jié)，沒(méi)有精確可靠的傳感器，就沒(méi)有精確可靠的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)。選擇傳感器應(yīng)從如下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

(1)與測(cè)量條件有關(guān)的因素。

(2)與使用環(huán)境條件有關(guān)的因素。

(3)與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。內(nèi)容六傳感器接口電路

一、常見(jiàn)的接口電路

1.放大電路

傳感器輸出信號(hào)一般比較微弱，因此在大多數(shù)情況下需要使用放大電路。放大電路主要將傳感器輸出的微弱的直流信號(hào)或交流信號(hào)放大到適合的程度。放大電路一般采用運(yùn)算放大器構(gòu)成。

(1)反相放大器。圖1-12是反相放大器的基本電路。輸入電壓加到運(yùn)算放大器的反相輸入端，輸出電壓經(jīng)RF反饋到反相輸入端。輸出電壓為圖1-12反相放大器基本電路