傳感器技術(shù)（第三版） 課件 高曉蓉 第0-2章 緒論、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)、電阻式傳感器

傳感器技術(shù)TransducerTechnique在你周圍都接觸過哪些傳感器？怎樣上好這門課？傳感器技術(shù)——緒論（1）啟發(fā)式教學(xué)——教是為了不教（2）嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)——大學(xué)不在于有大樓，而在于有大師（3）教書育人——千教萬教，教人求真，千學(xué)萬學(xué)，學(xué)做真人緒論一、人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)能對應(yīng)關(guān)系——

認(rèn)識(shí)傳感器傳感器技術(shù)——緒論五、傳感器的定義二、主要應(yīng)用三、地位及重要性四、發(fā)展方向一、人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)能對應(yīng)關(guān)系人體系統(tǒng)是如何感知外界信息的？人類的五官傳感器技術(shù)——緒論傳感器計(jì)算機(jī)執(zhí)行器機(jī)器系統(tǒng)外界信息感官人腦肢體人體系統(tǒng)Sensor,Transducer“機(jī)電五官”人機(jī)系統(tǒng)機(jī)能對應(yīng)關(guān)系傳感器技術(shù)——緒論五官與傳感器傳感器技術(shù)——緒論傳感器性能凌駕于人的感官之上：（1）測量人體無法感知的量（3）測量范圍寬、精確高、可靠性好（2）惡劣環(huán)境下工作

溫度傳感器：-196℃~1800℃

壓力傳感器：0.01psi~10000psi

精度：0.1%~0.01%

可靠度：8~9級傳感器技術(shù)——緒論緒論一、人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)能對應(yīng)關(guān)系——

認(rèn)識(shí)傳感器傳感器技術(shù)——緒論五、傳感器的定義二、主要應(yīng)用三、地位及重要性四、發(fā)展方向信息處理電信電話科技測試設(shè)備控制交通控制輸電系統(tǒng)機(jī)床機(jī)器人家用電器照相機(jī)汽車飛機(jī)船舶氣象海洋環(huán)境污染醫(yī)療防火光能利用熱能利用土木建筑農(nóng)林機(jī)械能利用貨幣金融食品111551101034736598161277834313147111707693612621242014相對需要量——傳感器技術(shù)對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要的作用二、主要應(yīng)用傳感器技術(shù)——緒論傳感器技術(shù)——緒論自動(dòng)檢測與自動(dòng)控制系統(tǒng)汽車與傳感器傳感器與家用電器傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用醫(yī)療及人體醫(yī)學(xué)傳感器與航空及航天傳感器與環(huán)境保護(hù)傳感器與遙感技術(shù)軍事技術(shù)領(lǐng)域例1：化工產(chǎn)品自動(dòng)生產(chǎn)過程1、自動(dòng)檢測與自動(dòng)控制系統(tǒng)——石油、化工、電力、鋼鐵、機(jī)械等加工工業(yè)Automatictestandautomaticcontrolsystem傳感器技術(shù)——緒論例2：電力機(jī)車受電弓特性檢測電力機(jī)車：非自給性牽引方式Pantographautomaticinspectionforelectriclocomotive傳感器技術(shù)——緒論傳感器技術(shù)——緒論（1）升降弓壓力特性檢測傳感器技術(shù)——緒論（2）升降弓時(shí)間測量傳感器技術(shù)——緒論傳感器技術(shù)——緒論2、汽車與傳感器傳統(tǒng)：行駛速度、距離、發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、燃料剩余量、水溫安全：安全氣囊、防盜、防滑、防抱死、電子變速、“黑匣子”環(huán)保：排氣循環(huán)裝置、電子燃料噴射裝置傳感器技術(shù)——緒論2.“汽車導(dǎo)航用傳感器”,《傳感器世界》3.“汽車安全系統(tǒng)及其傳感器”,《傳感器世界》參考文獻(xiàn)：1.“汽車安全保障傳感器市場”，《傳感器世界》傳感器技術(shù)——緒論3、傳感器與家用電器自動(dòng)電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、風(fēng)干器、電熨斗、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照相機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、錄像機(jī)、家庭影院傳感器技術(shù)——緒論家庭自動(dòng)化藍(lán)圖安全監(jiān)測與報(bào)警空調(diào)與照明控制太陽光自動(dòng)跟蹤家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化4、傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用單能機(jī)器人：生產(chǎn)用自動(dòng)化機(jī)械（加工、組裝、檢驗(yàn)）檢測臂的位置和角度傳感器隧道鑿巖機(jī)器人紅旗轎車焊裝生產(chǎn)線120kg點(diǎn)焊機(jī)器人傳感器技術(shù)——緒論4、傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用傳感器技術(shù)——緒論智能機(jī)器人：IntelligentRobot判斷能力視覺傳感器、觸覺傳感器傳感器技術(shù)——緒論足球機(jī)器人傳感器技術(shù)——緒論迎賓機(jī)器人《泰坦尼克》中用于水下探測的“鄧肯”號(hào)機(jī)器人傳感器技術(shù)——緒論2004年9月17日，全球現(xiàn)場直播-埃及金字塔世界最古老石棺的考古挖掘進(jìn)程，可能揭開古埃及金字塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)之謎?！安徽撌钦l騷擾了法老的安寧，死神之翼將在它的頭上降臨。”小機(jī)器人挑戰(zhàn)法老咒語，代替科學(xué)家勇探胡夫金字塔內(nèi)部秘道?！敖鹱炙握摺保?×1×1，地面探測雷達(dá)、超聲波傳感器（測石頭厚度）。傳感器技術(shù)——緒論5、傳感器在醫(yī)療及人體醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用醫(yī)用電子學(xué)的發(fā)展醫(yī)用傳感器：人體內(nèi)部溫度、血液及呼吸流量、腫瘤、心音、腔內(nèi)壓力、心腦電波6、傳感器與航空及航天飛行器：控制在預(yù)定軌道上測量速度、加速度、飛行距離陀螺儀、陽光傳感器、星光傳感器、地磁傳感器周圍環(huán)境監(jiān)控、內(nèi)部設(shè)備監(jiān)控、本身狀態(tài)監(jiān)控傳感器技術(shù)——緒論7、傳感器與環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測儀器傳感器技術(shù)——緒論溫濕度、露點(diǎn)探頭、CO2探頭、大氣壓力傳感器濕度傳感器濕度傳感器TemperaturetransducerHumiditytransducer傳感器技術(shù)——緒論DewpointprobeCarbondioxideprobe8、傳感器與遙感技術(shù)飛機(jī)及航天飛行器：近紫外線、可見光、遠(yuǎn)紅外線、微波船舶：超聲波傳感器微波紅外接收傳感器紅外線分布差異礦藏埋藏地區(qū)地面Remotesensingtechnique傳感器技術(shù)——緒論9、傳感器在軍事技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用《美國高級將領(lǐng)與著名學(xué)者訪談錄》陳伯江“信息時(shí)代的軍事革命”

——美國參聯(lián)會(huì)副主席歐文斯上將“……改變那種認(rèn)為軍事力量主要是軍艦、坦克和飛機(jī)的概念，把我們的注意力放在思考信息和電信技術(shù)所能提供的軍事力量上來。這場軍事革命標(biāo)志著一種轉(zhuǎn)變，即從重視軍艦、坦克和飛機(jī)，轉(zhuǎn)為重視諸如傳感器這類東西的作用。”“陸軍、海軍、空軍都將只不過是歷史的產(chǎn)物……你也許將成立一個(gè)把所有的傳感器放在一起的軍種（可稱之為傳感器軍）用于觀察戰(zhàn)場……”傳感器技術(shù)——緒論緒論一、人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)能對應(yīng)關(guān)系——

認(rèn)識(shí)傳感器傳感器技術(shù)——緒論五、傳感器的定義二、主要應(yīng)用三、地位及重要性四、發(fā)展方向傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，計(jì)算機(jī)的“五官”，如果沒有傳感器對原始信息進(jìn)行精確、可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一切測量和控制都是不可能實(shí)現(xiàn)的。1、現(xiàn)代測量與自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)2、衡量國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志傳感器與傳感器技術(shù)的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志，也是判斷一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化程度與生產(chǎn)水平高低的重要依據(jù)。傳感器技術(shù)——緒論3、現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)既是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的源頭，又是信息社會(huì)賴以存在和發(fā)展的物質(zhì)與技術(shù)基礎(chǔ)。如果沒有高度保真和性能可靠的傳感器，沒有先進(jìn)的傳感器技術(shù)，信息的準(zhǔn)確獲得與精密檢測就成了一句空話，通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)也就成了無源之水，無本之木，現(xiàn)代測量與自動(dòng)化技術(shù)隨之變成水中之月、鏡中之花。傳感器技術(shù)——緒論4、各國政府高度重視日本科學(xué)技術(shù)廳把傳感器技術(shù)列為六大核心技術(shù)（計(jì)算機(jī)、通訊、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和傳感器）之一。日本政府還在21世紀(jì)發(fā)展技術(shù)中將傳感器列在前位。美國將“傳感器及信號(hào)處理”列為對國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響的關(guān)鍵技術(shù)之一。西歐各國把傳感器技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)。我國政府在“863計(jì)劃”及重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目中，均把傳感器列在重要位置。傳感器技術(shù)——緒論緒論一、人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)能對應(yīng)關(guān)系——

認(rèn)識(shí)傳感器傳感器技術(shù)——緒論五、傳感器的定義二、主要應(yīng)用三、地位及重要性四、發(fā)展方向四、發(fā)展方向新理論的探討、新技術(shù)的應(yīng)用、新材料和新工藝的研究2、確保傳感器的可靠性，延長其使用壽命1、努力實(shí)現(xiàn)傳感器的新特性檢測范圍寬、高靈敏度、高精度、響應(yīng)速度快、互換性好3、提高集成化和功能化程度信息處理功能一體化：敏感元件、電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感器技術(shù)——緒論4、微型化微機(jī)電系統(tǒng)MEMS（Microelectro-mechanicalSystem）

輪廓尺寸在毫米量級、元件尺寸在微米量級、可運(yùn)動(dòng)的微型機(jī)電裝置。微型集成傳感器：力、壓力、加速度、化學(xué)傳感器微型執(zhí)行機(jī)構(gòu)：微型齒輪、電機(jī)、泵、閥門、懸臂梁、光學(xué)鏡片——借助集成電路的制造技術(shù)來制造機(jī)械裝置傳感器技術(shù)——緒論5、新型功能材料的開發(fā)——各種新型傳感器孕育在新材料之中半導(dǎo)體材料和新工藝的發(fā)展：半導(dǎo)體傳感器壓電半導(dǎo)體材料發(fā)展：壓電集成傳感器高分子壓電薄膜的出現(xiàn)：機(jī)器人觸覺傳感器參考文獻(xiàn)：“形狀記憶執(zhí)行材料研究進(jìn)展”，《傳感器世界》2.“機(jī)器人用傳感器材料的進(jìn)展”，《傳感器世界》傳感器技術(shù)——緒論人的感官優(yōu)于工程傳感器零維探測與多維感知單功能與多功能積分與微分宴會(huì)效應(yīng)——選擇功能咖啡桌效應(yīng)——學(xué)習(xí)功能高橋效應(yīng)——聯(lián)想功能模糊效應(yīng)——模擬量識(shí)別森林效應(yīng)——全局與部分非智能型與智能型傳感器技術(shù)——緒論高橋清（日），“21世紀(jì)新技術(shù)革命中的傳感器”緒論一、人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)能對應(yīng)關(guān)系——

認(rèn)識(shí)傳感器傳感器技術(shù)——緒論五、傳感器的定義二、主要應(yīng)用三、地位及重要性四、發(fā)展方向

把特定的被測量信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)輸出的器件或裝置。四層含義：（1）傳感器是一種測量器件或裝置——測速發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)測速傳感器發(fā)電機(jī)是不是傳感器？（2）“特定的被測量信息”：非電量物理量化學(xué)量生物量電量五、傳感器的定義傳感器技術(shù)——緒論（3）“某種可用信號(hào)輸出”

把外界非電量信息轉(zhuǎn)換成與之有確定對應(yīng)關(guān)系的電量輸出的器件或裝置?！请娏侩姕y技術(shù)把外界信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成光信號(hào)輸出的器件。（4）“轉(zhuǎn)換”：傳感器、變換器、變送器、換能器、轉(zhuǎn)換器、探測器工業(yè)測量標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換效率傳感器技術(shù)——緒論

把特定的被測量信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)輸出的器件或裝置。傳感器技術(shù)——緒論44同學(xué)們好！第一章傳感器技術(shù)基礎(chǔ)主要內(nèi)容1、傳感器的基本概念2、傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和基本特性指標(biāo)3、傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及基本特性指標(biāo)4、改善傳感器性能的技術(shù)途徑5、傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)TechnicalFoundation傳感器技術(shù)——第一章461、傳感器的定義？2、闡述傳感器定義中的四層含義？3、隨著光技術(shù)的發(fā)展，傳感器的定義將怎樣

變化？4、“溫度變送器”是什么含義？§1-1傳感器的基本概念一、傳感器的定義DefinitionBasicConcept傳感器技術(shù)——第一章47

把特定的被測量信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)輸出的器件或裝置。四層含義：（1）傳感器是一種測量器件或裝置（2）“特定的被測量信息”：非電量（3）“某種可用信號(hào)輸出”：電信號(hào)（4）“轉(zhuǎn)換”：傳感器、變換器、變送器、換能器、轉(zhuǎn)換器、探測器傳感器技術(shù)——第一章48二、傳感器的物理定律§1-1傳感器的基本概念PhysicalLaws（1）守恒定律物理量隨著空間和時(shí)間的移動(dòng)，總量保持不變。能量守恒、動(dòng)量守恒、電荷守恒傳感器與被測量之間能量轉(zhuǎn)換時(shí)必須遵循。ConversationLaws（2）統(tǒng)計(jì)法則常和傳感器的工作狀態(tài)有關(guān)。運(yùn)動(dòng)的微觀世界與宏觀世界相結(jié)合的定律。如：熱力學(xué)第二定律StatisticPrinciple傳感器技術(shù)——第一章（3）場的定律描述電場、磁場、物質(zhì)場、重力場等在空間和時(shí)間上的變換規(guī)律。FieldLaws利用場的定律構(gòu)成的傳感器

——結(jié)構(gòu)型傳感器靜電場：電容式傳感器；電磁感應(yīng)：電感式傳感器Geometric-typeSensor（4）物質(zhì)定律表示各種物質(zhì)內(nèi)在客觀性質(zhì)的定律。虎克定律F=kx、歐姆定律U=RISubstantialLaws基于物質(zhì)定律構(gòu)成的傳感器——物性型傳感器半導(dǎo)體物質(zhì)法則：壓敏、熱敏、光敏、濕敏PhysicalPropertytypeSensor傳感器技術(shù)——第一章50例：舉例說明結(jié)構(gòu)型傳感器和物性型傳感器的區(qū)別。（1）電容式傳感器——結(jié)構(gòu)型傳感器——

其特性主要由其結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，與構(gòu)成傳感器的

物質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。固定極板活動(dòng)極板△LbdL傳感器技術(shù)——第一章化簡：輸出靈敏度51（2）壓敏傳感器——物性型傳感器——其特性與構(gòu)成傳感器的物質(zhì)的性質(zhì)密切相關(guān)。電阻率的變化壓力大小材料性質(zhì)壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體材料壓力PPiezo-resistanceEffect傳感器技術(shù)——第一章52結(jié)構(gòu)型和物性型傳感器的區(qū)別？

根據(jù)不同的物理定律構(gòu)成的傳感器傳感器的特性取決于不同的因素性能、成本和應(yīng)用

傳感器的組成傳感器技術(shù)——第一章53三、傳感器的組成敏感元件輔助電路傳感元件被測非電量有用非電量電量信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路有用電量物性型傳感器結(jié)構(gòu)型傳感器傳感元件被測非電量

電量敏感元件傳感元件被測非電量

電量有用非電量Composition傳感器技術(shù)——第一章54例：大噸位電容式稱重傳感器彈性體極板支架絕緣材料定極板動(dòng)極板CapacitiveWeighingsensor傳感器技術(shù)——第一章被測非電量：敏感元件：有用非電量：傳感元件：電量：電容量C彈性體外界壓力極板間距變化電容傳感器彈性體極板支架絕緣材料定極板動(dòng)極板半導(dǎo)體材料壓力P傳感器技術(shù)——第一章56轉(zhuǎn)換元件輸入輸出（1）自源型特點(diǎn)：不需要外能源，輸出電量較弱。能量角度自源型帶激勵(lì)源型外源型溫度場的能量（熱量）電量ABTT’①②例：熱電偶傳感器Thermocouple傳感器技術(shù)——第一章（2）帶激勵(lì)源型特點(diǎn)：不需要變換電路，有較大電量輸出。BIUHbdLxyz例：霍爾電磁感應(yīng)式傳感器HallElectromagneticSensor傳感器技術(shù)——第一章被測量：磁場輔助能源：激勵(lì)電流轉(zhuǎn)換元件輸入輸出輔助能源58例：磁電式傳感器Magneto-electrictransducer（3）外源型輸入輸出電源變換電路轉(zhuǎn)換元件特點(diǎn)：通過帶外電源的變換電路，才能獲得有用的電量輸出線圈永久磁鐵動(dòng)鐵芯：銜鐵傳感器技術(shù)——第一章電磁感應(yīng)定律：59轉(zhuǎn)換元件輸入輸出（1）自源型（2）帶激勵(lì)源型轉(zhuǎn)換元件輸入輸出輔助能源能量轉(zhuǎn)換型有源型能量控制型無源型ActiveSensorPassiveSensor傳感器技術(shù)——第一章（3）外源型輸入輸出電源變換電路轉(zhuǎn)換元件60為消除環(huán)境干擾相同傳感器補(bǔ)償型不同傳感器補(bǔ)償型差動(dòng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)償型（1）相同傳感器補(bǔ)償型輸入輸出電源變換電路轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件環(huán)境影響傳感器技術(shù)——第一章61（2）差動(dòng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)償型輸入輸出電源變換電路轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件環(huán)境影響輸入量：反向轉(zhuǎn)換環(huán)境干擾量：正向轉(zhuǎn)換測量電路輸出增大傳感器技術(shù)——第一章62（3）不同傳感器補(bǔ)償型輸入輸出電源變換電路轉(zhuǎn)換元件2轉(zhuǎn)換元件1環(huán)境影響傳感器技術(shù)——第一章631、按輸入物理量的性質(zhì)分類的優(yōu)缺點(diǎn)？2、劃分基本物理量和派生物理量的好處？3、本書編寫的傳感器內(nèi)容按什么分類的？4、根據(jù)能量關(guān)系傳感器如何分類的？5、根據(jù)構(gòu)成原理傳感器如何分類？四、傳感器的分類傳感器技術(shù)——第一章64傳感器技術(shù)——第一章65電容式、電感式、熱電式傳感器位移、速度、溫度傳感器能量轉(zhuǎn)換型：有源傳感器能量控制型：無源傳感器模擬式、數(shù)字式結(jié)構(gòu)型、物性型半導(dǎo)體傳感器集成傳感器、智能傳感器仿生傳感器、機(jī)器人傳感器傳感器技術(shù)——第一章分類方法輸入物理量：工作原理：能量關(guān)系：輸出信號(hào)性質(zhì)：構(gòu)成原理：構(gòu)成傳感器的功能材料：高新技術(shù)：66同學(xué)們好！第一章傳感器技術(shù)基礎(chǔ)主要內(nèi)容1、傳感器的基本概念2、傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和基本特性指標(biāo)3、傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及基本特性指標(biāo)4、改善傳感器性能的技術(shù)途徑5、傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)TechnicalFoundation傳感器技術(shù)——第一章§1-2傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型及基本特性指標(biāo)傳感器技術(shù)——第一章描述傳感器輸入-輸出關(guān)系的方法：

數(shù)學(xué)模型基本特性指標(biāo)MathematicModelBasicCharacteristicIndex被測輸入量靜態(tài)量準(zhǔn)靜態(tài)量動(dòng)態(tài)量靜態(tài)特性指標(biāo)動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型一、傳感器的靜態(tài)模型1.代數(shù)方程AlgebraicEquation傳感器技術(shù)——第一章靜態(tài)條件代數(shù)方程特性曲線x——輸入量；y——輸出量；a0——零位輸出；a1——傳感器的靈敏度K、Sa2……an——非線性項(xiàng)待定常數(shù)。條件：不考慮傳感器滯后、蠕變情況下特殊形式StaticModel2.特性曲線CharacteristicCurves傳感器技術(shù)——第一章71如何使傳感器系統(tǒng)的輸出只含奇次項(xiàng)，以改善傳感器的非線性？——差動(dòng)技術(shù)DifferentialTechnique傳感器技術(shù)——第一章72二、傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)滯后、線性度、重復(fù)性、靈敏度、分辨力、閾值、穩(wěn)定性、漂移、精度（靜態(tài)誤差）正行程反行程1.滯后傳感器在正、反行程，輸入-輸出曲線的不重合程度。Hysteresis傳感器技術(shù)——第一章△Hmax——正反行程輸出的最大差值

yF.S——滿量程輸出量732.線性度（非線性）

傳感器的實(shí)際輸入-輸出曲線（校準(zhǔn)曲線）與擬合直線之間的吻合（偏離）程度?！x定擬合直線的過程，就是傳感器的線性化過程。Linearity傳感器技術(shù)——第一章△Lmax——校準(zhǔn)曲線與擬合直線間的最大差值

yF.S——滿量程輸出值74擬合直線的選定原則：保證盡量小的非線性誤差計(jì)算與使用方便選定擬合直線的方法：傳感器技術(shù)——第一章參考文獻(xiàn)：涂國平，“傳感器輸出特征線性化的穩(wěn)健算法”,《傳感器技術(shù)》（4）最小二乘法：與校準(zhǔn)曲線的殘差平方和最小例：用最小二乘法求擬合直線Least-squaresMethod傳感器技術(shù)——第一章分別對k和b求一階導(dǎo)數(shù)，并令其=0，求出b和k。設(shè)擬合直線殘差76穩(wěn)健算法：當(dāng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)僅發(fā)生細(xì)小變化時(shí)，其估計(jì)結(jié)果同樣也發(fā)生微小變化。最小一乘算法穩(wěn)健性更優(yōu)，具有較好的抗擾動(dòng)性，從數(shù)據(jù)處理的角度看，能更好地反映傳感器的輸出特征。傳感器技術(shù)——第一章最小二乘法：最小一乘估計(jì)：（5）硬件線性化方法原理：以非線性矯正非線性“以畸制畸”*方法二：利用線性元件和非線性元件的串、并聯(lián)方法一：兩只非線性傳感器差動(dòng)方式非線性誤差大小相等，極性相反ⅠⅡⅢ傳感器技術(shù)——第一章*（6）軟件線性化方法1、計(jì)算法條件：傳感器輸出與被測量間有確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式方法：軟件編寫計(jì)算程序數(shù)學(xué)表達(dá)式的獲得：曲線擬合2、查表法條件：傳感器輸出與被測量間無法用函數(shù)擬合傳感器技術(shù)——第一章3、插值法原理：將查表法與計(jì)算法結(jié)合方法：線性插值、拋物線插值、拉格朗日插值、牛頓插值、埃米特插值傳感器技術(shù)——第一章線性插值：80拋物線插值：參考文獻(xiàn)：“改善傳感器特性的軟件處理方法”,《傳感器世界》“遺傳算法在傳感器非線性自校正中的應(yīng)用”,《傳感器技術(shù)》“傳感器特性曲線的一種擬合方法”,《傳感器技術(shù)》傳感器技術(shù)——第一章813.重復(fù)性傳感器在同一工作條件下，輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次測試時(shí)，所得特性曲線間一致程度指標(biāo)。Repeatability傳感器技術(shù)——第一章貝賽爾公式——置信系數(shù)；=2，置信概率為95.4%。

——各校準(zhǔn)點(diǎn)輸出值標(biāo)準(zhǔn)偏差的最大值。825.分辨力（率）分辨力：能檢測出的輸入量的最小變化量分辨率：分辨力/滿量程輸入值Resolution傳感器技術(shù)——第一章4.靈敏度Sensitivity非線性傳感器線性傳感器=常數(shù)836.穩(wěn)定性長期穩(wěn)定性標(biāo)定有效期Stability7.漂移零點(diǎn)漂移、靈敏度漂移時(shí)間漂移（時(shí)漂）、溫度漂移（溫漂）

外界干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無關(guān)的變化。Drift8.閾值產(chǎn)生可測輸出變化量時(shí)的最小輸入量值Threshold傳感器技術(shù)——第一章841、對于線性和非線性傳感器？其靈敏度指標(biāo)有何不同？2、分辨力與閾值的比較？傳感器技術(shù)——第一章859.靜態(tài)誤差（精度）StaticError傳感器技術(shù)——第一章（1）將非線性、滯后、重復(fù)性誤差幾何、代數(shù)法綜合偏大（2）將全部校準(zhǔn)數(shù)據(jù)相對于擬合直線求標(biāo)準(zhǔn)偏差偏?。?）將非線性、滯后視為系統(tǒng)誤差，重復(fù)性視為隨機(jī)誤差86同學(xué)們好！第一章傳感器技術(shù)基礎(chǔ)主要內(nèi)容1、傳感器的基本概念2、傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和基本特性指標(biāo)3、傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及基本特性指標(biāo)4、改善傳感器性能的技術(shù)途徑5、傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)TechnicalFoundation傳感器技術(shù)——第一章88微分方程傳遞函數(shù)§1-3傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)一、動(dòng)態(tài)模型DynamicModel1.微分方程條件：線性定常系統(tǒng)DifferentialEquation傳感器技術(shù)——第一章89一階環(huán)節(jié)二階環(huán)節(jié)零階環(huán)節(jié)怎樣判別傳感器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型是幾階環(huán)節(jié)？傳感器技術(shù)——第一章零階傳感器比例環(huán)節(jié)、無慣性環(huán)節(jié)一階傳感器二階傳感器90例：分析加速度傳感器的動(dòng)態(tài)特性。二階環(huán)節(jié)的傳感器AccelerationTransducer傳感器技術(shù)——第一章高曉蓉等，“應(yīng)變式加速度傳感器測量接觸導(dǎo)線硬點(diǎn)”，《傳感器技術(shù)》，2004年7期傳感器技術(shù)——第一章傳感器技術(shù)——第一章93傳感器技術(shù)——第一章94資中歸-陶38#39#中心錨結(jié)旁“S”彎分相器：底面不平行、接頭端面不平滑傳感器技術(shù)——第一章故障1：硬點(diǎn)故障引起電火花故障2：長沙-北京弓網(wǎng)事故952.傳遞函數(shù)定義：初始條件為零時(shí)，輸出量（響應(yīng)函數(shù)）的拉普拉斯

變換與輸入量（激勵(lì)函數(shù)）拉普拉斯變換之比。TransferFunction傳感器技術(shù)——第一章拉氏變換：96簡寫：傳遞函數(shù)：傳感器技術(shù)——第一章兩邊取拉氏變換：輸出量拉氏變換輸入量拉氏變換97（1）為什么反映了傳感器本身的特性？（2）輸入、輸出及傳遞函數(shù)之間的關(guān)系？（3）不同傳感器的傳遞函數(shù)能否相同？（4）傳遞函數(shù)的求解方法？（5）在多環(huán)節(jié)串并聯(lián)系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn)？特點(diǎn)：傳感器技術(shù)——第一章特點(diǎn)：（1）反映傳感器系統(tǒng)本身特性，與x(t)無關(guān)。（4）通過實(shí)驗(yàn)求傳遞函數(shù)（2）X(s)、Y(s)、H(s)知二求一H(s)X(s)Y(s)（3）相同的傳遞函數(shù)可以表征不同物理系統(tǒng)傳感器技術(shù)——第一章（5）多環(huán)節(jié)串并聯(lián)的傳感器系統(tǒng)H1(s)X(s)Y(s)H2(s)Hn(s)n個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)傳感器技術(shù)——第一章n個(gè)環(huán)節(jié)并聯(lián)H1(s)X(s)Y(s)H2(s)

Hn(s)二、動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)階躍響應(yīng)法（時(shí)域）頻率響應(yīng)法（頻域）DynamicCharacteristicIndex引入的必要性？給哪些動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)？——通過試驗(yàn)給出動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)傳感器技術(shù)——第一章動(dòng)態(tài)誤差輸出穩(wěn)定后與理想輸出量的誤差輸入量躍變，輸出量在過渡狀態(tài)的誤差輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)階躍函數(shù)正弦函數(shù)指數(shù)函數(shù)沖擊函數(shù)1011、階躍響應(yīng)StepResponse傳感器技術(shù)——第一章單位階躍信號(hào)一階傳感器系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)穩(wěn)態(tài)值Stable-stateValueTimeConstant102二階傳感器系統(tǒng)傳感器技術(shù)——第一章上升時(shí)間Tr響應(yīng)時(shí)間Ts超調(diào)量a1峰值時(shí)間Tp延滯時(shí)間Td衰減率穩(wěn)態(tài)誤差103例：熱電偶傳感器測溫過程動(dòng)態(tài)誤差分析。1、從傳感器的階躍響應(yīng)可看出它是幾階環(huán)節(jié)的傳感器？2、動(dòng)態(tài)誤差具體指曲線內(nèi)的哪部分？3、動(dòng)態(tài)誤差的影響？4、實(shí)際測量中如何避免嚴(yán)重的動(dòng)態(tài)誤差？環(huán)境溫度T0被測液體溫度TT>T0傳感器技術(shù)——第一章104“一種改善傳感器動(dòng)態(tài)特性的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償方法”,《自動(dòng)化儀表》傳感器技術(shù)——第一章補(bǔ)償濾波器灰塵傳感器：補(bǔ)償濾波器：均方誤差小于等于0.0012、頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)特性：輸入頻率變化、幅值相等的正弦信號(hào)，輸出信號(hào)幅值與輸入頻率的關(guān)系：幅頻特性輸出信號(hào)相位與輸入頻率的關(guān)系：相頻特性

FrequencyResponse傳感器技術(shù)——第一章輸入信號(hào)輸出信號(hào)頻率響應(yīng)函數(shù)106頻率響應(yīng)函數(shù)傳感器技術(shù)——第一章指數(shù)形式：幅頻特性其中，動(dòng)態(tài)靈敏度、增益相頻特性107對數(shù)幅頻特性曲線傳感器技術(shù)——第一章其中，0dB水平線是理想的零階系統(tǒng)的幅頻特性通頻帶1083.一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析（1）頻率響應(yīng)特性分析傳感器技術(shù)——第一章一階系統(tǒng)微分方程時(shí)間常數(shù)靜態(tài)靈敏度拉氏變換傳遞函數(shù)109頻率響應(yīng)函數(shù)傳感器技術(shù)——第一章幅頻特性相頻特性討論：

越小，頻率響應(yīng)特性越好。110（2）階躍響應(yīng)特性分析傳感器技術(shù)——第一章階躍函數(shù)

越小，階躍響應(yīng)特性越好。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)暫態(tài)響應(yīng)：指數(shù)函數(shù)111分析傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的步驟？

建立微分方程分析頻率響應(yīng)特性分析階躍響應(yīng)特性

分析幅頻特性分析相頻特性參考書：教材參考書[21]《傳感器動(dòng)態(tài)特性的實(shí)用研究方法》，中國科技大學(xué)出版社，1999傳感器技術(shù)——第一章例：分析溫度傳感器模型，給出輸入量（T0）與輸出量（T）間的微分方程，并推導(dǎo)其幅頻特性、相頻特性及階躍相應(yīng)特性。已知：傳感器敏感部分質(zhì)量為m，比熱為c，表面積為s，傳熱系數(shù)為h（W/m2.K）傳感器技術(shù)——第一章1131、頻率響應(yīng)特性分析傳感器技術(shù)——第一章（1）幅頻特性（2）相頻特性2、階躍響應(yīng)特性114同學(xué)們好！第一章傳感器技術(shù)基礎(chǔ)主要內(nèi)容1、傳感器的基本概念2、傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和基本特性指標(biāo)3、傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及基本特性指標(biāo)4、改善傳感器性能的技術(shù)途徑5、傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)TechnicalFoundation傳感器技術(shù)——第一章116§1-4改善傳感器性能的技術(shù)途徑一、結(jié)構(gòu)、材料與參數(shù)的合理選擇原則：確保主要指標(biāo)，放寬次要指標(biāo)，以求高性價(jià)比研究生產(chǎn)部門：系列產(chǎn)品用戶：合理選擇二、差動(dòng)技術(shù)目的：改善非線性DifferentialTechnique傳感器技術(shù)——第一章思路：1171、奇次項(xiàng)多項(xiàng)式的特點(diǎn)？2、差動(dòng)技術(shù)的基本原理？3、如何實(shí)現(xiàn)傳感器的差動(dòng)輸出？4、差動(dòng)技術(shù)的三個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)？傳感器技術(shù)——第一章118三個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)：

（1）兩個(gè)完全相同的傳感器（2）接受輸入量：大小相等，方向相反（3）輸出相減方法：傳感器1：傳感器技術(shù)——第一章完全相同傳感器2，輸入量反號(hào)：非線性改善，輸出靈敏度提高一倍。二者輸出相減：119例：變面積式差動(dòng)電容傳感器傳感器技術(shù)——第一章輸出：靈敏度：輸出靈敏度提高一倍，消除了零位輸出項(xiàng)l。120例：超聲波流速計(jì)介質(zhì)性質(zhì)溫度傳播速度cUltrasonicCurrentMeter傳感器技術(shù)——第一章超聲波換能器：壓電式-壓電效應(yīng)超聲波傳感器：聲-電轉(zhuǎn)換Piezoelectriceffect可逆性超聲波發(fā)生器電能機(jī)械能超聲波接收器機(jī)械能電能發(fā)射超聲波:接收超聲波:reversible121傳感器技術(shù)——第一章122消除了聲速變化的影響傳感器技術(shù)——第一章三、平均技術(shù)目的：減小隨機(jī)誤差誤差平均效應(yīng)數(shù)據(jù)平均處理AveragingTechnique1、誤差平均效應(yīng)ErrorAveragingEffect傳感器技術(shù)——第一章124數(shù)顯卡尺數(shù)顯位移計(jì)n個(gè)完全相同的變面積式電容傳感器并聯(lián)容柵傳感器CapacitiveRasterTransducer傳感器技術(shù)——第一章125LY-615型數(shù)顯輪緣檢測儀測量車輪外形尺寸：踏面磨耗、輪緣厚度、輪輞厚度傳感器技術(shù)——第一章1262.數(shù)據(jù)平均處理造成傳感器性能不穩(wěn)定原因：材料、元器件性能變化穩(wěn)定性處理方法：電氣元件：老化、篩選材料結(jié)構(gòu)材料：時(shí)效處理、冰冷處理永磁材料：時(shí)間老化、溫度老化、機(jī)械老化、交流穩(wěn)磁處理DataAverageProcessing四、穩(wěn)定性處理StabilityProcessing傳感器技術(shù)——第一章方法：將相同條件下的測量重復(fù)n次，或n次采樣，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理，隨機(jī)誤差減小倍。127五、屏蔽、隔離和干擾抑制思路傳感器：減小對影響因素的靈敏度外界影響因素：降低對傳感器的實(shí)際作用功率Shield/Screen,Isolation,InterfereControl傳感器技術(shù)——第一章1281、屏蔽Shield/Screen傳感器技術(shù)——第一章傳感器技術(shù)——第一章130傳感器技術(shù)——第一章1312、隔離隔熱、隔振、密封方法：將測量系統(tǒng)各種地線連接在一起，并且只在一點(diǎn)接地。（2）“單點(diǎn)”接地目的：消除公共阻抗耦合的干擾Isolation3、電路措施（1）去耦濾波器CircuitMeasure傳感器技術(shù)——第一章信號(hào)地線電源地線信號(hào)源地線屏蔽保護(hù)接地線地線132六、零示法、微差法與閉環(huán)技術(shù)目的：消除或削弱系統(tǒng)誤差舉例：機(jī)械天平優(yōu)點(diǎn)：消除儀器不準(zhǔn)

造成的誤差1、零示法原理：被測量和已知標(biāo)準(zhǔn)量對儀表的作用相互平衡NullMethod傳感器技術(shù)——第一章1332、微差法原理：被測量和已知標(biāo)準(zhǔn)量差別減小到一定程度后，使儀表誤差的影響大大減小。標(biāo)準(zhǔn)量相對誤差指示儀表相對誤差相對微量測量誤差傳感器技術(shù)——第一章被測量相近標(biāo)準(zhǔn)量微差，儀表讀出3、閉環(huán)技術(shù)ClosedLoopTechnique傳感器技術(shù)——第一章K1K2

Kn開環(huán)系統(tǒng)——各環(huán)節(jié)的相對誤差對系統(tǒng)總誤差的影響是等權(quán)的。敏感元件輔助電路傳感元件被測非電量有用非電量電量信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路有用電量比較平衡方式：力、力矩平衡、電壓（流）平衡、熱平衡傳感器技術(shù)——第一章A——靜態(tài)傳遞函數(shù)——反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)

傳感器技術(shù)——第一章閉環(huán)靜態(tài)傳遞函數(shù)閉環(huán)時(shí)間常數(shù)特點(diǎn)：（1）精度高、穩(wěn)定性好（2）動(dòng)態(tài)特性好137七、補(bǔ)償與校正例：傳感器溫度誤差補(bǔ)償補(bǔ)償與校正方法硬件：電子線路軟件：單片機(jī)目的：減小系統(tǒng)誤差Compensationandcorrection傳感器技術(shù)——第一章138八、集成化與智能化1、集成化（2）將多個(gè)相同或不同的敏感元件集成在同一芯片上，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測量。特點(diǎn)：成本低、體積小、性能改善、可靠性高、接口靈活（1）將傳感器和信號(hào)處理電路制作在同一芯片上Integration2、智能化傳感器與微機(jī)結(jié)合傳感器的智能化智能化傳感器Intelligent傳感器技術(shù)——第一章參考文獻(xiàn)1.孫肖子等編，《Motorala集成電路應(yīng)用技術(shù)叢書——傳感器及其應(yīng)用》，電子工業(yè)出版社，1996年第1版“集成式微型智能傳感器的研究與思考”《儀表技術(shù)與傳感器》（1）傳感器的智能化

傳感器接口

微處理器（2）智能化傳感器傳感器處理電路接口電路微處理器大規(guī)模集成智能傳感器傳感器技術(shù)——第一章140集成式微型智能傳感器：利用集成電路制作技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)（MEMS）將傳感器元件與電子線路集成在同一芯片上，使之具有信號(hào)提取、信息處理、雙向通訊、量程切換、邏輯判斷、步驟決策、自檢驗(yàn)、自診斷、自校準(zhǔn)、自補(bǔ)償以及自適應(yīng)和自計(jì)算等功能。1、優(yōu)點(diǎn)：（1）具有邏輯判斷、統(tǒng)計(jì)處理功能：提高測量準(zhǔn)確性（2）具有自診斷、自校準(zhǔn)功能：提高工作可靠性（3）具有自適應(yīng)、自調(diào)整功能：提高檢測適用性（4）具有組態(tài)功能：擴(kuò)大檢測與使用范圍（5）具有記憶存儲(chǔ)功能：加快信息處理速度（6）具有數(shù)據(jù)通訊功能：提高信息處理質(zhì)量傳感器技術(shù)——第一章1412、制作集成式微型智能傳感器最好材料——

硅（1）硅材料的許多物理效應(yīng)可用來制作基于多種敏感機(jī)理

的固態(tài)傳感器。（2）單晶硅具有優(yōu)良的各向異性。（3）單晶硅傳感器的制造工藝與集成電路有很好的兼容性。3、用于制作集成式微型智能傳感器的主要加工技術(shù)：

集成電路加工技術(shù)光刻技術(shù)光刻電鑄技術(shù)（LIGA）腐蝕成型技術(shù)鍵合技術(shù)傳感器技術(shù)——第一章142硅基片光電變換部分信號(hào)傳送部分存儲(chǔ)器運(yùn)算部分電源驅(qū)動(dòng)部分三維多功能單片智能傳感器傳感器技術(shù)——第一章1434、集成式微型智能傳感器的主要研究熱點(diǎn)：

敏感元件機(jī)理集成封裝技術(shù)數(shù)據(jù)融合理論——集成式微型智能傳感器理論的重要基礎(chǔ)。美國國防部數(shù)據(jù)融合小組（DFS）定義：對多來源的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行多方面的關(guān)聯(lián)、相關(guān)和綜合處理，以更好地進(jìn)行定位、特征估計(jì)，并完全和適時(shí)地對情況和威脅進(jìn)行評估。傳感器技術(shù)——第一章144“傳感器故障診斷中的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法與應(yīng)用”,《傳感器技術(shù)》2.“多傳感器數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)融合方法”,《傳感器技術(shù)》“多傳感器/多判據(jù)探測器在火災(zāi)探測中的應(yīng)用”,《傳感器技術(shù)》信息融合技術(shù)中多傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題熱點(diǎn)討論傳感器技術(shù)——第一章145同學(xué)們好！第一章傳感器技術(shù)基礎(chǔ)主要內(nèi)容1、傳感器的基本概念2、傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和基本特性指標(biāo)3、傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及基本特性指標(biāo)4、改善傳感器性能的技術(shù)途徑5、傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)TechnicalFoundation傳感器技術(shù)——第一章147§1-5傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)一、標(biāo)定與校準(zhǔn)的概念

壓電式壓力傳感器電荷信號(hào)壓力信號(hào)校準(zhǔn)：傳感器在使用中或存儲(chǔ)后進(jìn)行的性能復(fù)測——再次的標(biāo)定活塞式壓力計(jì)：已知標(biāo)準(zhǔn)力精度已知檢測設(shè)備測量標(biāo)定：利用標(biāo)準(zhǔn)器具對傳感器進(jìn)行標(biāo)度的過程輸入-輸出關(guān)系傳感器技術(shù)——第一章Calibration148二、標(biāo)定的基本方法標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備輸出量已知非電量待標(biāo)定傳感器輸入量

標(biāo)準(zhǔn)傳感器輸出2

待標(biāo)定傳感器輸入量發(fā)生器輸出1輸入標(biāo)準(zhǔn)量：由標(biāo)準(zhǔn)傳感器檢測得到實(shí)質(zhì)：待標(biāo)定傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器之間的比較傳感器技術(shù)——第一章149三、標(biāo)定系統(tǒng)的組成（1）被測非電量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器（3）待標(biāo)定傳感器配接的信號(hào)檢測設(shè)備（2）被測非電量的標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)活塞式壓力計(jì)測量標(biāo)準(zhǔn)壓力標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器產(chǎn)生測力機(jī)測量標(biāo)準(zhǔn)力標(biāo)準(zhǔn)力傳感器產(chǎn)生恒溫源測量標(biāo)準(zhǔn)溫度標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)產(chǎn)生傳感器技術(shù)——第一章150為保證精度和可靠性，使用中注意問題：（1）標(biāo)定等級：只能用上一級精度的標(biāo)準(zhǔn)裝置標(biāo)定下一級精度的傳感器（2）環(huán)境條件（3）標(biāo)定測試系統(tǒng)（4）安裝條件力：測力砝碼、拉（壓）式測力計(jì)壓力：活塞式壓力計(jì)、水銀壓力計(jì)、麥?zhǔn)险婵沼?jì)位移：深度尺、千分尺、塊規(guī)溫度：鉑電阻溫度計(jì)、熱電偶、基準(zhǔn)光電高溫比色儀四、傳感器的靜態(tài)標(biāo)定及設(shè)備傳感器技術(shù)——第一章151測力砝碼測力砝碼測力計(jì)測力計(jì)力標(biāo)定設(shè)備傳感器技術(shù)——第一章152壓力標(biāo)定設(shè)備活塞式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)麥?zhǔn)险婵沼?jì)水銀真空計(jì)傳感器技術(shù)——第一章153位移標(biāo)定設(shè)備千分尺塊規(guī)深度尺深度尺傳感器技術(shù)——第一章154溫度標(biāo)定設(shè)備鉑電阻溫度計(jì)熱電偶鉑電阻溫度計(jì)傳感器技術(shù)——第一章155低頻-激振器：電磁振動(dòng)臺(tái)、低頻回轉(zhuǎn)臺(tái)、機(jī)械振動(dòng)臺(tái)、液壓振動(dòng)臺(tái)高頻-瞬變函數(shù)激勵(lì)信號(hào)：激波管五、傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定及設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào)周期函數(shù)：正弦波瞬變函數(shù)：階躍波機(jī)械振動(dòng)臺(tái)電磁振動(dòng)臺(tái)傳感器技術(shù)——第一章輪對外形動(dòng)態(tài)檢測裝置傳感器技術(shù)——第一章圖像傳感器輪對觸發(fā)光學(xué)鏡頭線光源光學(xué)三角測量原理157傳感器技術(shù)——第一章輪緣厚度輪緣高度

踏面磨耗標(biāo)準(zhǔn)外形曲線實(shí)際測量外形曲線

輪緣磨耗偏移量輪輞內(nèi)側(cè)基線輪緣厚度踏面磨耗垂直磨耗（qR值）車輪直徑輪對內(nèi)距158畸變圖像坐標(biāo)（u，v）非畸變圖像坐標(biāo)（u’，v’）物方尺寸坐標(biāo)（x，y）u’=h1(u,v)v’=h2(u,v)x=g1(u’,v’)y=g2(u’,v’)①圖像校正②系統(tǒng)定標(biāo)x=f1(u,v)y=f2(u,v)③系統(tǒng)標(biāo)定傳感器技術(shù)——第一章159傳感器技術(shù)——第一章一階線形畸變模型a～e——

方程組的待定系數(shù)標(biāo)定系數(shù)求解算法16020mm20mm傳感器技術(shù)——第一章161經(jīng)CCD系統(tǒng)后畸變的點(diǎn)陣圖O(0,0)CAB20mm20mm傳感器技術(shù)——第一章162傳感器技術(shù)——第一章一階線形畸變模型a～e——

方程組的待定系數(shù)標(biāo)定系數(shù)求解算法163校正后的點(diǎn)陣圖20mm20mm傳感器技術(shù)——第一章164同學(xué)們好！165第二章電阻式傳感器電阻元件非電量電阻變化ResistiveTransducer第二章電阻式傳感器166電阻式傳感器的分類第二章電阻式傳感器167§2-1電位器式傳感器PotentiometricTransducer第二章電阻式傳感器168第二章電阻式傳感器169一、線繞電位器式傳感器位移Wire–woundPotentiometer第二章電阻式傳感器1701、線繞電位器的結(jié)構(gòu)第二章電阻式傳感器171第二章電阻式傳感器1722、線繞電位器的輸出特性線性電位器第二章電阻式傳感器（1）空載下電阻靈敏度電壓靈敏度173（2）負(fù)載下第二章電阻式傳感器令分壓系數(shù)負(fù)載系數(shù)第二章電阻式傳感器令分壓系數(shù)負(fù)載系數(shù)表示什么情況下的輸出？有何特點(diǎn)？什么時(shí)候成立？當(dāng)一定時(shí)，如何取值得到更好的線性輸出？當(dāng)一定時(shí)，取何值時(shí)存在最大的負(fù)載誤差？負(fù)載誤差相對負(fù)載誤差：

一定，對K求一階導(dǎo)數(shù)，并令其=0，得：第二章電阻式傳感器令分壓系數(shù)負(fù)載系數(shù)1764、階梯特性、誤差和分辨率3、減小電位器負(fù)載誤差的方法——負(fù)載系數(shù)減小法LoadingError第二章電阻式傳感器例：設(shè)電位器總電阻，要求負(fù)載誤差

0.1%，確定負(fù)載電阻。理論特性曲線？理想特性曲線？實(shí)際特性曲線？177第二章電阻式傳感器階梯誤差電壓分辨率行程分辨率178二、非線繞電位器式傳感器2、導(dǎo)電塑料電位器合成膜電位器金屬膜電位器1、薄膜電位器基體、電阻膜帶、電刷、轉(zhuǎn)軸、導(dǎo)電環(huán)Non-Wire-woundPotentiometer第二章電阻式傳感器179集成光電子技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：精度、壽命、分辨率、可靠性高、阻值范圍寬缺點(diǎn)：溫度范圍窄、輸出電流小、輸出阻抗較高結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積和重量大非接觸式電位器光束

電刷3、光電電位器photoPotentiometer第二章電阻式傳感器光電導(dǎo)層無光照：暗電阻-絕緣體有光照：明電阻-良導(dǎo)體180三、電位器式傳感器的應(yīng)用1、航空飛行高度傳感器第二章電阻式傳感器1812、液面高度測試儀第二章電阻式傳感器1823、測量導(dǎo)彈舵擺時(shí)間控制信號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電位器檢測電路記錄儀舵擺控制信號(hào)舵擺角第二章電阻式傳感器1834、電位器式位移傳感器第二章電阻式傳感器184第二章電阻式傳感器參考文獻(xiàn)：“電位器式傳感器及對接觸線抬升量的測量”，

《傳感器技術(shù)》185同學(xué)們好！第一章傳感器技術(shù)基礎(chǔ)主要內(nèi)容1、傳感器的基本概念2、傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和基本特性指標(biāo)3、傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及基本特性指標(biāo)4、改善傳感器性能的技術(shù)途徑5、傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)TechnicalFoundation傳感器技術(shù)——第一章187§1-4改善傳感器性能的技術(shù)途徑一、結(jié)構(gòu)、材料與參數(shù)的合理選擇原則：確保主要指標(biāo)，放寬次要指標(biāo)，以求高性價(jià)比研究生產(chǎn)部門：系列產(chǎn)品用戶：合理選擇二、差動(dòng)技術(shù)目的：改善非線性DifferentialTechnique傳感器技術(shù)——第一章思路：1881、奇次項(xiàng)多項(xiàng)式的特點(diǎn)？2、差動(dòng)技術(shù)的基本原理？3、如何實(shí)現(xiàn)傳感器的差動(dòng)輸出？4、差動(dòng)技術(shù)的三個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)？傳感器技術(shù)——第一章189三個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)：

（1）兩個(gè)完全相同的傳感器（2）接受輸入量：大小相等，方向相反（3）輸出相減方法：傳感器1：傳感器技術(shù)——第一章完全相同傳感器2，輸入量反號(hào)：非線性改善，輸出靈敏度提高一倍。二者輸出相減：190例：變面積式差動(dòng)電容傳感器傳感器技術(shù)——第一章輸出：靈敏度：輸出靈敏度提高一倍，消除了零位輸出項(xiàng)l。191例：超聲波流速計(jì)介質(zhì)性質(zhì)溫度傳播速度cUltrasonicCurrentMeter傳感器技術(shù)——第一章超聲波換能器：壓電式-壓電效應(yīng)超聲波傳感器：聲-電轉(zhuǎn)換Piezoelectriceffect可逆性超聲波發(fā)生器電能機(jī)械能超聲波接收器機(jī)械能電能發(fā)射超聲波:接收超聲波:reversible192傳感器技術(shù)——第一章193消除了聲速變化的影響傳感器技術(shù)——第一章三、平均技術(shù)目的：減小隨機(jī)誤差誤差平均效應(yīng)數(shù)據(jù)平均處理AveragingTechnique1、誤差平均效應(yīng)ErrorAveragingEffect傳感器技術(shù)——第一章195數(shù)顯卡尺數(shù)顯位移計(jì)n個(gè)完全相同的變面積式電容傳感器并聯(lián)容柵傳感器CapacitiveRasterTransducer傳感器技術(shù)——第一章196LY-615型數(shù)顯輪緣檢測儀測量車輪外形尺寸：踏面磨耗、輪緣厚度、輪輞厚度傳感器技術(shù)——第一章1972.數(shù)據(jù)平均處理造成傳感器性能不穩(wěn)定原因：材料、元器件性能變化穩(wěn)定性處理方法：電氣元件：老化、篩選材料結(jié)構(gòu)材料：時(shí)效處理、冰冷處理永磁材料：時(shí)間老化、溫度老化、機(jī)械老化、交流穩(wěn)磁處理DataAverageProcessing四、穩(wěn)定性處理StabilityProcessing傳感器技術(shù)——第一章方法：將相同條件下的測量重復(fù)n次，或n次采樣，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理，隨機(jī)誤差減小倍。198五、屏蔽、隔離和干擾抑制思路傳感器：減小對影響因素的靈敏度外界影響因素：降低對傳感器的實(shí)際作用功率Shield/Screen,Isolation,InterfereControl傳感器技術(shù)——第一章1991、屏蔽Shield/Screen傳感器技術(shù)——第一章傳感器技術(shù)——第一章201傳感器技術(shù)——第一章2022、隔離隔熱、隔振、密封方法：將測量系統(tǒng)各種地線連接在一起，并且只在一點(diǎn)接地。（2）“單點(diǎn)”接地目的：消除公共阻抗耦合的干擾Isolation3、電路措施（1）去耦濾波器CircuitMeasure傳感器技術(shù)——第一章信號(hào)地線電源地線信號(hào)源地線屏蔽保護(hù)接地線地線203六、零示法、微差法與閉環(huán)技術(shù)目的：消除或削弱系統(tǒng)誤差舉例：機(jī)械天平優(yōu)點(diǎn)：消除儀器不準(zhǔn)

造成的誤差1、零示法原理：被測量和已知標(biāo)準(zhǔn)量對儀表的作用相互平衡NullMethod傳感器技術(shù)——第一章2042、微差法原理：被測量和已知標(biāo)準(zhǔn)量差別減小到一定程度后，使儀表誤差的影響大大減小。標(biāo)準(zhǔn)量相對誤差指示儀表相對誤差相對微量測量誤差傳感器技術(shù)——第一章被測量相近標(biāo)準(zhǔn)量微差，儀表讀出3、閉環(huán)技術(shù)ClosedLoopTechnique傳感器技術(shù)——第一章K1K2

Kn開環(huán)系統(tǒng)——各環(huán)節(jié)的相對誤差對系統(tǒng)總誤差的影響是等權(quán)的。敏感元件輔助電路傳感元件被測非電量有用非電量電量信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路有用電量比較平衡方式：力、力矩平衡、電壓（流）平衡、熱平衡傳感器技術(shù)——第一章A——靜態(tài)傳遞函數(shù)——反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)

傳感器技術(shù)——第一章閉環(huán)靜態(tài)傳遞函數(shù)閉環(huán)時(shí)間常數(shù)特點(diǎn)：（1）精度高、穩(wěn)定性好（2）動(dòng)態(tài)特性好208七、補(bǔ)償與校正例：傳感器溫度誤差補(bǔ)償補(bǔ)償與校正方法硬件：電子線路軟件：單片機(jī)目的：減小系統(tǒng)誤差Compensationandcorrection傳感器技術(shù)——第一章209八、集成化與智能化1、集成化（2）將多個(gè)相同或不同的敏感元件集成在同一芯片上，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測量。特點(diǎn)：成本低、體積小、性能改善、可靠性高、接口靈活（1）將傳感器和信號(hào)處理電路制作在同一芯片上Integration2、智能化傳感器與微機(jī)結(jié)合傳感器的智能化智能化傳感器Intelligent傳感器技術(shù)——第一章參考文獻(xiàn)1.孫肖子等編，《Motorala集成電路應(yīng)用技術(shù)叢書——傳感器及其應(yīng)用》，電子工業(yè)出版社，1996年第1版“集成式微型智能傳感器的研究與思考”《儀表技術(shù)與傳感器》（1）傳感器的智能化

傳感器接口

微處理器（2）智能化傳感器傳感器處理電路接口電路微處理器大規(guī)模集成智能傳感器傳感器技術(shù)——第一章211集成式微型智能傳感器：利用集成電路制作技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)（MEMS）將傳感器元件與電子線路集成在同一芯片上，使之具有信號(hào)提取、信息處理、雙向通訊、量程切換、邏輯判斷、步驟決策、自檢驗(yàn)、自診斷、自校準(zhǔn)、自補(bǔ)償以及自適應(yīng)和自計(jì)算等功能。1、優(yōu)點(diǎn)：（1）具有邏輯判斷、統(tǒng)計(jì)處理功能：提高測量準(zhǔn)確性（2）具有自診斷、自校準(zhǔn)功能：提高工作可靠性（3）具有自適應(yīng)、自調(diào)整功能：提高檢測適用性（4）具有組態(tài)功能：擴(kuò)大檢測與使用范圍（5）具有記憶存儲(chǔ)功能：加快信息處理速度（6）具有數(shù)據(jù)通訊功能：提高信息處理質(zhì)量傳感器技術(shù)——第一章2122、制作集成式微型智能傳感器最好材料——

硅（1）硅材料的許多物理效應(yīng)可用來制作基于多種敏感機(jī)理

的固態(tài)傳感器。（2）單晶硅具有優(yōu)良的各向異性。（3）單晶硅傳感器的制造工藝與集成電路有很好的兼容性。3、用于制作集成式微型智能傳感器的主要加工技術(shù)：

集成電路加工技術(shù)光刻技術(shù)光刻電鑄技術(shù)（LIGA）腐蝕成型技術(shù)鍵合技術(shù)傳感器技術(shù)——第一章213硅基片光電變換部分信號(hào)傳送部分存儲(chǔ)器運(yùn)算部分電源驅(qū)動(dòng)部分三維多功能單片智能傳感器傳感器技術(shù)——第一章2144、集成式微型智能傳感器的主要研究熱點(diǎn)：

敏感元件機(jī)理集成封裝技術(shù)數(shù)據(jù)融合理論——集成式微型智能傳感器理論的重要基礎(chǔ)。美國國防部數(shù)據(jù)融合小組（DFS）定義：對多來源的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行多方面的關(guān)聯(lián)、相關(guān)和綜合處理，以更好地進(jìn)行定位、特征估計(jì)，并完全和適時(shí)地對情況和威脅進(jìn)行評估。傳感器技術(shù)——第一章215“傳感器故障診斷中的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法與應(yīng)用”,《傳感器技術(shù)》2.“多傳感器數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)融合方法”,《傳感器技術(shù)》“多傳感器/多判據(jù)探測器在火災(zāi)探測中的應(yīng)用”,《傳感器技術(shù)》信息融合技術(shù)中多傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題熱點(diǎn)討論傳感器技術(shù)——第一章216同學(xué)們好！第一章傳感器技術(shù)基礎(chǔ)主要內(nèi)容1、傳感器的基本概念2、傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和基本特性指標(biāo)3、傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及基本特性指標(biāo)4、改善傳感器性能的技術(shù)途徑5、傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)TechnicalFoundation傳感器技術(shù)——第一章218§1-5傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)一、標(biāo)定與校準(zhǔn)的概念

壓電式壓力傳感器電荷信號(hào)壓力信號(hào)校準(zhǔn)：傳感器在使用中或存儲(chǔ)后進(jìn)行的性能復(fù)測——再次的標(biāo)定活塞式壓力計(jì)：已知標(biāo)準(zhǔn)力精度已知檢測設(shè)備測量標(biāo)定：利用標(biāo)準(zhǔn)器具對傳感器進(jìn)行標(biāo)度的過程輸入-輸出關(guān)系傳感器技術(shù)——第一章Calibration219二、標(biāo)定的基本方法標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備輸出量已知非電量待標(biāo)定傳感器輸入量

標(biāo)準(zhǔn)傳感器輸出2

待標(biāo)定傳感器輸入量發(fā)生器輸出1輸入標(biāo)準(zhǔn)量：由標(biāo)準(zhǔn)傳感器檢測得到實(shí)質(zhì)：待標(biāo)定傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器之間的比較傳感器技術(shù)——第一章220三、標(biāo)定系統(tǒng)的組成（1）被測非電量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器（3）待標(biāo)定傳感器配接的信號(hào)檢測設(shè)備（2）被測非電量的標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)活塞式壓力計(jì)測量標(biāo)準(zhǔn)壓力標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器產(chǎn)生測力機(jī)測量標(biāo)準(zhǔn)力標(biāo)準(zhǔn)力傳感器產(chǎn)生恒溫源測量標(biāo)準(zhǔn)溫度標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)產(chǎn)生傳感器技術(shù)——第一章221為保證精度和可靠性，使用中注意問題：（1）標(biāo)定等級：只能用上一級精度的標(biāo)準(zhǔn)裝置標(biāo)定下一級精度的傳感器（2）環(huán)境條件（3）標(biāo)定測試系統(tǒng)（4）安裝條件力：測力砝碼、拉（壓）式測力計(jì)壓力：活塞式壓力計(jì)、水銀壓力計(jì)、麥?zhǔn)险婵沼?jì)位移：深度尺、千分尺、塊規(guī)溫度：鉑電阻溫度計(jì)、熱電偶、基準(zhǔn)光電高溫比色儀四、傳感器的靜態(tài)標(biāo)定及設(shè)備傳感器技術(shù)——第一章222測力砝碼測力砝碼測力計(jì)測力計(jì)力標(biāo)定設(shè)備傳感器技術(shù)——第一章223壓力標(biāo)定設(shè)備活塞式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)麥?zhǔn)险婵沼?jì)水銀真空計(jì)傳感器技術(shù)——第一章224位移標(biāo)定設(shè)備千分尺塊規(guī)深度尺深度尺傳感器技術(shù)——第一章225溫度標(biāo)定設(shè)備鉑電阻溫度計(jì)熱電偶鉑電阻溫度計(jì)傳感器技術(shù)——第一章226低頻-激振器：電磁振動(dòng)臺(tái)、低頻回轉(zhuǎn)臺(tái)、機(jī)械振動(dòng)臺(tái)、液壓振動(dòng)臺(tái)高頻-瞬變函數(shù)激勵(lì)信號(hào)：激波管五、傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定及設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào)周期函數(shù)：正弦波瞬變函數(shù)：階躍波機(jī)械振動(dòng)臺(tái)電磁振動(dòng)臺(tái)傳感器技術(shù)——第一章輪對外形動(dòng)態(tài)檢測裝置傳感器技術(shù)——第一章圖像傳感器輪對觸發(fā)光學(xué)鏡頭線光源光學(xué)三角測量原理228傳感器技術(shù)——第一章輪緣厚度輪緣高度

踏面磨耗標(biāo)準(zhǔn)外形曲線實(shí)際測量外形曲線

輪緣磨耗偏移量輪輞內(nèi)側(cè)基線輪緣厚度踏面磨耗垂直磨耗（qR值）車輪直徑輪對內(nèi)距229同學(xué)們好！230例：

變化

電阻應(yīng)變計(jì)電橋電路機(jī)械應(yīng)變U(I)變化電阻應(yīng)變儀放大、顯示§2-3測量電路及電阻應(yīng)變儀MeasurementCircuitandResistanceStrainGauge第二章電阻式傳感器231一、應(yīng)變電橋雙臂應(yīng)變電橋單臂應(yīng)變電橋全臂應(yīng)變電橋直流電橋：R交流電橋：R、L、C不平衡橋式：偏差測量法（動(dòng)態(tài)）平衡橋式：零位測量法（靜態(tài)）半等臂電橋全等臂電橋工作方式橋臂關(guān)系電源負(fù)載工作臂電壓輸出橋：功率輸出橋：U、I電源端對稱輸出端對稱StrainBridgeCircuit第二章電阻式傳感器232二、直流電橋及輸出特性或初始平衡條件：此時(shí)1、電壓輸出橋的輸出特性DirectCurrentBridgeCircuitandOutputCharacteristics第二章電阻式傳感器ABC：ADC：電橋平衡條件：第二章電阻式傳感器橋臂比：線性部分：非線性部分：第二章電阻式傳感器討論：全等臂電橋半等臂對輸出端對稱電橋線性部分：第二章電阻式傳感器（1）電橋的靈敏度（2）電橋的非線性補(bǔ)償措施：加減特性，雙臂或四臂差動(dòng)工作方式K：金屬半導(dǎo)體（3）電橋的加減特性對象：全等臂電橋、半等臂對輸出端對稱電橋

“相鄰臂相減，相對臂相加”第二章電阻式傳感器237①一個(gè)橋臂R1工作②兩個(gè)相鄰橋臂工作第二章電阻式傳感器238③兩個(gè)相對橋臂工作④全臂工作第二章電阻式傳感器239電橋加減特性——

“相鄰臂相減，相對臂相加”例：分析橋路補(bǔ)償塊法進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)脑斫猓旱诙码娮枋絺鞲衅?40例：解：第二章電阻式傳感器解：例：利用全橋測量提高靈敏度并實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。第二章電阻式傳感器2422、功率輸出橋的輸出特性輸出功率最大的條件：第二章電阻式傳感器243（1）全等臂電橋（2）半等臂對輸出端對稱電橋第二章電阻式傳感器244（1