文档介绍：检测技术作为信息科学的一个重要分支,与计算机技术、自动控制技术和通信技术等一起构成了信息技术的完整学科。在人类进入信息时代的今天,人们的一切社会活动都是以信息获取与信息转换为中心,传感器作为信息获取与信息转换的重要手段,是信息科学最前端的一个阵地,是实现信息化的基础技术之一。
§1 绪论
“没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样,源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息,成为人们认识自然、改造自然的有利工具。
传感器的地位和作用
传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。
传感器是获取信息的主要途径与手段。
没有传感器,现代化生产就失去了基础。
传感器是边缘学科开发的先驱。
可见,传感器技术在发展经济、推动社会进步等方面起着重要作用。
传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其广泛的领域。从茫茫的太空到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。
§ 传感器的定义
国家标准(GB7665-87)中传感器(Transducer/Sensor)的定义:
能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
①传感器是测量装置,能完成检测任务;
②输入量是某一被测量,可能是物理量,也可能是化学量、生物量等;
③输出量是某种物理量,便于传输、转换、处理、显示等,可以是气、光、电物理量,主要是电物理量;
④输出输入有对应关系,且应有一定的精确程度。
传感器名称:发送器、传送器、变送器、检测器、探头
传感器功用:一感二传,即感受被测信息,并传送出去。
§ 传感器的组成
辅助电源
敏感元件
转换元件
基本转换电路
被测量
电量
敏感元件是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
转换元件:敏感元件的输出就是它的输入,它把输入转换成电路参量。
基本转换电路:上述电路参数接入基本转换电路(简称转换电路),便可转换成电量输出。
实际上,有些传感器很简单,有些则较复杂,大多数是开环系统,也有些是带反馈的闭环系统。
最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组成,它感受被测量时直接输出电量,如热电偶。有些传感器由敏感元件和转换元件组成,没有转换电路,如压电式加速度传感器,其中质量块m是敏感元件,压电片(块)是转换元件。有些传感器,转换元件不只一个,要经过若干次转换。
由于空间的限制或者其他原因,转换电路常装入电箱中。然而,因为不少传感器要在通过转换电路后才能输出电信号,从而决定了转换电路是传感器的组成环节之一。
§ 传感器的分类
1、按传感器的工作机理,分为物理型、化学型、生物型等
2、按构成原理,结构型与物性型两大类
3、根据传感器的能量转换情况,可分为能量控制型传感器和能量转换型传感器
4、按照物理原理分类:十种
5、按照传感器的用途分类:位移、压力、振动、温度传感器
7、根据传感器输出信号:模拟信号和数字信号
6、根据转换过程可逆与否:单向和双向
8、根据传感器使用电源与否:有源传感器和无源传感器
按照物理原理分类:
★电参量式传感器:电阻式、电感式、电容式等;
★磁电式传感器:磁电感应式、霍尔式、磁栅式等;
★压电式传感器:声波传感器、超声波传感器;
★光电式传感器:一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等;
★气电式传感器:电位器式、应变式;
★热电式传感器:热电偶、热电阻;
★波式传感器:超声波式、微波式等;
★射线式传感器:热辐射式、γ射线式;
★半导体式传感器:霍耳器件、热敏电阻;
★其他原理的传感器:差动变压器、振弦式等。
有些传感器的工作原理具有两种以上原理的复合形式,如不少半导体式传感器,也可看成电参量式传感器。
§ 传感器的发展动向
开发新型传感器
开发新材料
新工艺的采用
集成化、多功能化
智能化、小型化、网络化
开展基础研究,发现新现象,开发传感器的新材料和新工艺;实现传感器的集成化与智能化
传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。
§ 传感器的特性
传感器输出与输入关系可用微分方程来描述。理论上,将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时,即得到静态特性。因此,传感器的静态特性只是动态特性的一个特例。
当输入量随时间较快地变化时,这一关系称为动态特性。
当输入量为常量,或变化极慢时,这一关系称为静态特性;
稳定性(零漂)
传感器
温度
供电
各种干扰稳定性
温漂
分辨力
冲击与振动
电磁场
线性
滞后
重复性
灵敏度
输入
误差因素