第1章 传感器理论基础(《传感器基础》课件)
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传感器基本知识ppt课件
区别
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18
铁磁材料裂纹检测
N
S
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19
三、霍尔接近传感器和接近开关
在霍尔器件背后偏置一块永久磁体，并将它们和相应的处 理电路装在一个壳体内，做成一个探头，将霍尔器件的输 入引线和处理电路的输出引线用电缆连接起来，构成霍尔 接近传感器。 霍尔线性接近传感器主要用于黑色金属的自控计数，黑色 金属的厚度检测、距离检测、齿轮数齿、转速检测、测速 调速、缺口传感、张力检测、棉条均匀检测、电磁量检测、 角度检测等。
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26
❖ (2)电动车到达B点以后进人“弯道区”，沿 圆 弧引导线到达C点。C点下埋有边长为 15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点 检测到薄铁片后在C点处停车5秒，停车期间 发出断续的声光信息; (3)电动车在光源的引导下，通过障碍区进人 停车区并到达车库。电动车必须在两个障碍 物之间通过且不得与其接触; (4)电动车完成上述任务后应立即停车。停车 后，能准确显示电动车全程行驶时间。
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5
【电涡流传感器应用】
一：电涡流涂层厚度仪
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6
电涡流涂层厚 度仪原理
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7
二、电涡流式通道安全检查门
安检门的内部设置有发射线
圈和接收线圈。当有金属物体通
过时，交变磁场就会在该金属导
体表面产生电涡流，会在接收线
圈中感应出电压，计算机根据感
应电压的大小、相位来判定金属
霍尔接近传感器的外形图
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20
当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应 而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而 控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。 霍尔接 近开关主要用于各种自动控制装置，完成所需的位置控制，加工尺寸控 制、自动计数、各种计数、各种流程的自动衔接、液位控制、转速检测 等等。霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点， 内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。
传感器的基本概念课件
学习本课程所需的预备知识 电路基础、电子测量技术、电子线路。 教学提要（重难点）、课程内容、教学要求、实验指
导 传感器的概念以及传感器的基本特性是本章重点。
从传感器的作用开始，逐一介绍了传感器的概念、组 成以及分类，对传感器的基本特性作了详细阐述。
《传感器的基本概念》PPT课件
1.1 传感器的定义
x(t)
h(t)
y(t)
系统分析中的三类问题：
1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输 特性。 (系统辨识)
2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出
的输入量。 (反求)
3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(
预测)
《传感器的基本概念》PPT课件
1). 微分方程 绝大多数传感器都属模拟(连续变化)系列。描述模拟系统的一般方法是采用微分方程。
在实际的模型建立过程中，一般采用线性时不变系统理论描述传感器的动态特性，即 用高阶线性常系数微分方程表示传感器输出量y和输入量x的关系。其通式如下：
式中，y为输出量，x为输入量，ai,bi为常数。 对于复杂的系统，其微分方程的建立求解都是很困难的；但是一旦求解出微分方程的
只要知道Y(S)，X(S)，H(S)三者中任意两者，第三者便可方便地求出。这时 可见，无需 了解复杂系统的具体内容，只要给系统一个激励信号x(t)，便可 得到系统的响应y(t)，系统特性就能被确定。它们可用图(a)框图表示。
对于多环节串、并联组成的传感器，如果各个环节阻抗匹配适当，可忽略相 互间的影。则传感器的等效传递函数可按下列代数方式求得：
压力传感器的外形及内部结构
《传感器的基本概念》PPT课件
被测量通过敏感元件转换后，再经传感元 件转换成电参量
导 传感器的概念以及传感器的基本特性是本章重点。
从传感器的作用开始，逐一介绍了传感器的概念、组 成以及分类，对传感器的基本特性作了详细阐述。
《传感器的基本概念》PPT课件
1.1 传感器的定义
x(t)
h(t)
y(t)
系统分析中的三类问题：
1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输 特性。 (系统辨识)
2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出
的输入量。 (反求)
3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(
预测)
《传感器的基本概念》PPT课件
1). 微分方程 绝大多数传感器都属模拟(连续变化)系列。描述模拟系统的一般方法是采用微分方程。
在实际的模型建立过程中，一般采用线性时不变系统理论描述传感器的动态特性，即 用高阶线性常系数微分方程表示传感器输出量y和输入量x的关系。其通式如下：
式中，y为输出量，x为输入量，ai,bi为常数。 对于复杂的系统，其微分方程的建立求解都是很困难的；但是一旦求解出微分方程的
只要知道Y(S)，X(S)，H(S)三者中任意两者，第三者便可方便地求出。这时 可见，无需 了解复杂系统的具体内容，只要给系统一个激励信号x(t)，便可 得到系统的响应y(t)，系统特性就能被确定。它们可用图(a)框图表示。
对于多环节串、并联组成的传感器，如果各个环节阻抗匹配适当，可忽略相 互间的影。则传感器的等效传递函数可按下列代数方式求得：
压力传感器的外形及内部结构
《传感器的基本概念》PPT课件
被测量通过敏感元件转换后，再经传感元 件转换成电参量
传感器的基础知识-PPT课件
2019/3/7 33
压力传感器的外形及内部结构
2019/3/7
34
弹簧管放大图
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿 条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生 角位移。
2019/3/7
35
被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转
换成电参量
在右图 中， 电位器 为传感元件， 它将角位移 转换为电参 量-----电阻 的变化（ΔR）
用途：就是采集信息和信息量。
用在：工业，农业，医疗，卫生， 国防，军事，航天，航空，气象，安 检以及日常生活等等方面。
2019/3/7 5
在流水线上，边加工，边检验，可提 高产品的一致性和加工精度。
2019/3/7 6
2019/3/7
7
传感器早已渗透到诸如工业生产、 宇宙开发、海洋探测、环境保护、 医学诊断、生物工程、甚至文物保 护等等极其之泛的领域。可以毫不 夸张地说，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。
2019/3/7 8
二、传感器的组成 举例：测量压力的电位器式压力传感器
传感器 组成框图
1-弹簧管 2-电位器
2019/3/7 9
三、传感器分类
1.根据被测对象，可分为物理量传感器、 化学量传感器和生物量传感器三大类; 按被测量分类：可分为位移、力、力矩、 转速、振动、加速度、温度、压力、流量、 流速等传感器。 2. 按测量原理分类：可分为电阻、电容、 电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红 外、光导纤维等传感器。 ……
m a x L L 1 0 0 % y y m a x m in
（ 1－ 2）
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压力传感器的外形及内部结构
2019/3/7
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弹簧管放大图
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿 条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生 角位移。
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被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转
换成电参量
在右图 中， 电位器 为传感元件， 它将角位移 转换为电参 量-----电阻 的变化（ΔR）
用途：就是采集信息和信息量。
用在：工业，农业，医疗，卫生， 国防，军事，航天，航空，气象，安 检以及日常生活等等方面。
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在流水线上，边加工，边检验，可提 高产品的一致性和加工精度。
2019/3/7 6
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传感器早已渗透到诸如工业生产、 宇宙开发、海洋探测、环境保护、 医学诊断、生物工程、甚至文物保 护等等极其之泛的领域。可以毫不 夸张地说，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。
2019/3/7 8
二、传感器的组成 举例：测量压力的电位器式压力传感器
传感器 组成框图
1-弹簧管 2-电位器
2019/3/7 9
三、传感器分类
1.根据被测对象，可分为物理量传感器、 化学量传感器和生物量传感器三大类; 按被测量分类：可分为位移、力、力矩、 转速、振动、加速度、温度、压力、流量、 流速等传感器。 2. 按测量原理分类：可分为电阻、电容、 电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红 外、光导纤维等传感器。 ……
m a x L L 1 0 0 % y y m a x m in
（ 1－ 2）
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传感器(传感器教学课件)精选全文完整版
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 可编辑修改精选全文完整版传感器(传感器教学课件)传感器(传感器教学课件) 1、传感器：（1）广义：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置，狭义：在本教材中是指一个能将被测的非电量变换成电量的器件。
（2）、通常由敏感元件和转换元件组成。
（3）分类从应用目的角度（被测量性质）：机械量传感器：位移、速度、加速度、振动、力、尺寸热工量传感器：温度、压力、流量、物位化学量传感器：浓度、化学成分状态量传感器：颜色、透明度、磨损量、裂纹从研究目的角度（输出量性质/工作原理）：参量型传感器：电阻式、电容式、电感式（无源电参量）发电型传感器：热电偶、光电、磁电、压电等（输出电压或电流）三、检测系统组成 2、灵敏度传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值。
1/ 6若系统的输出和输入间有线性关系，则灵敏度 k 是一个常数。
3、测量过程：比较、示差、平衡、读数四个步骤 4、测量误差：检测结果和被测量的客观真值之间存在的差别。
（1）绝对误差仪表的指示值（测量值）与被测量真值之间的差值。
x x0 （2）相对误差仪表指示值的绝对误差与被测量真值（实际值）的比值。
我国电工仪表的准确度等级就是按照满度误差分级的。
仪表的准确度等级和基本误差实际测量时，为防止测量值超量程太多而损坏仪表，应先在大量程下测得被测量大致数值，然后选择合适的量程测量，以尽可能减小相对误差。
实际测量中，若真值未知，或测量误差不大，可用指示值代替真值计算相对误差，即示值相对误差例：现有一重约 15g 的物体待测，请从下列几个称重仪中选出最合适的一台,并做必要的计算和说明。
传感器基础培训课件
*
二.回归反射型
光电传感器的分类（检测方式分）
*
回归反射型
*
回归反射型
ห้องสมุดไป่ตู้
反射板
回歸反射型
检测距离较长, 但比起对射型还是稍逊一筹。配线和光轴对合更方便。通过对反射板的改良（提高反射率/corner cube小型化）力求接近对射型传感器的性能, 有望进一步将其替代。目前使用占总体50％左右, 有增加的倾向。 由于反射板的特性, 因此也可以稳定检测出反光的物体。另, 某些产品也可替代对射型检测透明物体, 如欧姆龙的 E3S-CR62。
*
遮光/入光动作（L-ON/D-ON）
受光器入光时的动作＝Light-ON 受光器遮光时的动作＝Dark-ON 选择上述何种方式因客户需要而定。 有L-ON/D-ON的不同机种, 也有可 通过开关切换的机种。
ON=Light-ON
光
输出
ON=Dark-ON
光
输出
*
使用周围照度
*
可见光光电开关 红外光电开关 激光光电开关 紫外光电开关
光电开关从光的特性上分类？
现市面大多数普通产品
多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波形－－近红外线。紫外线对人 有伤害, 中远红外线辐射热, 激光过于昂贵；近红外线更加符合感光器件的特性。 激光, 是一种崭新的光源, 是由激光器产生的一种光。 第一, 激光是一种颜色最单纯的光。 第二, 激光的方向性好。 第三, 激光亮度最高。 第四, 激光还可以具有很大的能量
*
保护构造１ （为防止固体杂质・水的侵入而设的保护等级）
IP＝International Protection 由IEC（International Electrotechinical Commission)制定的保护等级 固体杂质 水 0＝无保护 0＝无保护 1＝直径50mm(手) 1＝垂直方向的水滴 2＝直径12.5mm(手指) 2＝垂直方向15°以内的水滴 3＝直径2.5mm(电缆) 3＝垂直方向60°以内的水滴 4＝直径1mm(芯线) 4＝全方向的水滴 5＝只允许极微小粉尘进入 5＝全方向的喷水 6＝粉尘无法侵入 6＝全方向的激烈喷水 7＝可浸泡（欧姆龙标准1m30分钟） 8＝可在水中使用（欧姆龙标准10m）
二.回归反射型
光电传感器的分类（检测方式分）
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回归反射型
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回归反射型
ห้องสมุดไป่ตู้
反射板
回歸反射型
检测距离较长, 但比起对射型还是稍逊一筹。配线和光轴对合更方便。通过对反射板的改良（提高反射率/corner cube小型化）力求接近对射型传感器的性能, 有望进一步将其替代。目前使用占总体50％左右, 有增加的倾向。 由于反射板的特性, 因此也可以稳定检测出反光的物体。另, 某些产品也可替代对射型检测透明物体, 如欧姆龙的 E3S-CR62。
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遮光/入光动作（L-ON/D-ON）
受光器入光时的动作＝Light-ON 受光器遮光时的动作＝Dark-ON 选择上述何种方式因客户需要而定。 有L-ON/D-ON的不同机种, 也有可 通过开关切换的机种。
ON=Light-ON
光
输出
ON=Dark-ON
光
输出
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使用周围照度
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可见光光电开关 红外光电开关 激光光电开关 紫外光电开关
光电开关从光的特性上分类？
现市面大多数普通产品
多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波形－－近红外线。紫外线对人 有伤害, 中远红外线辐射热, 激光过于昂贵；近红外线更加符合感光器件的特性。 激光, 是一种崭新的光源, 是由激光器产生的一种光。 第一, 激光是一种颜色最单纯的光。 第二, 激光的方向性好。 第三, 激光亮度最高。 第四, 激光还可以具有很大的能量
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保护构造１ （为防止固体杂质・水的侵入而设的保护等级）
IP＝International Protection 由IEC（International Electrotechinical Commission)制定的保护等级 固体杂质 水 0＝无保护 0＝无保护 1＝直径50mm(手) 1＝垂直方向的水滴 2＝直径12.5mm(手指) 2＝垂直方向15°以内的水滴 3＝直径2.5mm(电缆) 3＝垂直方向60°以内的水滴 4＝直径1mm(芯线) 4＝全方向的水滴 5＝只允许极微小粉尘进入 5＝全方向的喷水 6＝粉尘无法侵入 6＝全方向的激烈喷水 7＝可浸泡（欧姆龙标准1m30分钟） 8＝可在水中使用（欧姆龙标准10m）
传感器ppt课件
广泛应用。 C）检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组
成部分。 D）检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的
进步。
ppt精选版
31
二、发展方向
1、不断提高检测系统的测量精度、量程范 围、延长使用寿命，提高可靠性；
2、应用新技术和新的物理效应，扩大检测 领域；
3、发展集成化，功能化的传感器； 4、采用计算机技术，使检测技术智能化； 5、发展网络化传感器及检测系统。
检测系统的工程应用
在工程领域，科学实验、产品开发、生产监 督、质量控制等，都离不开检测系统。检测系统 应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输 等每一个工程领域。
ppt精选版
20
1、工业自动化中的应用
a)机械手、机器人中的传感器
转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听 觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、 嗅觉传感器。
ppt精选版
32
§1.3传感检测系统基本特性的评价指标 一、传感检测系统的基本特性 传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。
静态特性：被测量不随时间变化或变化很慢时， 检测系统的输入和输出量都与时间无关。
动态特性：输入量和输出量都随时间变化较快， 是一个含有时间变量的微分方程式。检测系统对 快速变化的被测量的响应特性称为动态特性。
⊿Rmax2
⊿Rmax1
Rmax10% 0
R
YFS
或：
0
X
△Rmax1正行程的最大重复性偏差， △Rmax2反行程的最大重复性偏差。
2~310% 0
R
YFS
ppt精选版
43
6、稳定性：
传感器的稳定性一般是指长期稳定性
稳定性是指传感检测系统在长时间工作的状态下， 由于外界各种干扰对系统产生的影响，使得输出量发 生与输入无关的变化，有时称为长时间工作稳定性。
成部分。 D）检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的
进步。
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二、发展方向
1、不断提高检测系统的测量精度、量程范 围、延长使用寿命，提高可靠性；
2、应用新技术和新的物理效应，扩大检测 领域；
3、发展集成化，功能化的传感器； 4、采用计算机技术，使检测技术智能化； 5、发展网络化传感器及检测系统。
检测系统的工程应用
在工程领域，科学实验、产品开发、生产监 督、质量控制等，都离不开检测系统。检测系统 应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输 等每一个工程领域。
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1、工业自动化中的应用
a)机械手、机器人中的传感器
转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听 觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、 嗅觉传感器。
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§1.3传感检测系统基本特性的评价指标 一、传感检测系统的基本特性 传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。
静态特性：被测量不随时间变化或变化很慢时， 检测系统的输入和输出量都与时间无关。
动态特性：输入量和输出量都随时间变化较快， 是一个含有时间变量的微分方程式。检测系统对 快速变化的被测量的响应特性称为动态特性。
⊿Rmax2
⊿Rmax1
Rmax10% 0
R
YFS
或：
0
X
△Rmax1正行程的最大重复性偏差， △Rmax2反行程的最大重复性偏差。
2~310% 0
R
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6、稳定性：
传感器的稳定性一般是指长期稳定性
稳定性是指传感检测系统在长时间工作的状态下， 由于外界各种干扰对系统产生的影响，使得输出量发 生与输入无关的变化，有时称为长时间工作稳定性。
《传感器基础》PPT课件
2.1 温度传感器：热电偶和热敏电阻
金属Ａ
t1 温接点
金属Ｂ
t2 冷接点
106
105
抵 抗
104
値
（ Ω ） 103
102
101 -50 0 50 100 150 200
温度（℃）
热电偶原理： 2种不同的金属丝做成闭合回路时,当给两端 的接点温度差<设2点的温度分别为t1和t2>时, 则会产生与t1和t2的温差成正比的热电动 势.<塞贝克效应>热电动势的大小只取决于匀 质导体中的温差大小,与导体的长度、粗细以 及两端以外的温度等无关.因此,只要将一端 的温度保持在一定的温度<0°C>,则只要测定 热电动势即可知道另一端的温度. 缺陷： 0℃难以保证
热敏电阻的原理 热敏电阻是利用铁、镍、锰、铜等金属氧 化物的粉末,按照一定的比例混合加压成形 后高温烧结而成的随温度变化其电阻值大 幅变化的一种半导体.利用这种电阻值的变 化进行温度测量. 缺陷：输出是非线性,因此温度变化范围大 时不适用
2.2 温度传感器：测温电阻体
Ａ－Ｂ間の抵抗値を測る Ａ
ＥR
目录
• 1.1 基本概念〔一〕 • 1.2 基本概念〔二〕 • 2.1 温度传感器：热电偶和热敏电阻 • 2.2 温度传感器：测温电阻体 • 3.1 湿度传感器: 高分子 • 3.2 湿度传感器: 陶瓷和氯化锂 • 3.3 露点传感器 • 4.1 压力/压差传感器:半导体震荡器和硅片
1.1 基本概念〔一〕
陶瓷原理: 随着从周围空气中吸取水分或脱水,其电阻值随之变化,根据这种变化检 测空气的湿度.使用陶瓷元件的传感器,每隔一定的时间通过加热使元件 吸附的水分或污物挥发而对其进行清洁.这样,即使对元件有恶劣影响的 高湿环境,也可耐其适用性,可长时间使用也不会降低其性能.
第1章 传感器理论基础(《传感器基础》课件)
1.1 传感器基础
1.2 检测技术理论基础
第1章 传感器理论基础
1.1 传感器基础
1.1.1 传感器的概念
传感器首先是一种测量器件或装置，它的作用体现在测 量上。 定义中所谓“可用输出信号”是指便于传输、转换及处 理的信号，主要包括气、光和电等信号，而“规定的测量 量”一般是指非电量信号。 传感器的输入和输出信号应该具有明确的对应关系，并 且应保证一定的精度。
第1章 传感器理论基础
10) 漂移(drift) 传感器的漂移是指在外界的 干扰下，在一定时间间隔内， 传感器输出量发生与输入量无 关的、不需要的变化。
漂移包括零点漂移和灵敏度 漂移等。
传感器的漂移
第1章 传感器理论基础
2．动态特性 动态特性是指传感器对于随时间变化的输入信号的响应 特性，是传感器的重要特性之一。
第1章 传感器理论基础
1.1.3 传感器的基本特性 传感器的基本特性是指系统的输出输入关系特性，即 系统输出信号 y (t ) 与输入信号(被测量) x (t ) 之间的关系。
传感器系统
第1章 传感器理论基础
1．静态特性 当传感器的输入信号是常量，不随时间变化(或变化极缓慢) 时，其输出输入关系特性称为静态特性。传感器的静态特性 主要由下列几种性能来描述。
第1章 传感器理论基础
2．传感器的代号 一种传感器的 代号应包括以 下四部分： a —— 主称(传感器)； b —— 被测量； c —— 转换原理； d —— 序号。传感器产品代号的编制格式第1章 传感器理论基础
3．传感器的图形符号 传感器的图形符号是电气图 用图形符号的一个组成部分。 按GB/T 14479—93《传感器 图用图形符号》规定，传感器 的图形符号由符号要素正方形 和等边三角形组成 正方形——转换元件 传感器的图形符号
1.2 检测技术理论基础
第1章 传感器理论基础
1.1 传感器基础
1.1.1 传感器的概念
传感器首先是一种测量器件或装置，它的作用体现在测 量上。 定义中所谓“可用输出信号”是指便于传输、转换及处 理的信号，主要包括气、光和电等信号，而“规定的测量 量”一般是指非电量信号。 传感器的输入和输出信号应该具有明确的对应关系，并 且应保证一定的精度。
第1章 传感器理论基础
10) 漂移(drift) 传感器的漂移是指在外界的 干扰下，在一定时间间隔内， 传感器输出量发生与输入量无 关的、不需要的变化。
漂移包括零点漂移和灵敏度 漂移等。
传感器的漂移
第1章 传感器理论基础
2．动态特性 动态特性是指传感器对于随时间变化的输入信号的响应 特性，是传感器的重要特性之一。
第1章 传感器理论基础
1.1.3 传感器的基本特性 传感器的基本特性是指系统的输出输入关系特性，即 系统输出信号 y (t ) 与输入信号(被测量) x (t ) 之间的关系。
传感器系统
第1章 传感器理论基础
1．静态特性 当传感器的输入信号是常量，不随时间变化(或变化极缓慢) 时，其输出输入关系特性称为静态特性。传感器的静态特性 主要由下列几种性能来描述。
第1章 传感器理论基础
2．传感器的代号 一种传感器的 代号应包括以 下四部分： a —— 主称(传感器)； b —— 被测量； c —— 转换原理； d —— 序号。传感器产品代号的编制格式第1章 传感器理论基础
3．传感器的图形符号 传感器的图形符号是电气图 用图形符号的一个组成部分。 按GB/T 14479—93《传感器 图用图形符号》规定，传感器 的图形符号由符号要素正方形 和等边三角形组成 正方形——转换元件 传感器的图形符号
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y a0 a1 x a2 x an x
2n其中： Nhomakorabea输出量； 输入量； 零点输出； 理论灵敏度； a2, a3 an — 非线性项系数
— x— a0 — a1 —
y
第1章 传感器理论基础
在不考虑零位输出的情况下，传感器的线性度可分 为以下几种情况：
传感器的非线性
第1章 传感器理论基础
传感器的动态特性与其输入信号的变化形式密切相关， 最常见、最典型的输入信号是阶跃信号和正弦信号。
对于阶跃输入信号，传感器的响应称为阶跃响应或瞬态 响应，对于正弦输入信号，则称为频率响应或稳态响应。 可从时域和频域两个方面采用瞬态响应法和频率响应法 来分析动态特性。
第1章 传感器理论基础
第1章 传感器理论基础
2．传感器的代号 一种传感器的 代号应包括以 下四部分： a —— 主称(传感器)； b —— 被测量； c —— 转换原理； d —— 序号。
传感器产品代号的编制格式
第1章 传感器理论基础
3．传感器的图形符号 传感器的图形符号是电气图 用图形符号的一个组成部分。 按GB/T 14479—93《传感器 图用图形符号》规定，传感器 的图形符号由符号要素正方形 和等边三角形组成 正方形——转换元件 传感器的图形符号
传感器的迟滞特性
第1章 传感器理论基础
9) 稳定性(stability) 稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参 数的能力。 稳定性一般以室温条件下经过一规定时间间隔后，传 感器的输出与起始标定时的输出之间的差异来表示，称为 稳定性误差。稳定性误差可用相对误差表示，也可用绝对 误差来表示。
第1章 传感器理论基础
10) 漂移(drift) 传感器的漂移是指在外界的 干扰下，在一定时间间隔内， 传感器输出量发生与输入量无 关的、不需要的变化。
漂移包括零点漂移和灵敏度 漂移等。
传感器的漂移
第1章 传感器理论基础
2．动态特性 动态特性是指传感器对于随时间变化的输入信号的响应 特性，是传感器的重要特性之一。
第1章 传感器理论基础
3) 等精度测量与非等精度测量 在整个测量过程中，若影响和决定测量精度的全部因素 (条件)始终保持不变，即在同样的环境条件下，对同一被 测量进行多次重复测量，称为等精度测量。 用不同精度的仪表或不同的测量方法，或在环境条件相 差很大的情况下对同一被测量进行多次重复测量称为非等 精度测量。
第1章 传感器理论基础
1.2.2 测量方法 1. 测量 测量是检测技术的重要组成部分，是以确定被测对 象量值为目的的一系列操作。 测量是将被测量与同种性质的标准量进行比较，从 而确定被测量对标准量的倍数。它可由下式表示：
x nu
式中 —— x u —— n —— 被测量值； 标准量，即测量单位； 数值(比值)，含有测量误差。
y k x k ( x1 xf ) kx1 k y
第1章 传感器理论基础
k 1 y x1 x1 1 1 k k k 当 >>1时，则 1 y x1
第1章 传感器理论基础
1.1.5 传感器的发展趋势 发现利用新现象、新效应 开发新材料 采用高新技术 拓展应用领域
提高传感器的性能
传感器的微型化与低功耗 传感器的集成化与多功能化
传感器的智能化与数字化
传感器的网络化
第1章 传感器理论基础
1.2 检测技术理论基础 1.2.1 检测技术 检测技术是以研究检测系统中的信息提取、信息转换 以及 信息处理的理论与技术为主要内容的一门应用技术 学科。 检测技术主要研究被测量的测量原理、测量方法、检 测系统和数据处理等方面的内容。 不同性质的被测量要采用不同的原理去测量，测量同 一性质的被测量也可采用不同测量原理。
第1章 传感器理论基础
本章主要介绍本课程的基础知识，包括传感器的概 念、分类和基本特性，检测系统的组成与功能，基本测 量方法，测量误差及数据处理等内容，从而为后面知识 的学习打下基础。
1.1 传感器基础
1.2 检测技术理论基础
第1章 传感器理论基础
1.1 传感器基础
1.1.1 传感器的概念
第1章 传感器理论基础
4) 静态测量与动态测量
被测量在测量过程中认为是固定不变的，这种测量称为 静态测量。
若被测量在测量过程中是随时间不断变化的，这种测量 称为动态测量。 在实际测量过程中，一定要从测量任务的具体情况出发， 经过认真的分析后，再决定选用哪种测量方法。
第1章 传感器理论基础
三角形——敏感元件
第1章 传感器理论基础
表示转换原理的限定符号应写进正方形内，表示被测 量的限定符号应写进三角形内。 当无须强调具体的转换原理时，传感器的图形符号可以简化。
传感器图形符号的说明(1)
传感器图形符号的说明(2)
对角线 — 内在的能量转换功能； (A)、(B) — 输入、输出信号
1）测量范围(measuring range)
传感器所能测量到的最小输入量 xmin 与最大输入量 x max 之间的范围称为传感器的测量范围。
第1章 传感器理论基础
2) 量程(span)
传感器测量范围的上限值 xmax与下限值 xmin 的代数差 xmax xmin 称为量程。
3) 精度(accuracy) ， 传感器的精度是指测量结果的可靠程度，是测量中各类 误差的综合反映。
6) 分辨率和阈值(resolution and threshold) 分辨力 传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力。 分辨率 当分辨力以满量程输出的百分数表示时则称为分辨率。 阈值 是指能使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输 入量值，即零点附近的分辨力。
第1章 传感器理论基础
S
yFS
100%
工程技术中为简化传感器精度的表示方法，引用了精度等 级的概念。精度等级以一系列标准百分比数值分档表示，代表 传感器测量的最大允许误差（相对误差）。
第1章 传感器理论基础
4) 线性度(linearity) 所谓传感器的线性度是指其输出量与输入量之间的 关系曲线偏离理想直线的程度，又称为非线性误差。 在不考虑迟滞、蠕变等因素的情况下，其静态特性可 用下列多项式代数方程来表示：
在非线性误差不太大的情况下，通常采用直线拟合 的方法来线性化。 采用直线拟合的方法来线性化时，输入—输出的校 正曲线与其拟合直线之间的最大偏差，称为非线性误 差，通常用相对误差 L 来表示：
Lmax L 100% yFS
Lmax —— 非线性最大误差； yFS —— 满量程输出值。
第1章 传感器理论基础
1.1.3 传感器的基本特性 传感器的基本特性是指系统的输出输入关系特性，即 系统输出信号 y (t ) 与输入信号(被测量) x (t ) 之间的关系。
传感器系统
第1章 传感器理论基础
1．静态特性 当传感器的输入信号是常量，不随时间变化(或变化极缓慢) 时，其输出输入关系特性称为静态特性。传感器的静态特性 主要由下列几种性能来描述。
x — 被测量符号；
* — 转换原理
第1章 传感器理论基础
对于传感器的电气引线，应根据接线图设计需要，从 正方形的三条边线垂直引出。
传感器图形符号的说明(3)
第1章 传感器理论基础
对于某些转换原理难以用图 形符号简单、形象地表达时， 也可用文字符号替代。
传感器图形符号的说明(4)
几种典型传感器的图形符号
1.2.3 检测系统 1. 检测系统的构成
检测系统的原理结构框图
第1章 传感器理论基础
2. 开环检测系统与闭环检测系统 1) 开环检测系统
y k1k2 k3 x
开环检测系统，结构较简单，但各环节特性的变化都会 造成测量误差。
第1章 传感器理论基础
2) 闭环检测系统
x x1 xf xf y
传感器首先是一种测量器件或装置，它的作用体现在测 量上。 定义中所谓“可用输出信号”是指便于传输、转换及处 理的信号，主要包括气、光和电等信号，而“规定的测量 量”一般是指非电量信号。 传感器的输入和输出信号应该具有明确的对应关系，并 且应保证一定的精度。
第1章 传感器理论基础
1.1.2 传感器的组成和分类 1．传感器的组成
第1章 传感器理论基础
(3) 组合测量(又称联立测量) 经过求解联立方程组，才能得到被测物理量的最后 结果，则称这样的测量为组合测量。 2) 偏差式测量、零位式测量与微差式测量 用仪表指针的位移(即偏差)决定被测量的量值。 用指零仪表的零位指示检测测量系统的平衡状态，在测量 系统平衡时，用已知的标准量决定被测量的量值的测量方法。 微差式测量是综合了偏差式测量与零位式测量的优点而提 出的一种测量方法。它将被测量与已知的标准量相比较，取 得差值后，再用偏差法测得此差值。
7) 重复性(repeatability) 重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续 多次变动时所得特性曲线间不一致的程度。
传感器的重复性
第1章 传感器理论基础
8) 迟滞(hysteresis)
迟滞特性表明传感器在正(输入 量增大)反(输入量减小)行程中输出 与输入曲线不重合的程度。
1 H max H 100% 2 yFS
第1章 传感器理论基础
1.1.4 传感器的命名、代号和图形符号 1. 传感器的命名 传感器的全称应由“主题词+四级修饰语”组成，即 主题词 —— 传感器。 一级修饰语 —— 被测量，包括修饰被测量的定语。 二级修饰语 —— 转换原理，一般可后缀以“式”字。
三级修饰语 —— 特征描述，指必须强调的传感器结构、性 能、材料特征、敏感元件及其他必要的性能特征，一般可后缀 以“型”字。 四级修饰语 —— 主要技术指标(如量程、精度、灵敏度等)。