1.2传感器分类性能指标
传感器的定义及其组成
传感器输入与输出之间的关系
被测量
可用信号
传感器
输入
输出
被测量为某值时,可用信号输出应该是多少 可用信号输出为某值时,对应的被测量输入应该 是什么
输入应该按照某种规律转换为输出,同时,输 出可以以某种规律反推出输入.
1.6 传感器的一般特性
测量的目的在于确定被测物理量的
数值.对于测量系统,通常称被测的量为输 入,所测出的量为输出.如果将整个测量系 统或其中一个环节简化为一个方框, Xt代 表输入,yt代表输出.那么可用图所示的方 框图表示.
③重复性
重复性是指传感器在输入按 同一方向连续多次变动时所 得特性曲线不一致的程度.
y
⊿max2
重复性误差可用正反行程的最
⊿max1
大偏差表示,即
0
eR m/ay x FS 1% 00 △max1正行程的最大重复性偏x差, △max2反行程的最大重复性偏差.
重复性误差也常用绝对误差表示.检测时也可选取几个测试点,对 应每一点多次从同一方向趋近,获得输出值系列yi1,yi2,yi3,…,yin ,算 出最大值与最小值之差或3σ作为重复性偏差ΔRi,在几个ΔRi中取出 最大值ΔRmax 作为重复性误差.
转换元件：它将敏感元件的输出转换成一定的电路参数.有时敏 感元件和转换元件的功能是由一个元元件输出的电路参数转换、调 理成一定形式的电量输出.
测定油箱内油面高度的装置.所用器材和电路元件如图所示,R是滑动变阻 器,它的金属滑片是杠杆的一端,R’是定值电阻,油量表由电压表改装而成.油 面浮标上升时,油量表示数变大；反之,油量表示数变小.
温度稳定性误差用温度每变化若干℃的绝对误差或相对 误差表示,每℃引起的传感器误差又称为温度误差系数.
温度传感器分类与特点(共15张PPT)
例如：热电阻、热敏电阻、热电偶等。 除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低； Classification and characteristics 例如：辐射高温计、辐射高温计等。
特 函数 性
开关型 特性
特征
测温范围宽、 输出小
传感器名称 测温电阻器、晶体管、热电偶、可控硅、 半导体集成电路传感器、石英晶体振动器、 压力式温度计、玻璃制温度计
测温范围窄、 输出大
特定温度、输 出大
热敏电阻 感温铁氧体、双金属温度计
1.4 温度传感器特性
分类
特征
传感器名称
超高温用 1500℃以上
温度传感器分类与特点
Classification and characteristics of temperature sensors
课程内容 Course Contents
1.1 温度传感器定义 1.2 温度传感器要求 1.3 温度传感器分类 1.4 温度传感器特性
课程内容 Course Contents
半导体集成电路传机感械器、性石能英好晶，体耐振化动学器腐、蚀，耐热性能好； 感温铁氧体、双金属温度计 光学高温计、辐射能传大感器批量生产，价格廉价；
半压导力体 式集温成度电计路、传玻感璃无器制危、温险石度性英计，晶无体振公动害器等、。
课程内容 Course Contents
1.1 温度传感器定义
1.2 温度传感器要求 1.3 温度传感器分类
计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、半导体集
传感器与检测技术ppt课件第一章
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1.2检测技术理论基础
1.2.2 测量方法
1) 直接测量、间接测量和组合测量 (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
3) 等精度测量与非等精度测量
4) 静态测量与动态测量
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1.1.3 传感器基本特性
当传感器的输入信号是常量，不随时间变化时，其 输入输出关系特性称为静态特性。
传感器的基本特性是指系统的输入与输出关系特性 ，即传感器系统的输出信号y(t)和输入信号（被测 量）x(t)之间的关系，传感器系统示意图如下图所 示。
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1.1.3 传感器基本特性
2．传感器的分类
（1）按照其工作原理，传感器可分为电参数式(如电阻式、 电感式和电容式)传感器、压电式传感器、光电式传感器及 热电式传感器等。
（2）按照其被测量对象，传感器可分为力、位移、速度、 加速度传感器等。常见的被测物理量有机械量、声、磁、温 度和光等。
（3）按照其结构，传感器可分为结构型、物性型和复合型 传感器。物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的 变化来实现信号变换，如：水银温度计。结构型传感器是依 靠传感器结构参数的变化实现信号变换，如：电容式传感器。
敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电信号 的元件。
测量电路(measuring circuit)： 将转换
元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分，如 放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特 性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功 能。
传感器与测试技术教案
传感器与测试技术教案一、教学目标1.了解传感器的基本概念和分类；2.掌握传感器的工作原理和特点；3.掌握传感器的应用领域和相关测试技术；4.实践操作传感器的测试技术。
二、教学内容1.传感器的基本概念和分类1.1传感器的定义和作用1.2传感器的分类与特点2.传感器的工作原理和特点2.1传感器的工作原理介绍2.2传感器的特点和性能指标分析3.传感器的应用领域和测试技术3.1传感器在工业自动化领域的应用3.2传感器在环境监测领域的应用3.3传感器在医疗健康领域的应用3.4传感器在农业领域的应用3.5传感器在智能家居领域的应用3.6传感器相关测试技术介绍4.实践操作传感器的测试技术4.1传感器测量系统的搭建4.2传感器信号的处理与分析4.3传感器测试和校准方法4.4传感器测试仪器和设备的使用三、教学方法1.理论讲授：通过课堂讲解传感器的基本概念、工作原理和应用领域，让学生掌握相关的理论知识。
2.案例分析：结合实际案例，分析传感器在不同领域的具体应用和测试技术，激发学生的兴趣和参与度。
3.实践操作：组织学生进行传感器的测试技术实践操作，锻炼学生的实际操作能力和解决问题的能力。
4.讨论交流：鼓励学生在课堂上提问和发表观点，启发学生思考和互相学习。
四、教学过程1.引入：通过引入一些实际案例，让学生了解传感器的基本概念和作用。
2.讲解传感器的基本概念和分类，让学生了解传感器的种类和特点。
3.介绍传感器的工作原理和特点，让学生了解传感器的工作原理和性能指标。
4.通过案例分析，介绍传感器在不同领域的应用和测试技术。
5.组织学生进行传感器的测试技术实践操作，让学生掌握传感器的测试方法和工具的使用。
6.总结与评价：对本节课的学习内容进行总结和评价，鼓励学生提出自己的观点和疑问。
五、教学评估1.课堂讨论中，学生能够积极参与，提出问题并发表观点。
2.实践操作中，学生能够独立搭建传感器测量系统，进行传感器的测试和校准。
3.学生能够正确运用传感器测试技术，分析传感器信号并进行处理。
传感器分类及20种常见传感器
传感器分类及20种常见传感器目录1.常用传感器的分类 (1)1.1.按被测物理量分类 (1)1.2.按工作的物理基础分类 (2)2. 20种常见的传感器 (2)2. 1. 温度传感器(TemPeratUreSenSor)： (2)2. 2. 湿度传感器(HUmidity Sensor) ： (2)2. 3. 光敏传感器(Light Sensor)： (2)2. 4. 声音传感器(SoUnd Sensor) ： (3)2. 5. 压力传感器(PreSSUre Sensor)： (3)2. 6. 位移传感器(PoSition Sensor)： (3)2. 7.加速度传感器(ACCelerometer)： (3)2. 8. 磁感应传感器(MagnetiC Sensor) ： (4)2. 9. 接近传感器(ProXirnity Sensor) ： (4)2. 10. 电容传感器(CaPaCitiVe Sensor)： (4)2. 11. 气体传感器(GaSSenSor)： (5)2. 12. 颜色传感器(ColOrSenSor)： (6)2. 13. 生物传感器(BiOIogiCaISenSor)： (7)2. 14. 速度传感器(SPeedSenSor)： (8)2. 15. 重量传感器(WeightSenSor)： (9)2. 16. 红外传感器(InfraredSenSor)： (9)2. 17. 压敏传感器(PreSSUre-SenSitiVeSenSOr)： (10)2. 18.射频识别传感器(RFlD)： (11)2. 19. 光电传感器(PhotOdeteCtOr)： (13)2. 20.位角传感器(AngUIar Position Sensor)： (14)1.常用传感器的分类Ll.按被测物理量分类机械量：长度、厚度、位移、速度、加速度、转数、质量，重量、力、压力、力矩;声：声压、噪声;温度：温度、热量、比热;磁：磁通、磁场;光：亮度、色彩。
第一章传感器技术基础知识
时间常数：用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性。τ越小， 频带越宽。
固有频率：二阶传感器的固有频率ωn表征了其动态特性。
传感器的选用原则
与测量条件有关的因素 (1)测量的目的 (2)被测试量的选择 (3)测量范围 (4)输入信号的幅值，频带宽度 (5)精度要求 (6)测量所需要的时间
相应的响应曲线 ：
传感器存在惯性，它的输出不能立即复现输入信号，而是从零开 始，按指数规律上升，最终达到稳态值。 理论上传感器的响应只在t趋于无穷大时才达到稳态值，但实际上 当t=4τ时其输出达到稳态值的98.2%，可以认为已达到稳态。 τ越小，响应曲线越接近于输入阶跃曲线， 因此，τ值是一阶传感器重要的性能参数。
测量
测量是指人们用实验的方法，借助于一定的仪器或 设备，将被测量与同性质的单位标准量进行比较，
并确定被测量对标准量的倍数，从而获得关于被测
量的定量信息。
xnu或
x——被测量值；
n x u
u——标准量，即测量单位；
n——比值，含有测量误差。
测量过程
传感器从被测对象获取被测量的信息，建立起 测量信号，经过变换、传输、处理，从而获得 被测量量值的过程。
线性传感器
S y x
灵敏度是它的静态特性的斜率，即S为常数。
非线性传感器
它的灵敏度S为一变量，用下式表示。
S dy dx
传感器的灵敏度如图1-3所示。
Y
Y
S y - y0
Yo
x
X O
a）线形传感器
Байду номын сангаас
Y dy
dx S dy dx X
传感器技术及传感器信号处理
传感器技术及其信号处理方法第一章传感器概述1.1 传感器技术基础传感器(sensor)是一种把物理量转换成电信号的器件。
可以说，传感器代表了物理世界与电气设备（如计算机）世界接口的一部分。
这种接口的另一部分由把电信号转换成物理量的执行器（actuator)表示。
为什么我们这么关心这个接口？近年来，电子行业拥有了巨大的信息处理能力。
其中最明显的例子是个人计算机。
此外，价格低廉的微处理器的使用对汽车、微波炉、玩具等嵌入式计算产品的设计产生了重大影响。
最近几年，使用微处理器进行功能控制的产品越来越多。
在汽车行业，为满足污染限制要求必须利用微处理器的这种信息处理能力。
而在其他行业，这种能力又带来了降低产品成本、提高产品性能的优势。
所有这些微处理器都需要输人电压以接收指令和数据、因此，随着廉价微处理器的出现，传感器在各种产品中的应用也越来越多。
此外，由于传感器输出的是电信号，因而传感器也就能够按电子没备的描述方式来插述。
同电子产品数据手册一样，很多传感器数据手册也都遵照某种格式撰写。
然而，目前存在很多种格式，而且传感器规格说明的国际标准还没有制订，这样，传感器系统设计师就会遇到对同一传感器性能参数存在不同的解释，这常常令人混淆。
这种混淆并非由于这些术语的含义无法理解，而是在于传感器界不同的人群习惯于使用不同的术语，认识到这一点至关重要。
1.1.1 传感器数据手册为了解决上述术语使用的差异向题，有必要首先命绍数据手册的功用，数据手册主要是一份营销文件，用来突出某一传感器的优点，強调其潜在的应用，但是有可能忽视该传感器的不足。
很多情况下，传感器是设计用来满足特定用户的特定性能要求的，而数锯手册就集中了该用户最感兴趣的性能参数。
这种情况下，传感器制造商和客户就有可能越来越习惯于使用某种约定的传感器性能参数定义，而这种定义却未必通用，这样，这种传感器未来的新用户必须认清这种情形以便恰当地理解这些参数。
人们常常遇到不同的定义。
工业机器人传感器概述
重复性是指传感器在其输入信号按同一方式进行全量程连续多次测量 时，相应测量结果的变化程度。对于多数传感器来说，重复性指标优于精 度指标。这些传感器的精度指标不一定很高，但只要它的温度、湿度、受 力条件和其他参数不变，传感器的测量结果也没有较大的变化。同样，传 感器重复性也应考虑使用条件和测量方法的问题。
4．重量轻、体积小
对于安装在工业机器人臂部等运动部件上的传感器，重量要轻， 否则会加大运动部件惯性，影响机器人的运动性能。对于工作空间 受到某种限制的机器人，体积和是否安装方便的要求也是必不可少 的。
工业机器人基础
对被测量物定向、定位； 目标分类与识别； 控制操作； 抓取物体； 检查产品质量； 适应环境变化； 修改程序
1.2 传感器的性能指标
1．灵敏度
灵敏度是指传感器的输出信号达到稳定时，输出信号变化 y 与输入信号变化 x 的比值。假如 传感器的输出和输入呈线性关系，其灵敏度可表示为
S y x
式中，S 为传感器的灵敏度； y 为传感器输出信号的增量； x 为传感器输入信号的增量。
分类
内部 传感器
视觉
外部 传感器
非视觉
类别 位移 速度 加速度 力 姿态角
单点视觉 线阵视觉 平面视觉 立体视觉 接近（距离）觉
温度 接触觉
滑觉测机器人自身状态，如 自身的运动、位置和姿态等 信息
控制机器人按规定的位置、 速度、加速度、轨迹和受力状 态等工作
检测外部状况，如作业中 对象或障碍物状态以及工业 机器人与环境的相互作用信 息，使机器人适应外界环境 的变化
图4-2 传感器的线性度
3．精度
精度是指传感器的测量输出值与实际被测量值之间的误差。在工业机器人系统设 计中，应该根据系统的工作精度要求选择合适的传感器精度。
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第1章 传感器理论基础
1.3传感器技术指标
误差于准确度等级
2.实际相对误差γA 实际相对误差指：绝对误差Δx与被测量 的实际值A之间的百分比，用公式表示 为： γA = Δx/A*100%
第1章 传感器理论基础
1.3传感器技术指标 误差于准确度等级
3.示值相对误差γx 示值相对误差指：绝对误差Δx与实测值 x之间的差值，用公式表示为： γx = Δx/x*100%
第1章 传感器理论基础
4) 灵敏度 灵敏度是指传感器输出增量 与输入增量比值，即
y k x
传感器的灵敏度
第1章 传感器理论基础
5) 分辨力和阈值
分辨力 传感器能检测到输入量最小变化量Δxmin的能力。
除以慢量程输入值后 以 百分数表示就变成了
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
2) 精度 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。 ， 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
3) 线性度
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。
传感器的组成
传感器通常由敏感元件、传感元件、测量
电路及辅助电源组成。
第1章 传感器理论基础
传感器的组成
敏感元件（Sensitive element） ：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（Transduction element） ：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（Basic Transduction circuit） ：优化电信号，并转 换成电压、电流量输出。
第1章 传感器理论基础
2．动态特性 动态特性是指：被测量随时间快速变化时传感器的输出特 性。 一个动态特性好的传感器，器输出将再现输入量的变化规 律，即具有相同的时间函数。而实际上多数的传感器在输 入信号为动态时，输出信号与输入信号具有不同的时间函 数，这种输出与输入之间的差异被称为动态误差。影响动 态误差的因素在于传感器的固有特性。此外，传感器输入 量的不同变化形式也会造成不同的动态误差。
第1章 传感器理论基础
1.3传感器技术指标ห้องสมุดไป่ตู้
误差与准确度等级
1.绝对误差Δx； 相对误差：2.实际相对误差γA；
3.示值相对误差γx； 4.满度相对误差γm；
第1章 传感器理论基础
1.3传感器技术指标 误差于准确度等级
1.绝对误差Δx 绝对误差指测量值x与真实值A0之间的 差值，用公式表示为： Δx= x- A0
第二课 传感器的性能指标
第1章 传感器理论基础
传感器标准定义：国家标准GB7665-2005 《传 感器通用术语》中，对传感器下的定义是：“能感 受（或响应）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或装置。 传感器的作用：测量 有一定关系的电量。 非电学量，并转化成与其
第1章 传感器理论基础
第1章 传感器理论基础
2．传感器的分类 按工作原理分类：可分为电参数式 (电阻式传感器、电 感式传感器、电阻式传感器、压电式传感器、光电式传 感器、热电式传感器等、霍尔式传感器等。 优点：对传感器的工作原理表达的比较清楚，有利于专 业人员对传感器进行深入的研究。 缺点：另对传感器不够了解的人感到迷惑，使用不便。
第1章 传感器理论基础
1. 2 传感器的组成和分类 1．传感器的组成
传感器组成框图
第1章 传感器理论基础
2．传感器的分类 按被测量分类：可分为压力传感器、温度传感器、位 移传感器、速度传感器、加速度传感器、流量传感器、 气体传感器、转矩传感器等。 优点：清晰的表达了传感器的用途，便于选用。
缺点：造成种类繁多 ，同时又把同一用途不同原理的传 感器归为一类，不便于掌握传感器基本原理与分析方法。
第1章 传感器理论基础
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。 1）测量范围 传感器所能测量到的最小输入量 与最大输入量 xmin xmax 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．传感器的分类
按传感器输出信号的性质来分，传感器分为输出开关 量的开关型传感器、输出为模拟量的模拟型传感器、输 出为脉冲或代码的数字型传感器。
第1章 传感器理论基础
传感器的首要任务是？
第1章 传感器理论基础
完成“测量”这件事，能不能做到 完全准确，使测量值就是测量对象 的值？
第1章 传感器理论基础
6) 迟滞 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。
传感器的迟滞特性
第1章 传感器理论基础
7) 重复性 重复性是指在同一条件下，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
第1章 传感器理论基础
测不准的这部分，我们一般用一个 两字词语表示，它是？
第1章 传感器理论基础
1.3传感器技术指标
真实值（A）：指物体本身确有的值。 也可以理解为理论值。
实际值（A0）:用高精密度仪器，测量得到的值。 我们用它代替无法测到的真实值，并约定它们近似 相等。 示值：仪器仪表显示的值。 也可以理解为读出的数值。
第1章 传感器理论基础
1.3传感器技术指标 误差于准确度等级
4.满度相对误差γm 示值相对误差指：绝对误差Δx与满度值 xm之间的差值，用公式表示为： γm= Δx / xm *100%
第1章 传感器理论基础
1.3传感器技术指标 误差于准确度等级 准确度等级：满度相对误差主要用于仪器仪表的准确度 定级。我国工业仪表等级分为0.1、0.2 、 0.5 、 1.0 、 1.5 、 2.5 、 5.0七个级别，标志在仪器的刻度标尺或铭 牌上。准确度习惯上称为 精度；准确度等级也叫做精度 等级
理想 曲线
实际特性曲线
第1章 传感器理论基础
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
3．传感器的基本要求 无论何种传感器，作为监测系统的首要环节，对其性能的 基本要求有： 1：传感器的工作范围要足够大，具有一定的过载能力。 2：与检测系统的匹配性好，转换灵敏度高，输出输入信 号成线性关系。 3：传感器的准确度要满足要求，稳定性好。 4：反应速度快。 5：抗干扰能力强，适应性好。
8) 漂移 指：由于传感器内部因素或 外界的干扰，传感器输出量发 生与输入量无关的变化。 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：被测量随时间快速变化时传感器的输出特 性。 一个动态特性好的传感器，器输出将再现输入量的变化规 律，即具有相同的时间函数。而实际上多数的传感器在输 入信号为动态时，输出信号与输入信号具有不同的时间函 数，这种输出与输入之间的差异被称为动态误差。影响动 态误差的因素在于传感器的固有特性。此外，传感器输入 量的不同变化形式也会造成不同的动态误差。