第一讲传感器的定义和组成.doc

第一章 传感器概述 教学目的要求： 通过本章的学习使同学掌握传感器的基本结构、分类及基本特性，初步了解传感器的基本参数，对传感器的发展动向简单了解。 教学重点： 传感器的结构原理；传感器的分类；传感器的一般特性。 教学难点： 传感器的一般特性及标定 教学方法： 教学学时：2学时 本章教学内容： 本章对传感器的定义、组成和分类作概要性的介绍，从传感器的输出-输入关系讨论传感器的基本特性，分析传感器的标定方法。要求从信号响应的角度出发，了解传感器的静态特性和动态特性并掌握它们的表述方法。 第一讲 传感器的定义和组成 本节要求： 了解传感器的定义和组成。 传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。 第二讲 传感器的分类 本节要求： 了解传感器的不同分类方式。 按大门类：物理型、化学型、生物型 常用物理传感器有两种分类方式： 1．按物理原理分类 ①电参量式传感器（电阻、电容、电感）②磁电式传感器③压电式传感器④光电式传感器⑤热电式传感器⑥半导体式传感器⑦其它 2．按使用分类 位移传感器②速度传感器③加速度传感器④温度传感器⑤压力传感器⑥流量传感器⑦其它（如CO传感器、湿度传感器、接近开关等） 第三讲 传感器的一般特性 本节要求： 掌握传感器的静态特性和动态特性。 一、传感器的静态特性 传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出输入关系。 线性度 静态输入、输出关系一般可表示为： ：零点输出；：线性项系数（或灵敏度）；、…、：非线性系数 非线性度是准对不同的拟合直线说的，图1-2是各种不同的拟合方法： 如果为一组离散数据，可以用最小二乘拟合（线性回归分析），精度最高。 非线性误差： ：最大非线性绝对误差， ：满量程 2．灵敏度 3．迟滞 4．重复性 二、传感器的动态特性 传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。 1．时域响应分析 1）零阶传感器 完全跟随，无滞后 2)一阶传感器 其中为时间常数 ，假设初始条件为t=0，y=0，解方程式，即可得到当输入x从0跃变到1时，输出响应为 ， 3）二阶传感器 其中为阻尼比，传感器固有频率 传递函数： 主要的动态指标描述其响应的过程，各参数的意义参见图1－5。 ①时间常数 τ越小，响应速度越快。  ②延时时间 传感器输出达到稳态值的50%所需时间。 ③上升时间 传感器输出达到稳态值的90%所需时间。 ④超调量传感器输出超过稳态值的最大值。 2．频率响应特性 1）一阶传感器的频率响应 将用代替，即得频率特性表达式： 幅频特性： 相频特性： 2）二阶传感器的频率响应 幅频特性： 相频特性： 是传感器测量频率的上限，超过后幅值下降； 传感器的频带：输出幅值在频带内保持一定的范围的频率段，如95％。 第四讲 传感器的标定 本节要求： 掌握传感器静态标定和动态标定的基本方法。 一、传感器静态特性标定 过程如下： 1.将传感器全量程标准输入量分成若干个间断点，取各点的值作为标准输入值。 2.由小到大一点一点地输入标准值，待输出稳定后记录与各输入值相对应的输出值。 3.由大到小一点一点地输入标准值，待输出稳定后记录与各输入值相对应的输出值。 4.按步骤2和3所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多次测试，将所得输入和输出数据用表格列出或画出曲线。 5.对测试数据进行必要的分析和处理，以确定该传感器的静态特性指标。 二、传感器动态特性标定 确定传感器的动态特性参数，如时间常数、上升时间或工作频率、通频带等。 第五讲 传感器的发展动向 传感器的发展动向“三新四化”，即： 新材料的开发、应用 2．新工艺、新技术的应用 3．利用新的效应开发新型传感器 4．传感器的集成化 5．传感器的多维化 6．传感器的多功能化 7．传感器的智能化 课程小结 1．传感器是指能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成电学量输出的测量装置。一般由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成。 2．传感器的分类方法很多，一般可按被测物理量、工作原理、能量关系和输出信号性质来分类。 3．传感器的输出—输入关系特性是传感器的基本特性，有静态特性和动态特性之分。所谓静态特性，是指传感器在稳态信号作用下，输出—输入之间的关系特性；而传感器的动态特性是指传感器在测量动态信号时，对激励（输入）的响应（输出）特性。衡量传感器静态特性的主要性能指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性。一个动态特性好的传感器总是希望随时间变化的输出曲线能同时再现随时间变化的输入曲线，常通过阶跃响应来研究传感器的动态特性。一阶传感器的阶跃响应最重要的动态特性指标是时间常数，一般希望它越小越好；二阶传感器的阶跃响应典型的动态性能指标包括上升时间