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第三章 传感器应用技术基础 第三章 传感器应用技术基础 一、教学目的 掌握传感器的静态特性和动态特性以及传感器技术指标。 二、本章主要内容 §1 传感器工作机理及应用概述--传感器基本概念和工作机理 §2 传感器组成分类--组成与分类 §3 传感器特性描述--静态、动态特性 §4 传感器特性分析--静态、动态特性分析 §5 传感器的主要性能指标及要求--主要指标和工作要求 §6 传感器的标定与校准--标定和校准 §7 改善传感器性能主要途径--差动技术、平均技术、稳定技 术、补偿技术等 §8 传感器应用及开发趋势 重点与难点： 1、传感器的静态、动态特性等描述与分析 第一节 传感器工作机理及应用概述 ? 一、传感器的基木概念与工作机理 1、传感器 何谓传感器?生物体的感官就是天然的传感器。在工程科学和技术领域里，被定义为：一种以一定的精确度将被测量转换为与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量的测量部件或装置。 随着通信技术的发展，电信号最易于传输和处理，因此，又可把传感器狭义地定义为：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 科学家预料，当人类跨入光子时代，光信息成为更便于快速、高效传输与处理的可用信号时，传感器的概念将随之发展成为：能把外界信息转换成光信号输出的器件。 传感器之所以具有能量信息转换的机能，在于它的工作机理是基于各种物理的、化学的和生物的效应，并受相应的定律和法则所支配。了解这些定律和法则，有助于我们对传感器本质的理解和对新效应传感器的开发。 基本定律 作为传感器工作物理基础的基本定律主要有以下四种类型： 1) 守恒定律 2) 场的定律 3) 物质定律 4) 统计法则 二、传感器的作用及地位 从生产技术的角度看，人类社会已经或正在经历着手工化、机械化、自动化、信息化等等发展历程，在这发展历程中的每一历史时代，都有其代表性的生产方式作为标志，这就是： 历史时代：手工化+机械化+自动化+信息化 +…· 生产方式：人与简单工具 动力机与机械 自动测量与控制 智能机械或装置 (智能机器人：３７个“海宝机器人” 世博会期间从事迎宾、照相、指路、引领参观、寻人等工作) 而每一种生产方式，又要以相应的科学技术水平作支柱。很显然，科技进步的重要作用在于不断用机(仪)器来代替和扩充人的体力劳动(第一次产业革命)和脑力劳动(第二次产业革命)，以大大提高社会生产率。为此目的，人们在不懈地探索着机器与人之间的机能模拟人工智能，并不断地创造出拟人的装置 自动化机械、以至智能机器人(第三次产业革命的象征)“。 传感器的作用相当于人的五官是获取外部信息的窗口。系统的自动化程度、智能化程度愈高，系统对传感器的依赖性愈大，传感器对系统的功能起决定性作用。因此，国内外都将传感器技术列为尖端技术。 在基础科学和尖端技术的研究中，大到上千光年的茫茫宇宙，小到10-13cm的粒子世界，高达5x104～5x108的超高温，或3x1O8Pa的超高压，低到0.01K的超低温，或10-13Pa的超真空，…。要测量如此极端区微的信息，单靠人的感官或一般电子设备远己无能为力，必须借助于配备有相应传感器的高精度测试仪器或大型测试系统才能奏效，因此，传感器技术的发展，是一些边缘科学研究和高新技术开发的先驱。 工业、国防与航空航天领域，是传感器应用的大集合地。例如：工业自动化中的柔性制造系统(FMS)或计算机集成制造系统(CIMS)；无人驾驶汽车；现代作战指挥系统；现代雷达、制导系统；宇宙飞船、宇宙探测器；规代通信、气象卫星等等，都配有先进的高精度的传感检测系统。同时传感器在家电及其它方面的应用也日新月异。 现代信息技术的三大基础是信息的采集、传输和处理技术，即传感器技术、通讯技术和计算机技术，它们分别构成了信息技术系统的感官、神经和大脑。信息采集系统的首要部件是传感器，且置于系统的最前端。 因此，可以不夸张地说，未来的社会将是充满传感器的世界!从各种复杂的尖端科学与工程系统，到日常生活的衣食住行，都离不开各种各样的传感器。 第二节?传感器的组成及分类 传感器是一种以一定的精确度将被测量(如位移、力、加速度等)转换为与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量(如电量)的测量部件或装置。 目前，由于电子技术的进步，使电学量具有便于传输、转换、处理、显示等特点。因此通常传感器是将非电量转换成