[工学]01-2检测基本概念02.pptVIP

第一章 检测与转换技术的理论基础 测量的基本概念、测量方法 传感器的基本特性和主要性能指标 误差理论，测量结果的数据统计和处理 第一节 检测技术的基本概念 一、测量分类: 静态与动态测量 直接与间接测量 接触与非接触测量 在线与离线测量 静态测量 对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。 动态测量 地震测量 振动波形 便携式仪表 可以显示波形的便携式仪表 直接测量 电子卡尺 间接测量 对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。 接触式测量 非接触式测量： 雷达测速 车载电子警察 离线测量 产品质量检验 在线测量 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。 二、 传感器的分类 　　1、 按输入量(被测对象)分类 　　 输入量即为被测对象。 按输入量分类， 传感器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。 其中， 物理量传感器又可分为温度传感器、 压力传感器、 位移传感器等等。 这种分类方法给使用者提供了方便， 容易根据被测对象选择所需要的传感器。 2、按转换原理分类 　　从传感器的转换原理来说， 通常分为结构型、 物性型和复合型三大类。 结构型传感器利用机械构件(如金属膜片等)在动力场或电磁场的作用下产生变形或位移， 将外界被测参数转换成相应的电阻、 电感、 电容等物理量， 它是利用物理学运动定律或电磁定律实现转换的。 物性型传感器是利用材料的固态物理特性及其各种物理、 化学效应(即物质定律， 如虎克定律、 欧姆定律等)来实现非电量转换的。 它是以半导体、 电介质、 铁电体等作为敏感材料的固态器件。 复合型传感器是由结构型传感器和物性型传感器组合而成的， 兼有两者的特征。 例如， 电阻式、 电感式、 电容式、 压电式、 光电式、 热敏、 气敏式 等等。这种分类方法清楚地指明了传感器的原理， 便于学习和研究。 3、按输出信号的形式分类 　　按输出信号的形式， 传感器可分为开关式、 模拟式和数字式。  4、 按输入和输出的特性分类 　　按输入和输出特性， 传感器可分为线性和非线性两类。 5、 按能量转换的方式分类 　　按转换元件的能量转换方式， 传感器可分为有源型和无源型两类。 有源型也称能量转换型或发电型， 它把非电量直接变成电压量、 电流量、 电荷量等， 如磁电式、 压电式、 光电池、 热电偶等。 无源型也称能量控制型或参数型， 它把非电量变成电阻、 电容、 电感等。 三、 传感器的物理基础 （一） 物理定律 　　(1) 守恒定律：它包括能量、动量、电荷量等守恒定律。 这些定律是我们在探索、研制新型传感器或分析、综合现有传感器时必须严格遵守的基本法则。  　　(2) 场的定律： 它包括动力场的运动定律、 电磁场的感应定律等， 其作用与物体在空间的位置及分布状态有关。 一般可由物理方程给出， 这些方程可作为许多传感器工作的数学模型。 例如， 利用静电场制成的电容式传感器， 利用电磁感应定律制成的电感(自感或互感)式传感器等等。 利用场的定律制成的传感器， 可统称为结构型传感器。 (3) 物质定律： 它是表示各种物质本身内在性质的定律(如虎克定律、 欧姆定律)， 通常以这种物质所固有的物理常数加以描述。 因此， 这些常数的大小决定着传感器的主要性能。 如利用半导体物质法则——压阻、 热阻、 光阻、 湿阻等效应， 可分别制成压敏、 热敏、 光敏、 湿敏等传感器件； 利用压电晶体物质法则——压电效应， 可制成压电式传感器等等。 这种基于物质定律的传感器， 可统称为物性型传感器。 这是当代传感器技术领域中具有广阔发展前景的传感器。  (4) 统计法则： 它是把微观系统与宏观系统联系起来的物理法则， 这些法则常常与传感器的工作状态有关。如 热噪声温度传感器。它是分析某些传感器的理论基础， 这些方面的研究尚待进一步深入。 （二） 物理效应 　　1. 热电效应 　（1） 塞贝克效应： 该效应说明了可利用将两种金属线接成闭合回路时接点温度不同而产生热电势的现象，实现温度→电的转换。塞贝克效应包括珀尔帖效应和汤姆逊效应。利用这种将温度差转换成电势的原理可制成热电偶传感器。  　（2）珀尔帖效应： 当两种不同金属材料接触时， 自由电子在浓度差作用下发生扩散， 使结合部两边产生电势差， 称为接触电势。 珀尔