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第1章传感检测技术基础1.1传感与检测的概念1.2传感与检测技术概述1.3传感器的基本特性1.4测量方法1.5测量误差1.6传感器标定

传感和检测技术的概念传感与检测是实现自动控制、自动调节的关键环节，它与信息系统的输入端相连，并将检测到的信号输送到信息处理部分，是感知、获取、处理与传输的关键。传感与检测技术是关于传感器设计制造及应用的综合技术，它是信息技术（传感与控制技术、通信技术、计算机技术）的三大支柱之一。

1.1.1检测技术检测技术是以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术为主要内容的一门应用技术学科。检测技术任务是：寻找与自然信息具有对应关系的种种表现形式的信号，以及确定二者间的定性、定量关系；从反映某一信息的多种信号表现中挑选出所处条件下最为适合的表现形式，以及寻求最佳的采集、变换、处理、传输、存储、显示等方法和相应设备。

1.1.2自动检测系统23%Option1自动检测系统：完整检测系统：由传感器、测量电路和显示记录装置等部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能，当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少部分，如图1.1所示:自动测量、自动计量、自动保护、自动诊断、自动信号处理等诸多系统的总称。包含被测量、敏感元件、电子测量电路、电源和输出单元，其区别仅在于输出单元。30%Option2

传感器测量电路记录仪指示仪数据处理仪器电源图1.1检测系统组成框图被测量

1.2传感器概述0102传感器定义传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系、便于应用的某种物理量的测量装置传感器构成传感器一般是利用物理、化学和生物等学科的某些效应或机理按照一定的工艺和结构研制出来的。因此，传感器的组成的细节有较大

差异。但是，总的来说，传感器应由敏感元件、转换元件和信号调理电路组成，有些包含有辅助电源电路，如图1.2所示。转换元件信号调理电路辅助电源电路图1.2传感器组成框图被测信息敏感元件输出信息

传感器是一门知识密集型技术，传感器原理各异，学科广泛，种类繁多，分类方法如下:按照传感器的工作机理，可分为物理型、化学型、生物型等。从构成原理分为结构型和物性型两类。按照物理原理分类，可分为电参量式传感器（包括电阻式、电感式、电容式等基本型式）、磁电式传感器（包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等）、压电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、波式传感器（包括超声波1.2.3传感器分类

式、微波式等）、射线式传感器、半导体式传感器、其他原理的传感器（如振弦式和振筒式传感器等)。按传感器的能量转换情况，可分为能量控制型传感器和能量转换型传感器。从传感器应用分类，分为位移传感器、压力传感器、振动传感器、温度传感器。另外，根据传感器输出是模拟信号还是数字信号，可分为模拟传感器和数字传感器；根据转换过程可逆与否，可分为双向传感器和单向传感器等…。

传感器技术的基本概况传感器的基本要求可靠性；静态特性；动态性能；量程；抗干扰能力；通用性；轮廓尺寸；成本；能耗；对被测对象的影响等。传感器技术的一般方法差动技术平均技术补偿与修正技术干扰抑制稳定性处理

1.3传感器的基本特性传感器的输出-输入关系特性是传感器的基本特性，从误差角度去分析输出-输入特性是测量技术所要研究的主要内容之一。输出-输入特性虽是传感器的外部特性，但与其内部参数有密切关系。传感器特性分为静态特性和动态特性。衡量传感器的特性又有静态性能指标和动态性能指标。

1.3.1静态特性传感器在稳态信号作用下，其输出-输入的关系称为静态特性。衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、重复性、迟滞、零点漂移和温度漂移等技术指标，传感器本身的特点、被测量及外界条件都可能影响这些技术指标。线性度所谓传感器的线性度就是其输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。又称为非线性误差。非线性误差可用下式表示：

?Lmax—输出量和输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差；YFS—输出满量程值。实际上许多传感器的输出-输入特性是非线性的，如果不考虑迟滞和蠕变效应一般可用下列多项式表示输出y与输入x特性。其表达式如下：y＝a0＋a1x＋a2x2＋…＋anxna0—零位输出；a1—传感器线性灵敏度；a2，a3，…，an—待定常数。

xxy图1.3传感器静态特性yxyx对于上式对应三种特殊情况：理想的线性特性如图1.3（a）所示的直线，表达式变为y=a1xa1为常数，即为传感器的灵敏度。仅有偶次非线性项如图1.3（b）所示。其输出-输入特性方程为y=a0+a2x2+a4x4+…其线性范围较