《過程參數(shù)新型檢測(cè)技術(shù)》授課教師:姜波2011年4月6日型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!本次課主要內(nèi)容課程介紹:設(shè)課目的、檢測(cè)技術(shù)與傳感器、課程內(nèi)容及安排、課程參考書§4傳感器的特性指標(biāo)§2傳感器的分類及基本要求§3檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向§1信號(hào)檢測(cè)在現(xiàn)代信息技術(shù)系統(tǒng)中的地位靜態(tài)特性指標(biāo)傳感器靜態(tài)特性的多項(xiàng)式及特性曲線表示線性度及常用的直線擬合方法其它靜態(tài)特性指標(biāo)：遲滯、重復(fù)性、靈敏度、分辨率(力)與閾值、穩(wěn)定性、漂移、靜態(tài)誤差和精度.動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)常用傳感器的數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)：上升時(shí)間、時(shí)間常數(shù)、響應(yīng)時(shí)間、

超調(diào)量衰減率、穩(wěn)態(tài)誤差.章新型檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)方向的本科生開設(shè)的《過程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)》課,是針對(duì)生產(chǎn)過程中的五大參數(shù).自動(dòng)化方向的研究生,進(jìn)行的研究的課題范圍很廣,不局限于五大參數(shù).1.設(shè)課目的過程參數(shù)新型檢測(cè)技術(shù)課程介紹

本科《過程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)》課,在有限的學(xué)時(shí)內(nèi),只能介紹成熟的、典型的、常用的檢測(cè)技術(shù),對(duì)新型先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)介紹很少.闊寬對(duì)參數(shù)檢測(cè)的視野,提供其它參數(shù)檢測(cè)的有關(guān)知識(shí)；跟蹤檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展,了解新型檢測(cè)技術(shù)的原理、方法；有關(guān)新型檢測(cè)技術(shù)的科研介紹.

為研究生的課題研究及今后的工作,奠定相關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí).開設(shè)《過程參數(shù)新型檢測(cè)技術(shù)》課目的型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!過程參數(shù)新型檢測(cè)技術(shù)課程介紹2.檢測(cè)技術(shù)與傳感器

檢測(cè)技術(shù)作為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支,與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等一起構(gòu)成了信息技術(shù)的完整學(xué)科.在人類進(jìn)入信息時(shí)代的今天,人們的一切社會(huì)活動(dòng)都是以信息獲取與信息轉(zhuǎn)換為中心,傳感器作為信息獲取與信息轉(zhuǎn)換的重要手段,是信息科學(xué)最前端的一個(gè)陣地,是實(shí)現(xiàn)信息化的基礎(chǔ)技術(shù)之一.

“沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)已為全世界所公認(rèn).以傳感器為核心的檢測(cè)系統(tǒng)就像神經(jīng)和感官一樣,源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息,成為人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的有利工具.型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!過程參數(shù)新型檢測(cè)技術(shù)課程介紹3.課程參考書《新型傳感器原理》黃俊欽等著航空工業(yè)出版社1991.《傳感器技術(shù)》賈伯年等著東南大學(xué)出版社1992.《電子傳感器》李標(biāo)榮著國(guó)防工業(yè)出版社1993.《新型傳感器基礎(chǔ)》徐同舉著機(jī)械工業(yè)出版社1987.《半導(dǎo)體傳感器》張維新著1990.《現(xiàn)代傳感器技術(shù)》金篆芷著1995.《現(xiàn)代傳感器原理及應(yīng)用》賀安之著1995.《現(xiàn)代傳感器技術(shù)》魏永廣著東北大學(xué)出版社2001.《傳感器及應(yīng)用技術(shù)》沈聿農(nóng)著化學(xué)工業(yè)出版社2002.《傳感器及其應(yīng)用》欒桂東等著西安電子科技大學(xué)出版社2002.《傳感器》第4版唐文彥主編機(jī)械工業(yè)出版社2006.《非電量電測(cè)技術(shù)》第2版嚴(yán)鐘豪、譚祖根主編機(jī)械工業(yè)出版社2001.《新型傳感器原理及應(yīng)用》王元慶著機(jī)械工業(yè)出版社2009.型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!80年代為適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,許多國(guó)家都把檢測(cè)技術(shù)(傳感器技術(shù))列為80年代的關(guān)鍵技術(shù)之一.§1信號(hào)檢測(cè)在現(xiàn)代信息技術(shù)系統(tǒng)中的地位研究方向?yàn)檎?/p>

新型檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)

現(xiàn)代信息系統(tǒng)包括三個(gè)主要部分--人的感官--神經(jīng)系統(tǒng)--大腦傳感器(電五官)通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(電腦)改進(jìn)傳統(tǒng)的傳感器研究各種新型傳感器70年代微電子技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)了通信系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展,而傳感器技術(shù)卻沒有得到相應(yīng)的發(fā)展,在80年代出現(xiàn)了信息處理能力過剩、信息獲取能力不足的問題.由于信息獲取能力的不足,限制了計(jì)算機(jī)在一些領(lǐng)域的應(yīng)用,即限制了現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展.型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!我們都是搞自動(dòng)化的,檢測(cè)技術(shù)(信息獲取技術(shù))是我們研究、應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要部分,我們都知道要研制一套滿足要求的自動(dòng)化系統(tǒng),充分了解傳感器的原理、性能及正確選擇和使用是非常重要的.學(xué)習(xí)研究新型檢測(cè)技術(shù)的意義

隨著信息處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展,促使我們必須研究、掌握新型傳感器技術(shù)原理和應(yīng)用,才能滿足現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)的高水平要求.§1信號(hào)檢測(cè)在現(xiàn)代信息技術(shù)系統(tǒng)中的地位章

新型檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!§2.傳感器的分類及要求章

新型檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)物性型以轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換.

采用敏感材料的某種物理特性,轉(zhuǎn)換器件直接感受被測(cè)量(非電量、電量、化學(xué)、生物量等),并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào),不需要先通過感受件結(jié)構(gòu)的改變來實(shí)現(xiàn)參數(shù)檢測(cè).這種傳感器是在半導(dǎo)體陶瓷及有機(jī)高分子功能材料的不斷開發(fā)產(chǎn)生的.物性型傳感器發(fā)展較晚,但由于有一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)(結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、反應(yīng)靈敏、易于集成化、微型化等),目前引起傳感器界與科技界的高度重視,雖然存在不少問題有待解決,但發(fā)展較快,前途不可限量.1.按傳感器的構(gòu)成原理及轉(zhuǎn)換形式分類結(jié)構(gòu)型物性型信息型智能型一、傳感器的分類

傳感器發(fā)展很快,種類多,從不同角度有幾種分類型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!一、傳感器的分類§2.傳感器的分類及要求

傳感器發(fā)展很快,種類多,從不同角度有幾種分類章

新型檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)1.按傳感器的構(gòu)成原理及轉(zhuǎn)換形式分類結(jié)構(gòu)型物性型信息型智能型智能型敏感器件、信號(hào)處理電路和微處理器集成在一塊芯片上構(gòu)成的傳感器.

信息型和智能型是在電子傳感器作為一種獨(dú)立器件,與微電子技術(shù)、微處理器技術(shù)結(jié)合,使傳感器出現(xiàn)的新的突破.型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!

要求傳感器的靜、動(dòng)態(tài)響應(yīng)及準(zhǔn)確度滿足要求,并長(zhǎng)期穩(wěn)定.精度適當(dāng)、穩(wěn)定性高

要求傳感器的輸入、輸出特性為單值函數(shù)關(guān)系(最好為線性),且靈敏度高,便于信號(hào)處理.二、傳感器應(yīng)滿足的基本要求章

§2.傳感器的分類及要求傳感器作為信息系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié),無論何種傳感器,都必須具有快速、準(zhǔn)確、可靠同時(shí)又經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換.其具體要求：

要求傳感器的工作范圍或量程足夠大,并具有一定的過載能力.容量足夠大特性好、靈敏度高型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!章

新型檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)一、檢測(cè)技術(shù)是一門學(xué)科交叉型應(yīng)用技術(shù)§3檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向檢測(cè)技術(shù)(傳感器技術(shù))是一門學(xué)科交叉型和知識(shí)密集型的應(yīng)用技術(shù).

它涉及傳感技術(shù)、敏感材料、檢測(cè)對(duì)象機(jī)理、信號(hào)的傳輸、放大、處理和顯示技術(shù)等等.

對(duì)于傳感器的實(shí)際應(yīng)用,又有傳感器的標(biāo)定技術(shù)(實(shí)驗(yàn)方法確定傳感器各種特性指標(biāo))、抗干擾技術(shù)(提高傳感器的信噪比,減少量測(cè)誤差)、接口技術(shù)(與微機(jī)構(gòu)成測(cè)控系統(tǒng))等“軟件”技術(shù).型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!目前檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展主要取決于兩方面：

檢測(cè)器件(傳感器)的發(fā)展.電子集成技術(shù)的發(fā)展、信號(hào)處理部分的研究與開發(fā).目前電信號(hào)便于傳輸和易于處理,所以,一般傳感器都是將被測(cè)參量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出.一、檢測(cè)技術(shù)是一門學(xué)科交叉型應(yīng)用技術(shù)§3檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向章

新型檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)隨著光電技術(shù)的發(fā)展,光信號(hào)為更便于快速、高效地處理與傳輸.傳感器將隨之發(fā)展成為將被測(cè)參量轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的輸出.新型檢測(cè)技術(shù)是隨著各相關(guān)學(xué)科發(fā)展而發(fā)展的一門技術(shù).型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!二、檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的半導(dǎo)體材料仍占優(yōu)勢(shì)；陶瓷敏感材料也具有較大的開發(fā)潛力；高分子功能材料和薄膜材料也將大量應(yīng)用于傳感器；光纖和超導(dǎo)材料的研究和開發(fā)在加強(qiáng)；針對(duì)生物傳感器研究的各種酶和微生物敏感材料將被深入研究.目前新材料的研究章§3檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向1.開發(fā)新型傳感器目前的傳感器產(chǎn)品,無論從數(shù)量上、質(zhì)量及功能上,都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不適應(yīng)社會(huì)各方面的發(fā)展的需要.許多國(guó)家都在積極研究、開發(fā).尋求傳感器技術(shù)發(fā)展的新途徑.

傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!(2)將多個(gè)不同種類型的傳感器集成為一個(gè)傳感器,將單一參數(shù)傳感器發(fā)展成為多參數(shù)檢測(cè)傳感器--多功能.將多個(gè)同類型單一參數(shù)傳感器元件,集成為一個(gè)傳感器.加上時(shí)序電路可將單參數(shù)檢測(cè)成為多參數(shù)檢測(cè).典型例子

半導(dǎo)體溫濕度傳感器、多功能氣體傳感器等.目前有在一芯片上集成了差壓、靜壓、溫度三個(gè)傳感器,使差壓傳感器有t、P補(bǔ)償?shù)裙δ?二、檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向2.傳感器的集成和多功能章§3檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!智能傳感器有兩種型式3.傳感器的智能化智能傳感器擴(kuò)大功能時(shí)只需改變軟件即可實(shí)現(xiàn).二、檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向章§3檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向?qū)⒂?jì)算機(jī)與傳感器集成在同一芯片上構(gòu)成的智能化傳感器.

芯片有機(jī)地組合稱之為混合智能傳感器.(有些傳感器將兩者集成在同一芯片上技術(shù)難度很大,分別集成在不同芯片上然后組合.同樣具有智能化特點(diǎn).如洗衣機(jī)上采用的布質(zhì)布量傳感器,模糊電飯鍋上采用的飯量傳感器都屬此類).將不在同一芯片上的傳感器和微處理器有機(jī)地組合在一起.型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!章

新型檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)一、靜態(tài)特性指標(biāo)§4傳感器的特性指標(biāo)傳感器的特性指標(biāo)是檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)傳感器的依據(jù),了解傳感器的特性指標(biāo),對(duì)正確選擇和使用傳感器十分重要.靜態(tài)特性--被測(cè)量達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí),傳感器輸出與輸入之間的關(guān)系.動(dòng)態(tài)特性--傳感器對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性.傳感器特性分為兩種--線性特性輸出與輸入為線性關(guān)系.

理想的靜態(tài)特性實(shí)際的靜態(tài)特性--非線性特性輸出與輸入具有不同程度的非線性.型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!

使用傳感器作為信息獲取,為標(biāo)定和信號(hào)處理方便,希望得到線性特性,因此要對(duì)傳感器的非線性關(guān)系進(jìn)行線性化處理.一般是采用硬件電路和軟件進(jìn)行線性化處理.

如果傳感器的靜態(tài)特性的非線性項(xiàng)的方次不高時(shí),則可在輸入量變化不大的范圍內(nèi),采用直線擬合的方法進(jìn)行線性化.1.線性度(linearity)(也稱非線性)章

§4傳感器的特性指標(biāo)一、靜態(tài)特性指標(biāo)線性度、遲滯(滯后)、重復(fù)性、靈敏度、分辨力、閾值、穩(wěn)定性、漂移、靜態(tài)誤差及精度.傳感器的靜態(tài)特性的主要指標(biāo)型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!yx章

§4傳感器的特性指標(biāo)一、靜態(tài)特性指標(biāo)

以傳感器的理論特性直線為擬合直線.擬合直線為傳感器的理論特性,與實(shí)際測(cè)試值無關(guān).這種方法簡(jiǎn)單、方便,但通常很大.

采用直線擬合的方法對(duì)傳感器進(jìn)行線性化,采用怎樣的擬合直線,主要考慮盡可能使非線性誤差為最小.目前常用方法有4種.(1)理論(擬合)直線法1.線性度(linearity)(也稱非線性)型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!

將傳感器校準(zhǔn)曲線兩端點(diǎn)間的連線的平移線作為擬合直線,使最大正負(fù)偏差相等.與端點(diǎn)線法相比,非線性誤差減小一半,提高精度.(3)最佳直線法(端點(diǎn)平移線法)yx章

§4傳感器的特性指標(biāo)一、靜態(tài)特性指標(biāo)1.線性度(linearity)(也稱非線性)型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!式中：章

§4傳感器的特性指標(biāo)一、靜態(tài)特性指標(biāo)1.線性度(linearity)(也稱非線性)

該法是一種常用的方法,計(jì)算機(jī)編程計(jì)算很方便,擬合精度較高.但校準(zhǔn)曲線相對(duì)擬合直線的最大偏差絕值并不一定最小.(4)最小二乘法型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!傳感器的重復(fù)性,用最大標(biāo)準(zhǔn)誤差與滿量程的百分比表示：在誤差理論中可知標(biāo)準(zhǔn)誤差用貝塞爾公式計(jì)算:計(jì)算公式:n2345678910dn1.411.912.242.482.672.882.963.083.18重復(fù)性好,不等于準(zhǔn)確性很高,可能特性曲線跟實(shí)際偏差很大.

在次時(shí),常采用極差法計(jì)算,較簡(jiǎn)便.極差法：極差即指某一校準(zhǔn)點(diǎn)重復(fù)數(shù)據(jù)的最大與最小值之差.章

§4傳感器的特性指標(biāo)型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!分辨力:能檢測(cè)出被測(cè)輸入量的最小變化量(用絕對(duì)值表示)分辨率:最小變化量與滿量程的百分比(用相對(duì)百分比表示)

指?jìng)鞲衅髁泓c(diǎn)附近的分辨力.使傳感器輸出產(chǎn)生可觀測(cè)變化的最小輸入值.即有些傳感器在零點(diǎn)附近有嚴(yán)重的非線性,形成所謂的“死區(qū)”.將死區(qū)的大小作為閾值.(零點(diǎn)誤差)5.分辨率(力)(resolution)與閾值(threshold)章

§4傳感器的特性指標(biāo)一、靜態(tài)特性指標(biāo)

指?jìng)鞲衅髂軝z測(cè)到的最小輸入量.只有輸入超過某一變量,輸出才有反應(yīng).(分辨率低的傳感器可使連續(xù)變化的輸入量變?yōu)殡A梯式的輸出量.數(shù)字式傳感器的分辨率一般指輸出數(shù)字顯示值的最后一位數(shù)字).分辨率閾值型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!

表征傳感器在量程范圍內(nèi)任一點(diǎn)輸出值與理論值的偏離程度.它是各種誤差(非線性誤差、遲滯誤差重、復(fù)性誤差等)綜合體現(xiàn).用絕對(duì)誤差表示.評(píng)價(jià)傳感器靜態(tài)性能的綜合性指標(biāo)一、靜態(tài)特性指標(biāo)8.靜態(tài)誤差和精度(Sensitity)章

§4傳感器的特性指標(biāo)靜態(tài)誤差

傳感器的靜態(tài)誤差是用高精確儀器(或工作基準(zhǔn))來標(biāo)定:()高精度儀器作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí),必須定期在高一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)站校準(zhǔn).型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!

傳感器的動(dòng)態(tài)特性,通常用描述傳感器的輸入、輸出關(guān)系的微分方程來表示.常用傳感器的數(shù)學(xué)模型可以用零階、一階、二階常微分方程來描述.傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指輸出對(duì)輸入變化的響應(yīng)特性.二階傳感器的數(shù)學(xué)模型：零階傳感器的數(shù)學(xué)模型：k--為靜態(tài)靈敏度一階傳感器的數(shù)學(xué)模型：稱：章

§4傳感器的特性指標(biāo)二、動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!章

§4傳感器的特性指標(biāo)二、動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)

傳感器輸出由穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需的時(shí)間.

傳感器輸出上升到穩(wěn)態(tài)值的63%所需的時(shí)間.

輸入加入開始到輸出上升到穩(wěn)態(tài)值附近的給定的百分比(如±5%)所需的時(shí)間,或明確為百分之幾的響應(yīng)時(shí)間.0tX(t)y(t)t0yc0.9yc0.1yctr(1)上升時(shí)間(2)時(shí)間常數(shù)(3)響應(yīng)時(shí)間工程上采用階躍函數(shù)輸入信號(hào),來對(duì)傳感器動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析,確定評(píng)定動(dòng)態(tài)特性的指標(biāo).型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!二階傳感器：阻尼比時(shí),也沒有過沖量.實(shí)際應(yīng)用時(shí),為兼顧響應(yīng)快和過沖量小,一般選左右為好.一階傳感器：動(dòng)態(tài)響應(yīng)也無超調(diào),與時(shí)間常數(shù)相關(guān),當(dāng)很大時(shí),亦大.根據(jù)傳感器的數(shù)學(xué)模型可知：零階傳感器：,及均為0.即在時(shí)間上無滯后,無論輸入怎樣變化,輸出總是按一定比例變化,與輸入變化頻率無關(guān),又稱比例環(huán)節(jié).0ty(t)0tX(t)10ty(t)T1T20ty(t)T1T2ζ=1ζ=2ζ=0.5章

§4傳感器的特性指標(biāo)二、動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!§3檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向§2傳感器的分類及要求§1信號(hào)檢測(cè)在現(xiàn)代信息技術(shù)系統(tǒng)中的地位章新型檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)課程小結(jié)

一、傳感器的分類二、傳感器應(yīng)滿足的基本要求一、檢測(cè)技術(shù)是一門學(xué)科交叉型應(yīng)用技術(shù)二、檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向1.開發(fā)新型傳感器2.傳感器的集成和多功能3.傳感器的智能化4.研究生物感官,開發(fā)仿生傳感器型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!過程參數(shù)新型檢測(cè)技術(shù)課程介紹2.檢測(cè)技術(shù)與傳感器對(duì)于測(cè)、控系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域,檢測(cè)技術(shù)--信息獲取技術(shù)有人把控制系統(tǒng)中的測(cè)量變送部分比喻成工業(yè)自動(dòng)化的眼睛.實(shí)現(xiàn)信息獲取的工具(儀表及自動(dòng)化裝置)(電五官)--傳感器.檢測(cè)技術(shù)是構(gòu)成傳感器的基礎(chǔ)理論及技術(shù),傳感器作為測(cè)、控系統(tǒng)中對(duì)象信息的入口,在現(xiàn)代化事業(yè)中起著重要的作用.檢測(cè)技術(shù)課是介紹傳感器的原理、檢測(cè)方法、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用等.

先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),同樣需要信息輸入(即檢測(cè)部分),因此,隨著計(jì)算機(jī)在各測(cè)、控領(lǐng)域的應(yīng)用,促進(jìn)著各領(lǐng)域傳感器技術(shù)的發(fā)展.

(90年代,國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了傳感器熱,國(guó)內(nèi)外大學(xué)各專業(yè)都開設(shè)傳感器方面的課程,同時(shí)也出版了很多傳感器方面的書).型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!過程參數(shù)新型檢測(cè)技術(shù)課程介紹4.課程內(nèi)容及安排課程內(nèi)容:考慮近幾年科研中涉及較多的幾個(gè)方面,

介紹氣敏、磁敏、濕敏傳感器,新型過程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)及光電、光纖等檢測(cè)技術(shù).上課安排考核方式：大作業(yè)形式型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!

各國(guó)都在關(guān)注、投入傳感器的開發(fā)與研究.出現(xiàn)了國(guó)際性的“傳感器熱”.開發(fā)各種新型傳感器已成為當(dāng)前發(fā)展科學(xué)技術(shù)的主要課題之一.可看出：檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)代信息技術(shù)系統(tǒng)中已成為關(guān)鍵技術(shù),它決定著信息技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展.章

新型檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)日本把傳感器技術(shù)列入六大核心技術(shù)之一.

(六大核心技術(shù):計(jì)算機(jī),半導(dǎo)體,通信,激光,超導(dǎo)和傳感器技術(shù))美國(guó)認(rèn)為當(dāng)今是傳感器時(shí)代,在美國(guó)的“空軍2000年”報(bào)告中列舉了關(guān)于有助于提高21世紀(jì)空軍能力的關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目,其中第二個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目就是傳感器.中國(guó),為加快傳感器的發(fā)展,也把傳感器列入“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目之一.§1信號(hào)檢測(cè)在現(xiàn)代信息技術(shù)系統(tǒng)中的地位型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!

利用物件的移動(dòng)、伸縮等幾何尺寸與位置的變化來測(cè)量物理量,然后再轉(zhuǎn)換成電參量.(如雙金屬片檢測(cè)溫度變化,利用彈性元件形變檢測(cè)壓力變化等等)1.按傳感器的構(gòu)成原理及轉(zhuǎn)換形式分類結(jié)構(gòu)型物性型信息型智能型§2.傳感器的分類及要求

傳感器發(fā)展很快,種類多,從不同角度有幾種分類結(jié)構(gòu)型以轉(zhuǎn)換器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換.結(jié)構(gòu)型傳感器為早期開發(fā)產(chǎn)品,隨著新材料、原理及新工藝的應(yīng)用,在精度、可靠性、穩(wěn)定性、靈敏度等方向都有很大的提高.目前此類傳感器在工業(yè)自動(dòng)化、過程參數(shù)檢測(cè)等方向占有相當(dāng)大的比重.章

新型檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)一、傳感器的分類型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!一、傳感器的分類§2.傳感器的分類及要求

傳感器發(fā)展很快,種類多,從不同角度有幾種分類章

新型檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)1.按傳感器的構(gòu)成原理及轉(zhuǎn)換形式分類結(jié)構(gòu)型物性型信息型智能型信息型敏感器件與信息處理電路集成在一塊芯片上構(gòu)成的傳感器.信息型傳感器是隨著半導(dǎo)體集成工藝的發(fā)展而產(chǎn)生的.型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!2.按敏感材料分類半導(dǎo)體型：功能陶瓷型：功能高聚物型：機(jī)器人傳感器、汽車傳感器、醫(yī)用(生物)傳感器、環(huán)保傳感器、過程參數(shù)傳感器等等.3.按測(cè)量對(duì)象分類光敏、濕敏、氣敏、磁敏、溫度、壓力、振動(dòng)等傳感器.4.按應(yīng)用領(lǐng)域分類主要是元素硅或Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族化合物.章

§2.傳感器的分類及要求主要是電子半導(dǎo)體瓷、壓電瓷、快離子導(dǎo)體瓷.主要是各種高分子有機(jī)半導(dǎo)體、壓電體.一、傳感器的分類型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!

一般傳感器很難完全滿足以上要求,應(yīng)根據(jù)具體使用情況(目的、使用環(huán)境、被測(cè)對(duì)象狀況、精度要求和信號(hào)處理等)綜合考慮.成本低、壽命長(zhǎng),易于使用、維護(hù)和校準(zhǔn).

要求可動(dòng)部分的動(dòng)作能量盡可能小,對(duì)被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)影響小.內(nèi)部噪聲小且又不受外界干擾影響,使用安全.

便于測(cè)動(dòng)態(tài)參數(shù),長(zhǎng)期工作穩(wěn)定可靠.章

§2.傳感器的分類及要求二、傳感器應(yīng)滿足的基本要求響應(yīng)速度快、可靠性好適用性和適應(yīng)性強(qiáng)使用經(jīng)濟(jì)、方便型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!

能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置,通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成.《國(guó)標(biāo)GB7605-87》傳感器定義傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成便于傳輸和易于處理的信號(hào)輸出的器件或裝置.一、檢測(cè)技術(shù)是一門學(xué)科交叉型應(yīng)用技術(shù)§3檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向章

新型檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!1.開發(fā)新型傳感器二、檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向目前的傳感器產(chǎn)品,無論從數(shù)量上、質(zhì)量及功能上,都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不適應(yīng)社會(huì)各方面的發(fā)展的需要.許多國(guó)家都在積極研究、開發(fā).尋求傳感器技術(shù)發(fā)展的新途徑.

傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：

傳感器的工作機(jī)理是基于各種效應(yīng)和定律,為此人們?cè)谶M(jìn)一步探索具有新效應(yīng)的敏感功能材料,研制具有新原理的新型(物性型)傳感器.這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑.章§3檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!(1)將敏感元件、信號(hào)處理電路、轉(zhuǎn)換單元及電源等部分集成在同一芯片上,將單一的信號(hào)變換功能傳感器擴(kuò)展為兼有放大、運(yùn)算、補(bǔ)償?shù)榷喙δ軅鞲衅?2.傳感器的集成和多功能

固態(tài)功能材料(半導(dǎo)體、電介質(zhì)、強(qiáng)磁體)的進(jìn)一步開發(fā)和電子集成技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)了傳感器從單一元件、單一功能向集成化和多功能化發(fā)展.

集成化和多功能化有兩種：二、檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向章§3檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向典型例子

集成溫度傳感器AD590,感溫元件為半導(dǎo)體(PN結(jié)).PN結(jié)感溫→集成電路的信號(hào)處理→電流信號(hào)輸出(1μA/T).型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!

智能化傳感器是集敏感、轉(zhuǎn)換和微處理器為一體的傳感器.智能化傳感器不僅具有信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換功能,同時(shí)還具有記憶、判斷、自診斷、自校準(zhǔn)及自適應(yīng)等功能.3.傳感器的智能化二、檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向章§3檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!4.研究生物感官開發(fā)仿生傳感器二、檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向章§3檢測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向研究生物感官的機(jī)理,開發(fā)仿生傳感器,也是目前一種發(fā)展趨勢(shì)研究狗的嗅覺和鳥的視覺.

(狗嗅覺靈敏閾為人的106倍,鳥視力為人的8-50倍)

研究蝙蝠、飛蛾、海豚的聽覺,已開發(fā)出主動(dòng)型生物雷達(dá)--超聲波傳感器.研究蛇的接近覺,已開發(fā)出分辨率達(dá)0.001℃的紅外測(cè)溫傳感器.針對(duì)一種海燕能從4910公里飛回巢穴,對(duì)這種歸巢現(xiàn)象開發(fā)研究,希望得到一種新的方位傳感器.

目前世界傳感器市場(chǎng)總銷售額已大大超過50億美元,其增長(zhǎng)速度每年約6%-7%,所以傳感器技術(shù)定會(huì)以更高速度發(fā)展.型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!章

§4傳感器的特性指標(biāo)(1)理想的線性(2)具有x奇次階項(xiàng)非線性(3)具有x偶次階項(xiàng)非線性(4)具有x奇、偶次階項(xiàng)非線性傳感器的靜態(tài)特性一般可用多項(xiàng)式表示:由式可知：,靜態(tài)特性曲線過原點(diǎn).輸出量,輸入量；零點(diǎn)輸出；傳感器靈敏度；非線項(xiàng)系數(shù).傳感器的特性為線性和非線性項(xiàng)的迭加.四種典型特性：yxyxyxyx一、靜態(tài)特性指標(biāo)型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!1.線性度(linearity)(也稱非線性)用非線性最大偏差與滿量程輸出的百分比表示：(F·S滿量程FullScale的簡(jiǎn)寫)章

§4傳感器的特性指標(biāo)一、靜態(tài)特性指標(biāo)表征傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性曲線與所選定的擬合直線之間的吻合程度指標(biāo).線性度應(yīng)指出：選定的擬合直線不同,所得的非線性誤差不同,即對(duì)同一傳感器在相同條件下做實(shí)驗(yàn),得出的非線性誤差可能不同.因此,不能籠統(tǒng)地說線性度如何,必須同時(shí)說明依據(jù)的基準(zhǔn)直線.型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!

把傳感器校準(zhǔn)曲線的兩端點(diǎn)間的連線作為擬合直線.直線方程：b--截距,K--斜率.yx章

§4傳感器的特性指標(biāo)一、靜態(tài)特性指標(biāo)(2)端點(diǎn)線法(端基法)1.線性度(linearity)(也稱非線性)該方法簡(jiǎn)單,但也很大,適合于非線性較小的情況.型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!章

§4傳感器的特性指標(biāo)一、靜態(tài)特性指標(biāo)

按最小二乘原理求取擬合直線.該直線能保證傳感器校準(zhǔn)曲線的各點(diǎn)(校準(zhǔn)數(shù)據(jù))與該直線的偏差平方和最小.稱這樣的擬合直線為最小二乘直線.(4)最小二乘法1.線性度(linearity)(也稱非線性)

設(shè)擬合直線方程為:實(shí)際校準(zhǔn)點(diǎn)為n個(gè),在n個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中任何一個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與擬合直線上相應(yīng)值之間的偏差為：根據(jù)最小二乘法原理,應(yīng)使為最小,故可由分別對(duì)和求一階偏導(dǎo)數(shù),并令其為零,聯(lián)立求解即可求得和.型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!

表征在同一工作條件下,輸入按同一方向作全量程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí),特性曲線不一致的程度.特性曲線越接近,重復(fù)性越好.

表征傳感器正、反行程特性曲線不一致的程度指標(biāo).用最大偏差與滿量程的百分比表示:2.遲滯(滯后)(hysteresis)3.重復(fù)性(repeatability)yx0yx0章

§4傳感器的特性指標(biāo)一、靜態(tài)特性指標(biāo)重復(fù)性誤差屬于隨機(jī)誤差,應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)誤差計(jì)算.型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!

表征傳感器在一定輸入變化下對(duì)應(yīng)于輸出變化的幅度.用輸出變化量與對(duì)應(yīng)的輸入變化量的比值表示：4.靈敏度(Sensitity)有源傳感器,應(yīng)說明在多大電源電壓(或電流)值下的靈敏度.(因k與供電電源有關(guān))章

§4傳感器的特性指標(biāo)一、靜態(tài)特性指標(biāo)靈敏度為特性曲線的斜率

線性傳感器靈敏度k為一常數(shù)，非線性傳感器k為變量,有時(shí)可用擬合直線的斜率表示.yx0型檢測(cè)課件1基礎(chǔ)知識(shí)共51頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!指?jìng)鞲衅髟诹爿斎霠顟B(tài)下,輸出值的變化.

表征傳感器在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持其性能的能力.

一般以室溫條件下,規(guī)定時(shí)間內(nèi)傳感器的輸出與標(biāo)定時(shí)的輸出之差來表