发布时间 : 星期一 文章传感器原理及工程应用总复习 - 图文更新完毕开始阅读
在提高测量仪器精度的同时，扩大仪器的功能也是目前的发展趋势。特别是计算机技术的发展也使传感与测试技术产生了革命性的变化，在许多测试系统中利用计算机而使仪器的测量精度更高，功能更全。
1．3．2 参数测量与数据处理向自
动化方向发展
一个产品的大型综合性实验，准备时间长，待测的参数多，少则有几十，多则有几百个数据通道。这些通道状态如果完全依靠人工检查，就要耗费很长时间；众多的数据若依靠手工去处理，不仅处理周期太长，处理结果精度也低。现代传感与测试技术的发展是采用以计算机为核心的自动测试系统，这种系统能实现自动校准、自动修正、故障诊断、信号调制、多路采集和自动分析处理，并能打印输出测试结果。
实现多参数的自动测量与处理，可以大大提高测量精度，缩短实验周期，加速产品的更新与开发。
1．3．3 传感器向智能化、集成化、
微型化、量子化、网络化的方向发展
传感器是信号检测的器具，精度高、灵敏度高且测量范围大及小型化是传感器的发展方向。新的材料特别是新型半导体材料方面的成就，已经促使发展了很多对力、热、光、磁等物理量及气体化学成分敏感的器件。光导纤维不仅可用来进行信号传输，而且可作为物性型传感器。另一个引人注目的发展是由于微电子发展使得很有可能把某些电路乃至微处理器和传感测量部分做成一体，而使传感器具有放大、校正、判断和一定的信号处理功能，组成所谓的“智能传感器”。智能传感器技术是一门涉及多种学科、多个领域的高新技术，随着当前科学技术的不断提高，其主要发展趋势是：微传感器系统、多传感器数据融合技术、网络化智能传感器系统、蓝牙传感器系统、生物传感器系统。与传统传感器相比，智能传感器具有精度高、可靠性与稳定性高、高信噪比与高分辨率、自适应性强及性能价格比高等特点。另外，现在的军用智能传感器还大量采用了并行处理、模式识别等先进的信息处理方式，为提高传感器的性能开辟了新的天地。 模糊传感器是在传统数据检测的基础上，经过模糊推理和知识合成，以模拟人类自然语言符号描述的形式输出测量结果。它与一般的基于计算机的智能传感器的根本区别在于它具有实现学习功能的单元和符号产生、处理单元，能够实现专家指导下的学习和符号的推理及合成，从而使模糊传感器具有可训练性。经过学习与训练，使得模糊传感器能适应不同测量环境和测量任务的要求。 集成化是指将敏感元件、信号调理电路及电源等部分集成在一个芯片上，从而使检测及信号处理一体化。或者将多个相同传感器配置在同一个平面上形成阵列，或者是研制能检测两个以上不同物理量的传感器。
微型化传感器以MEMS技术为基础，目前，已有许多较多成熟的微型传感器，如压力传感器、加速度传感器等。量子化是指利用量子
力学的一些效应研制用于检测极端微弱信号的传感器。例如：利用核磁共振效应做成的磁敏传感器，可将量程扩展到地磁场的10-7；利用约瑟夫森(Josephoson)效应做成的热噪声传感器，可测出10-6K的超低温等。
传感器技术的网络化主要是将传感器技术、通信技术以及计算机技术相结合，从而构成网络传感器，实现信息采集、传输和处理的一体化。网络传感器是指传感器在现场级实现网络协议，使现场测控数据就近登录网络，在网络所能及的范围内实时发布和共享。网络传感器的产生使传感器由单一功能、单一检测向多功能和多点检测发展；从被动检测向主动进行信息处理方向发展；从就地测量向远距离实时在线测控发展；使传感器可以就近接入网络，传感器与测控设备间再无需点对点连接，大大简化了连接线路，节省投资，易于系统维护，也使系统更易于扩充。
再有，在机器人工程的发展中，需要研制灵敏度高、小型化、微型化的新型视觉、触觉、听觉、嗅觉传感器等。
1．3．4 开展极端测量
相对而言，一般常规测量技术相对比较成熟，而一些极端情况下的测量，例如超高温与超低温的测量，大尺寸及微纳尺寸的测量，超高压力的测量等需要解决更多的技术问题。以压力测量为例，在火炮膛压测试技术中，常规火炮膛压小于600 MPa的测试，采用铜柱(铜球)测压器或电测传感器均可满足要求。为提高火炮的射程和射击精度，增大威力，在高膛压火炮的研究中，膛压可高达800—1 000 MPa，并伴随着的高冲击加速度。这就促使膛压测试技术要有相应的发展，研制量程更大的压力传感器以及配套的压力动态标定装置，而且研制的测压传感器和测温传感器要能在高冲击加速度下稳定工作。
1．4检测系统的静态特性与性能指标
静态检测是指测量时，检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化很缓慢。静态检测时，系统所表现出的响应特性称为静态响应特性。通常用来描述静态响应特性的指标有测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差等。一般用标定曲线来评定检测系统的静态特性，理想的线性装置的标定曲线是直线，而实际检测系统的标定曲线并非如此。通常采用静态测量的方法求取输入输出关系曲线，作为标定曲线。多数情况还需要按最小二乘法原理求出标定曲线的拟合直线。
1．4．1 测量范围 1．4．2 灵敏度
(1．1)
检测系统能正常测量的最小输入量和最大输入量之间的范围。
灵敏度指输出的增量与输入的增量之比，即
如图1．13所示，线性系统的灵敏度．S为常数，即输入输出关系直线的斜率，斜率越大，其灵敏度就越高。非线性系统的灵敏度S是变量，是输入输出关系曲线的斜率，输入量不同，灵敏度就不同，
通常用拟合直线的斜率表示系统的平均灵敏度。要注意灵敏度越高，就越容易受外界干扰的影响，系统的稳定性就越差，测量范围相应就越小。
1．4．3 非线性度
如图1．14所示，标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。如果在全量程A输出范围内，标定曲线偏离拟合直线的最大偏差为B，则定义非线性度为
(1．2)
1．4．4 回程误差
如图1．15所示，回程误差也称为滞后或变差。实际测量系统在相同的测量条件下，当输入量由小增大，或由大减小时，对于同一输入量所得到的两个输出量存在差值，则定义回程误差为
1．4．5 稳定度和漂移
稳定度通常是相对时间而言的，指检测系统在规定的条件下保持其测量特性恒定不变的能力。
漂移是指在外界的干扰下，在一定时间间隔内，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。零点漂移或灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化。温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度的漂移。
1．4．6 重复性
重复性表示检测系统在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度(如图1．16所示)。多次按相同输入条
件测试的输出特性曲线越重合，其重复
性越好，误差也越小。检测系统输出特性的不重复性主要由检测系统机械部分的磨损、间隙、松动、部件的内摩擦、积尘以及辅助电路老化和漂移等原因产生。
不重复性一般采用下式的极限误差式表示
式中
输出最大不重复误差； 满量程输出值。
1．4．7 分辨力
分辨力是用来表示检测系统或仪表装置能够检测被测量最小变化量的能力。通常是以最小量程的单位值来表示。当被测量的变化值小于分辨力时，检测系统对输入量的变化无任何反应。例如电压表的分辨力是10μV，即能测的最小电压为10μV，当增加7μV或8μV的电压时，电压表不会作任何反应。
1．4．8精确度(精度)
δ
精确度指标有三个：精密度、正确度和精确度。 1．精密度
它说明测量结果的分散性。即对某一稳定的对象(被测量)由同一测量者用同一检测系统和测量仪表在相当短的时间内连续重复测量多次(等精度测量)，其测量结果的分散程度。δ越小则说明测量越精密(对应随机误差)。 2．正确度
ε
它说明测量结果偏离真值大小的程度，即示值有规则偏离真值的程度。指所测值与真值的符合程度(对应系统误差)。 3．精确度
τ
它含有精密度与正确度两者之和的意思，即测量的综合优良程度。在最简单的场合下可取两者的代数和，即τ=δ+ε。通常精确度是以测量误差的相对值来表示的。
在工程应用中，为了简单表示测量结果的可靠程度，引入一个精确度等级概念，用A来表示。检测系统与测量仪表精确度等级A以一系列标准百分数值(0．001，0．005，0.02，0.05，?，1.5，2.5，4.0，?)进行分挡。这个数值是检测系统和测量仪表在规定条件下，