1、传感器原理及工程应用,Sensor and Measurement Technology,岳阳职业技术学院 机电工程系,Company Logo,课程教学安排,Company Logo,理论教学,Company Logo,CSY-998型传感器系统实验仪,模拟实验教学：,Company Logo,不足方面：,计划改进：,Company Logo,csy-3000型传感器实验台,Company Logo,项目制作教学,e-WorkPlace,声光控开关的 设计制作,测微仪的设计与制作,2,4,电子秤的模拟测试,1,3,数字温度计的设计制作,研究项目,理论教学溶于项目教学,理实一体,Company
2、 Logo,学 报,传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。在有些学科领域，传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。,Company Logo,传感器(SENSOR)的组成,转换元件： 能将敏感元件所感受出的信息直接转换成电信号的部分。,Company Logo,人的五官：,眼睛 耳朵 鼻子 舌头 皮肤,视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉,被测量：物理量、化学量、生物量 ,可用信号：便于处理和传输的非噪声信号 （电信号、光信号）,传感器：传-传递信息；感-感受被测量；器-器件,感觉：,功 能,传感器,传感器(SENSOR)的组成,Company Logo,案例1,数
3、字温度计： 1、敏感元件 2、转换元件 3、信号转换电路 4、输出,传感器的分类,Company Logo,传感器分类样例,气敏传感器,压电式压力传感器,温度传感器,热电偶,超声波传感器,Company Logo,传感器的基本特性,静态特性：.传感器在被测量处于稳定状态时的输入输出关系,基本特性,动态特性：传感器在被测量随时间变化的条件下输入输出关系.,Company Logo,sensor的静态特性,(1) 线性度:,检测系统输入输出曲线与理想直线的偏离程度,相对误差,输出值与理想直线的最大偏差值,理论满量程输出值,理想直线：,亦称非线性误差,定义:,( non-linearity ),表达
4、:,拟合直线,一般不存在或很难获得准确结果,利用测量数据，通过计算获得,Company Logo,sensor的静态特性,获取拟合直线方法：,使得正负行程的非线性偏差相等且最小,(a) 端点连线法：,检测系统输入输出曲线的两端点连线,特点：,算法：,简单、方便，偏差大，与测量值有关,(b) 最佳直线法：,精度最高，简单实用,算法：,特点：,Company Logo,sensor的静态特性,(2) 灵敏度,传感器在稳态下输出增量与输入增量之比,a. 线性检测系统：灵敏度为常数；,定义：,b. 非线性检测系统：灵敏度为变数,说明：,(灵敏度系数),( sensitivity ),斜率,Compan
5、y Logo,sensor的静态特性,(3) 重复性,同一条件下，对同一被测量，同一方向，多次重复测量的差异程度,重复性是检测系统最基本的技术指标，是其他各项指标的前提和保证,计算：贝塞尔公式,( repeatability ),产生原因：传感器机械部分的磨损、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。,Company Logo,sensor的静态特性,(4) 迟滞现象（回程误差）,传感器在正行程和反行程的输入输出曲线不重合的程度,相对误差,Hmax：正反行程输出值的最大偏差,定义：,( hysteresis ),算法：,Company Logo,sensor的静态特性,
6、(5) 分辨力（分辨率）:,能够检测出的被测量的最小变化量,2、分辨率 - 是相对数值：,定义：,1、分辨力 - 是绝对数值，如 0.01mm，0.1g，10ms，,说明：,表征测量系统的分辨能力,( resolution ),能检测的最小被测量的变换量相对于 满量程的百分数，如： 0.1%, 0.02%,3、阀值 - 在系统输入零点附近的分辨力,Company Logo,测量系统构成测量系统应具有对被测对象的特征量进行检测、传输、处理及显示等功能，一个测量系统是传感器、变送器（变换器）和其它变换装置等的有机组合。图1表示测量系统组成结构框图。,图 1 测量系统组成框图,Company Log
7、o,传感器的发展和应用：,返回,最早的传感器 ： 17世纪伽利略的温度计,温度电信号,Company Logo,生活方面的应用智能开关控制,声控开关,光控开关,Company Logo,思考?:,声控开关，白天会造成能源浪费？,怎样更好的解决两者的缺陷？,Company Logo,声光控开关,声光控开关及测试原理,Company Logo,医疗方面的应用,1、电子血压计,2、血糖仪, 3、电子心率控制,Company Logo,国防军事的应用,1、海湾战争,2、EDO公司,芝麻开门,红外线传感器,干手器,指纹识别器,数字游标卡尺,数字风速仪,数字式测振表,Company Logo,简易思考题：
8、,CO气体浓度及成分应采用什么传感器来测试？,Company Logo,例1：某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为k）如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。 现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体的测量m。 （1）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。 （2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m。 （3）请设想实验中可能会出现的一个问题。,传感器设计题,Company Logo,设计电路如图,(2) 测量步骤与结果:调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零,将砝码放在转换器上,记下输出电压U0,将待测物放在转换器上,记下输出电压U由U0=km0g,得k=U0/m0gU=k m g,所以 m=m0U/U0,Company Logo,Thanks For Your Attention,The End,
