1、传感器原理学习心得姓名： 哥08 级电子信息科学与技术 1 班传感器原理学习心得传感器应用极其广泛，而且种类繁多，涉及的学科也很多，通过对传感器的学习让我基本了解了传感器的基本概念及传感器的静、动态 特性电阻式、电容式、电感式、压电式、热电式、磁敏式、光电式传感器与光纤传感器的结构、工作原理及应用。传感器的特性主要是指输出入输入之间的关系。当输入量为常量或变化很慢时，其关系为静态特性。当输入量随时间变换较快时，其关系为动态特性。传 感 器 的 静 态 特 性 是 指 对 静 态 的 输 入 信 号 ， 传 感 器 的 输 出量 与 输 入 量 之 间 所 具 有 相 互 关 系 。 因 为 这
2、 时 输 入 量 和 输 出 量都 和 时 间 无 关 ， 所 以 它 们 之 间 的 关 系 ， 即 传 感 器 的 静 态 特 性可 用 一 个 不 含 时 间 变 量 的 代 数 方 程 ， 或 以 输 入 量 作 横 坐 标 ，把 与 其 对 应 的 输 出 量 作 纵 坐 标 而 画 出 的 特 性 曲 线 来 描 述 。 表征 传 感 器 静 态 特 性 的 主 要 参 数 有 ： 线 性 度 、 灵 敏 度 、 迟 滞 、重 复 性 、 漂 移 等所 谓 动 态 特 性 ， 是 指 传 感 器 在 输 入 变 化 时 ， 它 的 输 出 的 特性 。 在 实 际 工 作 中 ，
3、传 感 器 的 动 态 特 性 常 用 它 对 某 些 标 准 输入 信 号 的 响 应 来 表 示 。 这 是 因 为 传 感 器 对 标 准 输 入 信 号 的 响应 容 易 用 实 验 方 法 求 得 ， 并 且 它 对 标 准 输 入 信 号 的 响 应 与 它对 任 意 输 入 信 号 的 响 应 之 间 存 在 一 定 的 关 系 ， 往 往 知 道 了 前者 就 能 推 定 后 者 。 最 常 用 的 标 准 输 入 信 号 有 阶 跃 信 号 和 正 弦信 号 两 种 ， 所 以 传 感 器 的 动 态 特 性 也 常 用 阶 跃 响 应 和 频 率 响应 来 表 示 。 传感
4、器的作用主要是感受和响应规定的被测量，并按一定规律将其转换成有用输出，特别是完成非电量到电量的转换。传感器的组成并无严格的规定。一般说来，可以把传感器看做由敏感元件（有时又称为预变换器）和变换元件（有时又称为变换器）两部分组成， 。敏感元件 在具体实现非电量到电量的变换时，并非所有的非电量都能利用现有的技术手段直接变换为电量，有些必须进行预变换，即先将待测的非电量变为易于转换成电量的另一种非电量。这种能完成预变换的器件称为敏感元件。变换器能将感受到的非电量变换为电量的器件称为变换器，例如，可以将位移量直接变换为电容、电阻及电感的电容变换器、电阻变换器及电感变换器，能直接把温度变换为电势的热电偶
5、变换器。显然，变换器是传感器不可缺少的重要组成部分。在实际情况中，由于有一些敏感元件直接就可以输出变换后的电信号，而一些传感器又不包括敏感元件在内，因此常常无法将敏感元件与变换器加以严格区别。通过本学期的学习让我了解在实际使用中对传感器的选择的要求如下： 1 、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 要进行 个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定.因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小 ;被测位置对传感器体积的要求 ;测量方式为接
6、触式还是非接触式; 信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源 ,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制. 在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指针. 2 、灵敏度的选择 通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好.因为只有灵敏度高时,与被测 量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理.但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度.因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽员减少从外界引入的厂扰信号. 传感器的灵敏度是有方向性的.当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选
7、择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好. 3 、频率响应特性 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应总有 定延迟,希望延迟时间越短越好. 传感器的频率响应高,可测的信号频率范围就宽,而由于受到结构特性的影响,机械系统的惯性较大,因有频率低的传感器可测信号的频率较低. 在动态测量中,应根据信号的特点 ( 稳态、瞬态、随机等 ) 响应特性,以免产生过火的误差. 4 、线性范围 传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围.以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值.传感器的线性范围越宽,则其量程
8、越大,并且能保证一定的测量精度.在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求. 但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的.当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大的方便. 5 、稳定性 传感器使用一段时间后,其性能保持不变化的能力称为稳定性.影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外,主要是传感器的使用环境.因此,要使传感器具有良好的稳定性,传感器必须要有较强的环境适应能力. 在选择传感器之前,应对其使用环境进行调查,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,减小环境的影响.
9、传感器的稳定性有定量指标,在超过使用期后,在使用前应重新进行标定,以确定传感器的性能是否发生变化. 在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合,所选用的传感器稳定性要求更严格,要能够经受住长时间的考验. 6 、精度 精度是传感器的一个重要的性能指针,它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节.传感器的精度越高,其价格越昂贵,因此,传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以,不必选得过高.这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器. 如果测量目的是定性分析的,选用重复精度高的传感器即可,不宜选用绝对量值精度高的; 如果是为了定量分析,必须获得精确的测
10、量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器.传 感 器 的 作 用人 们 为 了 从 外 界 获 取 信 息 ， 必 须 借 助 于 感 觉 器 官 。 而 单靠 人 们 自 身 的 感 觉 器 官 ， 在 研 究 自 然 现 象 和 规 律 以 及 生 产 活动 中 它 们 的 功 能 就 远 远 不 够 了 。 为 适 应 这 种 情 况 ， 就 需 要 传感 器 。 因 此 可 以 说 ， 传 感 器 是 人 类 五 官 的 延 长 ， 又 称 之 为 电五 官 。 新 技 术 革 命 的 到 来 ， 世 界 开 始 进 入 信 息 时 代 。 在 利 用 信息 的 过 程 中 ， 首 先
11、 要 解 决 的 就 是 要 获 取 准 确 可 靠 的 信 息 ， 而传 感 器 是 获 取 自 然 和 生 产 领 域 中 信 息 的 主 要 途 径 与 手 段 。 在 现 代 工 业 生 产 尤 其 是 自 动 化 生 产 过 程 中 ， 要 用 各 种 传感 器 来 监 视 和 控 制 生 产 过 程 中 的 各 个 参 数 ， 使 设 备 工 作 在 正常 状 态 或 最 佳 状 态 ， 并 使 产 品 达 到 最 好 的 质 量 。 因 此 可 以 说， 没 有 众 多 的 优 良 的 传 感 器 ， 现 代 化 生 产 也 就 失 去 了 基 础 。 在 基 础 学 科 研 究
12、 中 ， 传 感 器 更 具 有 突 出 的 地 位 。 现 代 科学 技 术 的 发 展 ， 进 入 了 许 多 新 领 域 ： 例 如 在 宏 观 上 要 观 察 上千 光 年 的 茫 茫 宇 宙 ， 微 观 上 要 观 察 小 到 cm 的 粒 子 世 界 ， 纵向 上 要 观 察 长 达 数 十 万 年 的 天 体 演 化 ， 短 到 s 的 瞬 间 反 应 。此 外 ， 还 出 现 了 对 深 化 物 质 认 识 、 开 拓 新 能 源 、 新 材 料 等 具有 重 要 作 用 的 各 种 极 端 技 术 研 究 ， 如 超 高 温 、 超 低 温 、 超 高压 、 超 高 真 空
13、、 超 强 磁 场 、 超 弱 磁 砀 等 等 。 显 然 ， 要 获 取 大量 人 类 感 官 无 法 直 接 获 取 的 信 息 ， 没 有 相 适 应 的 传 感 器 是 不可 能 的 。 许 多 基 础 科 学 研 究 的 障 碍 ， 首 先 就 在 于 对 象 信 息 的获 取 存 在 困 难 ， 而 一 些 新 机 理 和 高 灵 敏 度 的 检 测 传 感 器 的 出现 ， 往 往 会 导 致 该 领 域 内 的 突 破 。 一 些 传 感 器 的 发 展 ， 往 往是 一 些 边 缘 学 科 开 发 的 先 驱 。 传 感 器 早 已 渗 透 到 诸 如 工 业 生 产 、 宇
14、 宙 开 发 、 海 洋 探 测、 环 境 保 护 、 资 源 调 查 、 医 学 诊 断 、 生 物 工 程 、 甚 至 文 物 保护 等 等 极 其 之 泛 的 领 域 。 可 以 毫 不 夸 张 地 说 ， 从 茫 茫 的 太 空， 到 浩 瀚 的 海 洋 ， 以 至 各 种 复 杂 的 工 程 系 统 ， 几 乎 每 一 个 现代 化 项 目 ， 都 离 不 开 各 种 各 样 的 传 感 器 。 由 此 可 见 传 感 器 技 术 在 发 展 经 济 、 推 动 社 会 进 步 方 面 的重 要 作 用 ， 是 十 分 明 显 的 。 世 界 各 国 都 十 分 重 视 这 一 领
15、域 的发 展 。 相 信 不 久 的 将 来 ， 传 感 器 技 术 将 会 出 现 一 个 飞 跃 ， 达到 与 其 重 要 地 位 相 称 的 新 水 平 。目 前 ， 全 球 的 传 感 器 市 场 在 不 断 变 化 的 创 新 之 中 呈 现 出快 速 增 长 的 趋 势 。 有 关 专 家 指 出 ， 传 感 器 领 域 的 主 要 技 术 将在 现 有 基 础 上 予 以 延 伸 和 提 高 ， 各 国 将 竞 相 加 速 新 一 代 传 感器 的 开 发 和 产 业 化 ， 竞 争 也 将 日 益 激 烈 。 新 技 术 的 发 展 将 重新 定 义 未 来 的 传 感 器 市 场 ， 比 如 无 线 传 感 器 、 光 纤 传 感 器 、智 能 传 感 器 和 金 属 氧 化 传 感 器 等 新 型 传 感 器 的 出 现 与 市 场 份额 的 扩 大 。通过对这门课的学习开阔了我的视野，让我了解了以前没有了解的东西。在韩老师的指导下让我明白了学习要有自觉性，要自己积极主动地去学习。2010 年 6 月 28 日星期一07 级自动化 2 班学号：
