传感器与检测技术1.ppt

沈理工测控教研室 传感器原理 传感器与检测技术 32学时 人机系统的机能对应关系 传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 传感器是获取信息的主要途径与手段。 没有传感器，现代化生产就失去了基础。 传感器是边缘学科开发的先驱。 传感器信息融合的实例 传感器与检测技术概念 ----0.3传感器技术的发展动向 在发展新型传感器中，离不开新工艺的采用。新工艺的含义范围很广，这里主要指与发展新型传感器联系特别密切的微细加工技术。该技术又称微机械加工技术，是近年来随着集成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、分子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术，目前已越来越多地用于传感器领域。 3．新工艺的采用 例如:利用半导体技术制造出压阻式传感器，利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器，日本横河公司利用各向异性腐蚀技术进行高精度三维加工，在硅片上构成孔、沟棱锥、半球等各种开头，制作出全硅谐振式压力传感器。 传感器与检测技术概念 ----0.3传感器技术的发展动向 4．集成化、多功能化 同一功能的多元件并列化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上排列起来，如CCD图像传感器。 多功能一体化，即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件。 把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多种参数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和评价，可反映出被测系统的整体状态。 为同时测量几种不同被测参数，可将几种不同的传感器元件复合在一起，作成集成块。例如一种温、气、湿三功能陶瓷传感器已经研制成功。 传感器与检测技术概念 ----0.3传感器技术的发展动向 5．智能化 对外界信息具有检测、数据处理、逻辑判断、自诊断和自适应能力的集成一体化多功能传感器，这种传感器具有与主机互相对话的功能，可以自行选择最佳方案，能将已获得的大量数据进行分割处理，实现远距离、高速度、高精度传输等。 智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，它的实现取决于传感技术与半导体集成化工艺水平的提高与发展。这类传感器具有多功能、高性能、体积小、适宜大批量生产和使用方便等优点，是传感器重要的发展方向之一。 如，DS18B20、传感器测量系统 传感器与检测技术概念 ----0.4检测技术的定义 什么是检测技术 人们为了了解实验进展，生产过程中的情况，即为 了对自然现象能够进行定性了解或定量掌握的一系列技 术措施。 定性了解：例如生产设备外壳是否带电？ 定量掌握：例如工业熔炉内的温度是多少？等等 技术措施：例如现场信号获取，信号的转换、放大、处理、传输以及显示等各项技术措施。 “没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有利工具。 传感器与检测技术概念 ----0.5检测技术的作用 检测技术在科学实验、生产活动以及各社会活动中得到广泛应用 例： 1、产品检验，是产品质量控制的重要手段； 2、大型机器设备的安全运行检测； 3、自动控制、自动检测系统、自动化装置中不可缺少的组成部分； 4、完善检测技术，推动现代科学技术的不断进步。 传感器的特性 稳定性(零漂) 传感器 温度 供电 各种干扰稳定性 温漂 分辨力 冲击与振动 电磁场 线性 滞后 重复性 灵敏度 输入 误差因素 外界影响 传感器输入输出作用图 输出 取决于传感器本身，可通过传感器本身的改善来加以抑制，有时也可以对外界条件加以限制。 衡量传感器特性的主要技术指标 传感器的特性 ----1.1传感器的静态特性 衡量传感器静态特性的主要指标是： 线性度、 迟滞、 重复性、 分辨力、 稳定性、 温度稳定性、 各种抗干扰稳定性等。 1. 线性度（非线性） 传感器的实际输入-输出曲线（校准曲线）与 拟合直线之间的吻合（偏离）程度。 ——校准曲线与拟合 直线间的最大差值 ——满量程输出值 选定拟合直线的过程，就是传感器的线性化过程。 拟合直线的选定原则：保证尽量小的非线性误差 计算与使用方便 选定拟合直线的方法： （4）最小二乘法：与校准曲线的残差平方和最小 例1-6： 用最小二乘法求拟合直线。（教材） 分别对k和b求一阶导数，并令其=0， 可求出b和k 设拟合直线 残差 （5）硬件线性化方法 原理：以非线性矫正非线性 “以畸制畸” 方