传感器的一般特性.pptxVIP

2024-01-31

传感器的一般特性

传感器基本概念与分类

传感器基本特性参数

传感器工作原理与结构

传感器性能指标评价方法

传感器信号处理与接口技术

传感器发展趋势与挑战

目录

01

传感器基本概念与分类

传感器是一种能够感知外部环境或内部状态变化，并将这些变化转换成可测量、可利用的电信号或其他形式信号的装置。

定义

传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节，它能够将各种非电学量（如物理量、化学量、生物量等）转换为电学量，以便于后续的处理、传输、显示、记录和控制。

作用

类型

根据感知原理和工作方式的不同，传感器可分为电阻式、电容式、电感式、压电式、热电式、光电式、磁电式、气敏式、湿敏式、力敏式、声敏式、放射线式、酶式等多种类型。

特点

不同类型的传感器具有不同的特点，如灵敏度、精度、线性度、稳定性、可靠性、响应速度、抗干扰能力等。这些特点决定了传感器的性能和应用范围。

应用领域

传感器广泛应用于工业自动化、农业现代化、航空航天、军事国防、智能交通、智能家居、医疗健康、环境监测等领域。

市场需求

随着物联网、人工智能等技术的快速发展，传感器市场需求不断增长。同时，对传感器性能的要求也越来越高，如高精度、高可靠性、低功耗、智能化等。未来，传感器市场将呈现出更多元化、个性化、智能化的发展趋势。

02

传感器基本特性参数

迟滞

传感器在正反行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度，反映了传感器机械部分存在的摩擦、间隙、松动或积尘等因素对测量结果的影响。

灵敏度

传感器输出量与被测量之间的比值，表示传感器对被测量的响应能力。

线性度

传感器输出与输入之间的线性关系程度，决定了传感器的测量精度。

重复性

在相同条件下，对同一被测量进行多次测量时，传感器输出量之间的一致性程度。

频率响应

阻尼比

固有频率

瞬态响应

01

02

03

04

传感器对动态信号的响应能力，决定了传感器能够测量的信号频率范围。

传感器系统的阻尼程度，影响传感器的振荡幅度和衰减速度。

传感器系统的固有振荡频率，与传感器的结构和材料有关。

传感器对突变信号的响应速度和稳定时间，反映了传感器的动态性能。

传感器在不同温度条件下的输出稳定性，决定了传感器的使用温度范围。

传感器在电磁干扰、机械振动等外部干扰下的工作稳定性。

传感器的密封性能，决定了传感器能否在潮湿、腐蚀等恶劣环境下正常工作。

传感器的平均无故障工作时间，反映了传感器的整体质量和稳定性。

温度稳定性

抗干扰能力

密封性

可靠性

03

传感器工作原理与结构

输入

标题

电容式传感器

电阻式传感器

利用电阻应变片将应变转换为电阻变化，从而测量力、压力、位移等物理量。

基于压电效应，将机械能转换为电能，实现力、压力、加速度等非电物理量的测量。

利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感系数或互感系数的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，从而测量出被测非电量。

将被测量（如位移、压力等）的变化转换成电容量变化的一种传感器，广泛应用于压力、位移、振动等测量中。

压电式传感器

电感式传感器

敏感元件

转换元件

测量电路

辅助电源

直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量的元件。

将转换元件输出的电路参量进行进一步转换和处理，以便于显示、记录、传输和处理。

将敏感元件输出的物理量转换为电路参量（如电压、电流、频率等）。

为传感器提供所需的工作电源。

敏感元件

转换元件

测量电路

辅助电源

作为传感器的核心部件，其性能直接影响到传感器的测量精度和稳定性。因此，敏感元件需要具有高灵敏度、高精度、高稳定性等特点。

将敏感元件输出的物理量转换为电路参量，是实现传感器测量的重要环节。转换元件的性能也直接影响到传感器的整体性能。

对转换元件输出的电路参量进行进一步的处理和转换，以便于后续的显示、记录、传输和处理。测量电路的设计需要考虑到信号的稳定性、抗干扰能力等因素。

为传感器提供稳定的工作电源，确保传感器在正常工作条件下能够稳定、可靠地工作。辅助电源的选择需要考虑到传感器的功耗、电源电压范围等因素。

04

传感器性能指标评价方法

在无输入信号时，传感器输出端存在的非零电压或电流值。

零点误差

灵敏度误差

线性度误差

重复性误差

传感器实际灵敏度与标称灵敏度之间的差异。

传感器输出与输入之间非线性关系的程度，通常用端点连线法、最小二乘法等方法评定。

在相同条件下，对同一被测量进行多次连续测量时，传感器输出值之间的不一致程度。

传感器对不同频率输入信号的响应能力，通常用幅频特性和相频特性来描述。

频率响应特性

传感器对突变输入信号的响应速度，包括上升时间、响应时间、超调量等指标。

时间响应特性

描述传感器动态响应过程中振荡衰减的快慢程度。

阻尼比

长期稳定性测试

短期稳定性测试

可靠性测试

失效分析

在短时