检测技术--长度检测

《检测技术--长度检测》由会员分享，可在线阅读，更多相关《检测技术--长度检测（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第四章 信号检出技术本章学习要求：1.了解传感器的分类 2.掌握常用传感器测量原理1、传感器的定义一、传感器概述能够感受被测量并按照一定规律转换成可 用输出信号的器件或装置。电涡流式传感器超声波传感器传感器名称：发送器、传送器、变送器、 检测器、探头传感器功用：一感二传,即感受被测信息,并传送出去。传感器是测量装置，能完成检测任务； 输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学 量、生物量等； 输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示 等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量； 输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。 2、 传感器的地位和作用人的五官： 眼睛、耳朵、鼻子、舌头、皮

2、肤视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉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。传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至 文物保护等等极其广泛的领域。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。传感器技术在发展经济、推动社会进步等方面起着重要作用。3、传感器的构成 传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行 转换输出。辅助器件对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗

3、匹配，以便于后续仪表接入。 4、传感器的分类分类类法型式说说 明按基本效应应分类类物理型 化学型 生物型采用物理效应进应进 行转换转换 采用化学效应进应进 行转换转换 采用生物效应进应进 行转换转换按构成原理分类类结结构型 物性型以转换转换 元件结结构参数变变化实现实现 信号转换转换 以转换转换 元件物理特性变变化实现实现 信号转换转换按能量关系分类类能量转换转换 型 能量控制型传传感器输输出量直接由被测测量能量转换转换 而来 传传感器输输出量能量由外部能源提供，但受输输入量控制按工作原理分电电阻式 电电容式 电电感式 压电压电 式 磁电电式 热电热电 式 光电电式 光纤纤式利用电电阻参数变变

4、化实现实现 信号转换转换 利用电电容参数变变化实现实现 信号转换转换 利用电电感参数变变化实现实现 信号转换转换 利用压电压电 效应实现应实现 信号转换转换 利用电电磁感应应原理实现实现 信号转换转换 利用热电热电 效应实现应实现 信号转换转换 利用光电电效应实现应实现 信号转换转换 利用光纤纤特性参数变变化实现实现 信号转换转换按输输入量分类类长长度、角度、振动动 、位移、压压力、温度 、流量、距离、速度 等以被测测量命名（即按用途分类类）按输输出量分类类模拟拟式 数字式输输出量为为模拟拟信号（电压电压 、电电流、） 输输出量为为数字信号（脉冲、编码编码 、） 化学传感器：它是由膜电极和电解

5、液灌封 而成。气体浓度信号将电解液分解成阴阳 带电离子，通过电极将信号传出。 它的优点是：反映速度快、准确，稳定性 好、能够定量检测，但寿命较短（大于等 于两年）。 它主要适用于毒性气体的检测，目前国际 上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。连云港出动200余人举行液氯泄漏 反恐预习演练 120名消防员防范 火情 安保使用毒气 检测仪旅客安检要照鞋底 机场实行双重安检 双重安检，即进入候机楼的所有人都要接受安全 检查，旅客在登机前再进行一次安检。实行双重安 检后，需要增加的是进入候机楼时的安检，最慢只 需要40秒左右，并不会耽误乘客登机的很长时间。 记者来到桃仙国际机场，准备从一楼进入候机楼 。

6、刚进入候机楼大门，迎面就看见一位机场安检人 员手拿一块白色薄绵纸，在每一位进入候机楼的乘 客的手上或随身携带的行李上轻轻擦拭一下。随后 ，记者和其他旅客排队等候在事先拦好的警戒区域 内，不过十几秒，记者就被告知可以通过。机场实行双重安检 安检人员告诉记者，白色薄绵纸是用于检测易燃易 爆物品的“试纸”。“这种试纸可以探测出人体、物 品上是否有易燃易爆物品的成份，检查结果在7、8 秒内就可以得出。行李则接受X光检查。被发现的 危险品则要放在防爆罐内，保证绝对安全。” 现场有三种安检仪器可谓安检中的“法宝”，除了 前面提到用来放置危险品的防爆罐外，还有两个奇 怪的“盒子”。一个是放射物体检测仪，一个

7、是生化 毒气检测仪。这两个仪器通过空气就可以检测出几 十米范围内的人体或物品是否含上述成份。其中生 化毒气检测仪还是首次在桃仙国际机场使用。 生物传感器：对生物物质敏感并将其浓度转 换为电信号进行检测的仪器。 传统的传感器中，信号感受器完全是由非生 命物质组成的。而生物传感器与传统的各种 物理传感器和化学传感器的最大区别，在于 生物传感器的感受器中含有生命物质。 例如，将一定的植物细胞或动物细胞作为感觉器， 可以制成各种细胞传感器； 用生物组织作感受器可制成组织传感器（或称为组 织电极）； 将一些特定的细胞器从细胞里分离出来作为感受器 ，可制成细胞器传感器； 将微生物作为感受器可制成生物传感器

8、； 而将生物分子如蛋白质、核酸等作为感受器，更成 为当代生物传感器发展的主流。乙醇传感器 生物传感器可广泛用于食品工业生产中，如对食品 原料、半成品和产品质量的检测，发酵生产中在线监 测等。利用氨基酸氧化酶传感器可测定各种氨基酸（ 包括谷氨酸、L-天冬氨酸、L-精氨酸等十几种氨基酸 ）。食品添加剂的种类很多，如甜味剂、酸味剂、抗 氧化剂等，生物传感器用于食品添加剂的分析已有许 多报道。 鲜度是评价食品品质的重要指标之一，通常用人的感 观检验，但感观检验主观性强，个体差异大，故人们 一直在寻找客观的理化指标来代替。食品新鲜度传感器 新鲜度传感系统由黄嘌噙氧化酶与核苷磷氧化酶的混 合膜和氧化电极构

9、成，该测定能够达到20%。使用这 种传感器已经对比目鱼、鲷鱼、竹荚鱼、狼鲈鱼等的 K值作过测定。另外，如果将IMP、HXR、HX的量辐 射到3轴上（雷达图形）则根据条纹形状还可以从视 觉的角度评价鲜度。现在，欧美诸国都使用组胺酶的量评价新鲜度。组胺 酶是一种能够引起食物中毒的毒素，鱼放得久了就有 可能生成这种东西。今后，在测定时同时使用K值测 定和组胺酶的测定，就能更可靠地确保食品的安全性 。湖北神丹公司的技术人员正在检测蛋品的鲜度 应用： 临床上用免疫传感器等生物传感器来检测体 液中的各种化学成分，为医生的诊断提供依 据； 生物工程产业中用生物传感器监测生物反应 器内各种物理、化学、生物的参

10、数变化以便 加以控制； 环境监测中用生物传感器监测大气和水中各 种污染物质含量； 食品行业中用生物传感器检测食品中营养成 分和有害成分的含量、食品的新鲜程度等。体检只需一滴血 生物芯片是指在固体基片(包括玻片、硅片、尼龙 膜等材料)表面所构建的微型生物化学分析系统， 可以实现对基因、蛋白、细胞和组织进行准确、 快速和大信息量的分析检测。 走进医院的大门，市民不必再一个个科跑来跑去 ，只凭借一滴血液，最多两天就可以查出自己身 上所有犯病的部位，连传染病也不例外 这决不是科幻，10年后，如此一幕将变成现实。 物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物 理性质的变化来实现信号变换的。例如：利用水银的热胀冷

11、缩现象制成水银温度计来测 温；利用石英晶体的压电效应制成压电测力计等 结构型件感器则是依靠传感器结构参数的 变化而实现信号转换的。例如：电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量 变化； 电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感变 化等。 能量转换型传感器是直接由被测对象输入 能量使其工作的。 例如：热电偶温度计、弹性压力计等。 但由于这类传感器是被测对象与传感器之 间的能量传输，必然导致被测对象状态的 变化，而造成测量误差。 能量控制型传感器是从外部供给辅助能量 使其工作的并由被测量来控制外部供给 能量的变化。 例如，电阻应变测量中，应变计接于电桥 上，电桥工作能源由外部供给，而通过被 测量变化

12、所引起应变计的电阻变化来控制 电桥的不平衡程度。传感器的性能要求 无论何种传感器，尽管它们的原理、结构不同 ，使用环境也不尽相同，但基本要求却是相同 的。即：1)灵敏度高输入和输出之间应具有较好的线性关系；2)噪声小，并且具有抗外部噪声的性能；3)滞后、漂移误差小；4)动态特性良好；5)接入测量系统时对被测量产生影响小；6)功耗小，复现性好；7)防水及抗腐蚀等性能好能长期使用；8)结构简单，容易维修和校正；9)低成本，通用性强。传感器选用原则 传感器的灵敏度越高，可以感知的变化量越小， 即被测量稍有微小变化，传感器即有较大的输出 。但灵敏度越高，与测量信号无关的外界噪声也 容易混入，并且噪声也

13、会被放大。因此，对传感 器往往要求有较大的信噪比。 传感器的量程范围是和灵敏度紧密相关的一个 参数。当输入量增大时，除非有专门的非线性校 正措施，否则传感器不应在非线性区域工作更 不能在饱和区域内工作。有些需要在较强的噪声 干扰下进行的测试工作，被测信号叠加干扰信号 后也不应进入非线性区。因此过高的灵敏度会 影响其适用的测量范围。线性范围 任何传感器都有一 定的线性范围，在线性范围内输 出与输入成比例关系。线性范围愈宽，则表明传感 器的工作量程愈大。 为了保证测量的精确度，传感器必须在线性区域内 工作。 例如，机械式传感器的弹性元件，其材料的 弹性极限是决定测量量程的基本因素，超过弹性极 限时

14、将产生非线性误差： 然而任何传感器都不容易保证其绝对线性，在某些 情况下，在许可限度内也可以在其近似线性区域应 用。例如变极距型电容、电感传感器，均采用在初 始间隙附近的近似线性区内工作，因此选用时必须 考虑被测物理量的变化范围，令其非线性误差在允 许范围以内。响应特性 传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽 量保持不失真。实际传感器的响应总有一定 的迟延，但迟延时间越短越好。 一般光电效应、压电效应等物性型传感器， 响应时间短，可工作频率范围宽、而结构型 ，如电感、电容、磁电式传感器等，出于受 到结构特性的影响，其固有频率低。 在动态测量中，传感器的响应特性对测试结 果有直接影响，选用时应充

15、分考虑到被测物 理量的变化特点，如稳态、瞬变、随机等。稳定性 传感器的稳定性是指经过长期使用以后，其输出特性不发 生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。 为了保证稳定性，在选用传感器之前应对使用环境进行调 查，以选择合适的传感器类型。 例如电阻应变式传感器，湿度会影响其绝缘性，从而会影 响其零漂，长期使用会产生蠕变现象。又如，对于变极距 型电容传感器，环境湿度改变或油剂侵人间隙时，会改变 电容器介质的性质。光电传感器的感光表面有灰尘或水泡 时，会改变感光性质。磁电式传感器或霍尔效应元件等， 在电场、磁场中工作时亦会带来测量误差。滑线电阻式传 感器表面有灰尘时将会引入噪声。 在有些机

16、械自动化系统或自动检测装置中，所用的传感器 往往是在比较恶劣的环境下工作灰尘、油剂、温度、振 动等的干扰是很严重的，这时传感器的选用必须优先考虑 稳定性因素。精确度 传感器的精确度表示传感器的输出与被测量的对应 程度。因为传感器处于测试系统的输入端，因此， 传感器能否真实地反映被测量，对整个测试系统具 有直接影响。 然而，传感器的精确度也并非愈高愈好，因为还 要考虑到经济性。传感器精确度愈高，价格越昂贵 ，因此应从实际出发来选择。 首先应了解测试目的，是定性分析还是定量分析 ，如果属于相对比较性的试验研究，只需获得相对 比较值即可，此时对传感器的精确度要求可低些。 然而对于定量分析，为了获得精确量值，传感器必 须有足够高的精确度。二、长度及线位移传感器二、长度及线位移传感器 几何形状是客观世界中最广泛、最具体的 物质形态,