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1、第二章第二章 检测与传感器检测与传感器n n2.1 概述概述n n2.2 线位移检测传感器线位移检测传感器n n2.3 角位移检测传感器角位移检测传感器n n2.4 速度、加速度传感器速度、加速度传感器n n2.5 测力传感器测力传感器n n2.6 传感器的正确选择和使用传感器的正确选择和使用n n2.7 检测信号的采集与处理检测信号的采集与处理2.1 概述概述n n一、定义及分类：一、定义及分类：n n1、定义：传感器是将力、温度、位移、速、定义：传感器是将力、温度、位移、速度等量转换成电信号的元件。度等量转换成电信号的元件。“传感器技传感器技术是机电一体化的第一基础术是机电一体化的第一基础
2、”n n2、分类、分类n n 按能量变换的功能分：按能量变换的功能分：n n 按输出的信号分：按输出的信号分：物理传感器物理传感器物理传感器物理传感器化学传感器化学传感器化学传感器化学传感器 计数型（二次型计数型（二次型计数型（二次型计数型（二次型+ +计数型）计数型）计数型）计数型） 电压，电流型（热电偶电压，电流型（热电偶电压，电流型（热电偶电压，电流型（热电偶,Cds,Cds电池）电池）电池）电池） 电感，电容型（可变电容）电感，电容型（可变电容）电感，电容型（可变电容）电感，电容型（可变电容）有接点型有接点型有接点型有接点型( (微动开关，接触开关，微动开关，接触开关，微动开关，接触开
3、关，微动开关，接触开关， 行程开关行程开关行程开关行程开关) ) 传感器传感器传感器传感器 电阻型（电位器，电阻应变片）电阻型（电位器，电阻应变片）电阻型（电位器，电阻应变片）电阻型（电位器，电阻应变片）非电量型非电量型非电量型非电量型二值型二值型二值型二值型电量电量电量电量无接点型无接点型无接点型无接点型( (光电开关，接近开关光电开关，接近开关光电开关，接近开关光电开关，接近开关) )模拟型模拟型模拟型模拟型数字型数字型数字型数字型代码型（旋转编码器，磁尺）代码型（旋转编码器，磁尺）代码型（旋转编码器，磁尺）代码型（旋转编码器，磁尺）二、传感器的基本特性二、传感器的基本特性n n1. 1.
4、 传感器的静特性传感器的静特性传感器的静特性传感器的静特性n n 传感器的静态特性是指当被测量处于稳定状态传感器的静态特性是指当被测量处于稳定状态传感器的静态特性是指当被测量处于稳定状态传感器的静态特性是指当被测量处于稳定状态下，传感器的输入与输出值之间的关系。传感器下，传感器的输入与输出值之间的关系。传感器下，传感器的输入与输出值之间的关系。传感器下，传感器的输入与输出值之间的关系。传感器静态特性的主要技术指标有：静态特性的主要技术指标有：静态特性的主要技术指标有：静态特性的主要技术指标有：线性度线性度线性度线性度、灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度、迟滞迟滞迟滞迟滞和和和和重复性重复性重复性重复性等
5、。等。等。等。n n(1).(1).线性度线性度线性度线性度n n 传感器的线性度是指传感器实际输出传感器的线性度是指传感器实际输出传感器的线性度是指传感器实际输出传感器的线性度是指传感器实际输出输入特输入特输入特输入特性曲线与理论直线之间的最大偏差与输出满度值性曲线与理论直线之间的最大偏差与输出满度值性曲线与理论直线之间的最大偏差与输出满度值性曲线与理论直线之间的最大偏差与输出满度值之比，即之比，即之比，即之比，即二、传感器的基本特性二、传感器的基本特性(2).(2).灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度 传感器的灵敏度是指传感器在稳定标准条件下，传感器的灵敏度是指传感器在稳定标准条件下，传感器的灵敏度
6、是指传感器在稳定标准条件下，传感器的灵敏度是指传感器在稳定标准条件下，输出量的变化量与输入量的变化量之比，即输出量的变化量与输入量的变化量之比，即输出量的变化量与输入量的变化量之比，即输出量的变化量与输入量的变化量之比，即(3).(3).迟滞迟滞迟滞迟滞 传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中，输出程中，输出程中，输出程中，输出输入特性曲线不重合的程度称为迟滞，输入特性曲线不重合的程度称为迟滞，输入特性曲线不重合的程度称为迟滞，输入特性曲线不重合的程度称为迟滞，
7、迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示 二、二、传感器的基本特性传感器的基本特性(4).(4).重复性重复性重复性重复性 传感器在同一条件下，被测输入量按同一方向作全传感器在同一条件下，被测输入量按同一方向作全传感器在同一条件下，被测输入量按同一方向作全传感器在同一条件下，被测输入量按同一方向作全量程连续多次重复测量时，所得输出量程连续多次重复测量时，所得输出量程连续多次重复测量时，所得输出量程连续多次重复测量时，所得输出输入曲线的输入曲线的输入曲线的输入曲线的不一致程度，称重复性。重复性
8、误差用满量程输出的不一致程度，称重复性。重复性误差用满量程输出的不一致程度，称重复性。重复性误差用满量程输出的不一致程度，称重复性。重复性误差用满量程输出的百分数表示，即百分数表示，即百分数表示，即百分数表示，即近似计算近似计算近似计算近似计算精确计算精确计算精确计算精确计算二、二、传感器的基本特性传感器的基本特性 传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值。零点附近的分辨力称为阈值。零点附近的分辨力称为阈值。零点附近的分辨力称为阈值。
9、传感器在零输入状态下，输出值的变化称为零漂，传感器在零输入状态下，输出值的变化称为零漂，传感器在零输入状态下，输出值的变化称为零漂，传感器在零输入状态下，输出值的变化称为零漂，零漂可用相对误差表示，也可用绝对误差表示。零漂可用相对误差表示，也可用绝对误差表示。零漂可用相对误差表示，也可用绝对误差表示。零漂可用相对误差表示，也可用绝对误差表示。n n2. 2. 传感器的动态特性传感器的动态特性传感器的动态特性传感器的动态特性n n 传感器能测量动态信号的能力用动态特性表示。传感器能测量动态信号的能力用动态特性表示。传感器能测量动态信号的能力用动态特性表示。传感器能测量动态信号的能力用动态特性表示
10、。动态特性是指传感器测量动态信号时，输出对输动态特性是指传感器测量动态信号时，输出对输动态特性是指传感器测量动态信号时，输出对输动态特性是指传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。传感器动态特性的性能指标可以入的响应特性。传感器动态特性的性能指标可以入的响应特性。传感器动态特性的性能指标可以入的响应特性。传感器动态特性的性能指标可以通过时域、频域以及试验分析的方法确定，其动通过时域、频域以及试验分析的方法确定，其动通过时域、频域以及试验分析的方法确定，其动通过时域、频域以及试验分析的方法确定，其动态特性参数如：最大超调量、上升时间、调整时态特性参数如：最大超调量、上升时间、调整时态特性参数
11、如：最大超调量、上升时间、调整时态特性参数如：最大超调量、上升时间、调整时间、频率响应范围、临界频率等。间、频率响应范围、临界频率等。间、频率响应范围、临界频率等。间、频率响应范围、临界频率等。 二、二、传感器的基本特性传感器的基本特性n n1. 1. 新型传感器的开发新型传感器的开发新型传感器的开发新型传感器的开发n n 鉴于传感器的工作机理是基于各种效应和定律，鉴于传感器的工作机理是基于各种效应和定律，鉴于传感器的工作机理是基于各种效应和定律，鉴于传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步发现新现象、采用新原理、开由此启发人们进一步发现新现象、采用新原理、开由此启发人们进一步
12、发现新现象、采用新原理、开由此启发人们进一步发现新现象、采用新原理、开发新材料、采用新工艺，并以此研制出具有新原理发新材料、采用新工艺，并以此研制出具有新原理发新材料、采用新工艺，并以此研制出具有新原理发新材料、采用新工艺，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器，这是发展高性能、多功能、的新型物性型传感器，这是发展高性能、多功能、的新型物性型传感器，这是发展高性能、多功能、的新型物性型传感器，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。总之，传感器低成本和小型化传感器的重要途径。总之，传感器低成本和小型化传感器的重要途径。总之，传感器低成本和小型化传感器的重要途径。总之，传感器正
13、经历着从以结构型为主转向以物性型为主的过程。正经历着从以结构型为主转向以物性型为主的过程。正经历着从以结构型为主转向以物性型为主的过程。正经历着从以结构型为主转向以物性型为主的过程。三、传感器的发展方向三、传感器的发展方向n n2. 2. 传感器的集成化和多功能化传感器的集成化和多功能化传感器的集成化和多功能化传感器的集成化和多功能化n n 随着微电子学、微细加工技术和集成化工艺等随着微电子学、微细加工技术和集成化工艺等随着微电子学、微细加工技术和集成化工艺等随着微电子学、微细加工技术和集成化工艺等方面的发展，出现了多种集成化传感器。这类传方面的发展，出现了多种集成化传感器。这类传方面的发展，
14、出现了多种集成化传感器。这类传方面的发展，出现了多种集成化传感器。这类传感器，或是同一功能的多个敏感元件排列成线性、感器，或是同一功能的多个敏感元件排列成线性、感器，或是同一功能的多个敏感元件排列成线性、感器，或是同一功能的多个敏感元件排列成线性、面型的阵列型传感器；或是多种不同功能的敏感面型的阵列型传感器；或是多种不同功能的敏感面型的阵列型传感器；或是多种不同功能的敏感面型的阵列型传感器；或是多种不同功能的敏感元件集成一体，成为可同时进行多种参数测量的元件集成一体，成为可同时进行多种参数测量的元件集成一体，成为可同时进行多种参数测量的元件集成一体，成为可同时进行多种参数测量的传感器；或是传感
15、器与放大、运算、温度补偿等传感器；或是传感器与放大、运算、温度补偿等传感器；或是传感器与放大、运算、温度补偿等传感器；或是传感器与放大、运算、温度补偿等电路集成一体具有多种功能电路集成一体具有多种功能电路集成一体具有多种功能电路集成一体具有多种功能实现了横向和纵实现了横向和纵实现了横向和纵实现了横向和纵向的多功能。向的多功能。向的多功能。向的多功能。三、传感器的发展方向三、传感器的发展方向n n3. 3. 传感器的智能化传感器的智能化传感器的智能化传感器的智能化n n “ “电五官电五官电五官电五官” ”与与与与“ “电脑电脑电脑电脑” ”的相结合，就是传感器的相结合，就是传感器的相结合，就是
16、传感器的相结合，就是传感器的智能化。智能化传感器不仅具有信号检测、转的智能化。智能化传感器不仅具有信号检测、转的智能化。智能化传感器不仅具有信号检测、转的智能化。智能化传感器不仅具有信号检测、转换功能，同时还具有记忆、存储、解析、统计处换功能，同时还具有记忆、存储、解析、统计处换功能，同时还具有记忆、存储、解析、统计处换功能，同时还具有记忆、存储、解析、统计处理及自诊断、自校准、自适应等功能。如进一步理及自诊断、自校准、自适应等功能。如进一步理及自诊断、自校准、自适应等功能。如进一步理及自诊断、自校准、自适应等功能。如进一步将传感器与计算机的这些功能集成于同一芯片上，将传感器与计算机的这些功能集成于同一芯片上，将传感器与计算机的这些功能集成于同一芯片上，将传感器与计算机的这些功能集成于同一芯片上，就成为智能传感器。就成为智能传感器。就成为智能传感器。就成为智能传感器。三、传感器的发展方向三、传感器的发展方向2.2 线位移检测传感器线位移检测传感器n n一、光栅位移传感器一、光栅位移传感器一、光栅位移传感器一、光栅位移传感器n n二、感应同步器二、感应同步器n n三、磁栅位移传感器三、磁
