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传感器的共性关键技术

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30项关键共性技术

30项关键共性技术

一、30项关键共性技术：根据浙江各主要行业的技术水平及其在我省经济社会发展中的地位，结合当代科学技术发展的发展趋势，围绕重点产业技术创新重点，突破30项关键共性技术，提升自主创新能力，实现产业升级。

具体的产业或行业技术创新重点和关键共性技术如下。

（一）电子信息产业技术创新重点开发以系统级芯片为重点的专用集成电路；开发嵌入式软件、软件中间件、信息化支撑软件、信息安全及行业应用软件；开发以新一代移动通信系统、下一代网络、光通信产品、宽带接入设备、智能网系统为代表的网络及通信产品；开发高清晰度数字电视、音视频监控产品、流媒体应用技术产品及数字摄录放产品；开发光电子器件、片式元器件、频率器件等新型电子元器件及应用电子产品。

关键共性技术：计算机及软件开发应用技术；通信与网络技术；应用电子技术；新型电子元器件技术。

（二）医药工业技术创新重点开发定向合成、手性合成、生物工程等新型药物，开发药物的质控技术；开发中药提取、浓缩、杂质控制等新技术；开发仿制药物的工艺创新、晶型创新和剂型创新的新技术；开发基因工程药物、生化诊断试剂和生物疫苗，开发针对神经系统、肿瘤、心血管系统、艾滋病、慢性乙肝及免疫缺陷等重大疾病的多肽、蛋白质和核酸类生物技术产品；开发一批生物工程原料药；开发新型药用辅料和医疗器械。

关键共性技术：生物工程技术；手性合成技术；新型辅料的开发生产应用技术。

（三）新材料产业技术创新重点开发高档磁性材料、半导体材料、压电晶体材料、电子陶瓷材料、微纳电子材料、信息传输线等电子信息新材料，工程塑料，纳米材料和其它特种新材料；在我省具有竞争优势的磁性材料、合金材料、包装材料、氟（硅）等化工材料等领域里取得技术上的实质性突破，掌握一批拥有自主知识产权的核心技术。

关键共性技术：纳米材料的应用技术。

（四）化学工业技术创新重点开发氟精细化学品、高端氟聚合物，有机硅单体、硅油、硅橡胶、硅烷偶联剂；开发高效低毒、安全的化学和生物农药新品种以及农药新剂型；开发高效催化剂，各类新型助剂，高档颜料、染料、涂料和农药、医药中间体；开发电子化学品、食品添加剂、饲料添加剂、造纸化学品、生物化学品、粘合剂等新领域精细化工产品。

机电一体化系统的基本概念和基本构成共性关键技术以及发展

机电一体化系统的基本概念和基本构成共性关键技术以及发展

机电一体化系统的基本概念和基本构成共性关键技术以及发展机电一体化系统的基本构成包括机械结构、电气系统、控制系统和信息系统。

其中，机械结构是整个系统的物理基础，包括各种机械部件和装置；电气系统则负责提供与机械结构相应的电力能源和能量转换；控制系统通过感知、决策和执行三个过程，实现对机械结构和电气系统的控制；信息系统负责处理和管理系统中产生的各种数据和信息。

1.传感与感知技术：传感器用于感知机械结构和电气系统的状态和参数，并将其转化为可供控制系统处理的信号。

常见的传感器有温度传感器、压力传感器、速度传感器等。

2.信号与信息处理技术：通过对传感器采集到的信号进行采样、滤波、放大、调理等处理，提取有用的信息，并进行信号分析和处理，为控制系统提供准确的输入信号。

3.控制与决策技术：控制系统根据传感器提供的信号和经过信号处理的信息，通过控制算法对机械结构和电气系统进行控制和调节。

决策技术包括对系统当前状态的分析和判断，以及根据系统的要求和约束进行决策的能力。

4.执行与操作技术：执行与操作技术包括执行机构和执行器的设计、选择和控制。

执行机构负责根据控制信号执行相应的动作，执行器则负责将电气信号转化为机械动作。

5.通信与网络技术：通信与网络技术用于实现机械结构、电气系统、控制系统和信息系统之间的数据传输和交互。

常见的通信方式包括有线通信和无线通信。

1.集成化与智能化：随着科技的发展，机电一体化系统越来越趋向于集成化与智能化，即将机械结构、电气系统、控制系统和信息系统集成在一起，并通过智能算法实现对系统的自动控制和优化调节。

2.网络化与远程监控：通过网络技术，可以实现机械设备的远程监控和远程操控。

这样可以提高系统的运行效率，减少维护成本，同时也方便了对系统的管理和维护。

3.精密化与高效化：精密化是指机械结构和电气系统的精度和响应速度不断提高，从而提高系统的定位精度和运行效率。

高效化则是指系统在保证精确性的基础上，通过优化设计和控制算法，实现能源的高效利用和减少能量消耗。

智能传感器 关键技术 卡脖子 重点发展的11个技术方向和建议

智能传感器 关键技术 卡脖子 重点发展的11个技术方向和建议

智能传感器关键技术卡脖子重点发展的11个技术方向和建议智能传感器是一种能够感知环境并收集相关数据的设备。

随着物联网和智能设备的普及，智能传感器的需求也越来越大。

以下是智能传感器关键技术的11个重点发展方向和建议：1. 多模态传感技术：考虑到不同环境下的传感需求，智能传感器应具备多模态传感技术，以适应多样化的场景。

2. 能耗优化技术：智能传感器通常需要长时间连续工作，因此应发展能耗优化技术，延长传感器的使用寿命。

3. 高精度测量技术：对于某些应用，如工业生产和医疗设备，智能传感器需要具备高精度测量能力，以确保数据的准确性。

4. 大数据处理技术：智能传感器收集的数据量庞大，需要发展适应大数据处理的技术，以提高数据的分析效率和准确性。

5. 低成本制造技术：为了推广应用，智能传感器需要发展低成本制造技术，以降低产品成本，提高市场竞争力。

6. 网络通信技术：智能传感器需要具备网络通信能力，以实现与其他设备的连接和数据共享。

7. 数据安全与隐私保护技术：智能传感器涉及大量的用户数据，需要发展数据安全和隐私保护技术，确保用户数据的安全性和机密性。

8. 自适应感知技术：智能传感器应具备自适应感知能力，能够根据环境变化自动调整传感参数和采样频率。

9. 高可靠性设计技术：智能传感器常常需要在恶劣环境中工作，需要发展高可靠性设计技术，提高传感器的稳定性和耐用性。

10. 多级信号处理技术：智能传感器的信号通常需要经过多级处理，以提取出有用的信息，需要发展相应的多级信号处理技术。

11. 规范标准和产业链建设：智能传感器的推广离不开规范标准的制定和产业链的建设，需要加强标准化工作和产学研结合，形成完整的产业生态系统。

传感器原理及应用试题库--内含答案

传感器原理及应用试题库--内含答案

传感器原理及应用试题库--内含答案一、填空题（每题3分）1、传感器静态性是指传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传Yma某感器的静态特性。

某100%L2、静态特性指标其中的线性度的定义是指S。

YFYK3、静态特性指标其中的灵敏度的定义是指某4、静态特性指标其中的精度等级的定义式是传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数，即A＝ΔA/YFS＊100％。

CNMK5、最小检测量和分辨力的表达式是Hma某Hma某100%或100%HH2YS6、我们把YFFS叫传感器的迟滞。

23100%KS。

7、传感器是重复性的物理含意是YF零漂＝Y0100%8、传感器是零点漂移是指Y。

SF ma某100%TS。

9、传感器是温度漂移是指YF10、传感器对随时间变化的输入量的响应特性叫传感器动态性。

11、动态特性中对一阶传感器主要技术指标有时间常数12、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有固有频率、阻尼比。

13、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有固有频率、阻尼比。

14、传感器确定拟合直线有切线法、端基法和最小二乘法3种方法。

15、传感器确定拟合直线切线法是将过实验曲线上的初始点的切线作为按惯例直线的方法16、传感器确定拟合直线端基法是将把传感器校准数据的零点输出的平均值a0和滿量程输出的平均值b0连成直线a0b0作为传感器特性的拟合直线17、传感器确定拟合直线最小二乘法是用最小二乘法确定拟合直线的截距和斜率从而确定拟全直线方程的方法18、确定一阶传感器输入信号频率范围的方法是由一阶传感器频率传递函数ω(jω)=K/(1+jωτ),确定输出信号失真、测量结果在所要求精度的工作段，即由B/A=K/(1+(ωτ)2)1/2,从而确定ω，进而求出f=ω/(2π)。

19、确定一阶传感器输入信号频率范围的方法是由一阶传感器频率传递函数ω(jω)=K/(1+jωτ),确定输出信号失真、测量结果在所要求精度的工作段，即由B/A=K/(1+(ωτ)2)1/2,从而确定ω，进而求出f=ω/(2π)。

42870《传感器与检测技术(第2版)》胡向东(书中课后习题解答)

42870《传感器与检测技术(第2版)》胡向东(书中课后习题解答)


又
2 2f 200 T ，所以： 0 0.523ms
取 0.523ms ， 2f 2 50 100
1 1 ( ) 2 幅值误差： A( ) 1
所以有： 1.32% A() 0
1 100% 1.32%
0 t<0 x(t) { 1 t0 单位阶跃信号：
X(s) L[x(t)] x(t)e st d t
0
进行拉氏变换：
1 s
H(s)
一阶系统传递函数：
Y(s) 1 X(s) 1 s
1 1 1 1 s s s s 1
t /
Y(s) H(s) X(s)
解：①非线性误差： 取六次测量结果的平均值作为输出测量值，即
x :0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
y :0.64 4.04 7.47 10.93 14.45
设拟合直线方程为： y a0 a1 x
0.64 4.04 L 7.47 10.93 14.45 则
0.10 14.45
ˆ ：0.604 4.055 y
7.506 10.957 14.408 0.036 0.027 0.042

∴
：0.036
0.015
Lmax 0.042
∴非线性误差为： L ②迟滞误差： 第一循环： 第二循环: 第三循环： ∴
0.042 100% 0.3% 14.5 0.5
Rmax 0.08 100% 100% 0.5714% yFS 14
4
《传感器与检测技术(第 2 版)》习题参考答案(20150914 版)

共性关键技术

共性关键技术

机电一体化是各种技术相互渗透的结果，其发展所面临的共性关键技术可以归纳为精密机械技术、检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、接口技术和系统总体技术等七方面。（一）精密机械技术 机电一体化产品对机械部分要求具有更新颖的结构、更小的体积、更轻的重量，还要求精度更高、刚度更大、动态性能更好、热变形小、磨损小等。特别是关键部件，如导轨、滚珠丝杠、轴承、传动部件等的材料、精度对机电一体化产品的性能、控制精度影响极大。（二）检测传感技术 检测传感技术是机电一体化的关键技术，它将所测得的各种参量如位移、位置、速度、加速度、力、温度、酸度和其他形式的信号等转换为统一规格的电信号输入到信息处理系统中，并由此产生出相应的控制信号以决定执行机构的运动形式和动作幅度。传感器检测的精度、灵敏度和可靠性将直接影响到机电一体化的性能。 机电一体化系统要求传感装置能快速、精确、可靠地获取信息，而且价格低廉。目前，人们正在探索新的传感机理，开发各种传感功能的敏感材料，提高传感器的灵敏度、可靠性、抗干扰等技术；信息型、智能型传感器的研究；新型传感器，如模糊传感器、光纤传感器、模式识别用传感器等的研究；传感器结构、制造工艺的开发研究等。（三）信息处理技术 信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、运算、存储及输出技术，它们大都是依靠计算机来进行的，因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。机电一体化系统中主要采用工业控制机（包括可编程控制器，单、多回路调节器，单片微控器，总线式工业控制机，分布式计算机测控系统等）进行信息处理。 信息处理技术方面尚需研究开发的课题有：提高硬件制造工艺，保证产品的可靠性；提高信号处理速度；研究汉字输入! 输出装置；人" 机接口装置信息处理的智能化；软盘机、可编程控制器的标准化等。（四）自动控制技术 自动控制技术就是通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。机电一体化系统中自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、模糊控制、自适应控制等。 主要以传递函数为基础，研究单输入、单输出一类线性自动控制系统分析与设计问题的古典控制技术发展较早，且已日臻成熟。现代控制技术主要以状态空间法为基础，研究多输入、多输出、参变量、非线性、高精度、高效能等控制系统的分析和设计问题。最优控制、最佳滤波、系统识别、自适应控制等都是这一领域研究的重要课题。（五）伺服驱动技术 伺服驱动技术主要是指在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。执行机构主要包括电磁铁、伺服电动机、步进电动机、液压电动机、液压缸、气缸等。（六）接口技术 接口技术是将机电一体化产品的各个部分有机地连接成一体。中央控制器发出的指令必须经过接口设备的转换才能变成机电一体化产品的实际动作。而由外部输入的检测信号也只有先通过接口设备才能为中央控制器所识别。（七）系统总体技术 系统总体技术是从整体目标出发，用系统的观点和方法，把系统分成若干功能的子系统，对于每个子系统的技术方案都首先从实现整个系统技术协调的观点来考虑，对于子系统与子系统之间的矛盾都要从总体协调的需要来选择解决的方案。机电一体化系统是一个技术综合体，利用系统总体技术将各种有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最优化。

光电传感器应用技术答案

光电传感器应用技术答案【篇一：传感器课后答案】是传感器？传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

1.2传感器的共性是什么？传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。

1.3传感器由哪几部分组成的？由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。

1.4传感器如何进行分类？（1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。

（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。

（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。

（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。

（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。

（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。

1.5传感器技术的发展趋势有哪些？（1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？（1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制 (5)稳定性处理第2章传感器的基本特性2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。

主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。

2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。

常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。

传感器的五个紧要技术指标及工作原理

传感器的五个紧要技术指标及工作原理传感器的五个紧要技术指标一、传感器的静态特性: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。

由于这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紧要参数有：线性度、灵敏度、辨别力和迟滞等。

二、传感器的动态特性: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，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。

这是由于传感器对标准输入信号的响应简单用试验方法求得，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确定的关系，往往知道了前者就能推定后者。

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。

三、传感器的线性度:通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。

在实际工作中，为使具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线貌似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个貌似程度的一个性能指标。

拟合直线的选取有多种方法。

如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线四、传感器的灵敏度:灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。

它是输出一输入特性曲线的斜率。

假如传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。

否则，它将随输入量的变化而变化。

灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。

例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。

当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。

提高灵敏度，可得到较高的测量精度。

但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。

传感器的共性关键技术


x2 为干扰变量，相对于其基准值的变化量为 x2
则被测量和干扰变量共同作用的函数为
f ( x1 x1, x2 x2 )
只有干扰变量作用的函数为
f ( x1, x2 x2 )
将它们分别在 、 2 x1 x附近展开，忽略高阶项
23
f f f x1 x1 , x2 x2 f x1 , x2 x1 x2 x1 x2
1 2 f 2 f 2 f 2 2 2 x1 2 x1 x2 2 x2 2 x1 x1x2 x2
f 1 2 f 2 f x1 , x2 x2 f x1 , x2 x2 x2 2 x2 2 x2
R cos(t ) ，把它们同时输至同步检波器。
同步检波器是一种乘法器，其输出为
RS(t )[cos cos(2t )]/ 2
2
，再通过低通滤波器滤除
交流分量后，就可得到 RS(t ) cos 信号。 0
时，输出为最大。
由于干扰信号是不规则的，其频率也往往不同于 被测信号，通过低通滤波器可基本消除干扰对输出的 影响。
2
1
能量变换基本型
特点：传感器从被测对象本身获得能量，不需 外加电源，敏感元件就是能量变换元件，属能 量变换型的传感器，也称有源型传感器。对被 测对象有负荷效应。输出信号一般比较微弱。
3

2 辅助能源型 对某些敏感元件与传感元件合二为一构成的传感 器，为了增加其抗干扰能力、提高稳定性或取出 电信号而对其施加了电源，或因工作原理需要而 使用固定磁场。 它们输出的能量是从被测对象上获得的，仍是能 量变换型传感器。所采用的电源或磁场称为辅助 能源或偏压源。 例子：光电管、光敏二极管、磁电感应式传感器、 霍尔式传感器等。

传感器智能化的技术途径

传感器智能化的技术途径传感器在现代社会中扮演着至关重要的角色，它们可以感知环境中的各种物理量和化学量，并将这些信息转化为电信号或其他形式的信息。

随着科技的不断发展，传感器的智能化已经成为一个不可逆转的趋势。

那么，要实现传感器的智能化，有哪些技术途径呢？1. 传感器互联网技术传感器互联网技术是传感器智能化的重要途径之一。

通过将传感器连接到互联网上，可以实现传感器之间的数据共享和交互，从而形成更加智能的传感器网络。

传感器互联网技术可以提高传感器系统的整体性能，使其更加智能化、高效化和可靠化。

2. 人工智能技术人工智能技术是实现传感器智能化的关键技术之一。

通过将人工智能技术应用于传感器系统中，可以使传感器具有更加智能的感知、识别和判断能力。

例如，利用深度学习算法对传感器获取的数据进行分析和处理，可以实现对环境中各种物理量和化学量的智能感知和识别。

3. 物联网技术物联网技术是传感器智能化的另一个重要途径。

物联网是一种通过互联网连接各种设备和传感器的技术，可以实现设备之间的智能互联和数据共享。

通过将传感器连接到物联网平台上，可以实现对传感器数据的集中管理和监控，从而使传感器系统更加智能化和高效化。

4. 大数据技术大数据技术是实现传感器智能化的关键技术之一。

传感器系统产生的数据量巨大，如何高效地处理和分析这些数据是传感器智能化的关键问题。

通过应用大数据技术，可以实现对传感器数据的高效管理、挖掘和分析，从而为传感器系统的智能化提供技术支持。

5. 云计算技术云计算技术可以为传感器系统的智能化提供强大的计算和存储基础。

传感器产生的海量数据可以通过云计算平台进行高效存储和处理，实现对传感器系统的数据管理和分析。

云计算技术还可以为传感器系统提供弹性和灵活性，使其更加智能化和高效化。

总结而言，传感器智能化的技术途径涵盖了传感器互联网技术、人工智能技术、物联网技术、大数据技术和云计算技术等多个方面。

通过综合运用这些技术，可以实现对传感器系统的智能化改造，提高其感知、识别和判断能力，从而为智能城市、智能工厂等领域的发展提供技术支持。

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28
7.2.5 同步方式 同步方式利用被测信号与干扰信号在时间域上的 某些区别来完成对信号的选择。 当被测信号与干扰信号出现的时间不同时，可在 信号出现的时间段内读取信号；当被测信号夹杂 并淹没在干扰信号中时，如果已知被测信号的频 率或周期，则可采用同步检波法来选择信号。
29
设被测信号为 S (t ) cost ，选用标准信号为
2 f 2 f 2 x1 2 x1 x2 x1 x1x2
27
7.2.4 滤波方式 滤波方式利用被测信号与干扰信号在频率域内的 差别，亦即被测信号与干扰信号的频率范围不同， 对信号进行选择。 通常采用各种滤波器，如机械式滤波器、模拟滤 波电路、数字滤波器等来实现。 当被测信号与干扰信号在同一频率范围内时，可 先对被测信号进行调制，将其移到别的频率范围 内，然后用滤波方式对信号进行选择。例如，通 过对莫尔条纹信号的调制，可消除温度等低频干 扰的影响。
12
13


7.1.5 差动结构型 差动结构是传感器学科很有特色的一种技术。采 用差动结构可以提高传感器的灵敏度和线性度、 减小环境等共模干扰因素的影响。差动结构是用 两个性能完全相同的传感元件同时感受相同的环 境量和方向相反的被测量。 例子：差动电阻应变式传感器、差动电容式传感 器、差动电感式传感器等。当用压电元件测量压 力时，如果其加速度效应的影响不可忽略，则需 采用两个压电元件反极性安装构成差动型，以补 偿加速度的影响，同时提高了传感器的灵敏度。
30



当被测信号为规则信号，并已知其周期时，可采 用同步迭加平均法将淹没在干扰中的被测信号检 测出来。 同步迭加平均法原理是在时间轴上按被测信号的 周期分段，并以相同起始点进行N次相加，即将被 测信号放大N倍，干扰信号因其随机性只被放大 N 倍，因此信噪比提高了 N 倍，使淹没在不规则干 扰中的信号得以检测出来。 同步迭加平均法所需设备比同步检波法复杂。
气 敏
湿 敏
MOS气敏元件、热传导元件、半导体气敏电阻元件、浓差电池、红外吸收式
MOS湿敏元件、电解质（如LiCl）湿敏元件、高分子电容式湿敏元件、高分子电阻式 湿敏元件、热敏电阻式、CFT湿敏元件
物质敏
固相化酶膜、固相化微生物膜、动植物组织膜、离子敏场效应晶体管（ISFET）
18
7.2 传感器的信号获取方式
10
11
7.1.4 参比补偿型 为了消除环境条件变化如温度变化、电源电压波 动等对检测精度的影响，采用两个性能完全相同 的传感元件，其中一个传感元件感受被测量和环 境条件量，另一个只感受环境条件量而作为补偿 用，以达到消除或减小环境干扰的影响，这种组 合形式称为参比补偿型。 例如电阻应变式传感器构成参比补偿型时，则将 其两个(或两个以上)传感元件(一个为工作片，另 一个为补偿片)同时接到电桥电路的相邻两臂，就 能对温度、电源电压等变化的影响起到补偿或消 除作用。
y1 f1 ( x1, x2 ,, xn , u1, u2 , ur )
19
为使输入 x1 与输出 y1 一一对应，必须使 x1 以外的变量固定不变，或即使有变化，对 y1 也不产生影响或影响很小可以忽略。 换言之，必须确保传感器对信号具有良好的选择性。
20
7.2.1 固定方式 指在检测过程中把除被测量以外的其它影响输出 量的变量固定为恒值。 例，使用热电偶测温，首先应严格控制热电偶材 料的成分、纯度；测温过程中将其冷端温度固定 为冰点；将热电偶插入保护管内，避免环境条件 和周围气氛影响，使材料成分随时间变化为零。 又如，使用位移式传感器时，要求其传递位移部 分的机械结构应坚固，不允许有变形和挠曲。
16
17
功 能 力、压力转 换为 应变或位移 位 移
主 要
敏 感 元
件
弹性元件（有环式、梁式、圆柱式、膜片式、波纹膜片式、膜盒、波纹管、弹簧管）
电位器、电感、电容、差动变压器、电涡流线圈、容栅、磁栅、感应同步器、霍尔元 件、光栅、码盘、应变片、光纤、陀螺
力 敏
热 敏 光 敏 磁 敏 声 敏 射线敏
4
5
3
能量控制基本型 敏感元件与传感元件合二为一构成，但需用外加 电源才能将被测非电量转换成电压等电量输出。 典型例子：声表面波传感器、差动变压器式位移 传感器、感应同步器、离子敏场效应晶体管、电 化学电解电池传感器等。 特点是：需外加电源，输出能量可大于被测对象 所输入的能量。
6
7
7.1.2 电路参数型 由敏感元件、包含该敏感元件在内的信号调理电 路、电源组成。 特点：传感元件将输入非电信号转换为电阻抗参 数；电源向包含有传感元件的信号调理电路提供 能量，从而输出电压或电流，因此属于能量控制 (或称调制)型；输出能量远大于输入能量； 利用热平衡或传输现象中的二次效应的传感器均 属此类。第二章、第三章、第四章所述的传感器 基本上都属于电路参数型传感器，例如电阻应变 片、自感传感器、电涡流传感器、电容传感器、 气敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻、热敏电阻等。
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7.3 提高传感器性能的若干技术途径
7.3.1 合理选择结构、材料与参数 应根据实际的、具体的测量需要，在确保实现主 要指标的前提下，放宽对次要指标的要求，提高 性能价格比。 在设计传感器时合理选择其结构、材料、参数是 保证其具有良好性能价格比的前提。 对于任何一种产品，设计阶段是其产品周期的起 点。假设某种缺陷在设计阶段及时发现可以用一 倍的代价弥补的话，那么在小批量试生产阶段才 发现该缺陷则需要十倍的代价去弥补，而在大批 量生产阶段要弥补该缺陷则将需要百倍的代价。
第7章 传感器的共性关键技术
7.1传感器的构成方法 7.2 7.3 7.4 7.5 传感器的信号获取方式 提高传感器性能的若干技术途径 传感器系统温度漂移的硬件补偿 采用数字化技术改进传感器系统的性能
7.6 传感器系统抗干扰技术 7.7 测量不确定度评定
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7.1传感器的构成方法


传感器的构成方法，是研究如何用现有的传感原 理构成各种具体传感器的科学方法。通过敏感元 件、传感元件、信号调理电路之间的科学组合， 达到检测各种参数的目的。 7.1.1 基本型 在基本型中，敏感元件与传感元件合二为一。它 包括： 能量变换基本型 辅助能源型和 能量控制基本型
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如果函数 f ( x1, x2 ) 可表达为
f ( x1, x2 ) a1 f1 ( x1 ) a2 f 2 ( x2 )
则
f 1 2 f 2 f x1 x1 , x2 x2 f x1 , x2 x2 x1 x1 2 x1 2 x1
1 2 f 2 f 2 f 2 2 2 x1 2 x1 x2 2 x2 2 x1 x1x2 x2
f 1 2 f 2 f x1 , x2 x2 f x1 , x2 x2 x2 2 x2 2 x2
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7.2.2 补偿方式 在补偿方式中，利用被测量和干扰变量共同作用 的函数量和只有干扰变量作用的函数量之差或之 比来消除干扰变量对测量精度的影响。 相对于被测量，如果干扰变量的作用效果是相加 的，则取其差来进行补偿，如果是相乘的，则取 其比进行补偿。
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设
x1 为被测量，相对于其基准值的变化量为 x1
x2 为干扰变量，相对于其基准值的变化量为 x2
则被测 x2 )
只有干扰变量作用的函数为
f ( x1, x2 x2 )
将它们分别在 、 2 x1 x附近展开，忽略高阶项
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f f f x1 x1 , x2 x2 f x1 , x2 x1 x2 x1 x2

设传感器的输入变量为 x1, x2 ,, xn ，传感器内部 变量为 u1, u2 ,, ur ，传感器输出变量为 y1, y2 ,, ym
yi fi ( x1, x2 ,, xn , u1, u2 , ur )
式中 i 1,2,m 如果把 x1 作为被测信号， y1 作为与 x1 对应的输出信号，则
由上式可知，它消除了的
影响，达到了完全补偿 x2
往往将其中的一次项作为输出信号，二次项是输入 与输出之间的非线性项。
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如果函数
f ( x1 , x2 ) 可表示为
f ( x1, x2 ) a1 f1 ( x1 ) f 2 ( x2 )
则取其比，此时其输出为
f x1 x1 , x2 x2 f1 x1 x1 f x1 , x2 x2 f1 x1
因此消除了干扰量
x2 的影响，得到完全的补偿
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7.2.3 差动方式 在差动方式中，采用两个传感器，并使两个传感 器以相反方向感受被测量，一个在增大方向感受 被测量，另一个减小方向感受被测量，这两个传 感器对干扰量的感受方向却是相同的，输出信号 取两种函数之差。
f x1 x1, x2 x2 f x1 x1, x2 x2
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7.1.3 多级变换型 利用各种敏感元件把被测非电量转换成某种可利 用的中间变换物理量，再通过传感元件、信号调 理电路，转换成便于测量的电量输出。 这种两级或两级以上的变换增加了设计的自由度， 可设计出测量各种非电参数、适应各种条件的传 感器。 可利用的中间变换物理量是指那些容易转换成电 学量的物理量，例如应变、位移、光强、热等。 多级变换型又分为能量变换型和能量控制型两类。 前者例子有压电式加速度传感器，后者如应变式 力传感器、电容式加速度传感器、霍尔式压力传 感器、光纤式加速度传感器等。
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7.3.2 采用线性化技术 如果传感器具有线性输出特性，则可省略非线性 补偿环节，简化理论分析和设计计算，便于标定 和数据处理，便于刻度、制作、安装、调试，提 高精度。只有当传感器输出与输入具有线性关系 时，才能保证无失真的复现。 但实际上传感器的各种非线性因素是客观存在的， 在设计传感器时，人们需要通过各种方法来实现 输出——输入特性的线性化，以改善传感器的性 能。 在输入量变化范围不大、且非线性项方次不高时， 常用切线和割线来代替实际曲线的某一段，这种 方法称静态特性的线性化。