传感器与检测系统的分类
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第1章 传感器与检测技术基础检测技术是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要技术手段。
而传感器是科学实验和工业生产等活动中对信息资源的开发获取、传输与处理的一种重要手段。
我们已经知道,对于电量参数的测量具有测量精度高、反应速度快、能自动连续地进行测量、可以进行遥测、便于自动记录、可以与计算机方便地连接进行数据处理、也可采用微处理器做成智能仪表、能实现自动检测与转换等一系列优点。
但是在工程上和实际的测量中,所需要测量的参数往往有相当大的部分为非电量,例如温度、位移、压力、流量等,所以通常就把将这些非电量转换为电信号输出的装置或设备称为传感器。
传感器与检测技术是一门随着现代科学技术发展而迅猛发展的综合性技术学科,广泛应用于人类的社会生产和科学研究中,起着越来越重要的作用,成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的重要技术。
检测的基本任务就是获取有用的信息,通过借助专门的仪器、设备,设计合理的实验方法以及进行必要的信号分析与数据处理,从而获得与被测对象有关的信息,最后将结果提供显示或输入其他信息处理装置、控制系统。
因此,传感器与检测技术属于信息科学范畴,它与通信技术、计算机技术一起分别构成信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”,是信息技术的三大支柱(传感技术、通信技术和计算机技术)之一。
检测技术的发展与生产和科学技术的发展是紧密相关的,它们互相依赖、相互促进。
现代科技的发展不断地向检测技术提出新的要求,推动了检测技术的发展。
与此同时,检测技术迅速吸取各个科技领域(如材料科学、微电子学、计算机科学等)的新成果,开发出新的检测方法和先进的检测仪器,同时又给科学研究提供了有力的工具和先进的手段,从而促进了科学技术的发展。
在各种现代机械设备的设计和制造中,检测技术的成本已达到设备系统总成本的50%~70%。
据资料统计:一辆汽车需要30~100余种传感器及配套检测仪表用以检测车速、方位、转矩、振动、油压、油量、温度等;而一架飞机需要3600余种传感器及配套检测仪表用来监测飞机各部位的参数(压力、应力、温度等)和发动机的参数(转速、振动等)等。
传感器与检测技术重点知识点总结传感器是一种能够感知、收集并转换物理量或化学量等信息的装置。
它广泛应用于各个行业和领域,如工业生产、环境监测、医疗设备、汽车等。
以下是传感器与检测技术的一些重点知识点总结。
1.传感器的基本原理-传感器是通过感知或测量物理量或化学量等信息,并将其转化为可用的电信号输出。
-常见的物理量包括温度、压力、湿度、光照强度、流量等;化学量包括气体浓度、pH值等。
-传感器的工作原理包括电学、热学、光学、化学以及机械等不同的原理。
-传感器的输出信号可以是电压、电流、频率、电阻等形式。
2.传感器的分类-按照感知的物理量或化学量的不同,传感器可以分为温度传感器、压力传感器、光敏传感器、流量传感器等。
-按照测量原理的不同,传感器可以分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、化学传感器等。
-按照输出信号类型的不同,传感器可以分为模拟输出传感器和数字输出传感器。
3.传感器的特性与参数-灵敏度:传感器响应物理量变化的能力,它决定了传感器的测量范围和分辨率。
-精度:传感器测量值与真实值之间的偏差,包括系统误差、随机误差等。
-响应时间:传感器从感知到输出响应所需的时间。
-可靠性:传感器在一定环境条件下长时间稳定工作的能力。
-线性度:传感器输出信号与输入物理量之间的线性关系。
-温度影响:传感器在不同温度下性能的稳定性。
-零点漂移:在长时间使用过程中,传感器输出信号发生的零点偏移。
-跨度漂移:在长时间使用过程中,传感器输出信号的量程偏移。
-电磁兼容性:传感器在干扰条件下的工作能力。
4.传感器的应用领域-工业生产:用于监测和控制工艺过程中的温度、压力、流量等参数,提高生产效率和质量。
-环境监测:用于监测大气污染、水质污染、噪声等环境参数,保护生态平衡和人类健康。
-汽车行业:用于汽车发动机的温度、压力、氧气浓度等参数的监测和控制,提高汽车性能和安全性。
-医疗设备:用于监测病人的体温、心率、血压等生理参数,辅助医疗诊断和治疗。
传感器的主要分类传感器是一个非常广泛应用于工业、医疗、航空航天、农业等领域的设备,它能够将各种物理量转换为电信号或其他易于处理的形式,从而让我们能够对环境的变化进行感知和控制。
根据其工作原理和应用领域的不同,传感器可以被分为多个主要分类。
1. 按照测量的物理量分类:- 压力传感器:测量气体或液体的压力,常见的有压电传感器、压阻式传感器等。
- 温度传感器:测量物体的温度,常见的有热电偶、热电阻、红外传感器等。
- 湿度传感器:测量空气中的湿度,常见的有电容式传感器、电阻式传感器等。
- 流量传感器:测量液体或气体的流量,常见的有涡轮流量传感器、超声波传感器等。
- 光传感器:测量光线的强度或频率,常见的有光电二极管、光敏电阻等。
- 加速度传感器:测量物体的加速度,常见的有压电传感器、光纤传感器等。
2. 按照传感器的工作原理分类:- 电阻性传感器:通过物理量的变化引起电阻值的改变,常见的有压阻式传感器、电位器等。
- 容性传感器:通过物理量的变化引起电容值的改变,常见的有电容式湿度传感器、触摸屏等。
- 电感性传感器:通过物理量的变化引起电感值的改变,常见的有磁力传感器、电感式传感器等。
- 压电性传感器:通过物理量的变化引起压电材料产生电荷,常见的有压电传感器、声波传感器等。
- 光学传感器:通过物理量的变化引起光的变化,常见的有光敏电阻、光电二极管等。
3. 按照传感器的应用领域分类:- 工业自动化传感器:常见的有压力传感器、温度传感器、液位传感器等,用于监测和控制工业过程中各种物理量的变化。
- 医疗传感器:常见的有心率传感器、血压传感器、血糖传感器等,用于监测患者的生命体征和健康状况。
- 环境监测传感器:常见的有温湿度传感器、PM2.5传感器、CO2传感器等,用于监测大气、水质和土壤等环境参数。
- 智能家居传感器:常见的有人体红外传感器、声音传感器、烟雾传感器等,用于实现家居设备的自动控制和安全监测。
- 农业传感器:常见的有土壤湿度传感器、光照传感器、气象传感器等,用于监测农作物的生长环境和农田的气候条件。
一、概述随着科技的不断发展,检测系统在工业生产和科学研究中扮演着越来越重要的角色。
检测系统由多个部件组成,每个部件都有其特定的作用,只有各个部件协同工作,才能确保检测系统的正常运转。
本文将就检测系统的组成及各部件的作用进行简要分析和阐述,以期帮助读者更好地了解检测系统。
二、检测系统的组成及各部件的作用1. 传感器传感器是检测系统中最核心的部件之一,其作用是将被测量的物理量转换成可读的电信号。
传感器根据测量的物理量不同可以分为温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
传感器的种类繁多,选用合适的传感器对检测系统的精度和稳定性有着至关重要的影响。
2. 信号处理器信号处理器是将传感器采集到的电信号进行处理的部件,其作用是对传感器采集到的信号进行放大、滤波、线性化等处理,以便将其转换为可供分析的信号。
信号处理器的质量将直接影响检测系统的测量精度和稳定性。
3. 控制器控制器是检测系统中的另一个重要部件,其作用是根据测量信号和预设参数对被测量对象进行控制。
控制器可以根据具体的应用场景选择不同的控制算法,如PID控制算法、模糊控制算法等,以实现对被测量对象的精确控制。
4. 数据采集器数据采集器是将传感器采集到的信号转换成数字信号,并存储在计算机中,以便后续的数据分析和处理。
数据采集器的性能直接影响了检测系统对信号的采集速度和精度。
5. 软件系统软件系统是检测系统中不可或缺的一部分,其作用是对采集到的数据进行实时监测、分析和处理。
软件系统可以根据具体的需求定制开发,以满足不同应用场景的需求。
6. 显示器显示器是将经软件系统处理后的数据进行可视化显示的部件,其作用是让操作人员直观地了解被测量对象的状态和参数。
显示器的性能将直接影响操作人员对检测系统的使用体验。
7. 联网模块联网模块是检测系统中的辅助部件,其作用是将检测系统与其他设备或互联网连接起来,以实现远程监控和数据共享的功能。
联网模块的稳定性和安全性是保证检测系统正常运行的重要保障。
《传感器与现代检测技术》复习参考前言知识点第一章 概论1、检测的定义2、传感器的定义、组成、分类传感器(狭义):能感应被测量的变化并将其转换为其他物理量变化的器件.传感器(广义):是信号检出器件和信号处理部分的总称.传感器的分类:按测量的性质划分:位移传感器,压力传感器,温度传感器等.按工作的原理划分:电阻应变式,电感式,电容式,压电式,磁电式传感器等.按测量的转换特征划分:结构型传感器和物性型传感器.按能量传递的方式划分:能量操纵型传感器和能量转换型传感器.3、检测系统的静、动态性能指标静态特性可用下列多项式代数方程表示:y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anx n式中:y—输出量;x—输入量;a0—零点输出;a1—理论灵敏度;a2、a3、… 、an—非线性项系数。
1)线性度:指输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度,又叫非线性误差.2)灵敏度:指传感器的输出量增量与引起输出量增量的输入量的比值.3)迟滞:指传感器在正向行程和反向行程期间,输出-输入曲线不重合的现象.4)重复性:指传感器在输入量按同一方向做全量程多次测试时,所得特性曲线不一致性的程度.5)分辨率:指传感器在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量.6)稳定性:指传感器在室温条件下,通过相当长的时刻间隔,传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异.7)漂移:指传感器在外界的干扰下,输出量发生与输入量无关的变化,包括零点漂移和灵敏度漂移等.4、 传感器的动态特性1)瞬态响应法2)频率响应法第二章 常用传感器1、电阻式传感器(1)基本原理:将被测物理量的变化转换成电阻值的变化,再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。
(2)电阻应变片结构(3)应变效应电阻应变片满足线性关系:,S即为应变片灵敏系数,或用K表示,K=1+2μ。
半导体应变片满足: (4)测量电路A .直流电桥 (电桥形式(单臂、双臂、全桥)、输出电压表达式、电压灵敏度、应变片的位置安放)见课后习题P242 3.5 B .交流电桥(5)温度误差缘由及补偿方法2、 电容式传感器(1) 结构、原理(2) 类型:变极距型:非线性误差大,适用于微小位移量测量变极板面积型:面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系,但与极板变化型相比,灵敏度较低,适用于较大角位移及直线位移的测量。