传感器绪论
时间：2022-08-16 01:30:00
自动检测技术
在自动检测系统中，信息流成部分通常由信息流过程划分，一般可分为信息获取、转换、处理和输出。
首先，获取被检测到的信息，用电取代，然后放大转换成电的信息，通过输出单元（指示器和记录仪）显示信息。
检测系统组成：
被检测信息->传感器->检测电路->输出单元
在检测系统中，传感器是一种检测装置，将被测非电量转换为具有相应关系的物理量，便于应用。
传感器获取信息的正确性与整个检测系统的精度有关。如果传感器误差很大，即使后续检测电路等环节的精度很高，也很难提高检测系统的精度。
传感器的定义
传感器是一种物理量(主要是电量)的测量装置，以一定的精度将测量(主要是非电量)转换为一定的物理量(主要是电量)
- 传感器是一种能够完成检测任务的测量装置。
- 它的输入量是测量，如物理量、化学量、生物量
- 它的输出是一种物理量，主要用于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电，但主要是电。
- 输出与输入有相应的关系，具有一定的精度。
传感器的组成
传感器通常由敏感元件、转换元件和转换电路组成
被测量->敏感元件->转换元件->转换电路->电量
敏感元件：直接感觉被测量，输出与被测量确定关系的物理量元件。
转换元件：将敏感元件的输出转换为电路参数
转换电路：将上述电路参数连接到转换电路，然后转换为电量输出。
传感器的分类
根据传感器的工作机制，可分为物理、化学、生物等
根据构成原理，可分为结构型和物性型
结构传感器由物理中场定律组成，包括力场运动定律和电磁场电磁定律。这种传感器的特点是传感器的性能与其结构材料无关，如差动变压器。
物质传感器由物质定律和欧姆定律组成。物理传感器的性能因材料而异，如光电管、半导体传感器等。
根据传感器的能量转换，可分为能量控制传感器和能量转换传感器。
在信息转换过程中，能量控制传感器需要外部电源。电阻、电感、电容等电路参量传感器
能量转换传感器主要由能量转换元件组成，不需要外部电源。
测量误差与数据处理
等精度测量，在同一条件下进行的一系列重复测量称为等精度测量
真实值，被测量本身的真实值称为真实值，真实值是一个理想的概念。但在某些情况下，真实值是可以知道的，如360度的整个圆周角
误差的分类
- 系统误差
在同一条件下，在多次测量同一值时，绝对值和符号保持不变，或在条件变化时按一定规律引起的误差称为系统误差 - 随机误差
在相同的测量条件下，绝对值和符号以不可预测的方式变化的误差称为随机误差。 - 粗大误差
超出规定条件的预期误差称为粗误差，称为粗误差或寄生误差。
粗大误差值明显歪曲测量结果，如果属于粗大误差，应放弃此值。
精度：反映测量结果中系统误差的影响
精度：反映测量结果中随机误差的影响
精度：反映测量结果中系统误差和随机误差的综合影响。
精度高的精度不一定高，精度高的精度不一定高，精度高的精度高。
绝对误差：示值与被测真值之间的误差
因为一般不能得到真值A在实际应用中，常用高精度标准器具的示值代替。
在系统中，经常使用修正值，用代数法加入测量结果的值称为修正值，以消除系统误差，C
修正值等于误差值和符号。测量值和修正值可以消除误差的影响，但修正值本身也有误差。修正后，只能得到校准测量值更准确的结果。
指示仪表的最大满度误差不得超过仪表精度等级的百分比
选用仪表被测量的值应大于其上限的2/3
随机误差以不可预订的方式改变
当测量次数越大时，算术平均值越接近被测量的真值，测量精度也越高。
测量的极端误差是极端误差，测量结果的误差不超过极端误差的概率P。
传感器测量的非电量可分为静态量和动态量
静态量是指不随时间变化或变化缓慢的信号
动态量通常是指周期信号、瞬变信号或随机信号
线性、灵敏度、迟滞、重复性和精度是衡量传感器静态特性的重要指标。
线性度:传感器的线性度是指传感器输出与输入之间的线性度，理想的输出-输入关系应该是线性的。最小二乘法获得的拟合线的拟合精度最高
灵敏度是指传感器在稳态下的输出变化与输入变化之比，表示传感器对输入变化的反应能力。一般希望传感器灵敏度高，在全范围内恒定，即传感器的输出输入特性为直线
在正(输入增加)反(输入减少)行程中，传感器的输出-输入特性曲线不重叠
重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向做全量程连续多次变化时，所得的特性曲线不一致的程度，重复性误差属于随机误差
精度是反映系统误差和随机误差的综合误差指标
零点漂移：传感器无输入时，每隔一段时间读数，输出值偏离零，即零点漂移
温度漂移：当温度变化时，传感器输出值的偏差程度
传感器的动态特性是指传感器输出对随时间变化输入的响应特性，反映输出值真实再现变化输入的能力
对传感器的动态特性进行了分析
在时域内研究传感器的动态特性时，常用的激励信号包括阶跃函数、脉冲函数和斜坡函数。
一般认为，阶跃输入信号是传感器最严重的工作状态。
如果传感器在阶跃函数的作用下能够满足动态性能指标，那么在其它函数的作用下，其动态性能指标也令人满意。
传感器特性曲线的线性范围内应保持阶跃输入信号。
时间常数τ响应速度越小，响应速度越快。
与阶传感器的输出与输入成正比，与信号频率无关。
因此，无幅值和相位失真具有理想的动态特性。
电位传感器是零阶系统的一个例子。
在实际应用中，许多高阶系统在变化缓慢、频率不高时，都可以近似当做零阶系统处理。
时间常数τ频率响应特性越小越好，减少τ可提高传感器的频率特性。
传感器的校准和标准
在明确输入-输出转换对应关系的前提下，使用某种标准或标准仪器标准传感器称为校准。
将传感器在使用或储存后的性能复测称为校准。
传感器的校准是通过实验确定不同使用条件下的误差关系，以建立传感器输入与输出之间的关系。
传感器的校准工作可分为：
- 新开发的传感器需要进行全面的技术性能验证，用验证数据传输量值，验证数据也是改进传感器设计的重要依据。
- 存储或使用一段时间后对传感器进行复测。
传感器的校准分为静态校准和动态校准
静态校准的目的是确定线性、灵敏度、迟滞和重复性等传感器的静态特性指标
动态校准的目的是确定传感器的动态特性参数、频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比
