第1章传感器与检测技术基础知识 1.1传感器基础知识 传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的机 电子装置;简单地讲传感器就是将外界被测信号转换为电信号的电子装置。一般 地,它由敏感元器件(感知元件)和转换器件两部分组成,有的半导体敏感元器 件可以直接输出电信号,本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多,就其感知外 界信息的原理来讲,可分为①物理类,基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。 ②化学类,基于化学反应的原理。③生物类,基于酶、抗体、和激素等分子识别 功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件 磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大 类
第1章 传感器与检测技术基础知识 1.1 传感器基础知识 传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的机械 电子装置；简单地讲传感器就是将外界被测信号转换为电信号的电子装置。一般 地，它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器 件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多，就其感知外 界信息的 原理来讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。 ②化学类，基于化学反应的原理。③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别 功能。通常 据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、 磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大 类
1.11传感器命名与代号 1.1.1.1传感器的命名 由主题词加四级修饰语构成。 Ⅰ主题词—传感器 ∏第一级修饰语——被测量,包括修饰被测量的定语; I第二级修饰语——转换原理,一般可后续以“式”字 IV.第三级修饰语——特征描述,指必须强调的传感器结构、性能、材料 特征、敏感元件及其它必要的性能特征,一般可后续以“型”字 Ⅴ.第四级修饰语——主要技术指标(量程、精确度、灵敏度等)。 各级修饰语举例可参见见附录表1:各级修饰语举例一览表。例:题目中 的用法:在有关传感器的统计表格、图书索引、检索以及计算机汉字处理 等特殊场合,应采用上述之顺序:如:传感器,位移,应变[计]式 100mm; 正文中的用法:在技术文件、产品样本、学术论文、教材及书刊的陈述句 子中,作为产品名称应采用与上述相反的顺序。如:10mm应变式位移传 感器
1.1.1 传感器命名与代号 1.1.1.1 传感器的命名 由主题词加四级修饰语构成。 I. 主题词——传感器； II. 第一级修饰语——被测量，包括修饰被测量的定语； III. 第二级修饰语——转换原理，一般可后续以“式”字； IV. 第三级修饰语——特征描述，指必须强调的传感器结构、性能、材料 特征、敏感元件及其它必要的性能特征，一般可后续以“型”字； V. 第四级修饰语——主要技术指标（量程、精确度、灵敏度等）。 各级修饰语举例可参见见附录表1：各级修饰语举例一览表。例：题目中 的用法：在有关传感器的统计表格、图书索引、检索以及计算机汉字处理 等特殊场合，应采用上述之顺序：如：传感器，位移，应变[计]式， 100mm； 正文中的用法：在技术文件、产品样本、学术论文、教材及书刊的陈述句 子中，作为产品名称应采用与上述相反的顺序。如：10mm 应变式位移传 感器
1.1.1.2传感器的代号 依次为主称(传感器)被测量一转换原理—序号 .主称—传感器,代号C; I.被测量一用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表2:常用 被测量代码表; I′.转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表3: 常用转换原理代码表; ⅣV.序号——用一个阿拉伯数字标记,厂家自定,用来表征产品设计特性、性 能参数、产品系列等。若产品性能参数不变,仅在局部有改动或变动时,其序 号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等,(其中、Q不用) 例:应变式位移传感器:CWY-YB-2O;光纤压力传感器:CY-aQ-2。 传感器是获取被测量信息的元件,其质量和性能的好坏直接影响到测量结果的 可靠性和准确度,衡量其质量的特性有许多,主要包括静态和动态两个方面 当被测量不随时间变化或变化很慢时,可以认为输入量和输出量都和时间无关。 表示它们之间关系的是一个不含时间变量的代数方程,在这种关系的基础上确 定的性能参数为静态特性;当被测量随时间变化很快时,就必须考虑输人量和 输出量之间的动态关系。这时,表示它们之间关系的是一个含有时间变量的微 分方程,与被测量相对应的输出响应特性称为动态特性。这里主要介绍几个常 用的静态特性
1.1.1.2 传感器的代号 依次为主称（传感器） 被测量—转换原理—序号 I. 主称——传感器，代号C； II. 被测量—用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表2：常用 被测量代码表； III. 转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表3： 常用转换原理代码表； IV. 序号——用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性 能参数、产品系列等。若产品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时，其序 号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等，（其中I、Q不用）。 例：应变式位移传感器： C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y-GQ-2。 传感器是获取被测量信息的元件，其质量和性能的好坏直接影响到测量结果的 可靠性和准确度，衡量其质量的特性有许多，主要包括静态和动态两个方面。 当被测量不随时间变化或变化很慢时，可以认为输入量和输出量都和时间无关。 表示它们之间关系的是一个不含时间变量的代数方程，在这种关系的基础上确 定的性能参数为静态特性；当被测量随时间变化很快时，就必须考虑输人量和 输出量之间的动态关系。这时，表示它们之间关系的是一个含有时间变量的微 分方程，与被测量相对应的输出响应特性称为动态特性。这里主要介绍几个常 用的静态特性
1.1.2传感器的灵敏度与分辨率 1.11灵敏度 灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量 变化和引起此变化的输入量变化的比值。 可表示为 (1-1-1) dx 它是输入与输出特性曲线的斜率。 图1.1.1检测系统灵敏度 如果系统的输出和输入之间有线性关系,则灵敏度;是一个常数。否则, 它将随输入量的大小而变化。如图1.1.1所示 般希望灵敏度s在整个测量范围内保持为常数。这样,可得均匀刻度的标尺, 使读数方便,也便于分析和处理测量结果。 由于输入和输出的变化量一般都有不同的量纲,所以灵敏度s也是有量纲的。 如输入量为温度(C),输出量为标尺上的位移(格),则s的量纲为格/C。如果输入 量和输出量是同类量,则此时s可理解为放大倍数。因此,灵敏度比放大倍数有 更广泛的含义
1.1.2 传感器的灵敏度与分辨率 1.1.1.1 灵敏度 灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量 变化和引起此变化的输入量变化的比值。 可表示为 (1-1-1) 它是输入与输出特性曲线的斜率。 如果系统的输出和输入之间有线性关系，则灵敏度；是一个常数。否则， 它将随输入量的大小而变化。如图1.1.1所示。 一般希望灵敏度s在整个测量范围内保持为常数。这样，可得均匀刻度的标尺， 使读数方便，也便于分析和处理测量结果。 由于输入和输出的变化量一般都 有不同的量纲，所以灵敏度s也是有量纲的。 如输入量为温度(C)，输出量为标尺上的位移(格)，则s的量纲为格/C。如果输入 量和输出量是同类量，则此时s可理解为放大倍数。因此，灵敏度比放大倍数有 更广泛的含义。 dx dy s x y s 或 x 0 y dy dx 图1.1.1 检测系统灵敏度
如果检测系统由于多个环节组成,各环节的灵敏度分别为s1、S2、S3 而且各环节以图1.1.2所示的那样串联的方式相连接,则整个系统的灵 敏度可用下式表示 (1-1-2) 提高灵敏度,可得到较高测量精度,但应当注意,灵敏度越高,测量 范围往往越窄,稳定性往往越差。 X yi y2 yO 图1.1.2串联系统示意图
如果检测系统由于多个环节组成，各环节的灵敏度分别为s1、s2、s3， 而且各环节以图1.1.2所示的那样串联的方式相连接，则整个系统的灵 敏度可用下式表示 s=s1s2s3 (1-1-2) 提高灵敏度，可得到较高测量精度，但应当注意，灵敏度越高，测量 范围往往越窄，稳定性往往越差。 x y1 y2 y0 s1 s2 s3 图1.1.2 串联系统示意图