《傳感器與檢測技術(shù)》課程綜述

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1、 《傳感器與檢測技術(shù)》 課程學(xué)習(xí)綜述 目錄 第一章 摘要 1 第二章 傳感器基本特性 3 一、 傳感器的靜態(tài)特性 3 二、 傳感器的動態(tài)特性 4 第三章 傳感器 5 一、 電阻式傳感器 5 二. 電感式傳感器 5 三、 電容式傳感器 6 四、壓電式傳感器 7 五、磁敏感式傳感器 8 六、熱電式傳感器 9 七、光電式傳感器 10 八、輻射與波式 10 九、化學(xué)傳感器 11 十、新型傳感器 12 第四章 檢測技術(shù) 14 一、參數(shù)檢測基本概念 14 二、參數(shù)檢測的一般方法 16 三、基本參數(shù)測量 17

2、 第五章 測量不確定度與回歸分析 19 一、 測量誤差 19 二、 測量不確定度 20 第六章 自動監(jiān)測系統(tǒng) 21 一、組成 21 二、設(shè)計方案 22 第七章 課程總結(jié) 25 第1章 摘要 《傳感器與檢測技術(shù)》顧名思義圍繞著傳感器和檢測技術(shù)來進行的講解，對于傳感器和檢測技術(shù)的學(xué)習(xí)對于自動化與電氣工程類的我而言十分重要。傳感器位于研究對象與測控系統(tǒng)之間的接口位置，是感知、獲取與檢測信息的窗口同時傳感器也是實現(xiàn)對物理環(huán)境或人類社會信息獲取的基本工具，是檢測系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，是信息技術(shù)的源頭。 作為自動化與電氣工程類的學(xué)生，即使專業(yè)分流之后我們還是會

3、用到大量的傳感器知識，掌握傳感器方面的知識對我們以后的發(fā)展尤為重要。 本課程先從傳感器的概述談起，先讓我們知道什么叫做傳感器以及傳感器的特點和傳感器技術(shù)的發(fā)展再到傳感器的基本特性的講解。在了解了傳感器的基本概述和基本特性之后就需要實例來深入對傳感器與檢測技術(shù)的了解。本書列舉了許多經(jīng)典的傳感器類型，由易到難，從電阻式傳感器到電感、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式傳感器、熱電式傳感器與光電式傳感器等，同時也涵蓋了參數(shù)檢測自動檢測系統(tǒng)等來進行了全面詳細(xì)的講解。從原理到測量電路再到應(yīng)用，環(huán)環(huán)相扣使人了解原理。 在學(xué)習(xí)傳感器之前我對傳感器的理解就是一個很簡單的工具，根據(jù)物理學(xué)原理而實現(xiàn)的各種測量。

4、學(xué)習(xí)了之后才明白傳感器并非那么簡單，不同的參數(shù)需要我們用不同的傳感器去進行測量，同時有的傳感器能測量多種參數(shù)而有的參數(shù)也可通過多鐘傳感器來測量。 傳感器作為我們專業(yè)應(yīng)用的感知，如果沒有傳感器的相關(guān)知識，我們就無法獲取信息，那我們所學(xué)的一些知識也無從下手。積累了傳感器的知識之后，我們能夠更好的優(yōu)化系統(tǒng)，相應(yīng)的參量我們能用自己所學(xué)的知識找到最合適的傳感器，以及會安裝會調(diào)試，我覺得這就是本課程的目標(biāo)。 第2章 傳感器基本特性 傳感器定義為能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件和裝置，通常由敏感原件和轉(zhuǎn)換

5、原件組成。 傳感器的基本特性是指傳感器的輸入-輸出關(guān)系特性，是傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關(guān)系的外部特性表現(xiàn)。傳感器所測量的物理量基本上有兩種形式：穩(wěn)態(tài)和動態(tài)兩種特性。 1、 傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號作用下的輸入-輸出關(guān)系。衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)是線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性和漂移。 （1） 線性度 線性度是指傳感器的輸出與輸入間成線性關(guān)系的程度。 （2） 靈敏度 靈敏度是傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化對輸入量變化的比值。 （3） 分辨率 分辨率是指傳感器能夠感知或檢測到的最小輸入信號增量。 （4） 遲滯 遲滯也叫回程誤差，是指在相同的測量

6、條件下，對應(yīng)于同一大小的輸入信號，傳感器正、反行程的輸入信號大小不相等的現(xiàn)象。 （5） 重復(fù)性 重復(fù)性表示傳感器再輸入量按同一方向作全量程多次測試時所得輸入按同一方向作全量程多次測量所得的輸入輸出特性曲線一致的程度。 （6） 漂移 漂移是指傳感器在輸入量不變的情況下，輸出量隨時間變化的現(xiàn)象；漂移將英雄傳感器的穩(wěn)定性或可靠性。 2、 傳感器的動態(tài)特性 傳感器的動態(tài)特性是指傳感器對動態(tài)激勵的相應(yīng)特性，即其輸出對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。 傳感器的動態(tài)特性可以從時域和頻域兩個方面分別采用瞬時響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來分析。 線性時不變系統(tǒng)有兩個重要的性質(zhì)：疊加性和頻率保持特性。

7、 第3章 傳感器 1、 電阻式傳感器 電阻式傳感器的基本工作原理是將被測量的變化轉(zhuǎn)化為傳感器電阻值的變化，再經(jīng)一定的測量電路實現(xiàn)對測量結(jié)果的輸出。電阻式傳感器應(yīng)用廣泛、種類繁多，如電位器式、應(yīng)變式、熱電阻和熱敏電阻等；電位器電阻式傳感器是一種把機械線位移或角位移輸入量通過傳感器電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電阻或電壓的輸出的傳感器；應(yīng)變電阻式傳感器是通過彈性元件的傳遞將被測量引起的新編轉(zhuǎn)換為傳感器敏感元件的電阻值變化。 （1） 工作原理 應(yīng)變是物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象。應(yīng)變電阻式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。 （2） 測量電

8、路 應(yīng)變電阻式傳感器用于測量微小的機械變化量，要把微小應(yīng)變引起的微小電阻變化精確地測量出來，需要采用特別設(shè)計的測量電路。通常采用直流電橋或交流電橋。 （3） 典型應(yīng)用 電阻式傳感器的典型應(yīng)用有柱式力傳感器、環(huán)式力傳感器、懸臂梁式力傳感器等。 2. 電感式傳感器 電感式傳感器是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的，電感式傳感器可以把輸入的物理量轉(zhuǎn)換為線圈的自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，并通過測量電路將L或M的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，從而將非電量轉(zhuǎn)換成電信號輸入，實現(xiàn)對非電量的測量。電感式傳感器具有工作可靠、壽命長、靈活度高，分辨力高、精度高、線性好、性能穩(wěn)定、重復(fù)性好等優(yōu)點。根據(jù)工作原理不同

9、，電感式傳感器可分為變磁阻式傳感器、變壓器式和電渦流式等種類。 （一）變磁阻式傳感器 由鐵心、線圈、銜鐵三部分組成。變磁阻式傳感器可通過氣隙厚度和氣隙面積來改變傳感器的值。因此變磁阻式傳感器可分為變氣隙厚度和變氣隙面積兩種情形。 變磁阻式傳感器測量電路分為交流電橋、變壓器式交流電橋、諧振式測量電路。 （2） 差動變壓器電感式傳感器 把被測量的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感兩變化的傳感器成為互感式傳感器。差動變壓器結(jié)構(gòu)形式有變隙式、變面積式和螺線管式等。 3、 電容式傳感器 電容式傳感器利用了將非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化來實現(xiàn)對物理量的測量。電容式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、分辨

10、率高、動態(tài)響應(yīng)好、溫度穩(wěn)定性好、電容小、負(fù)載能力差、易受外界干擾產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象等特點。電容式傳感器廣泛用于位移、振動、角度、加速度、壓力、差壓、液面、成分含量等的測量。 （1） 工作原理 平板電容式傳感器電容量與極板間距、極板間相對面積、和介質(zhì)有關(guān)，因此只要將待測量與其中之一相關(guān)聯(lián)就能得出對應(yīng)關(guān)系而測量出待測量。因此平板電容式傳感器可分為三種：變極板間距覆蓋面積的變面積型、變介質(zhì)介電常數(shù)的變介質(zhì)型和變極板間距的變極距型。 圓筒電容式傳感器可分為兩種：變介質(zhì)介電常數(shù)的變介質(zhì)型和變極板覆蓋高度的變面積型。 （2） 測量電路 電容式傳感器的電容值及電容變化值都十分微小，必須借助信號調(diào)節(jié)電路

11、才能將其微小的電容變化值轉(zhuǎn)換成預(yù)期成正比的電壓電流或頻率，從而實現(xiàn)顯示、記錄和傳輸。相應(yīng)的測量電路有調(diào)頻電路、運算放大器、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等。 （3） 典型應(yīng)用 電容式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、耐高溫、耐輻射、分辨率高、動態(tài)響應(yīng)特性好等優(yōu)點廣泛用于壓力、位移、加速度、厚度、振動、液位等測量中。它的典型應(yīng)用有：電容式壓力傳感器、電容式位移傳感器、電容式加速度傳感器、電容式厚度傳感器等。 四、壓電式傳感器 （1） 工作原理 壓電式傳感器是以某些介質(zhì)的壓電效應(yīng)作為工作基礎(chǔ)。所謂的壓電效應(yīng)，就是對某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時，其內(nèi)部將產(chǎn)生極化而使其表面出現(xiàn)電荷聚

12、集的現(xiàn)象也成為正壓電效應(yīng)。 （2） 測量電路 由于壓電式傳感器本身內(nèi)阻搞，輸出能量較小，因此它的測量電路通常需要接入一個高輸入阻抗的前置放大器。測量電路主要有：電荷放大器、電壓放大器。 （3） 典型應(yīng)用 壓電式傳感器的典型應(yīng)用有：壓電式力傳感器、壓電式加速度傳感器、壓電式交通檢測。 五、磁敏感式傳感器 對磁場參量敏感、通過磁電作用將被測量轉(zhuǎn)換為電信號的期間或裝置稱為磁敏感式傳感器。磁電作用主要分為電磁感應(yīng)和霍爾效應(yīng)兩種情況。 （1） 磁電感應(yīng)式傳感器 磁電感應(yīng)式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動而在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)電動勢的原理進行工作的。 磁電感應(yīng)式傳感器以電磁感應(yīng)原理為

13、基礎(chǔ)。在恒磁通傳感器中由于它們的運動不見可以是線圈，也可以是磁鐵，因此又分成動圈式和動鐵式兩種結(jié)構(gòu)類型。 磁電感應(yīng)式傳感器典型應(yīng)用有磁電感應(yīng)式振動速度傳感器、磁電感應(yīng)式扭矩傳感器、電磁流量計等。 （2） 霍爾式傳感器 霍爾式傳感器是基于霍爾效應(yīng)進行工作的傳感器。所謂的霍爾效應(yīng)是指當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于與電流相垂直的磁場中時，在其兩端將產(chǎn)生電位差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的電動勢稱為霍爾電動勢。 六、熱電式傳感器 熱電式傳感器是一種能將溫度變換轉(zhuǎn)換為電量變化的元件。在各種熱電式傳感器中，以將溫度轉(zhuǎn)換為電動勢或電阻的方法最為普遍，對應(yīng)的原件分別稱為熱電偶、熱電阻和熱敏電阻。

14、 （1） 熱電偶 熱電偶測溫原理為熱點效應(yīng)，兩種不同的導(dǎo)體兩端相互緊密連接在一起，組成一個閉環(huán)回路。當(dāng)量接點溫度不等式，回路中就會產(chǎn)生大小和方向與導(dǎo)體材料及接點溫度有關(guān)的電動勢，從而形成電流。 熱電偶有三大基本定律，分別為中間導(dǎo)體定律、中間溫度定律、標(biāo)準(zhǔn)電極定律。 （2） 熱電阻 熱電阻作為一種感溫原件，它是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來實現(xiàn)對溫度的測量。 （3） 熱敏電阻 熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的一種熱敏元件，其特點是電阻率隨溫度而顯著變化。熱敏電阻可分為三類，即負(fù)溫度系數(shù)、正溫度系數(shù)、和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻。 七、光電式傳感器

15、 光電式傳感器是利用光電器件把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。 （1） 類別 按照工作原理的不同，可將光電式傳感器分為四類：光電效應(yīng)傳感器、紅外熱釋電探測器、固體圖像傳感器、光纖傳感器。 （2） 基本形式 四種基本形式分為：透射式光電傳感器、反射式光電傳感器、輻射式光電傳感器、開關(guān)式光電傳感器。 八、輻射與波式 （1） 紅外傳感器 紅外傳感技術(shù)正向各個領(lǐng)域滲透，特別是在測量、家用電器、安全保衛(wèi)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 紅外輻射是一種人眼不可見的光纖，俗稱紅外線，因為它是結(jié)余可見光中紅色光和微波之間的光纖。紅外輻射本質(zhì)上是一種熱輻射。任何物體的溫度只要高于絕對零度，就會向外部空間以

16、紅外線的方式輻射能量。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，輻射的能量越強。另一方面，紅外線被物體吸收后將轉(zhuǎn)化為熱能。 （2） 微波傳感器 微波是介于紅外線與無線電波之間的一種電磁波，其波長范圍是1m~1mm，通常還按照波長特性將其細(xì)分為分米波、厘米波和毫米波三個波段。微波傳感器具有以下特征：需要定向輻射裝置、遇到障礙物容易反射、繞射能力差、傳輸特性好，傳輸過程中受煙霧、灰塵等的影響較小、介質(zhì)對微波的吸收大小與介質(zhì)介電常數(shù)成正比。 （3） 超聲波傳感器 超聲波傳感器是一種以超聲波作為檢測手段的新型傳感器。利用超聲波的各種特性，可做成各種超聲波傳感器，再配上不同的探測電路，制成各種超聲波

17、儀器及裝置，廣泛應(yīng)用于冶金、船舶、機械等各個工業(yè)部門的超聲探測、超聲清洗、超聲焊接，醫(yī)院的超聲醫(yī)療和汽車的倒車?yán)走_等方面。 九、化學(xué)傳感器 化學(xué)傳感器能將化學(xué)物資的特性的變化定性或定量地轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器成為化學(xué)傳感器。 （1） 氣敏傳感器 氣敏傳感器是指能夠感知環(huán)境中氣體成分及其濃度的一種敏感器件，它將氣體種類及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號的強弱便可獲得與待測氣體在環(huán)境中存在情況有光的信息。 氣敏傳感器主要參數(shù)有：靈敏度、響應(yīng)時間、選擇性、穩(wěn)定性、溫度特性、濕度特性、電源電壓特性、時效性與互換性 （2） 濕敏傳感器 絕對濕度：絕對濕度是指在一定溫度和壓力條

18、件下，單位體積空氣內(nèi)所含水蒸氣的質(zhì)量。 相對濕度：相對濕度是指被測氣體的絕對濕度與統(tǒng)一溫度下達到飽和狀態(tài)的絕對濕度之比，或待測空氣中實際含水蒸氣分壓與相同溫度下飽和水蒸氣分壓比值的百分?jǐn)?shù)。 露點：在一定的大氣壓下，將含有水蒸氣的空氣冷卻，當(dāng)溫度下降到某一特定值時，空氣中的水蒸氣達到飽和狀態(tài)，開始從氣態(tài)變成液態(tài)而凝結(jié)成露珠，這種現(xiàn)象稱為結(jié)露，這一特定溫度稱為露點。 濕敏傳感器的主要參數(shù)有：感濕特性、濕度量程、靈敏度、濕滯特性、響應(yīng)時間、感濕溫度系數(shù)、老化特性。 十、新型傳感器 新型傳感器是相對于創(chuàng)痛的傳感器而言的，隨著技術(shù)的發(fā)展和時間的推移，于近年新出現(xiàn)的一類傳感器。新型傳感器在智

19、能化、多功能化、綜合性、集成化、網(wǎng)絡(luò)化等方面具有別與傳統(tǒng)傳感器的明顯特征。 （1） 智能傳感器 智能傳感器是基于人工智能、信息處理技術(shù)實現(xiàn)的具有分析、判斷、量程自動轉(zhuǎn)換、漂移、非線性和頻率響應(yīng)自動補償，對環(huán)境影響量的自適應(yīng)，自學(xué)習(xí)以及超限報警、故障診斷等功能的傳感器。 智能傳感器具有精度高、高可靠性與高穩(wěn)定性、高信噪比與高分辨率、自適應(yīng)性強、性價比高這幾大特點。 （2） 模糊傳感器 模糊傳感器是在經(jīng)典傳感器數(shù)字測量的基礎(chǔ)上經(jīng)過模糊推理與只是集成，以自然語言符號的描述心事輸出的傳感器。 模糊傳感器具有學(xué)習(xí)功能、推理聯(lián)想功能、感知功能、通信功能。 （3） 微處理器 微處理器的誕生依

20、賴于微機電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。完整的MEMS是由微處理器、微執(zhí)行器、信號處理和控制電路、通信接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。 （4） 網(wǎng)絡(luò)傳感器 網(wǎng)絡(luò)傳感器就是能與網(wǎng)絡(luò)連接或通過網(wǎng)絡(luò)使其與微處理器、計算機或儀表系統(tǒng)連接的傳感器。網(wǎng)絡(luò)傳感器研究的關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)。目前，主要有基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)傳感器和基于以太網(wǎng)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳感器兩大類。 第4章 檢測技術(shù) 一、參數(shù)檢測基本概念 （一）測量 測量就是以確定的被檢測值為目的一系列操作，即利用物質(zhì)的物理量、化學(xué)的或生物的特性，對被測對象的信息進行提取、轉(zhuǎn)換以及處理，獲得定性或定量結(jié)果的

21、過程。測量通常包括兩個過程：意思能量形式的一次或多次轉(zhuǎn)換過程；二是將被測量與其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)量進行比較，從而確定被測量對標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)。 （二）測量方法 測量方法就是將被測量與標(biāo)準(zhǔn)量進行比較，從而得出比值的方法。 （1）根據(jù)測量方式的不同可分為直接測量、間接測量和組合測量 直接測量：按已知標(biāo)準(zhǔn)定好的測量儀器對某一未知量進行測量，不需要經(jīng)過任何運算就能直接得出測量結(jié)果的測量方法。 間接測量：首先對與被測量有確切函數(shù)關(guān)系的物理量進行直接測量，然后通過已知的函數(shù)關(guān)系，求出該未知量，即需要將被測量值經(jīng)過某種函數(shù)關(guān)系變換才能確定被測量方法。 組合測量：在測量中，使各個待求未知量和被測量經(jīng)不同的組合

22、形式出現(xiàn)，根據(jù)直接測量或間接測量所得到的被測數(shù)據(jù)，通過解一組聯(lián)立方程而求出未知量的數(shù)據(jù)的測量方法。 （2）根據(jù)測量方法的不同可分為偏差式測量、零位式測量和微差式測量 偏差式測量：用儀表指針的偏差表示被測量量值的測量方法 零位式測量：用指零儀表的零位反映測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在測量系統(tǒng)平衡時，用已知的標(biāo)準(zhǔn)量決定被測量的量值。 微差式測量：綜合了偏差式測量與零位式測量的優(yōu)點而提出的一種測量方法。零位式測量中的標(biāo)準(zhǔn)量不可能是連續(xù)可調(diào)的，因而難以與被測量完全平衡，實際測量時必定存在差值。 （3）根據(jù)測量精度要求的不同可分為等精度測量和非等精度測量 等精度測量：在同一測量環(huán)境下，用相同的儀表與

23、測量方法對同一被測量進行多次重復(fù)測量。 非等精度測量：用不同精度的儀表或不同的測量方法，由不同的測量人員或在環(huán)境條件不同時，對同一被測量進行多次重復(fù)測量。此時各個測量結(jié)果的可靠程度不一樣，可用一個稱為“權(quán)”的數(shù)值來表示對應(yīng)的測量結(jié)果的可靠程度。 （4）根據(jù)被測量變化的快慢可分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量 如果被測量在測量過程中是固定不變的，或隨時間變化非常緩慢，對這種被測量稱為靜態(tài)測量。 如果被測量在測量過程中是隨時間不斷變化的，對這種被測量稱為動態(tài)測量。 （5）根據(jù)測量敏感元件是否與被測介質(zhì)接觸可分為接觸式測量和非接觸式測量 接觸式測量是指測量量敏感元件與被測介質(zhì)直接接觸的測量；否則為非

24、接觸式測量。 （三）測量系統(tǒng) 測量系統(tǒng)是由傳感器與數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)等組合在一起，為了完成信號測量目標(biāo)所形成的一個有機整體。 二、參數(shù)檢測的一般方法 （一）力學(xué)法：也稱機械法。一般是利用敏感元件把被測變量轉(zhuǎn)換為機械量，如位移形變等。如應(yīng)變傳感器利用彈性元件把壓力或力轉(zhuǎn)換為彈性元件的位移。 （二）熱學(xué)法：根據(jù)被測介質(zhì)的熱物理量的差異以及熱平衡原理進行參數(shù)的測量。 （三）電學(xué)法：利用敏感元件把被測量轉(zhuǎn)換為電壓、電阻、電容等電學(xué)量。 （四）聲學(xué)法：大多是利用超聲波在介質(zhì)中的傳播以及在介質(zhì)間界面處的反射等性質(zhì)進行參數(shù)的測量。 （五）光學(xué)法：利用光的直線傳播、透

25、射、折射和反射等性質(zhì)，通過接收光信號，用光強度等光學(xué)量參數(shù)來表示被測量的大小。 （六）磁學(xué)法：利用被測介質(zhì)有關(guān)磁性參數(shù)的差異及被測介質(zhì)或敏感元件在磁場中表現(xiàn)出來的特性實現(xiàn)對被測量的測量。 （七）射線法：射線穿過介質(zhì)時部分能量會被物資吸收，吸收程度與射線所穿過的物資厚度、物資的密度等性質(zhì)有關(guān)。利用這些方法可以實現(xiàn)物位的測量，或測量混合物中某一成分的含量或濃度。 （八）生物法：利用生物免疫原理、酶的催化反映原理等將被測量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的測量方法。 三、基本參數(shù)測量 （1） 溫度 溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度不能直接加以車輛，只能借助與冷熱不同的物體之間的熱交換以及物體的某些物

26、理性質(zhì)隨著冷熱程度的不同而變化的特性進行間接測量。溫度的間接測量方法可分為接觸式和非接觸式。 （2） 壓力 壓力是工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)之一，許多生產(chǎn)工藝要求在一定的壓力條件下斤西瓜才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。 壓力的測量方法很多，按照測量原理可分為四種類型液壓法、彈性變形法、負(fù)荷法、壓電法。 （3） 流量 生產(chǎn)過程中各種流體的性質(zhì)各不相同，流體的工作狀態(tài)和流體的黏度、腐蝕性、導(dǎo)電性等也不相同，某些場合還受高溫、高壓或氣液、液固等混合流體的影響，因此，很難用一種原理或方法車輛不同流體的流量。目前，測流量的方法一般有三類：速度式流量檢測方法、容積式流量檢測方法、質(zhì)量式流量檢測方法。 （4）

27、物位 物位是指存在于各種容器內(nèi)的液體便面高度及所在的位置、或固體顆粒、物料快料堆積的高度或表面所在的位置，或兩種不同密度不相溶的液體間或液體與固體的分界面高度。 物位的測量一般有如下幾種方法:直讀式、浮力式、差壓式、電學(xué)式、核輻射式、聲學(xué)式等。 第5章 測量不確定度與回歸分析 1、 測量誤差 任何測量的目的都是為了獲得被測量的真實值。但由于測量環(huán)境、測量方法、測量儀器、測量人員、等因素，測量結(jié)果總與被測量的真實值不完全一致。 （1） 量值 量是物體可以從數(shù)量上進行確定的一種屬性。 （1） 真值是指在一定的時間和空間

28、條件下，能夠準(zhǔn)確反映被測量真實狀態(tài)的數(shù)值。真值分為理論真值和約定真值。 （2） 精度，精度可分為準(zhǔn)確度，精密度和精確度。準(zhǔn)確度反映測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的影響程度，即測量結(jié)果偏離真值的程度。精密度反映測量結(jié)果中隨機誤差的影響程度，即測量結(jié)果的分散程度。精確度反映測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差和隨機誤差綜合的影響程度，其定量特征可用測量的不確定度來表示。 （3） 誤差來源 誤差的來源多種多樣，有測量環(huán)境不理想、測量裝置不夠精良、測量方法不合理、測量人員專業(yè)素質(zhì)不達標(biāo)等。 （4） 誤差分類 誤差分類可格局測量數(shù)據(jù)中誤差的特征或性質(zhì)將誤差分為是那種：系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差。 2、 測量不確定度

29、 由于測量誤差的存在，被測量的真值難以確定，測量結(jié)果帶有不確定性。因此有必要對測量結(jié)果的質(zhì)量高低程度進行評價。測量不確定度就是評定測量結(jié)果質(zhì)量高低的一個重要指標(biāo)。不確定度越小，測量結(jié)果的質(zhì)量越高，使用價值越大，其測量水平也越高 第6章 自動監(jiān)測系統(tǒng) 一、組成 自動檢測系統(tǒng)由硬件、軟件兩大部分組成。硬件主要包括傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、微處理器、輸入輸出接口等。 （一）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) （1）組成 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有前置放大器、采樣/保持器、多路開關(guān)、總線、接口及邏輯控制電路等部分構(gòu)成。前置放大器的主要作用是將傳感器輸

30、出的微弱信號放大到系統(tǒng)所要求的電平。而采樣/保持器可以取出輸入信號某一瞬時值并在一定時間內(nèi)保持不變，它有采樣和保持兩種工作狀態(tài)。墮落開關(guān)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要部件之一，其作用是切換各路輸入信號，完成由多路輸入到一路輸出的轉(zhuǎn)換。 （2）結(jié)構(gòu)形式 設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是，首先需要確定其結(jié)構(gòu)形式，這取決于被測信號的特點、對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能要求。常用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式分為：基本型、同步型、并行型。 （二）輸入輸出通道 自動檢測系統(tǒng)的輸入通道是指傳感器與微分處理器之間的接口通道。在監(jiān)測系統(tǒng)中，各種傳感器輸出的信號是千差萬別的。從儀器儀表間的匹配考慮，必須將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電壓或電

31、流信號輸出，標(biāo)準(zhǔn)信號就是各種儀器儀表輸入輸出之間采用統(tǒng)一規(guī)定的信號模式。 （三）自動檢測系統(tǒng)的軟件 除了硬件基礎(chǔ)外，軟件是自動監(jiān)測系統(tǒng)的核心，軟件主要包括主程序、中斷服務(wù)程序、應(yīng)用功能程序這三部分。主程序由初始化模塊、自診斷模塊、時鐘管理模塊、其他應(yīng)用功能模塊的調(diào)用等幾部分組成。中斷服務(wù)程序包括A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序、定時器中斷服務(wù)程序和掉電保護中斷服務(wù)程序，分別完成相應(yīng)的中斷處理。應(yīng)用檢測系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)的輸入輸出模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊等。它是自動監(jiān)測系統(tǒng)功能實現(xiàn)的主要體現(xiàn)。 二、設(shè)計方案 自動檢測系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)的主要特點在其“自動性”，體現(xiàn)為系統(tǒng)可根據(jù)被測參數(shù)

32、級外部環(huán)境以及應(yīng)用要求等的變化，靈活自動的選擇測試方案并完成測試工作。 自動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計一般要經(jīng)歷如下幾個步奏：系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)總體設(shè)計、采樣速率的確定、標(biāo)度變換、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)集成和系統(tǒng)維護等。 （一）系統(tǒng)需求分析 系統(tǒng)需求分析需要確定系統(tǒng)的功能、技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計任務(wù)。主要是對設(shè)計系統(tǒng)運用系統(tǒng)論的觀點和方法進行全面的分析和研究，以明確對本設(shè)計提出哪些要求和限制，了解被測對象的特點、所要求的技術(shù)指標(biāo)和使用條件等。 （二）系統(tǒng)總體設(shè)計 自動監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計包括系統(tǒng)電氣連接形式、控制方式、系統(tǒng)總線選擇和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面。電氣連接形式取決與檢測系統(tǒng)的復(fù)雜程度和對可靠性等的要

33、求。 系統(tǒng)總體設(shè)計應(yīng)考慮性能穩(wěn)定、精度符合要求、具有足夠的動態(tài)響應(yīng)、具有實時與事后數(shù)據(jù)處理能力、具有開放性和兼容性等要求，一般要遵循如下七大法則：從整體到局部原則、環(huán)節(jié)最小原則、經(jīng)濟性原則、可靠性原則、精度匹配原則、抗干擾能力、標(biāo)準(zhǔn)化與通用性原則。 （三）采樣速率的確定 香農(nóng)采樣定理指出：只有采樣頻率大于原始信號頻譜中最高頻率的兩倍，采樣結(jié)果才能恢復(fù)原始信號的特征。因此在選擇采樣頻率時必須對被測信號進行分析，確定型號中的最高次諧波頻率，然后根據(jù)香農(nóng)定理來確定采樣頻率；確定最高次諧波頻率時，要求被測參量信號中除去高于所確定的最高次諧波頻率成分后，仍然保留了其主要特征，不會造成測量精度的畸變

34、或測量信號的失真。 （四）標(biāo)度變換 不同的傳感器的測量結(jié)果有不同的量綱和數(shù)值，如壓力的單位是Pa、溫度的單位是攝氏度等，這些參數(shù)經(jīng)傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到一系列數(shù)碼，這些數(shù)碼值不一定等于原來帶有量綱的參數(shù)值，它只是對應(yīng)被測參數(shù)的一個相對量值。同樣的數(shù)字往往代表著不同的被測量，即轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值后才具有參考意義和應(yīng)用價值，這種轉(zhuǎn)換就是標(biāo)度轉(zhuǎn)換。 標(biāo)度變換有多種類型，取決于被測參數(shù)和傳感器的傳輸特性，實現(xiàn)的方法也很多，常用的有硬件法和軟件法。 （五）硬件設(shè)計 硬件設(shè)計的步奏一般包括：自頂向下的設(shè)計、技術(shù)評審、設(shè)計準(zhǔn)備工作、硬件的選型、電路的設(shè)計與計算、試驗板的制作、組裝連線電路板、編寫調(diào)

35、試程序、利用仿真器進行調(diào)試、制作印刷電路板、硬件調(diào)試等。 （六）軟件設(shè)計 軟件設(shè)計是自動檢測系統(tǒng)設(shè)計的一項重要工作，軟件設(shè)計的質(zhì)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的正確使用和效率。 軟件設(shè)計一般要經(jīng)歷這樣幾個步奏：自頂向下的設(shè)計、技術(shù)評審、軟件設(shè)計準(zhǔn)備工作、軟件源代碼編寫、編譯與連接、軟件功能測試、綜合調(diào)試以及軟件的運用、維護和改進等。 第7章 課程總結(jié) 隨著時代的發(fā)展，現(xiàn)金的信息技術(shù)和自動化系統(tǒng)已成為引領(lǐng)和衡量各個國家邁向高度現(xiàn)代化的支撐技術(shù)之一，同時傳感器與檢測技術(shù)正成長為自動化系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)與信息域等的源頭與基石。 《傳感器與檢測技術(shù)》是我們專業(yè)重要的課程，對

36、于我們今后的發(fā)展有很重要的意義。本書分成上中下三篇，上篇傳感器原理，中篇檢測技術(shù)，下篇檢測系統(tǒng)。給我?guī)砹颂綄鞲衅鞯纳衩刂?，學(xué)習(xí)之前覺得傳感器應(yīng)該是很枯燥的東西，但是學(xué)習(xí)中才發(fā)現(xiàn)許多事物的奇妙之處，我們利用了某種事物的某些特性，就能去測量一些參數(shù)，規(guī)律和性質(zhì)顯得十分重要。 通過對本門課程的學(xué)習(xí)，我了解了傳感器的概述，原理和一些性質(zhì)，同時掌握了一些參數(shù)的求取方法以及一些基本傳感器的工作原理。我覺得學(xué)習(xí)了本課程最大的進步就是掌握了分析的方法，以前要測量一些參數(shù)，第一個想到的就是傳感器，比如測溫度就覺得要用溫度傳感器，但溫度傳感器的選取和使用也不知道。學(xué)習(xí)了本次課程之后，我才能更加深入的分析與運用，對于相應(yīng)的參數(shù)能找到合適的測量傳感器，同時也能了解傳感器的使用，拿到傳感器之后能知道它是怎樣應(yīng)用于具體的電路中的。