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關(guān)鍵詞：傳感器；特性；傳感器；SCC調(diào)理模塊；SCXI調(diào)理模塊；cDAQ
傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。人的五官就是天然的傳感器，具有視、聽(tīng)、嗅、味、觸覺(jué)，大腦就是通過(guò)五官來(lái)感知外界的信息（圖1）。
工程科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的傳感器既是對(duì)人體五官的工程模擬物，是能將特定的被測(cè)量信息（包括物理量、生物量、生物量）按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)輸出的器件或裝置�？捎眯盘�(hào)既是便于處理和傳輸?shù)男盘?hào)，目前由于電信號(hào)最符合這一要求，傳感器也可狹義定義為把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的器件（圖2）。
傳感器的構(gòu)成
傳感器的具體構(gòu)成根據(jù)被測(cè)對(duì)象、轉(zhuǎn)換原理，使用環(huán)境和性能要求的情況有很大差異。
自源型是僅含有轉(zhuǎn)換元件的傳感器構(gòu)成形式，它不需要外能源，可直接從外部被測(cè)對(duì)象吸收能量轉(zhuǎn)換為電效應(yīng)，但輸出的能量較弱。常見(jiàn)的有熱電偶、壓電器件等。
帶激勵(lì)源型是在轉(zhuǎn)換器件外加了輔助能源的構(gòu)成形式，輔助能源起到激勵(lì)的作用，可以是電源或磁源，這樣不需要變換電路也有較大電量輸出。常見(jiàn)的有霍爾傳感器等。
外源型是由利用被測(cè)量實(shí)現(xiàn)阻抗變換的轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成，必須通過(guò)帶外電源的變換電路才能獲得電量輸出。常見(jiàn)的有電橋等。
相同傳感器補(bǔ)償型（圖3-a）是使用兩個(gè)完全相同的轉(zhuǎn)換元件置于同樣環(huán)境下的構(gòu)成形式。實(shí)際使用其中一個(gè)元件進(jìn)行工作，另一個(gè)用于抵消其受到的環(huán)境干擾影響。常見(jiàn)的有應(yīng)變式，固態(tài)壓阻式傳感器等。
差動(dòng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)償型（圖3-b）和相同傳感器補(bǔ)償型類(lèi)似，但其兩個(gè)轉(zhuǎn)換元件都進(jìn)行工作，除了可以抵消環(huán)境干擾，還使有用的輸出值增加。
不同傳感器補(bǔ)償型（圖3-c）是兩個(gè)原理和性質(zhì)不同的轉(zhuǎn)換元件置于同樣環(huán)境下的構(gòu)成形式，也是通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)換元件給工作的轉(zhuǎn)換元件提供補(bǔ)償。常見(jiàn)的有熱敏電阻的溫度補(bǔ)償，加速度的干擾補(bǔ)償?shù)取?/DIV>
目前隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳感器和微處理器結(jié)合在一起，形成了智能化傳感器的概念，這種構(gòu)成具有了信息處理的功能，前景十分廣闊。
傳感器的分類(lèi)
傳感器的種類(lèi)繁多，分類(lèi)方式多種多樣。對(duì)于被測(cè)量，可以用不同的傳感器來(lái)測(cè)量；而對(duì)于同一原理的傳感器，通常又可以測(cè)量多種非電量。
具體分類(lèi)可按轉(zhuǎn)換的基本效應(yīng)、構(gòu)成原理等分多種，其中又以按照工作原理分類(lèi)最為詳細(xì)（表1）。
傳感器的基本要求
無(wú)論何種傳感器，作為直接面對(duì)測(cè)試對(duì)象的先鋒，必須能夠快速、準(zhǔn)確、可靠而又經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換的基本要求。
傳感器的工作范圍和量程需要足夠大，可以滿足相應(yīng)測(cè)試的極端要求，需要具備一定的過(guò)載能力；必須有能滿足要求的靈敏度和精度，要求轉(zhuǎn)換后輸出的信號(hào)和被測(cè)量的輸入信號(hào)成確定的關(guān)系，且比值要大。傳感器還需要具備快速的響應(yīng)能力，穩(wěn)定可靠的工作能力，較長(zhǎng)的壽命和較低的成本，同時(shí)維修，校準(zhǔn)方便。根據(jù)特定的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，有時(shí)對(duì)傳感器的體積和重量都有嚴(yán)格要求，且希望其內(nèi)部噪聲小不易受到外部干擾。最后是傳感器輸出的信號(hào)最好采取通用的標(biāo)準(zhǔn)形式，以便于和外部系統(tǒng)對(duì)接。
可見(jiàn)選擇一款合適的傳感器并不輕松，需要根據(jù)需求全面綜合地考慮，不可馬虎。
傳感器重要指標(biāo)介紹
傳感器在檢測(cè)靜態(tài)量時(shí)的靜態(tài)特性和檢測(cè)動(dòng)態(tài)量時(shí)的動(dòng)態(tài)特性通�？梢苑珠_(kāi)考慮。對(duì)于輸入信號(hào)的，傳感器的數(shù)學(xué)模型也通常有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)之分。
靜態(tài)特性
靜態(tài)特性表示傳感器在被測(cè)輸入量各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸入和輸出的關(guān)系，主要要考慮線性度和隨機(jī)變化等因素。
線性度：
線性度又稱(chēng)非線性，是表征傳感器輸出-輸入校準(zhǔn)曲線與選定的擬合直線之間的吻合程度的指標(biāo)。通常用相對(duì)誤差來(lái)表示線性度或非線性誤差，有：
 表示輸出平均值與擬合直線間的最大偏差；  表示理論滿量程輸出值。 所以，選定的擬合直線不同時(shí)，計(jì)算所得的線性度數(shù)值也就不同。選擇擬合直線要保證獲得盡量小的非線性誤差，還要考慮計(jì)算是否方便。常見(jiàn)的方法有理論直線法、端點(diǎn)線法、最小二乘法等。
遲滯:
遲滯是反應(yīng)傳感器在輸入量增大和減小的行程過(guò)程中輸出和輸入曲線的不重合程度的指標(biāo)（圖2）。通常用正反行程輸出的最大差值 計(jì)算，有：
靈敏度:
靈敏度（圖3）是傳感器輸出量增量與被測(cè)輸入量增量之比，線性傳感器的靈敏度就是擬合直線的斜率，即：
非線性傳感器的靈敏度不是常數(shù)，用dy/dx表示。
對(duì)于需要外部激勵(lì)的傳感器來(lái)說(shuō)，其靈敏度的表達(dá)還要考慮電源電壓的因素。
分辨力:
分辨力是傳感器在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能測(cè)試出的被測(cè)輸入量的最小變化量，有時(shí)用該值相對(duì)滿量程輸入值的百分?jǐn)?shù)表示，稱(chēng)為分辨率。
重復(fù)性：
重復(fù)性是指輸入量按同一方向做全量程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)，所得特性曲線間一致程度的指標(biāo)，各條曲線越接近，重復(fù)性越好。重復(fù)性誤差反映的是校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的離散程度，是隨機(jī)誤差計(jì)算：
漂移:
漂移指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器輸出量存在著與被測(cè)輸入量無(wú)關(guān)的變化，主要包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移。零點(diǎn)漂移或靈敏度漂移又可分為時(shí)間漂移和溫度漂移。
時(shí)間漂移指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)或靈敏度隨時(shí)間的緩慢變化；溫度漂移則是周?chē)鷾囟茸兓鸬摹?/DIV>
穩(wěn)定性:
穩(wěn)定性指?jìng)鞲衅髟陂L(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)仍保持其性能的能力，一般以在室溫條件下經(jīng)過(guò)一段規(guī)定的時(shí)間后，輸出與起始標(biāo)定時(shí)的輸出之間的差異表示。
靜態(tài)誤差（精度）:
精度是評(píng)價(jià)傳感器靜態(tài)性能的綜合性指標(biāo)，指?jìng)鞲衅髟跐M量程內(nèi)任一點(diǎn)輸出值相對(duì)其理想值的可能偏離（接近）程度，它表示該傳感器在靜態(tài)測(cè)量時(shí)所得數(shù)據(jù)的不精確度。
精度的測(cè)量方法很多，目前國(guó)內(nèi)外尚不統(tǒng)一。
動(dòng)態(tài)特性
動(dòng)態(tài)特性是反映傳感器對(duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用頻率響應(yīng)和階躍響應(yīng)來(lái)表示。
傳感器的頻率響應(yīng)特性
將各種頻率不同而幅值相等的正弦信號(hào)輸入傳感器，其輸出正弦信號(hào)的幅值、相位與頻率之間的關(guān)系稱(chēng)為頻率響應(yīng)特性。由于相頻特性和幅頻特性之間有一定的內(nèi)在關(guān)系，因此表示傳感器的頻響特性及頻域性能指標(biāo)時(shí)主要用幅頻特性（圖3）。
傳感器的階躍響應(yīng)特性
當(dāng)給靜止的傳感器輸入一個(gè)單位階躍信號(hào) 時(shí)，其輸出信號(hào)稱(chēng)為階躍響應(yīng)（圖4，a為一階系統(tǒng)；b為二階系統(tǒng)）。
溫度測(cè)量
溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過(guò)程無(wú)不與溫度密切相關(guān)。測(cè)量溫度的熱電式傳感器是最早開(kāi)發(fā)，應(yīng)用最廣的一類(lèi)傳感器，這類(lèi)傳感器是利用轉(zhuǎn)換元件電磁參量隨溫度變化的特性，對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)的。
熱電偶
熱電偶傳感器（圖1）是目前接觸式測(cè)溫中應(yīng)用最廣的熱電式傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，測(cè)溫范圍寬等特點(diǎn)。
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