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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、嗅、味、觸覺，大腦就是通過五官來感知外界的信息（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。可用信號(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，必須通過帶外電源的變換電路才能獲得電量輸出。常見的有電橋等。
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，也是通過一個(gè)轉(zhuǎn)換元件給工作的轉(zhuǎn)換元件提供補(bǔ)償。常見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
傳感器的種類繁多，分類方式多種多樣。對(duì)于被測(cè)量，可以用不同的傳感器來測(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最為詳細(xì)（表1）。
傳感器的基本要求
無論何種傳感器，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)特性通常可以分開考慮。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)的傳感器來說，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；溫度漂移則是周圍溫度變化所引起的。
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，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。測(cè)量溫度的熱電式傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器，這類傳感器是利用轉(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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