什么是傳感器？

    傳感器（transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。

人們為了從外界獲取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現象和規律以及生產活動中它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。

新技術革命的到來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段。

傳感器特點

    傳感器的特點包括微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化，它不僅促進了傳統產業的改造和更新換代，而且還可能建立新型工業，從而成為21世紀新的經濟增長點。微型化是建立在微電子機械系統（MEMS）技術基礎之上的，已成功地應用在硅器件上，如做成了硅壓力傳感器、MEMS麥克風等。

    傳感器比擬于人類器官，但是傳感器更勝于人類器官。傳感器與人類的5大器官相比擬如下，：

    視覺：光傳感器、攝像頭、紅外感應等

    聽覺：MIC、聲音傳感器等

    嗅覺：氣敏傳感器等

    味覺：化學傳感器等

    觸覺：壓力，壓強，溫濕度等

還有很多傳感器相比人類的器官，其實現的功能更多、更綜合。如紅外傳感器，相比人類視覺，有更多的優勢。如陀螺儀、磁場傳感器，這些都是人類器官所沒有的功能。

1.3 傳感器的主要特性

（1）傳感器的靜態特性

傳感器的靜態特性是指對靜態的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有的相互關系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態特性可用一個不含時間變量的代數方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態特性的主要參數有：線性度、靈敏度、遲滯、重復性、漂移等。

A.線性度：指傳感器輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離擬合直線的程度。定義為在全量程范圍內實際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值與滿量程輸出值之比。

B.靈敏度：靈敏度是傳感器靜態特性的一個重要指標。其定義為輸出量的增量與引起該增量的相應輸入量增量之比。用S表示靈敏度。

C.遲滯：傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到小（反行程）變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現象成為遲滯。對于同一大小的輸入信號，傳感器的正反行程輸出信號大小不相等，這個差值稱為遲滯差值。

D.重復性：重復性是指傳感器在輸入量按同一方向做全量程連續多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。

E.漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時間變化，此現象稱為漂移。產生漂移的原因有兩個方面：一是傳感器自身結構參數；二是周圍環境（如溫度、濕度等）。

F.分辨力：當傳感器的輸入從非零值緩慢增加時，在超過某一增量后輸出發生可觀測的變化，這個輸入增量稱傳感器的分辨力，即最小輸入增量。

G.閾值：當傳感器的輸入從零值開始緩慢增加時，在達到某一值后輸出發生可觀測的變化，這個輸入值稱傳感器的閾值電壓。

（2）傳感器動態特性

所謂動態特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態特性常用它對某些標準輸入信號的響應來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。

（3）傳感器的線性度

通常情況下，傳感器的實際靜態特性輸出是一條曲線而非直線。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數，常用一條擬合直線近似地代表實際的特性曲線，線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標。

擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線；或將與特性曲線上各點偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。

（4）傳感器的靈敏度

靈敏度是指傳感器在穩態工作情況下輸出量變化Δy對輸入量變化Δx的比值。

它是輸出-輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間呈線性關系，則靈敏度S是一個常數。否則，它將隨輸入量的變化而變化。

靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器在位移變化1mm時，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應表示為200mV/mm。

當傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數。

提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度越高，測量范圍越窄，穩定性也往往越差。

（5）傳感器的分辨率

分辨率是指傳感器可感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當輸入變化值未超過某一數值時，傳感器的輸出不會發生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當輸入量的變化超過分辨率時，其輸出才會發生變化。

通常傳感器在滿量程范圍內各點的分辨率并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨率的指標。上述指標若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。分辨率與傳感器的穩定性有負相關性。

（6）傳感器的技術性能指標

由于傳感器的類型五花八門，使用要求千差萬別，無法列舉全面衡量各種傳感器質量優劣的統一性能指標，下面給出常用的技術性能指標。

1.關于輸入量的性能指標：量程或測量范圍、過載能力等。

2.關于靜態特性指標：線性度、遲滯、重復性、精度、靈敏度、分辨率、穩定性和漂移等。

3.關于動態特性指標：固有頻率、阻尼比、頻率特性、時間常數、上升時間、響應時間、超調量、穩態誤差等。

4.關于可靠性指標：工作壽命、平均無故障時間、故障率、疲勞性能、絕緣、耐壓、耐溫等。

5.關于對環境要求指標：工作溫度范圍、溫度漂移、靈敏度漂移系數、抗潮濕、抗介質腐蝕、抗電磁場干擾能力、抗沖振要求等。

6.關于使用及配接要求：供電方式（直流、交流、頻率、波形等）、電壓幅度與穩定度、功耗、安裝方式（外形尺寸、重量、結構特點等）、輸入阻抗（對被測對象影響）、輸出阻抗（對配接電路要求）等。

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