传感器。
微型化传感器以MEMS技术为基础，目前，已有许多较多成熟的微型传感器，如压力传感器、加速度传感器等。量子化是指利用量子力学的一些效应研制用于检测极端微弱信号的传感器。例如：利用核
-7
磁共振效应做成的磁敏传感器，可将量程扩展到地磁场的10；利用约瑟夫森(Josephoson)效应做成的热噪声传感器，可测出10-6K的超低温等。
传感器技术的网络化主要是将传感器技术、通信技术以及计算机技术相结合，从而构成网络传感器，实现信息采集、传输和处理的一体化。网络传感器是指传感器在现场级实现网络协议，使现场测控数据就近登录网络，在网络所能及的范围内实时发布和共享。网络传感器的产生使传感器由单一功能、单一检测向多功能和多点检测发展；从被动检测向主动进行信息处理方向发展；从就地测量向远距离实时在线测控发展；使传感器可以就近接入网络，传感器与测控设备间再无需点对点连接，大大简化了连接线路，节省投资，易于系统维护，也使系统更易于扩充。
再有，在机器人工程的发展中，需要研制灵敏度高、小型化、微型化的新型视觉、触觉、听觉、嗅觉传感器等。
1.3.4 开展极端测量
相对而言，一般常规测量技术相对比较成熟，而一些极端情况下的测量，例如超高温与超低温的测量，大尺寸及微纳尺寸的测量，超高压力的测量等需要解决更多的技术问题。以压力测量为例，在火炮膛压测试技术中，常规火炮膛压小于600 MPa的测试，采用铜柱(铜球)测压器或电测传感器均可满足要求。为提高火炮的射程和射击精度，增大威力，在高膛压火炮的研究中，膛压可高达800—1 000 MPa，并伴随着的高冲击加速度。这就促使膛压测试技术要有相应的发展，研制量程更大的压力传感器以及配套的压力动态标定装置，而且研制的测压传感器和测温传感器要能在高冲击加速度下稳定工作。
1.4 检测系统的静态特性与性能指标
静态检测是指测量时，检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化很缓慢。静态检测时，系统所表现出的响应特性称为静态响应特性。通常用来描述静态响应特性的指标有测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差等。一般用标定曲线来评定检测系统的静态特性，理想的线性装置的标定曲线是直线，而实际检测系统的标定曲线并非如此。通常采用静态测量的方法求取输入输出关系曲线，作为标定曲线。多数情况还需要按最小二乘法原理求出标定曲线的拟合直线。
1．4．1 测量范围 1．4．2 灵敏度
检测系统能正常测量的最小输入量和最大输入量之间的范围。
灵敏度指输出的增量与输入的增量之比，即
(1．1)
如图1．13所示，线性系统的灵敏度．S为常数，即输入输出关系直线的斜率，斜率越大，其灵敏度就越高。非线性系统的灵敏度S是变量，是输入输出关系曲线的斜率，输入量不同，灵敏度就不同，通常用拟合直线的斜率表示系统的平均灵敏度。要注意灵敏度越高，就越容易受外界干扰的影响，系统的稳定性就越差，测量范围相应就越小。
1．4．3 非线性度
如图1．14所示，标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。如果在全量程A输出范围内，标定曲线偏离拟合直线的最大偏差为B，则定义非线性度为
(1．2)
1．4．4 回程误差
如图1．15所示，回程误差也称为滞后或变差。实际测量系统在相同的测量条件下，当输入量由小增大，或由大减小时，对于同一输入量所得到的两个输出量存在差值，则定义回程误差为
1．4．5 稳定度和漂移
稳定度通常是相对时间而言的，指检测系统在规定的条件下保持其测量特性恒定不变的能力。
漂移是指在外界的干扰下，在一定时间间隔内，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。零点漂移或灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化。温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度的漂移。
1．4．6 重复性
重复性表示检测系统在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度(如图1．16所示)。多次按相同输入条件测试的输出特性曲线越重合，其重复
性越好，误差也越小。检测系统输出特性的不重复性主要由检测系统机械部分的磨损、间隙、松动、部件的内摩擦、积尘以及辅助电路老化和漂移等原因产生。
不重复性一般采用下式的极限误差式表示
式中
输出最大不重复误差； 满量程输出值。
1．4．7 分辨力
分辨力是用来表示检测系统或仪表装置能够检测被测量最小变化量的能力。通常是以最小量程的单位值来表示。当被测量的变化值小于分辨力时，检测系统对输入量的变化无任何反应。例如电压表的分辨力是10μV，即能测的最小电压为10μV，当增加7μV或8μV的电压时，电压表不会作任何反应。
1．4．8精确度(精度)
δ
精确度指标有三个：精密度、正确度和精确度。 1．精密度
它说明测量结果的分散性。即对某一稳定的对象(被测量)由同一测量者用同一检测系统和测量仪表在相当短的时间内连续重复测量多次(等精度测量)，其测量结果的分散程度。δ越小则说明测量越精密(对应随机误差)。 2．正确度
ε
它说明测量结果偏离真值大小的程度，即示值有规则偏离真值的程度。指所测值与真值的符合程度(对应系统误差)。 3．精确度
τ
它含有精密度与正确度两者之和的意思，即测量的综合优良程度。在最简单的场合下可取两者的代数和，即τ=δ+ε。通常精确度是以测量误差的相对值来表示的。
在工程应用中，为了简单表示测量结果的可靠程度，引入一个精确度等级概念，用A来表示。检测系统与测量仪表精确度等级A以一系列标准百分数值(0．001，0．005，0.02，0.05，?，1.5，2.5，4.0，?)进行分挡。这个数值是检测系统和测量仪表在规定条件下，其允许的最大绝对误差值相对于其测量范围的百分数。它可以用下式表示
式中A——检测系统的精度；
△A——测量范围内允许的最大绝对误差；
满量程输出。
检测系统设计和出厂检验时，其精度等级代表的误差指检测系统测量的最大允许误差。 1．5
检测系统的动态特性与性能指标
对于动态信号的检测，理想情况下，检测系统在输入量改变时，其输出量应能立即随之不失真地改变。在实际检测过程中，如果检测系统选用不当，输出量不能良好地追随输入量的快速变化会导致较大的测量误差，因此研究检测系统的动态特性有着十分重要的意义。系统的动态响应特性一般通过描述系统的微分方程、传递函数、频率响应函数、单位脉冲响应函数等数学模型来进行研究。
1 3．2 综合练习
例题1-5
1 3．2．1 填空
1．传感器是一种能够感受被测量，并能把外界被测量按一定规律转换成可用信号的＿＿和＿＿。
2．构成现代信息技术的三大支柱是＿＿、＿＿、＿＿，它们分别起到信息的＿＿、＿＿、＿＿＿ 作用。
3。传感器在机器人系统中可以起到感官作用，如类似于人的＿＿觉、＿＿觉、＿＿觉、＿＿觉。
4．传感器的静态特性指标主要有＿＿、＿＿、＿＿、＿＿等，而影响动态特性指标的主要参数是＿＿、＿＿、＿＿。
5．传感器最小检测量越小，则表示传感器＿ ＿越高。
6．红外传感器主要有＿＿、＿＿两大类型。其中热释电元件通过＿＿＿＿→热→＿＿＿＿的两次转换过程实现红外检测的。
7．交通警察进行酒后驾车检测时，一般通过检测＿＿含量，检测系统通常采用＿＿传感器。
8．红外光敏二极管只能接收＿＿＿ 光信号，对＿＿＿ 光没有响应。
9．金属应变片工作原理是利用＿＿效应；半导体应变片工作原理是利用＿＿效应。二者灵敏度系数主要区别是：金属应变片的电阻变化主要由＿＿引起的，半导体应变片的电阻变化主要由＿＿引起
的。
10．电容式传感器，变极距型多用于检测＿＿，变面积型主要用于检测＿＿，变介电常数型可用于检测＿＿等参数。 11．块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称＿＿传感器。当被测＿＿材料的物体靠近它时，利用线圈的＿＿变化进行非电量检测。
12。把一导体(或半导体)两端通以控制电流I，在电流垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称＿＿效应；利用这一效应的制作的元件一般可用于检测＿＿、＿＿。
13．磁敏电阻利用＿＿效应；磁敏二极管是利用＿＿在磁场中运动时受到作用的原理制成。
14．压电元件的工作原理是利用＿＿效应；目前使用的压电材料主要有： ＿、＿ 、＿＿＿
15．超声波的发射与接收换能器则是利用压电效应，其中超声波发射换能器是将＿＿能转换为＿＿能，它是利用压电元件的＿＿压电效应。
16．半导体材料在光线作用下，入射光强改变物质导电率的现象称 效应，基于这种效应的器件有 ；半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动势的效应称＿＿效应，基于这种效应的器件有＿＿。 17。核辐射传感器是利用放射性同位素的原子核在没有外力作用下，自动的发生衰变过程中释放出＿＿、＿＿、＿＿三种射线，核辐射传感器是通过核辐射与物质间的＿＿、＿＿＿ 相互作用进行测量。
18．两个不同的金属导体两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度(T、To)不同时，回路中会产生电动势，这种现象称＿＿效应；热电势主要由＿＿和＿＿两个部分组成，所以能够产生热电势的必要条件是＿＿。
1 3．2．2 选择填空
1．选择以下传感器填入空内(每空填两项，可重复填写) 电阻应变片；磁敏电阻；霍尔传感器；气敏传感器；压电传感器；电容传感器；热释电器件；热敏电阻；光纤传感器；磁敏晶体管；电动式磁电传感器；光电二极管；差动变压器；红外传感器；色敏传感器；电涡流传感器；超声波传感器；光电开关；核辐射探测器；压阻式传感器；光电池；热电偶；CCD电荷耦合器件；集成温度传感器。 (1)选择合适小位移测量的传感器：＿＿。
(2)便于检测机械振动或加速度的传感器：＿＿。 (3)可用于磁场检测的传感器：＿＿。
(4)适用于家用电器的温度检测传感器：＿＿。 (5)可应用于图13．28中自动生产线瓶盖(金属)检测和标签检测