物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)-無(wú)線傳感網(wǎng)-第一課-徐憲清課件

1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)The Internet of Things Technology徐憲清第一部分 無(wú)線傳感網(wǎng)概論傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用情況一什么是傳感器網(wǎng)絡(luò)二傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史三傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)四第一部分 無(wú)線傳感網(wǎng)概論傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用情況一什么是傳感器網(wǎng)絡(luò)二傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史三傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)四（一）民事應(yīng)用大鴨島海燕監(jiān)測(cè)無(wú)人干擾監(jiān)測(cè)鳥(niǎo) 巢海 燕大 鴨 島電力高壓線高爾夫球場(chǎng)葡 萄 園道 路 交 通智能停車場(chǎng)物流系統(tǒng)列車鐵軌高速公路系統(tǒng)（二）軍事應(yīng)用聯(lián)合國(guó)維和部隊(duì)伊 拉 克微型感應(yīng)傳感器網(wǎng)絡(luò)核武器和生化武器美軍未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)的戰(zhàn)場(chǎng)警戒示意圖傳感器節(jié)點(diǎn)通行車輛F-22猛禽戰(zhàn)斗機(jī)美國(guó)F-22猛禽戰(zhàn)

2、斗機(jī)機(jī)外傳感器網(wǎng)絡(luò) 美軍“沙地直線”項(xiàng)目無(wú)線鏈路目標(biāo)探測(cè)、分類和跟蹤傳感器節(jié)點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)封裝示例（二）錐形罩特點(diǎn)：底基重量大自正位“懸垂鐘擺”式電路板飛機(jī)拋撒第一部分 無(wú)線傳感網(wǎng)概論傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用情況一什么是傳感器網(wǎng)絡(luò)二傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史三傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)四無(wú) 線 網(wǎng) 絡(luò)有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，目的是協(xié)作地采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地域內(nèi)感知對(duì)象的監(jiān)測(cè)信息，并報(bào)告給用戶?！盁o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)”術(shù)語(yǔ)的標(biāo)準(zhǔn)定義傳感器技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)通 信 技 術(shù)感 官大 腦神 經(jīng)現(xiàn)代信息技術(shù)

3、信息系統(tǒng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)物示例傳感器網(wǎng)絡(luò)的常用邏輯結(jié)構(gòu)圖無(wú)線傳感器模塊1無(wú)線傳感器模塊2無(wú)線傳感器模塊N無(wú)線鏈路無(wú)線接口模塊/網(wǎng)關(guān)監(jiān)控主機(jī)第一階段最早可以追溯二十世紀(jì)70年代越戰(zhàn)時(shí)期使用的傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)。胡志明小道胡志明小道熱帶樹(shù)熱帶樹(shù)轟炸機(jī)傳感器僅產(chǎn)生探測(cè)數(shù)據(jù)流 傳感器無(wú)計(jì)算能力 傳感器之間不能相互通信SensorsObject信號(hào)分析傳統(tǒng)感知方法的特征有線/無(wú)線連接第二階段感知能力計(jì)算能力通信能力1999年商業(yè)周刊將傳感器網(wǎng)絡(luò)列為二十一世紀(jì)最具影響的21項(xiàng)技術(shù)之一 。二十世紀(jì)80年代至90年代之間第三階段21世紀(jì)開(kāi)始至今2001911事件2002橡樹(shù)嶺實(shí)驗(yàn)室提出“網(wǎng)絡(luò)就是傳感器

4、”。20032006美國(guó)技術(shù)評(píng)論雜志評(píng)出深遠(yuǎn)影響人類未來(lái)生活的十大新興技術(shù)，傳感器網(wǎng)絡(luò)列為第一 。我國(guó)發(fā)布國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要。計(jì)算設(shè)備的演化歷史第一部分 無(wú)線傳感網(wǎng)概論傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用情況一什么是傳感器網(wǎng)絡(luò)二傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史三傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)四通信能力有限節(jié)點(diǎn)通信覆蓋范圍只有幾十到幾百米關(guān)鍵之一如何在有限的通信能力條件下, 完成探測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸？無(wú)線通信技術(shù)是第一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)！電源能量有限通常電池供電，工作環(huán)境惡劣，一次部署終生使用，更換電池困難關(guān)鍵之二如何節(jié)省電源、最大化網(wǎng)絡(luò)的使用壽命？低功耗設(shè)計(jì)問(wèn)題是第二項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)！計(jì)算能力有限節(jié)點(diǎn)體積小，處理器和存儲(chǔ)器性能有限，不允許進(jìn)

5、行復(fù)雜算法的運(yùn)算關(guān)鍵之三嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)是第三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)！自組織的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有基站節(jié)點(diǎn)失效、新節(jié)點(diǎn)加入，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性，需要自動(dòng)愈合關(guān)鍵之四多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)路由是第四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)！傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)用戶感興趣的是數(shù)據(jù)而不是網(wǎng)絡(luò)和傳感器硬件關(guān)鍵之五如何建立以數(shù)據(jù)為中心的傳感器網(wǎng)絡(luò)？傳感器網(wǎng)絡(luò)的第五項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)據(jù)融合方法！網(wǎng)絡(luò)攻擊無(wú)處不在傳感器節(jié)點(diǎn)的物理操縱傳感信息的竊聽(tīng)拒絕服務(wù)攻擊私有信息的泄露關(guān)鍵之六安全性是傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題。如何保護(hù)機(jī)密數(shù)據(jù)和防御網(wǎng)絡(luò)攻擊是第六項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)！第二部分 微型傳感器基本知識(shí)傳感器概述一常見(jiàn)傳感器類型介紹二傳感器的一般特性和正確

6、選型三微型傳感器應(yīng)用示例四第二部分 微型傳感器基本知識(shí)傳感器概述一常見(jiàn)傳感器類型介紹二傳感器的一般特性和正確選型三微型傳感器應(yīng)用示例四一. 傳感器概述1、傳感器的定義和作用 傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端探頭通常代表了用戶的功能需求，終端傳感器技術(shù)是支撐和最大化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用性能的基石，為網(wǎng)絡(luò)提供了豐富多彩的業(yè)務(wù)功能。 什么是傳感器？一般來(lái)說(shuō)能夠把特定的被測(cè)量信息（物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)（電信號(hào)、光信號(hào)等）的器件或裝置，我們把它稱為傳感器。 傳感器是生物體感官的工程模擬物；反過(guò)來(lái)，生物體的感官又可以看作是天然的傳感器。隨著數(shù)字化和信息技術(shù)與機(jī)械裝置的融合，傳感器和執(zhí)行器已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)

7、數(shù)據(jù)共享、控制功能和控制參數(shù)協(xié)調(diào)一體化，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與外部連接。隨著基礎(chǔ)自動(dòng)化控制功能的重新分配，許多計(jì)算機(jī)控制功能下放到傳感器和執(zhí)行器中完成，如參數(shù)檢測(cè)、控制、診斷和維護(hù)管理等。 傳感器的作用類似于人的感覺(jué)器官，是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與控制的首要環(huán)節(jié)。2、傳感器的組成 傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路組成。 敏感元件是傳感器中能感受或響應(yīng)被測(cè)量的部分。轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的信號(hào)（一般指電信號(hào)）部分。基本轉(zhuǎn)換電路可以對(duì)獲得的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等。另外，基本轉(zhuǎn)換電路工作時(shí)必須有輔助電源。 隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的基本轉(zhuǎn)換

8、電路可安裝在傳感器殼體里或與敏感元件一起集成在同一芯片上，構(gòu)成集成傳感器。 傳感器接口技術(shù)是非常實(shí)用和重要的技術(shù)。各種物理量用傳感器將其變成電信號(hào)，經(jīng)由諸如放大、濾波、干擾抑制、多路轉(zhuǎn)換等信號(hào)檢測(cè)和預(yù)處理電路，將模擬量的電壓或電流送A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字量，供計(jì)算機(jī)或者微處理器處理。3、傳感器的分類 傳感器的分類方法很多。 按被測(cè)量與輸出電量的轉(zhuǎn)換原理劃分，可分為能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型兩大類。 能量轉(zhuǎn)換型傳感器直接將被測(cè)對(duì)象（如機(jī)械量）的輸入轉(zhuǎn)換成電能。屬于這種類型的傳感器包括壓電式傳感器、磁電式傳感器、熱電偶傳感器等。 能量控制型傳感器直接將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電參量（如電阻等），依靠外部輔助電源才能

9、工作，并且由被測(cè)量控制外部供給能量的變化。屬于這種類型的傳感器包括電阻式、電感式、電容式等。 傳感器按測(cè)量原理分類，主要有物理和化學(xué)原理，包括電參量式、磁電式、磁致伸縮式、壓電式和半導(dǎo)體式等。執(zhí)行器按控制系統(tǒng)要求，應(yīng)具備高精確度控制和快速響應(yīng)的能力，主要有電動(dòng)執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)行器、液壓執(zhí)行器、壓電陶瓷執(zhí)行器和納米執(zhí)行器等。 按被測(cè)量的性質(zhì)不同劃分為位移傳感器、力傳感器、溫度傳感器等。 按輸出信號(hào)的性質(zhì)可分為開(kāi)關(guān)型（二值型）、數(shù)字型、模擬型。數(shù)字式傳感器能把被測(cè)的模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，它的特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)、易于微機(jī)接口、便于信號(hào)處理和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。第二部分 微型傳感器基本知識(shí)傳感器

10、概述一常見(jiàn)傳感器類型介紹二傳感器的一般特性和正確選型三微型傳感器應(yīng)用示例四二. 常見(jiàn)傳感器的類型介紹1、能量控制型傳感器 能量控制型傳感器將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成電參量，在工作過(guò)程中不能起換能作用，需從外部供給輔助能源使其工作，所以又稱作無(wú)源傳感器。 電阻式、電容式、電感式均屬這一類型。2、能量轉(zhuǎn)換型傳感器 能量轉(zhuǎn)換型傳感器感受外界機(jī)械量變化后，輸出電壓、電流或電荷量。它可以直接輸出或放大后輸出信號(hào)，傳感器本身相當(dāng)于一個(gè)電壓源或電流源，因而這種傳感器又叫做有源傳感器。 壓電式、磁電式和熱電式傳感器等均屬這一類型。3、光敏傳感器 光敏傳感器是一種感應(yīng)光線強(qiáng)弱的傳感器。當(dāng)感應(yīng)到光強(qiáng)度不同時(shí)，光敏探頭內(nèi)的

11、電阻值就會(huì)有變化。 常見(jiàn)的光敏傳感器有光電式傳感器、色敏傳感器、CCD圖像傳感器和紅外/熱釋電式光敏器件等。將光量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為光電傳感器或光電元件。4、氣、濕敏傳感器 氣敏傳感器是一種能將檢測(cè)到的氣體成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。半導(dǎo)體氣敏傳感器廣泛應(yīng)用于可燃性氣體的探測(cè)與報(bào)警，以預(yù)測(cè)災(zāi)害性事故的發(fā)生。5、集成與智能傳感器 集成傳感器是將敏感元件、測(cè)量電路和各種補(bǔ)償元件等集成在一塊芯片上，具有體積小、重量輕、功能強(qiáng)和性能好的特點(diǎn)。 目前廣泛應(yīng)用的集成傳感器有集成溫度傳感器、集成壓力傳感器、集成霍爾傳感器等。若將幾種不同的敏感元件集成在一個(gè)芯片上，可以制成多功能傳感器，可同時(shí)測(cè)量多種參

12、數(shù)。 智能傳感器（Smart Sensor）是在集成傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是一種裝有微處理器的、能夠信息處理和信息存儲(chǔ)以及邏輯分析判斷的傳感器系統(tǒng)。智能傳感器利用集成或混合集成的方式將傳感器、信號(hào)處理電路和微處理器集成為一個(gè)整體。 智能傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）具有自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)校準(zhǔn)功能。（2）具有判斷和信息處理功能，對(duì)測(cè)量值進(jìn)行各種修正和誤差補(bǔ)償。（3）實(shí)現(xiàn)多參數(shù)綜合測(cè)量。（4）自動(dòng)診斷故障。（5）具有數(shù)字通信接口，便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)。第二部分 微型傳感器基本知識(shí)傳感器概述一常見(jiàn)傳感器類型介紹二傳感器的一般特性和正確選型三微型傳感器應(yīng)用示例四三. 傳感器的一般特性和正

13、確選型3.1 傳感器的一般特性 傳感器的正確選用是保證不失真測(cè)量的首要環(huán)節(jié)，因而在選用傳感器之前，掌握傳感器的基本特性是必要的。1、靈敏度 傳感器的靈敏度高，意味著傳感器能感應(yīng)微弱的變化量，即被測(cè)量有一微小變化時(shí)，傳感器就會(huì)有較大的輸出。但是，在選擇傳感器時(shí)要注意合理性，因?yàn)橐话銇?lái)講，傳感器的靈敏度越高，測(cè)量范圍往往越窄，穩(wěn)定性會(huì)越差。 傳感器的靈敏度指?jìng)鞲衅鬟_(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，輸出變化量與引起變化的輸入變化量之比，即 線性傳感器的校準(zhǔn)曲線的斜率就是靜態(tài)靈敏度；對(duì)于非線性傳感器的靈敏度，它的數(shù)值是最小二乘法求出的擬合直線的斜率。K=輸出變化量/輸入變化量=Y/X=dy/dx2、響應(yīng)特性 傳感器

14、的動(dòng)態(tài)性能是指?jìng)鞲衅鲗?duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。它是傳感器的輸出值能真實(shí)再現(xiàn)變化著的輸入量的能力反映，即傳感器的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)隨時(shí)間的變化曲線希望一致或相近。 傳感器的響應(yīng)特性良好，意味著傳感器在所測(cè)的頻率范圍內(nèi)滿足不失真測(cè)量的條件。另外，實(shí)際傳感器的響應(yīng)過(guò)程總有一定的延遲，但希望延遲的時(shí)間越小越好。3、線性范圍 任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)它的輸出與輸入成比例關(guān)系。線性范圍越寬，則表明傳感器的工作量程越大。 傳感器工作在線性范圍內(nèi)，是保證測(cè)量精確度的基本條件。例如，機(jī)械式傳感器中的彈性元件，它的材料彈性極限是決定測(cè)力量程的基本因素。當(dāng)超過(guò)彈性極限時(shí)，傳感器就將產(chǎn)生非線

15、性誤差。 任何傳感器很難保證做到絕對(duì)的線性，在某些情況下，在許可限度內(nèi)，也可以在近似線性區(qū)域內(nèi)使用。 傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，利用一定等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，對(duì)傳感器進(jìn)行往復(fù)循環(huán)測(cè)試，得到輸入/輸出特性列表或曲線。人們通常希望這個(gè)特性曲線是線性的，這樣會(huì)對(duì)標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理帶來(lái)方便。但實(shí)際的輸出與輸入特性只能接近線性，對(duì)比理論直線有偏差。 所謂線性度是指?jìng)鞲衅鞯膶?shí)際輸入-輸出曲線（校準(zhǔn)曲線）與擬合直線之間的吻合（偏離）程度。選定擬合直線的過(guò)程，就是傳感器的線性化過(guò)程。實(shí)際曲線與它的兩個(gè)端尖連線（稱為理論直線）之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差。取其中最大值與輸出滿度值之比作為評(píng)價(jià)線性度（或非線性

16、誤差）的指標(biāo)。 式中 為線性度(非線性誤差)， 為校準(zhǔn)曲線與擬合直線間的最大差值， 為滿量程輸出值。4、穩(wěn)定性 穩(wěn)定性表示傳感器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用之后，輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。 為了保證穩(wěn)定性，在選定傳感器之前，應(yīng)對(duì)使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，以選擇合適類型的傳感器。例如電阻應(yīng)變式傳感器，濕度會(huì)影響到它的絕緣性，溫度會(huì)影響零漂；光電傳感器的感光表面有塵?；蛩麜r(shí)，會(huì)改變感光性能，帶來(lái)測(cè)量誤差。5、重復(fù)性 重復(fù)性是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測(cè)量范圍內(nèi)連續(xù)變化多次所得特征曲線的不一致性，在數(shù)值上用各測(cè)量值正反行程標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值的兩倍或三倍于滿量程 的百分比來(lái)表示

17、。 上式中為標(biāo)準(zhǔn)偏差， 為測(cè)量值，Y為測(cè)量值的算術(shù)平均值。6、漂移 由于傳感器內(nèi)部因素或外界干擾的情況下，傳感器的輸出變化稱為漂移。當(dāng)輸入狀態(tài)為零時(shí)的漂移稱為零點(diǎn)漂移。傳感器無(wú)輸入（或某一輸入值不變）時(shí)，每隔一段時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)，其輸出偏離零值（或原指示值）。上式中 為最大零點(diǎn)偏差（或相應(yīng)偏差） 在其它因素不變的情況下，輸出隨著時(shí)間的變化產(chǎn)生的漂移稱為時(shí)間漂移。 隨著溫度變化產(chǎn)生的漂移稱為溫度漂移，它表示當(dāng)溫度變化時(shí)，傳感器輸出值的偏離程度。一般以溫度變化1度時(shí)，輸出的最大偏差與滿量程的百分比來(lái)表示。7、精度 傳感器精度指測(cè)量結(jié)果的可靠程度，它以給定的準(zhǔn)確度來(lái)表示重復(fù)某個(gè)讀數(shù)的能力，其誤差越小則傳

18、感器精度越高。傳感器的精度表示為傳感器在規(guī)定條件下，允許的最大絕對(duì)誤差相對(duì)傳感器滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)。 上式中A為測(cè)量范圍內(nèi)允許的最大絕對(duì)誤差。 所謂最大誤差是指在曲線上任取10個(gè)點(diǎn)測(cè)量某7點(diǎn)達(dá)10次，確定的最大誤差即為所求。 精度表示測(cè)量結(jié)果和“真值”的靠近程度，一般采用校驗(yàn)或標(biāo)定的方法來(lái)確定，此時(shí)“真值”則靠其它更精確的儀器或工作基準(zhǔn)來(lái)給出。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了傳感器和測(cè)試儀表的精度等級(jí)，如電工儀表精度分七級(jí)，分別是0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5級(jí)。 精度等級(jí)的確定方法是首先算出絕對(duì)誤差與輸出滿度量程之比的百分?jǐn)?shù)，然后靠近比其低的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)值即為該儀器的精度等級(jí)。8、分辨率

19、(力) 分辨力是指能檢測(cè)出的輸入量的最小變化量，即傳感器能檢測(cè)到的最小輸入增量。在輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱為閾值，即產(chǎn)生可測(cè)輸出變化量時(shí)的最小輸入量值。 如圖所示左圖為非線性、右圖為線性輸出結(jié)果，其中的x0均表示可以開(kāi)始檢測(cè)的的最小輸出值。數(shù)字式傳感器一般用分辨率表示，分辨率是指分辨力/滿量程輸入值。9、遲滯 遲滯是指在相同工作條件下作全測(cè)量范圍校準(zhǔn)時(shí)，在同一次校準(zhǔn)中對(duì)應(yīng)同一輸入量的正行程和反行程間的最大偏差。它表示傳感器在正(輸入量增大)、反(輸入量減小)行程中輸出/輸入特性曲線的不重合程度，數(shù)值用最大偏差(Amax)或最大偏差的一半與滿量程輸出值的百分比來(lái)表示，它們分別如下所示：3.2 傳感

20、器選型的原則 現(xiàn)代傳感器在原理和結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象和測(cè)量環(huán)境合理選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題。 當(dāng)傳感器的型號(hào)確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。1、測(cè)量對(duì)象與環(huán)境 根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下問(wèn)題： 量程的大小；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的輸出方法，有線或非接觸測(cè)量；傳感器的來(lái)源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口；價(jià)格能否承受，是否自行研制。2、靈敏度 通常在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)

21、應(yīng)的輸出信號(hào)的值會(huì)比較大，這有利于信號(hào)處理。但傳感器的靈敏度較高時(shí)，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，從而導(dǎo)致影響測(cè)量精度。因此，選用傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少?gòu)耐饨缫敫蓴_信號(hào)。 傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)方向性要求較高時(shí)，應(yīng)選擇在其它方向上靈敏度小的傳感器；如果被測(cè)量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。3、頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)時(shí)間總有一定的延遲，通常希望延遲時(shí)間越短越好。 傳感器的頻率響應(yīng)越高，則可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就越寬。由于

22、受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因而傳感器頻率低，則可測(cè)信號(hào)的頻率就較低。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)，以免產(chǎn)生過(guò)大的誤差。4、線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。理論上在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則它的量程就越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看它的量程是否滿足要求。 但在實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，它的線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)可將非線性誤差較小的傳感器近似看作是線性的，這會(huì)給測(cè)量工作帶來(lái)很大的方便。5、穩(wěn)定性 傳感器在使用一段時(shí)間后，它的穩(wěn)定性會(huì)受到影響。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身的結(jié)構(gòu)以外，還包括傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，需要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。6、精度 精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確程度的一個(gè)環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，它的價(jià)格就越昂貴。因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以了，不必過(guò)高。這樣可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中，選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器型號(hào)。 如果測(cè)量目的是定性分析，選用相對(duì)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對(duì)量值精度高的型號(hào)；如