生物医学传感器设计实验指导书1VIP专享

第一章 传感器概述[1] 一、传感器的基本特性 传感器通常由敏感元件和传感元件组成。敏感元件是直接感受被测非电量，并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其他量(一般仍为非电量)的元件。传感元件又称为变换器，是能将敏感元件输出的非电量直接转换成所需信号(一般为电参量)的元件，例如应变式压力传感器中的弹性膜片就是敏感元件，而电阻应变片就是传感元件。 敏感元件与传感元件也可两者合二为一，称为一次传感元件，它能直接输出电量。如压电晶体、热电偶、热敏电阻、光学器件，它们直接感受被测量而输出与之成确定关系的电量。一些新型的集成电路传感器将敏感元件、传感元件以及信号处理电路集成为一个器件。 传感器的基本特性一般是指传感器输入与输出特性，它有静态与动态之分。 (一)传感器的静态特性 传感器的静态特性是指传感器在被测量处于稳定状态时的输出—输入关系。衡量静态特性的性能指标主要有：线性度、灵敏度、分辨率、迟滞和重复性。 (1 ) 线性度(非线性误差) 如图 1.1 所示，线性度是指传感器实际静态特性曲线与拟合直线之间的最大偏差（Δ lmax）)与传感器满量程输出(ymax)之百分比值，用γ L表示为： %1 0 0m a xm a xylL γ L越小，说明实际曲线与理论拟合曲线之间的偏差越小。从特性上看，γ L越小越好，但考虑到成本，则一般要求γ L适中。 ⑵ 灵敏度 灵敏度指传感器在稳态下是输出变化值（dy）与输入变化值（dx）之比，用K 表示，如图 1.2 所示 )()(输入变化值输出变化值dxdyK  对于线性传感器，则有： XYK  例如：位移变化1mm 时，输出电压变化 30mV，则有 mmmVmmmVK/3 013 0 由上可知，传感器的灵敏度越高，在同样输入量的情况下，输出信号越大。图 1.1 传感器线性度 图 1.2. 传感器灵敏度定义示意图 这给信号处理、读出、控制等带来很多益处。但是，—般来说，灵敏度越高，测量范围往往愈窄，稳定性也往往愈差，抗干扰能力愈弱。所以灵敏度的选择由实际需要来决定，应当注意合理性。 (3)分辨率 分辨率是用来表示传感器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率时，传感器对输入量的变化无任何反应。例如电压表的分辨率是10μ V，即能测量的最小电压变化量为 10μ V，当增加 7μ V 或 8μ V 的电压时，电压表不会有任何反应。 (4)迟滞 迟滞表明传感器在正(输出量增大...