淺析傳感器在故障檢測系統中的作用

摘要：傳感器作為測控系統重要環節，其工作狀態直接影響到整個檢測系統的穩定與否。因此，提高傳感器故障檢測與診斷能力對于提高整個檢測系統精度以及穩定性意義重大。

關鍵詞：傳感器；故障檢測系統

中圖分類號：TP274文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）16-0112-01

傳感器是一個完整的測量裝置，能把被測非電量轉換為與之有確定對應關系的有用電量輸出，以滿足信息的傳輸處理、記錄、顯示和控制等多方面要求。現代科技水平的發展，使傳感與測試技術產生了革命性的變化正向智能化、集成化、微型化、量子化、網絡化的方向發展。

1傳感器結構分析

根據我國國家標準（GB/T7665-2005），傳感器定義為能夠感受規定的被測量并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件和裝置，通常由敏感元器件和轉換元件組成。根據其定義，傳感器應由敏感元件、轉換元件及其他輔助部件組成。

2檢測系統分析

檢測（detection）是利用各種物理、化學效應，選擇合適的方法和裝置，將生產、科研、生活等各方面的有關信息與檢測的方法賦予定性或定量結果的過程。檢測系統的規模的大小及其復雜程度與被測量的多少、被測量的性質以及被測對象的特性有非常密切的關系。涵蓋各個功能模塊的檢測系統的結構框圖如圖1所示。可知，傳感器是檢測系統的第一環節，其工作狀態直接影響到整個檢測系統的穩定與否，因此，提高傳感器故障檢測與診斷能力對于提高整個檢測系統精度以及穩定性意義重大。

3傳感器特性與指標

3.1傳感器靜態特性

傳感器的靜態特性是指它在穩態信號作用下的輸出量與輸入量之間所具有的相互關系。衡量傳感器靜態特性的主要指標有：線性度、靈敏度、遲滯（回程誤差）、重復性、漂移等。這些靜態特性所描述的傳感器的輸入、輸出關系式中均不含時間變量。

①線性度。線性度是指傳感器輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離直線的程度。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。

②靈敏度。靈敏度是指傳感器在穩態工作情況下輸出量變化△y對輸入量變化△x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顯線性關系，則靈敏度S是一個常數。否則，它將隨輸入量的變化而變化。提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩定性也往往愈差。

③遲滯現象。遲滯特性能表明傳感器在正向行程和反向行程期間，輸出-輸入特性曲線不重合的程度。產生遲滯的原因：傳感器機械部分存在不可避免的摩擦、間隙、松動、積塵等，引起能量吸收和消耗。

④重復性。表示傳感器在輸入量按同一方向做全量程多次測試時所得的輸入—輸出特性曲線的一致程度。特性曲線不重復的原因與遲滯現象產生的原因相同。

⑤漂移。指其再輸入量不變的情況下，輸出量隨著時間的變化的現象。該想象將會影響傳感器的穩定性。

3.2傳感器動態特性

傳感器的動態特性是指傳感器對動態激勵（輸入）的響應（輸出）特性，即在輸出對隨著時間變化的輸入量的響應特性。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。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。

4結語

基于以上分析，在工業生產及科研測試中，選用合適的傳感器要綜合考慮傳感器的技術指標及經濟性，以滿足測試測量的需求而又最大程度的節約經濟成本。

參考文獻：

[1] 胡向東，劉京誠，余成波，等.傳感器與檢測技術[M].北京: 機械工業出版社，2009.