傳感器的特性與設(shè)計有哪些?

　　傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)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(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。好的傳感器的設(shè)計是經(jīng)驗加技術(shù)的結(jié)晶。

　　一般理解傳感器是將一種物理量經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換成一種能以另外一種直觀的可表達(dá)的物理量的描述。

　　一、特性介紹

　　靜態(tài)特性

　　是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。

　　動態(tài)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(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。這是因為傳感器對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)容易用實驗方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。

　　線性度

　　通常情況下，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，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(biāo)。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線;或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)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。

　　遲滯特性

　　表征傳感器在正向(輸入量增大)和反向(輸入量減小)行程間輸出-輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值與滿量程輸出的百分比表示。遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成。

　　靈敏度

　　靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化對輸入量變化的比值。它是輸出一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(guān)系，則靈敏度S是一個常數(shù)。否則，將隨輸入量的變化而變化。

　　二、設(shè)計要點(diǎn)

　　取出有用信號并且壓低噪聲

　　一般所測得的物理量是非常小的，通常還帶有作為傳感器物理轉(zhuǎn)換元件固有的轉(zhuǎn)換噪聲。比如傳感器在1倍放大倍率下的信號強(qiáng)度為0.1~1UV，此時的背景噪聲信號也有這么大的水平，甚至于將其湮滅。如何將有用信號盡量取出并且壓低噪聲是傳感器設(shè)計的首要解決的問題。

　　傳感器電路一定要簡單精煉

　　設(shè)想具有3級放大電路的，帶有2級有源濾波器的放大回路，放大了信號的同時也將噪聲放大了，如果噪聲不是明顯偏離有用信號頻譜，則無論怎樣濾波兩者同時放大，結(jié)果信噪比沒有提高。因此傳感器電路一定要精煉簡約。能省1只電阻或電容就一定要將它去掉。這一點(diǎn)是許多設(shè)計傳感器的工程師們?nèi)菀缀雎缘膯栴}。已知的情況是，傳感器電路隨著噪聲的問題困擾，電路越修改越復(fù)雜，成為怪圈。

　　功耗問題

　　傳感器通常在后續(xù)電路的前端，有可能需要較長的引線連接。當(dāng)傳感器功耗較大時引線的連接將會所有的無謂噪聲以及電源噪聲引入使得后續(xù)電路愈發(fā)難以設(shè)計。在夠用的情況小如何降低功耗也是一個不小的考驗。

　　元器件的選用和電源回路

　　元器件的選用一定要夠用為好，只要器件指標(biāo)在需要的范圍之內(nèi)就可以了，余下的就是電路設(shè)計問題。電源是傳感器電路設(shè)計過程一定要遇到的難題，不要追求無法達(dá)到的電源指標(biāo)，而選擇一款帶有較好的共模抑制比的運(yùn)放，采用差分放大電路設(shè)計可能最普通的開關(guān)電源以及器件就能滿足你的要求。