1、第1页，共21页。4.传 感 技 术Sensor Technology第2页，共21页。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出。一般由敏感元件、转换器件、转换电路组成什么是传感器？第3页，共21页。传感什么？超声波脉冲电流远红外气体含量温度电信号第4页，共21页。温度热电偶直流电压光强度光电二极管直流电流机械振动超声传感器交流电压放电脉冲罗克夫斯基线圈交流电流气体含量气体传感
2、器电阻位移电感式位移传感器电感液位电容式液位计电容厚度水晶厚度传感器频率第5页，共21页。4.1 传感器工作原理放放大大、变变换换测测量量环环境境被被测测信信号号检检出出器器狭狭义义传传感感器器信信号号预预处处理理部部分分广广义义传传感感器器输输出出输输入入匹匹配配xiyo第6页，共21页。4.2 传感器的特性4.2.1 传感器的静态特性 静态特性表示传感器在输入量处于稳定状态时的输出-输入关系。n 环境要求：温度、湿度、气压、振动n可测量范围：若超过传感器的测量范围，响应的线性度变差，甚至损坏传感器。线性度:被测物理量增加时，理想传感器的输出信号也应成比例增加。实际传感器不会按照物理量的增加
3、同时线性增加，有误差。最大误差与量程之比，就是传感器的线性度。第7页，共21页。n迟滞效应：传感器的响应是需要时间的。这个时间就是“滞后时间”。n输出特性（输出阻抗）：反映传感器带负载的能力，越小越好。n 分辨率：指传感器在规定测量范围内所能检测出被测输入量的最小相对变化。n 稳定性：指传感器在长时间内保持原有性能的能力。零点漂移和灵敏度漂移。n 静态误差：评价传感器静态特性的综合指标，指传感器在满量程内，任一点输出值相对其理论值的可能偏离程度。第8页，共21页。由于传感器总存在惯性、阻尼等因素，使传感器的输出不仅与输入量有关，且与输入量的变化速度和加速度有关。4.2.2 传感器动态特性 动态
4、特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性，我们总是希望传感器的输出量随时间的变化关系能够完全复现输入量随时间的变化关系。主要的动态特性有:频率响应特性和瞬态响应特性。第9页，共21页。传感器的频率响应特性（1）幅频特性:增益A 传感器对检测信号的放大或衰减倍率。带宽 传感器的增益保持在一定值上的频率范围。时间常数：一阶传感器特征量，越小，频带越宽。固有频率0：二阶传感器特征量。（2）相频特性第10页，共21页。传感器的瞬态响应特性n 过调量（过冲）：第一次超过稳定值出现的最大偏差。xtxiybattrststyon 上升时间trs：由稳定值的10%到90%所需时间。n 响应时间tst：由开
5、始输入到输出稳定所需的时间。n 衰减度：振荡幅值衰减的速度。第11页，共21页。传感器基本性能指标基本参数环境参数可靠性指标其他指标量程指标 量程、过载能力。灵敏度指标 灵敏度、分辨率、满量程输出、输入输出阻抗。精度指标 误差、线性度、重复性、阈值、稳定性。动态性能指标 频率特性、时间常数、阻尼系数、响应时间、衰减率等温度指标 工作温度范围 温度漂移抗振指标 抗振幅度 冲振允许频率大气环境 湿度 气压工作寿命保修期保险期平均无故障时间绝缘电阻耐压水平等电源 供电方式 电源电压 电源稳定性 功耗结构 外形尺寸 重量 材质安装方式第12页，共21页。4.3 传感器的校准v 传感器校准测试条件：温度
6、20+5 C；标准大气压101.3+8kPa；相对湿度不大于85%；无震动、冲击和加速度。传感器校准：是指在明确传感器输入与输出关系的前提下，利用标准仪器对传感器进行标定。利用标准仪器产生的已知量作为被标定传感器的输入，将传感器的输出与标准量做比较，即可了解传感器的性能。第13页，共21页。4.4 在线监测用传感器v 非接触性：测量系统不能影响一次系统的运行v 强的抗干扰性v 对环境的耐受性v 高的可靠性 第14页，共21页。（1）罗可夫斯基线圈型电流传感器罗可夫斯基线圈型电流传感器用于测量包含丰富频率成分的局部放电脉冲电流以及工频小电流。与被测设备没有电气上的直接联系，非常适用于在线监测的情
7、况。被测电流i1(t)通过导线时，线圈产生感应电势dttdiMte)()(1lwSM e(t)与被测电流的变化率成正比，对e(t)进行积分，即可得到被测电流信号。le(t)Swui1(t)罗可夫斯基线圈示意图第15页，共21页。（2）高频脉冲电流法传感器HFCT安装在设备地线上，通过感应在足够宽的频带范围内，检测局部放电产生的脉冲电流信号。HFCT感应而不是直接测量放电的脉冲电流，不受运行设备电容量的影响。测量频带宽、包含信息量大，可以真实地反映局部放电的原始脉冲电流特征，是非侵入式的检测方法，可用于局部放电的带电检测。第16页，共21页。（3）暂态地电波传感器当开关柜等存在局部放电时，设备内
8、部会辐射出电磁波信号。当电磁波遇到金属时，在柜体内表面会感应出幅值大小、频率等参数与局部放电电磁波相关的感应脉冲电流。由于开关柜有缝隙，该脉冲电流传播到开关柜外表面，沿着金属柜体外表面传到大地，在金属外壳上形成暂态对地电压（TEV）。若在其金属外箱壳上放置一个电容传感器，就可检测到与局部放电相关的暂态地电波，即检测到局部放电。地电波强度随放电脉冲宽度而迅速减小，随其幅值增加而增加，随着距离增加而减小。对于过程越快、越激烈、距离越近的本地放电检测能力越强。第17页，共21页。（4）超声波传感器 局部放电时可产生声信号，该声信号以球面波形式向四周传播，若在设备外部安装传感器（压电传感器）即可接收到
9、设备内部局部放电产生的超声波信号。目前还不能确定超声信号强弱与绝缘劣化的定量关系，超声法只是一种辅助测量手段，用于定性地判断局部放电信号的有无及放电源定位。可用于本地局部放电的检测。第18页，共21页。4.5 信号的预处理 信号的预处理方法主要有：n 抑制漂移。零点漂移，输入为零时输出不为零。电源电压波动、器件特性热变化等。n 信号放大。信号不失真的成比例放大n 滤波。n 峰值保持：在检测中，往往对被测信号的最大值及其出现的时刻最感兴趣。由于脉冲信号有时会非常短暂，就需要对该脉冲信号进行适当的扩展。第19页，共21页。滤波 传感器的输出信号都含有不同程度的噪声，滤波的目的就是要减小噪声对真实信号的影响。任何信号都可以用正弦级数的形式表示 )2sin()2sin()(10iFtAFtAAtfi 滤波尽量衰减掉噪声频谱。保持有价值信号的频率成分的振幅不变；滤波器可由简单的R、C电路构成，当性能要求较高时，可采用由运算放大器构成的有源滤波器。主要有高通、低通、带通滤波器。第20页，共21页。Thank you第21页，共21页。
