自傳感器誕生以來,由于它可以幫助人類將曾經(jīng)不可知、難判斷的信息變成易獲取、更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù),傳感器已經(jīng)成為數(shù)字化社會最為重要的基礎(chǔ)設(shè)施。傳感器已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。
近年來物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0、智能機(jī)器人、智慧城市、車聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)、VR/AR虛擬現(xiàn)實、自動駕駛、5G萬物互聯(lián)、天基物聯(lián)網(wǎng)等等各種火爆的概念項目都離不開傳感器的支持,同時兩者之間又相互推動促進(jìn)發(fā)展。
可見,傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動社會進(jìn)步方面的重要作用是十分明顯的。
現(xiàn)在市場上的傳感器各式各樣,原理和使用方法也都有所區(qū)別,如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器,是在進(jìn)行某個量的測量時首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后,與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗和精確度,在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。
首先,根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型。要進(jìn)行—個具體的測量工作,首先要考慮采用何種原理的傳感器,這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為,即使是測量同一物理量,也有多種原理的傳感器可供選用,哪一種原理的傳感器更為合適,則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題:量程的大小;被測位置對傳感器體積的要求;測量方式為接觸式還是非接觸式;信號的引出方法,有線或是非接觸測量;傳感器的來源,國產(chǎn)還是進(jìn)口,價格能否承受,還是自行研制。用流量計舉例,有電磁流量計和渦街流量計還有超聲波流量計,我們需要針對具體目標(biāo)去選擇流量計,除此之外,還需要參考需要使用哪種輸出模式,比如說2線制還是四線制電流信號,0-20ma,4-20ma,0-10v電壓信號或者是某種協(xié)議的通訊。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器,然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。
其次,依據(jù)靈敏度的選擇。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。因為只有靈敏度高時,與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大,有利于信號處理。但要注意的是,傳感器的靈敏度高,與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入,也會被放大系統(tǒng)放大,影響測量精度。因此,要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比,盡量減少從外界引入的干擾信號。
傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量,而且對其方向性要求較高,則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器;如果被測量是多維向量,則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。
第三,判斷頻率響應(yīng)特性。傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍,必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真。實際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲,希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高,可測的信號頻率范圍就寬,而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響,機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大,因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。在動態(tài)測量中,應(yīng)根據(jù)信號的特點(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性,以免產(chǎn)生過火的誤差。
第四,根據(jù)傳感器的穩(wěn)定性。傳感器使用一段時間后,其性能保持不變的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外,主要是傳感器的使用環(huán)境。因此,要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性,傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前,應(yīng)對其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查,并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器,或采取適當(dāng)?shù)拇胧?,減小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo),在超過使用期后,在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定,以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場合,所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格,要能夠經(jīng)受住長時間的考驗。
第五,傳感器的線形范圍。是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講,在此范圍內(nèi),靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬,則其量程越大,并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時,當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。