傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)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(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。

　　傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官，讓物體慢慢變得活了起來(lái)。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。

　　傳感器的主要作用

　　人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官。而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說(shuō)，傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官。新技術(shù)革命的到來(lái)，世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。

　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到fm的粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。

　　此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁場(chǎng)等等。顯然，要獲取大量人類感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。

　　傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、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。可以毫不夸張地說(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。由此可見(jiàn)，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。

　　傳感器的故障診斷

　　從不同角度出發(fā)，故障診斷方法的分類不完全相同。現(xiàn)簡(jiǎn)單地將故障診斷方法分為：基于解析數(shù)學(xué)模型的方法和不依賴于數(shù)學(xué)模型的方法。

　　1、基于解析數(shù)學(xué)模型的方法

　　根據(jù)殘差產(chǎn)生的形式不同，基于解析數(shù)學(xué)模型的方法可以進(jìn)一步分為：參數(shù)估計(jì)法、狀態(tài)估計(jì)法和等價(jià)空間法。

　　基于模型的故障診斷方法，是一種最早發(fā)展起來(lái)的診斷方法，同時(shí)也是一種研究、應(yīng)用最廣泛的診斷方法。

　　優(yōu)點(diǎn)是模型機(jī)理清楚，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，易分析，可實(shí)時(shí)診斷。在故障診斷領(lǐng)域具有重要的地位，在今后的發(fā)展中依然會(huì)是傳感器故障診斷方法的主要研究方向。

　　缺點(diǎn)是計(jì)算量大，系統(tǒng)復(fù)雜；存在建模誤差，模型的適應(yīng)性差；可靠性差，容易出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)等現(xiàn)象；外部擾動(dòng)的魯棒性，系統(tǒng)的噪聲和干擾不敏感。

　　目前，這種診斷方法的研究成果仍然主要集中于線性系統(tǒng)，對(duì)深入研究非線性系統(tǒng)的通用故障診斷技術(shù)具有重要的意義，同時(shí)，魯棒性問(wèn)題也具有很高的研究?jī)r(jià)值。表l介紹了模型法中一些故障診斷方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

　　2、不依賴于數(shù)學(xué)模型的故障診斷方法

　　當(dāng)前，控制系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，由于實(shí)際中很難建立控制系統(tǒng)的精確解析數(shù)學(xué)模型，當(dāng)存在建模誤差時(shí)，基于模型的故障診斷方法將出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)等現(xiàn)象，因此不依賴于模型的故障診斷方法受到了人們的高度重視。

　　不依賴數(shù)學(xué)模型的方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要對(duì)象的準(zhǔn)確模型，并且適應(yīng)性強(qiáng)。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于實(shí)現(xiàn)。

　　這種不依賴于系統(tǒng)模型的故障診斷方法可分為基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法的故障診斷方法、基于知識(shí)的故障診斷方法和基于離散事件的方法等。

　　2.1 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法

　　基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法有兩大類：信號(hào)處理方法和統(tǒng)計(jì)方法。

　　常用的一些基于信號(hào)處理的故障診斷方法有：絕對(duì)值檢驗(yàn)和趨勢(shì)檢驗(yàn)，利用Kullb ack信息準(zhǔn)則的故障檢測(cè)，基于自適應(yīng)滑動(dòng)Lattice濾波器的故障檢測(cè)方法，基于信號(hào)模態(tài)估計(jì)的故障檢測(cè)方法相關(guān)分析法、小波分析方法和信息融合方法等。

　　2.2 基于知識(shí)的方法

　　基于知識(shí)的故障診斷方法協(xié)可分為基于癥狀的故障診斷方法和基于定性模型的故障診斷方法兩種。

　　2.3 基于離散事件的方法

　　基于離散事件的故障診斷方法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型故障診斷方法。其基本思想是：離散事件模型的狀態(tài)既反映正常狀態(tài)，又反映系統(tǒng)的故障狀態(tài)。

　　隨著理論研究的進(jìn)展和技術(shù)水平的不斷提高，傳感器故障診斷的研究會(huì)更趨于實(shí)用化，一些在實(shí)際中遇到的問(wèn)題會(huì)逐步得到解決。

　　傳感器的非線性補(bǔ)償處理

　　在完成了非線性參數(shù)的線性化處理以后，要進(jìn)行工程量轉(zhuǎn)換，即標(biāo)度變換，才能顯示或打印帶物理單位（如℃）的數(shù)值，

　　其框圖如圖1。

　　下面介紹非線性軟件處理方法。 ?

　　用軟件進(jìn)行“線性化”處理的方法有三種：

　　1. 計(jì)算法

　　2. 查表法

　　程序流程圖，如圖2所示。

　　3. 插值法

　　（1）插值原理

　　設(shè)某傳感器的輸出特性曲線（例如電阻—溫度特性曲線）如圖3所示。

　　（2） 插值法的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)

　　下邊以點(diǎn)斜式直線方程（4-37）為例，講一下用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)線性插值的方法。

　　第一步，用實(shí)驗(yàn)法測(cè)出傳感器的變化曲線y=f（x）。

　　第二步，將上述曲線進(jìn)行分段，選取各插值基點(diǎn)。

　　第三步，確定并計(jì)算出各插值點(diǎn)的xi、yi值及兩相鄰插值點(diǎn)間的擬合直線的斜率ki，并存放在存儲(chǔ)器中。

　　第四步，計(jì)算x-xi。

　　第五步，找出x所在的區(qū)域（ xi， xi+1），并取出該段的斜率ki。

　　第六步，計(jì)算ki（x-xi）。

　　第七步，計(jì)算結(jié)果y=yi+ki（x- xi）。

　　程序框圖見(jiàn)圖4。