56、传感器与换能器技术全解析

传感器与换能器技术全解析

1. 换能器校准技术

换能器校准是传感器系统中的关键环节。在可逆换能器 B 的使用场景中，可根据具体情况选用合适的互易响应函数 J（自由空间或腔体）。具体操作步骤如下：
1. 测量所需的传递函数。
2. 依据公式计算接收电压灵敏度。

这种校准技术在具备良好的传递函数估计（如强制线性、低背景噪声以及大量频谱平均）和准确的互易响应函数模型时，具有宽带和准确的特点。其中，公式 16.50 中的校准被称为“相对”校准，即一个换能器的灵敏度相对于另一个进行测量。通常，可追溯到国家标准（如美国的 NIST）的校准换能器会为系统中的其他换能器提供相对校准指标。而互易技术则可实现绝对校准，前提是能准确且可追溯地测量所需的尺寸、介质参数和频率。

互易技术是智能传感器系统对其换能器进行自校准的首选方法。它除了典型传感器外，还需要一个或多个可逆换能器，同时需要进行一些环境传感（如声学测量中的温度和静压），并对环境进行一定控制（如机械系统中的固定尺寸或质量）。系统中有两个或更多换能器可用于检查测量结果和相对校准。若采用互易技术，智能传感器系统可对所有换能器进行绝对和自动校准。通过校准技术，还能识别传感器损坏、电气连接不良或传感器安装故障等问题。这种智能传感器系统的“自我意识”能力，是其成为真正“智能”传感器系统的迷人之处。其明显优势在于，可自动排除有问题或未校准传感器的数据，使智能传感器系统的模式识别和控制算法能根据新情况自动重新优化系统任务。

2. 化学与生物传感器概述

化学和生物传感器在 21 世纪初得到广泛应用。由于 2001 年 9 月 11 日的恐怖事件，人们对化学和生物（CB）传感器的兴趣大增。我们将重点关注与 C