灵敏度

本文主要讲解的内容是什么是灵敏度？灵敏度指示器的相对于被测量变化的位移率，灵敏度是衡量物理仪器的一个标志，特别是电学仪器注重仪器灵敏度的提高。通过灵敏度的研究可加深对仪表的构造和原理的理解。下面我们就重点来分析这些内容


灵敏度的定义

无线电接收机对输入电波反应程度也叫灵敏度；尤指此机输出功率或其它功能除以输入功率或其它功能的商。

灵敏度又称声压级。通俗的讲，耳机的灵敏度反映的是在同样的响度的情况下，需要输入的功率的大小。耳机灵敏度越高所需要的输入功率越小，在同样功率的音源下输出的声音越大。对于随身听等便携设备来说，灵敏度是一个很值得重视的指标。一般来说，随身听耳机灵敏度比监听级耳机高，在110db左右，因此对随身听来说这个值自然是越大越好。

灵敏度的应用

天平的灵敏度

在天平的指针上，有个很不显眼的小滑块感量砣，用来调节天平的灵敏度。感量砣向上移动，天平的灵敏度提高；感量砣向下移动，天平的灵敏度降低。

原来天平的横梁连同指针就是一个有固定转轴的物体，转动轴就是中央刀口O。当天平两盘中的质量不等时，横梁将倾斜一定角度θ，设两盘中质量分别为m1、m2（m1>m2），横梁的质量为M，其重心O在指针上距O为h的地方，天平臂长为L。

根据力矩平衡条件∑M=0

m2gLcosθ+Mghsinθ=m1gLcosθ

上式表明：在两盘质量差（m1-m2）一定的条件下，比值L/M越大，h越小，则θ越大。即天平的灵敏度越高。

一般地说，天平的L/M值是不能调节的，两横梁的重心高度h则可以通过感量砣的位置来改变：当感量砣向上移动时，重心升高，h减小，天平的灵敏度提高；反之则灵敏度降低。

天平的灵敏度并不要愈高愈好，因h减小同时，由于重心升高，则天平的稳定性就变差，这时重力的回复力矩Mghsinθ越小，稳定性变得极差。所以设计天平时应同时兼顾灵敏度与稳定性。

电表的灵敏度

实验室常用的电表是磁电式的，它的构造是一个可转动的线圈装在永久磁铁的磁场中，当电流通过游丝流经线圈时，因电流和磁场的相互作用，线圈克服游丝的反抗力矩偏转一个角度，在磁感强度，线圈面积、线圈匝数和游丝强度一定时，电流的大小与线圈偏转的角度成正比，我们以指针满偏时电流Ig的大小看作电表的灵敏度，满偏电流愈小灵敏度愈高，表头满偏电流一般为10微安到几百毫安。

如要测量微弱电流（10-6～10-10安）或微小电压（10-3～10-6伏）就应提高电表的灵敏度，采用一种高灵敏度的仪表即灵敏电流计。

灵敏电流计的结构包括三个主要部分，从中看出提高灵敏度的原理。

磁场部分：由永久磁铁产生的辐向磁场。

偏转部分：线圈可以在磁场内转动，它的上下端用金属丝（张丝）绷紧，张丝同时作为线圈两端的电流引线。由于用张丝代替了普通电表的转轴和轴承，避免了机械摩擦，电流计的灵敏度得以提高很多。

读数部分：小镜M固定在线圈上，它把光源射来的光反射到标尺上，并形成一个光标，当电流通过线圈时，小镜M随线圈转过θ角，反射光线转过2θ角。光标在标尺上移动的距离d=2θL，l为小镜M至标尺的距离。由于线圈的偏转角θ正比于电流Ig，所以光标移动的距离d可以测出电流Ig的大小。采用光标作“指针”代替普通电表的金属指针，相当于加长了指针的长度，进一步提高了电流计的灵敏度。

多用电表的灵敏度

教科书上多用表表头的左下角标有“5000Ω/V”，它表示电表的灵敏度。∵Ig×Rv=U，∴Rv/U=1/Ig，因此根据5000Ω/V可以知道表头的满偏电流
Ig=U/Rv=1/5000=200（μA），Rv/U值越大，表头的满偏电流越小，电表越灵敏。所以一般多用电表的说明书上称这个值为灵敏度。

用Ig=1000微安，Rg=1000欧的电流表改装成的电压表的灵敏度是多少呢？是1/Ig=1000Ω/V

示波器的灵敏度

将方波信号发生器输出的频率是1KHz幅度为0.5V的方波，送入示波器的“X输入”，如屏上显出水平方向的迹线长度，在J2458型示波器中不小于7.8格，在325-2型示波器中不小于6.3格，在J2459型示波器不小于5格，则示波器的X轴灵敏度即为合格。否则应寻找原因，更换失效的元器件。

放大器的灵敏度

对放大器来说，灵敏度一般指达到额定输出功率或电压时输入端所加信号的电压大小，因此也称为输入灵敏度；对音箱来说，灵敏度是指给音箱施加1W的输入功率，在喇叭正前方1米远处能产生多少分贝的声压值。

电视机的灵敏度

电视机的灵敏度是指机器的荧光屏显示出良好图像时，从其天线端需要输入的最小信号电压值，即表示电视机接收微弱电磁波信号的能力。灵敏度的高低通常用“微伏”或“毫伏”来表示，这个数值越小，说明它接收微弱信号的能力越强，即电视机的接收灵敏度越高。高灵敏度的电视机，远距离的收看效果好。

电视机的灵敏度主要取决于电视机图像通道部分(高频头和中频放大器部分)的电路的性能设计。若通道部分的增益高、噪声小，则电视机的灵敏度就高。国产晶体管黑白电视机一般在100μV左右，集成电路黑白电视机的灵敏度约为150μV左右，晶体彩色电视机的灵敏度约为200μV左右。

要判断电视机的灵敏度高低，最简单的办法是用对比的方法，即在同一地点用几台同型号规格的电视机接受同一电视台信号或测试信号，然后缩短天线长度(注意不要改变天线的方向)或去掉天线，将对比度、亮度旋钮置于适中位置，色饱和度钮置最小位置，通过观察荧光屏无信号时的噪声点来判断其灵敏度。一般用跳跃的黑白噪声点多而浓，表示灵敏度就高；噪声点稀而小、，灵敏度就低。噪声点多的电视机，如果一旦有电视信号到来时，这种噪声点就立即消失，而呈现清晰的图像。如果有信号后图像背景仍有噪声点，则表明该机信噪比差，相对灵敏度不佳，也不是理想的情况。

相机芯片的灵敏度

灵敏度是芯片的重要参数之一，它具有两种物理意义。一种指光器件的光电转换能力，与响应率的意义相同。即芯片的灵敏度指在一定光谱范围内，单位曝光量的输 出信号电压（电流），单位可以为纳安/勒克斯（nA/LUX）、伏/瓦（V/W）、伏/勒克斯（V/LUX)、伏/流明（V/lm）。另一种是指器件所能 传感的最低辐射功率（或照度），与探测率的意义相同。单位可用瓦(W)或勒克斯(Lux)表示。

耳机的灵敏度

灵敏度通俗的讲，耳机的灵敏度反映的是在同样的响度的情况下，需要输入的功率的大小。耳机灵敏度越高所需要的输入功率越小，在同样功率的音源下输出的声音越大。对于随身听等便携设备来说，灵敏度是一个很值得重视的指标。一般来说，随身听耳机灵敏度比监听级耳机高，在110db左右，因此对随身听来说这个值自然是越大越好。

话筒的灵敏度

灵敏度是话筒在单位声压激励下输出电压与输入声压的比值，其单位是mV/Pa。为与电路中电平的度量一致，灵敏度也可以分贝值表示。早期分贝多以单位dBm 和dBV 表示：0dBm=1mW/Pa，即把1Pa 输入声压下给600Ω负载带来的1mW 功率输出定义为0dB；0dBV=1V/μbar，把在1μbar 输入声压下产生的1V 电压输出定义为0dB。现在的分贝则以单位dBμ表示：0dBμ=0.775V/Pa，即将1Pa 输入声压下话筒0.775V 电压输出定义为0dB(这样就把话筒声压—电压转换后的电平度量，统一到电路中普遍采用的0dBμ= 0.775V 这一参考单位)。
显然，不论灵敏度如何表示，我们都可将它转换为dBμ，前提是行输入统一到Pa 这个单位。

例如：NEUMANN U89 话筒的灵敏度是8mV/Pa，可直接由20lg[(0.008V/Pa)÷(0.775V/Pa)]得出其灵敏度约为-40dBμ。

再如：AKG C414 话筒的灵敏度为-60dBV，由 0dBV=1V/μbar=10V/Pa 先求出1Pa 声压下-60dBV 的输出电压X： 20lg[(X V/Pa)÷(10V/Pa)]=-60 得出X=0.01(V)，即它的灵敏度为10mV/Pa。再由式20lg[(0.01V/Pa)÷(0.775V/Pa)] 可得其灵敏度约为-37dBμ。

射线探伤的灵敏度

灵敏度是评价射线照相质量的最重要的指标，它标志着射线探伤中发现缺陷的能力。灵敏度分为绝对灵敏度和相对灵敏度两种。绝对灵敏度是指在射线底片上所能发现的沿射线穿透方向上的最小缺陷尺寸。相对灵敏度则用所能发现的最小缺陷尺寸在透照焊件厚度上所占的百分比来表示。由于预先无法了解沿射线穿透方向上的最小缺陷尺寸，为此必须采用已知尺寸的人工“缺陷”——象质计来度量。

粘性土的灵敏度

粘性土在未扰动状态下的无侧限抗压强度与其重塑后立即进行试验的无侧限抗压强度之比值。它表示粘土对扰动重塑作用敏感的一种特征量度。

本文讲解的主要内容是什么是灵敏度？灵敏度指示器的相对于被测量变化的位移率，灵敏度是衡量物理仪器的一个标志，特别是电学仪器注重仪器灵敏度的提高。通过灵敏度的研究可加深对仪表的构造和原理的理解。希望能为各位读者带来比较大的参考价值。


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