传感器与检测技术基础..ppt

第1章 传感器与检测技术基础 第1章 传感器与检测技术基础 第1章 传感器与检测技术基础 一、传感器的特性与指标 二、改善传感器性能的技术途径 三、传感器的合理选用 四、传感器的标定 1.2传感器特性与标定 第1章 传感器与检测技术基础 一、传感器的特性与指标 基本特性：输入输出关系特性 不失真测试条件 t A x(t) 静态特性、动态特性该系统的输出波形与输入信号的波形精确地一致，只是幅值放大了A0倍，在时间上延迟了t0而已。这种情况下，认为测试系统具有不失真的特性。 1.静态特性 静态特性：检测系统在被测量处于稳定状态时的输入输出关系 非线性 传感器 输入 x 输出 y = f(x) 温度 湿度 压力 冲击 振动 磁场 电场 摩擦 间隙 松动 迟滞 蠕变 变形 老化 外界干扰 两个因素： 随机干扰和非线性 第1章 传感器与检测技术基础 静态特性指标 1）基本功能特性 --- 决定系统的工作能力 ① 测量范围（Range）：系统实现不失真测量时的最大输入信号范围 上限值、下限值 ④ 分辨力（Resolution） ⑤ 动态范围（Dynamic Range） 跨度与绝对分辨力之比 --- 系统对输入信号大小的综合检测能力 ② 跨度（Span）：--- 测量范围上限与下限的算术差值 线性检测装置 --- 常数；非线性检测装置 --- 变量 ③ 灵敏度（Sensitivity）：系统输出信号的变化相对于输入信号变化 的比值 k =dy/dx 能使系统输出发生变化所对应的最小的输入变化量 绝对值 --- ?；相对值? --- 满刻度（Full Scale）的百分比 分贝数表示 200～800?C、?5mm 第1章 传感器与检测技术基础 静态特性指标 2）精度特性 --- 决定系统在什么程度上完成所需的检测 ① 线性度（Linearity）：输入输出曲线与理想直线的偏离程度 相对误差 输出值与理想直线的最大偏差值 理论满量程输出值 理想直线： 表达: x y Δ 拟合直线 一般不存在或很难获得准确结果 利用测量数据，通过计算获得 理想检测系统 --- 输出与输入 --- 比例关系：y(t)=kx(t) 实际检测装置 --- 输出与输入不是理性的线性关系 第1章 传感器与检测技术基础 获取拟合直线方法： (c) 最小二乘法： 计算：有n个测量数据: (x1,y1), (x2,y2), … , (xn,yn)， (n2) 残差：?i = yi – (a + b xi)残差平方和最小：??2i=min (a) 端点连线法 x y Δ (b) 最佳直线法 第1章 传感器与检测技术基础 ② 回程误差（Hysteresis） 正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间 --- 检测装置输入— 输出曲线的不重合程度。 表达： 正反行程输出的最大差值 理论满量程输出值 产生：检测装置中的弹性元件、机械传动中的间隙和内摩擦、磁性材料的磁滞。 第1章 传感器与检测技术基础 ③重复性（Repeatability） 同一条件下，对同一被测量，同一方向，多次重复测量，差异程度。反映测量数据的分散性-----随机误差 重复性是检测系统最基本的技术指标，是其他各项指标的前提和保证 yi---测量输出值，i=1,2,…,n y---输出值的平均值 a 置信系数 标准差 第1章 传感器与检测技术基础 ④阈值（Threshold） 当一个传感器的输入从零开始极缓慢地增加，只有在达到了某一最小值后，才测得出输出变化，这个最小值就称为传感器的阈值 。 两种情况 （1）死区（非线性）（2）噪声电平（噪声） ⑤稳定性（Stability ） 传感器在规定的时间内仍能保持不超过允许误差的能力。 ⑥漂移（Drift) 输入不变的情况下，传感器随时间（温度）的变化趋势。漂移包括零点漂移与灵敏度漂移。 ⑦静态误差[精度]（Precision） 静态测量时，测量值与真实值的偏离程度。 第1章 传感器与检测技术基础 2.动态特性 传感器在被测量随时间变化的条件下输入输出关系。 研究工具：频率响应函数 标准信号：正弦信号阶跃信号 零阶传感器； 一阶传感器； 二阶传感器 第1章 传感器与检测技术基础 （1）0阶传感器 电位器式 传感器、 高阶系统在低频输入时的简化 微分方程： 幅频特性： 相频特性： 特点： a) 属于静态环节： c) 与时间无关，与频率无关，无滞后，无惯性 理想环节 静态灵敏度系数 b) 输出 ? 输入 比例环节 第1章 传感器与检测技术基础 （2）1阶传感器 微分方程： 时间常数 静态灵敏度 幅频特性： 相频特性： ?1/? A(?)=K 零阶 ?(?)=0 无滞后 ?1/10? ?1/? 失真 A(?) ? ?(?) ? 幅值衰减 相位滞后 第1章 传感器