传感器41.4绪论.ppt

第一章 绪论 主要内容 1.1 自动检测技术概述 1.2 传感器概述 1.3 测量误差与数据处理 1.4 传感器的一般特性 1.5 传感器的标定和校准 某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V减至4.5V，求该仪器的灵敏度。 课堂练习　　 有一位移测量系统，对位移在0～5mm的范围进行了两个循环的测量，测量数据如下： 传感器的动态特性一般用下述微分方程来描述： 零阶系统（又称比例系统） 　　　　　　　　　　　　　　完全跟踪，无滞后 一阶系统（又称惯性系统） 二阶系统 几个重要参数 动态特性除了与传感器的固有因素有关之外，还与传感器输入量的变化形式有关。 也就是说，我们在研究传感器动特性时， 通常是根据不同输入变化规律来考察传感器的响应的。 瞬态响应特性——用得较多的标准输入信号有阶跃信号和脉冲信号 频域响应特性——输入为正弦信号 一阶传感器的单位阶跃响应 对于一个阶跃输入： 得一阶传感器的单位阶跃响应信号（推导过程用拉氏变换） * 1.4 传感器的一般特性 传感器与检测技术 防灾科技学院防灾仪器系 主讲教师: 姚振静 * Sensor Detecting Technology 1.4 传感器的一般特性 传感器：非电量的变化不失真地变换成相应的电量，取决于传感器的基本特性（输出-输入特性），它是与其内部结构参数有关的外部特性。 传感器所测量的非电量分为：静态量和动态量两类。 静态量指不随时间变化的信号或变化极其缓慢的信号（准静态）。 动态量是指周期信号、瞬变信号或随机信号。 1.4 传感器的一般特性 1.4.1 传感器的静态特性 1.4.2 传感器的动态特性 1.4.1 传感器的静态特性 传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时传感器的输出与输入的关系。 一、线性度 二、灵敏度 三、迟滞 四、重复性 五、零点漂移 六、温度漂移 1.4 传感器的一般特性 1、线性度 输 出 量 零点输出 传感器灵敏度 输 入 量 非线性项的待定常数 传感器的输出-输入特性表示： 传感器的线性度是指传感器的 输出与输入之间的线性程度。 1.4.1 传感器的静态特性 传感器非线性特性的线性化： 切线或割线近似代表曲线的一段 非线性项的方次不高，输入量变化范围不大条件 拟合直线 x y ΔLmax xm YFS 1.4.1 传感器的静态特性 最大非线性误差 满量程输出 传感器的非线性误差：实际特性曲线与拟合直线间的偏差。 评价非线性误差（或线性度）指标： 1.4.1 传感器的静态特性 y x ΔLmax xm YFS 直线拟合线性化 出发点：获得最小的非线性误差 拟合方法： ①理论拟合； ②过零旋转拟合； ③端点连线拟合； ④端点平移拟合； ⑤最小二乘拟合； 1.4.1 传感器的静态特性 ①理论拟合 拟合直线为传感器的理论特性，方法十分简单，但一般说 较大。 y x ΔLmax xm YFS 1.4.1 传感器的静态特性 ②过零旋转拟合 曲线过零的传感器。拟合时，使 x y ΔL2 ΔL1 YFS xm 1.4.1 传感器的静态特性 ③端点连线拟合 把输出曲线两端点的连线作为拟合直线 x y ΔLmax xm YFS 1.4.1 传感器的静态特性 ④端点平移拟合 在端点连线拟合基础上使直线平移，移动距离为原先的一半 y x ΔLmax ΔL1 YFS xm 1.4.1 传感器的静态特性 x y ΔLmax xm YFS ⑤最小二乘拟合方法 y=kx+b x y 1.4.1 传感器的静态特性 2、灵敏度 灵敏度是指传感器在稳态下的输出变化量与引起该变化的输入变化量之比。 表征传感器对输入量变化的反应能力 1.4.1 传感器的静态特性 (a) 线性传感器 (b) 非线性传感器 线性传感器：静态特性的斜率；常数； 非线性传感器：变量。 例题 已知某线性位移传感器的测量范围为0-30mm，静态测量时，输入值与输出值的关系如下表所示，求该传感器的灵敏度。 15.98 11.04 6.02 1.50 输出值（mV） 30 20 10 1 输入值（mm） 1.4.1 传感器的静态特性 3、迟滞 1.4.1 传感器的静态特性 迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象。 产生原因：传感器敏感元件材料的物理特性和机械零部件的缺陷。 y x ΔHmax xm YFS —正反行程间输出的最大差值。 4、重复性 在同一工作条件下，输入量按同一方向做全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程