1、2.1、2.2绪论、测量特性解读.ppt

测试技术基础 传感器原理与应用 Principle and Application of Transducers 传感器技术基础 Basic Knowledge of Sensor Technology 传感器技术基础 绪论 传感器技术基础 测量系统的一般构成 传感器的基本特性 传感器的数学模型 根据输入信号的性质，将传感器的数学模型分为静态模型和动态模型两种。 传感器的静态数学模型 传感器的静态数学模型是在输入量为静态值时，即输入量对时间的各阶导数等于零时，其输出量与输入量之间关系的数学模型。 传感器的数学模型 传感器的静态数学模型 传感器的理想静态特性为一次线性特性，一般数学模型中的奇次项线性特性好，而偶次项带来非线性特性。 为了提高线性特性，通常采用差动式结构，消除偶次项，提高线性度。 传感器的数学模型 传感器的动态数学模型 传感器的数学模型 传感器的动态数学模型 传感器的数学模型 传感器的动态数学模型 传感器的数学模型 传感器的动态数学模型 传感器的数学模型 传感器的动态数学模型 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的静态特性与指标 传感器的静态特性：指当传感器输入量（被测量）是常量（稳定状态的信号或变化及其缓慢的信号）时，输入与输出之间的关系。 衡量静态特性的重要指标是线性度、 灵敏度，迟滞和重复性、精度、分辨率、稳定性和漂移等。 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 传感器的基本特性 (2) 频率响应函数 频率响应函数：传感器的稳态输出信号与输入信号之间的关系随着信号频率而变化的特性称为频率响应特性，简称频率特性或频响特性。 设输入为：x(t)=Xsinωt，则输出为：y(t)=Ysin(ωt+φ) 频响函数即当简谐信号作用于传感器时，在稳定状态下的输出量与输入量之复数比。其指数形式： 幅频特性：频响特性的模（称为动态灵敏度或增益）。表示传感器输出、输入的幅值比随频率ω而变化的特性，称为幅频特性。 相频特性：频率特性的相位角。表示输出滞后于输入的角度随频率ω而变化的特性，称为相频特性。 系统的频响特性包括：幅频特性和相频特性。 (2) 频率响应函数 频响函数的求法 初始条件为零的条件下，同时测得输入x(t)和输出y(t)，由其傅里叶变换X(jω)和Y(jω)求得频率响应函数： 当系统是稳定的，则： 实验法：对装置施加幅值不变，频率ωi自小到大变化的简谐信号，分别测出各频率点的稳态输出的幅值和相位，计算输出、输入的幅值比A(ωi)和相位差φ(ωi)，就可以得到系统的频率响应函数。 (2) 频率响应函数 传感器的基本特性 当系统的输入为单位冲激信号δ(t)时， (3) 瞬态响应 系统对任意输入的全响应为： 系统对任意输入的响应y(t)包括瞬态响应和稳态响应的全响应过程。 传感器的基本特性 线性度(linearity) 线性度：指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度，是表示测量系统输出-输入校准曲线（标定曲线）与所选定的拟合直线之间的吻和（或偏离）程度的指标。 表示方法：相对误差 传感器的静态特性与指标 拟合直线及其获取方法 拟合直线：在测试系统非线性项的方次不高，输入量变化范围不大的条件下，可以用一条参考直线来近似地代表实际曲线的一段，所采用的直线称为拟合直线。 拟合直线的拟合方法： 端点直线法：端点是指量程上、下极限值对应的点，通常取零位输出值作为直线的起点，满量程输出值作为直线的终点，两个端点的连线即是拟合直线。 端点平移直线法：在端点直线法的基础上，将端点直线平行移动，移动间距为的一半，使静态标定曲线分布在拟合直线的两侧。 最小二乘法：按最小二乘法（残差平方和最小）求取拟合直线。 图2.7 端点直线法 图2.8 端点平移直线法 图2.9 最小二乘拟合法 灵敏度(sensitivity) 灵敏度：传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 表示方法： 对线性传感器：K=△y/△x 对非线性传感器： K=dy/dx（适用于所有类型传感器） 灵敏度的用途：判断测量系统或传感器是否为线性——为分析系统的测量特性打下理论基础；估计测量特性曲线的大致形状。 传感器的静态特性与指标 迟滞（回差、滞后，hysteresis, after effect ） 迟滞：在相同工作条件下，进行全量程范围校准时，传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出