第一章传感器的一般特.pptVIP

传感器原理及应用 主讲：郑州大学物理工程学院 电子科学与仪器实验中心 赵书俊 第1章 传感器的一般特性 1.1 传感器的静态特性 1.1.1 传感器的静态数学模型 1.1.2 描述传感器静态特性的主要指标 1.2 传感器的动态特性 1.2.1 传感器的动态数学模型 1.2.2 传感器的动态误差 1.2.3 描述传感器动态特性的主要指标 1.2.4 传感器的动态响应 第1章 传感器的一般特性 传感器可看作二端口网络, 即有两个输入端和两个输出端, 输出输入特性是其基本特性，可用静态特性和动态特性来描述。 第1章 传感器的一般特性 一个高精度的传感器必须有良好的静态特性和动态特性才能完成信号无失真的转换。 1.1 传感器的静态特性 1.2 传感器的动态特性 1.1 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的输出输入关系。只考虑传感器的静态特性时, 输入量与输出量之间的关系式中不含有时间变量。尽管可用方程来描述输出输入关系，但衡量传感器静态特性的好坏是用一些指标，重要指标有线性度、灵敏度, 迟滞和重复性等。 1.1.1 传感器的静态数学模型 1.1.2 描述传感器静态特性的主要指标 1.1.1 传感器的静态数学模型 在静态条件下，若不考虑迟滞及蠕变，则传感器的输出量y与输入量x的关系可由一代数方程表示，称为传感器的静态数学模型，即 1.1.1 传感器的静态数学模型 设a0=0，即不考虑零位输出，则静态特性曲线过原点。一般可分为以下几种典型情况。 1.1.1 传感器的静态数学模型 2.无奇次非线性项 当a3=a5=…=0时，静态特性为 1.1.1 传感器的静态数学模型 3.无偶次非线性项 当a2=a4=…=0时，静态特性为 1.1.1 传感器的静态数学模型 4.一般情况 特性曲线过原点，但不对称。 1.1.2 描述传感器静态特性的主要指标 借助实验方法，当满足静态标准条件的要求，且使用的仪器设备具有足够高的精度时，测得的校准特性即为传感器的静态特性。 由校准数据可绘制成特性曲线，通过对校准数据或特性曲线的处理，可得到数学表达式形式的特性，及描述传感器静态特性的主要指标。 1.1.2 描述传感器静态特性的主要指标 1.线性度（Linearity） 传感器的校准曲线与选定的拟合直线的偏离程度称为传感器的线性度，又称非线性误差。 1.1.2 描述传感器静态特性的主要指标 选择拟合直线的方法 （1）端点直线法，对应的线性度称端点线性度。简单直观，拟合精度较低。最大正、负偏差不相等。 1.1.2 描述传感器静态特性的主要指标 （2）端点平移直线法，对应的线性度称独立线性度。最大正、负偏差相等。 1.1.2 描述传感器静态特性的主要指标 （3）最小二乘直线法，对应的线性度称最小二乘线性度。设拟合直线方程为y = b + kx，可按最小二乘法原理，求得最佳k和b。 1.1.2 描述传感器静态特性的主要指标 2.灵敏度（ Sensitivity ） 灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出改变量与引起此变化的输入改变量之比。常用Sn表示灵敏度，其表达式为（图1.6a） 1.1.2 描述传感器静态特性的主要指标 2.灵敏度（ Sensitivity ） 由于有源传感器的输出与电源有关，故其灵敏度表达式中还需考虑电源的影响。例如，某位移传感器的电源电压为1V时，每1mm位移变化引起输出电压变化为100mV，则其灵敏度可表示为100mV/(mm?V)。 1.1.2 描述传感器静态特性的主要指标 2.灵敏度（ Sensitivity ） 湿度传感器较为普遍采用的方法是，用在不同相对湿度下感湿特征量之比来表示灵敏度。例如，日本生产的MgCr2O4-TiO2 (氧化镁复合氧化物-二氧化钛湿敏材料 )湿度传感器的灵敏度用一组电阻比R1%/R20%、R1%/R40% 、R1%/R60% 、R1%/R80%及R1%/R100%表示。 1.1.2 描述传感器静态特性的主要指标 还可以使用相对灵敏度表示法 1.1.2 描述传感器静态特性的主要指标 一般希望测试系统的灵敏度在满量程范围内恒定，这样才便于读数。也希望灵敏度较高，因为S越大，同样的输入对应的输出越大（下图1）；但并不是S越大越好，因为S越大，同样的输出对应的测量范围越小（下图2），同时稳定性越差，难以读数。 1.1.2 描述传感器静态特性的主要指标 1.1.2 描述传感器静态