传感器特性d.ppt

2002/12总结 第1章 传感器的特性 1.1.1 线性度 传感器静态特性是在静态标准状态下测定的，采用精确仪表进行 往复循环测试，获得数据制成表格，最后作图，获得传感器静态特 性校正曲线。如图所示 设拟合直线方程： 即得到k和b的表达式 1.1.2 迟滞 1.1.3 重复性 大多数情况下传感器的输入信号是随时间变化的, 这时要求传 感器时刻精确地跟踪输入信号, 按照输入信号的变化规律输出信号。 当传感器输入信号的变化缓慢时, 是容易跟踪的, 但随着输入信号 的变化加快, 传感器随动跟踪性能会逐渐下降。 输入信号变化时, 引起输出信号也随时间变化, 这个过程叫做响应。动态特性就是指 传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。响应特性即动态特性, 是传感器的重要特性之一。  实际上大多数传感器的动态特性可以用 零阶、一阶和二阶微分方程来描述（近似） 2) 系统的串联和并联 　两个各有G1(s)和G2(s)传递函数的系统串联后, 如果它们的阻抗匹配合适, 相互之间不影响彼此的工作状态, 如图(a)所示, 则其传递函数为 对于由n个系统串联组成的新系统, 则其 传递函数为 3)传递函数的功用 （1）传递函数的功用之一是, 在方块图中用作表示系统的图示符号, 如图所示。 对于二阶系统，由于幅值增益有时会产 生峰值，而且其峰值可能比较大，故二阶 系统的通频带的实际意义并不是很重要， 相对而言，工作频带更确切、更有意义。 作业： P310 1 、2、 3、 11 正弦输入下传感器的动态特性（即频率特性）由传递函数导出 2、正弦激励下的稳态频率响应 1.2.5 典型环节的动态响应特性 零阶传感器 在零阶传感器中，只有a0与b0两个系数，微分方程为 a0y= b0x K——静态灵敏度 零阶输入系统的输入量无论随时间如何变化，其输出量总是与输入量成确定的比例关系。在时间上也不滞后，幅角等于零。如电位器传感器。在实际应用中，许多高阶系统在变化缓慢、频率不高时，都可以近似地当作零阶系统处理。 一阶传感器（惯性系统） 微分方程除系数a1， a0 ，b0外其他系数均为0，则 a1(dy/dt)+a0y= b0x τ—时间常数( τ= a1/a0)；K——静态灵敏度( K= b0/a0) 传递函数： 频率特性： 幅频特性： 相频特性： 负号表示相位滞后 时间常数 τ越小， 系统的频率特性越好 在动态的输入信号情况下，输出与输入间的差异即为动态误差。 * 测试曲线 动态误差 T t T T0 t t0 例：用一只热电偶测量某一容器的液体温度T，若环境温度为T0，把置于环境温度之中的热电偶立即放入容器中（若TT0)。 二阶传感器 很多传感器，如振动传感器、压力传感器等属于二阶传感器，其微分方程为： 二阶传感器幅频与相频特性 （a）幅频特性（b）相频特性 当ξ→0时，在 =1处k(ω)趋近无穷大，这一现象称之为谐振。随着ξ的增大，谐振现象逐渐不明显。当ξ≥0.707时，不再出现谐振，这时k(ω)将随着ξ 的增大而单调下降。 阻尼比的影响较大。 * * * * * 传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。而传感器的输入—输出特性是其基本特性，一般把传感器作为二端网络研究时，输入—输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和输出量的对应关系。 动态特性:输入量随时间变化时传感器输入-输出特性 数学模型、传递函数、幅频特性、相频特性 静态特性：输入量为常量或变化极慢时传感器输入-输出特性 线形度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性 传感器除了描述输出输入关系的特性之外，还有与使用条件、使用环境、使用要求等有关的特性。 稳定性(零漂) 传感器 温度 供电 各种干扰稳定性 温漂 分辨力 冲击与振动 电磁场 线性 滞后 重复性 灵敏度 输入 误差因素 外界影响 传感器输入输出作用图 输出 可通过传感器本身的改善来加以抑制，有时也可以对外界条件加以限制。 衡量传感器特性的主要技术指标 传感器的输入—输出关系或多或少地都存在非线性问题。在不考虑迟滞、蠕变等因素的情况下，其静态特性可用下列多项式代数方程来表示： y--输出量； x--输入量； a0--零点输出； a1--理论灵敏度； a2,a3…an--非线性项系数 为了标定和数据处理的方便，静态特性曲线需要进行线性化处理 1.1 传感器的静态特性 y=a0+a1x 一般来说，硬件或软件补偿都比较复杂。所以在非线性误差不太大的情况下，总是采用直线拟合的办法来线性化。 直线拟合方法 a)理论拟合