[工学]传感器第一章.ppt

第一章 传感器的一般特性;传感器的特性与指标;　传感器：输入量——非电量 　传感器的一般特性：描述此种变换的输出随输入的变化关系。 　１.输入量为常量或变化极慢时（慢变或稳定信）—静特性 　２.输入量随时间变化极快时（快变信号） —动特性 　主要影响因素：传感器内部储能元件(电感、电容、质量　　　　　　块、弹簧等)影响。; 传感器的数学模型是指传感器的输入输出关系 传感器的静态模型： y=a0+a1x+a2x2+…….+anxn 线性模型： y=a0+a1x 或 y=ax 动态模型 微分方程 传递函数;一、传感器的静态特性 传感器在稳态信号作用下，其输出一输入关系称为静态特性。衡量传感器静态特性的重要措标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性。 ;1.线性度（Linearity） 传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性问题。在不考虑迟滞、蠕变、不稳定性等因素的情况下，其静特性可用下列多项式代数方程表示： y=a0+a1x1+a2x2+…….+anxn 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。 理想输出—输入线性特性传感器（系统）优点： ?简化传感器理论分析和设计计算； ?方便传感器的标定和数据处理； ?显示仪表刻度均匀，易于制作、安装、调试，提高测量精度； ?避免非线性补偿环节。; 非线性误差或线性度通常用相对误差 eH 表示： 使用非线性特性的传感器时，如果非线性项的方次不高，在输入量变化范围不大的条件下，可以用切线或割线等直线来近似地代表实际曲线的一段，即线性拟合。 理论直线法 y=ax 端点线法 最佳直线法 最小二乘法;第1章 传感器的一般特性;过零旋转拟合（最佳直线） 例如，非线性曲线： 采用线性方程 y = x 误差较大 可采用线性方程 其中，ε为小的正数 使其在最大量程xM产生的正误差ΔyM ;在满量程xM处， 由此可以得到 这就是在 条件下，量程xM与直线旋转的斜率ε的关系。 设非线性误差γ， 由此可得最大量程和非线性误差间满足 或者;第1章 传感器的一般特性;第1章 传感器的一般特性;第1章 传感器的一般特性;;5.分辨力[分辨率]（Resolution）与阈值（Threshold） 分辨力是??传感器能检测到的最小的输入增量。分辨力用绝对值表示，用与满量程的百分数表示时称为分辨率。在传感器输入零点附近的分辨力称为阈值。 分辨力 意义：在规定测量范围内能测出的输入量的最小值。 表示： 注意分辨力与精度和灵敏度不同。 阈值 意义从输出看能测出的输入量最小变化值，实际上是零位附近的分辨力。;6.稳定性和温度稳定性　(Stability) 又称长期稳定性 表示：用输出值与起始标定之间的差异来表示，也常用有效期来表示 7.漂移　(Drifting) 意义：传感器不因输入的原因而发生的变化 零点漂移：时漂、温漂 灵敏度漂移 ;8.静态误差[精度]　(Precision) 评价传感器的综合性能指标 传感器在满量程内任一点上与理论值的最大偏差 一定置信概率下的极限偏差 ;第1章 传感器的一般特性;第1章 传感器的一般特性;第1章 传感器的一般特性;第1章 传感器的一般特性;第1章 传感器的一般特性;传感器的频率响应 一阶传感器的频率响应 微分方程： 标准形式 传递函数： 频率特性： 幅频特性 ： 相频特性 ：;第1章 传感器的一般特性;例1-1 弹簧-阻尼器机械系统 图1-11为弹簧—阻尼器组成的机械系统，弹簧刚度为k，阻尼器的阻尼系数为c ?微分方程： ;第1章 传感器的一般特性;;第1章 传感器的一般特性;第1章 传感器的一般特性;第1章 传感器的一般特性;第1章 传感器的一般特性;对数幅频特性 将各种频率不同而幅值相等的正弦信号输入传感器，其它输出正弦信号的幅值、相位与输入信号频率之间的关系;基本参数指标;传感器的误差来源 内部原因：感器内部产生的噪声包括敏感元件，转换元件和转换电路元件等产生的噪声以及电源产生的噪声。例如光电真空管放射不规则电子，半导体载流子扩散等产生的噪声。降低元件的温度可减小热噪声，对电源变压器采用静电屏蔽可减小交流脉动噪声等。 ;外部原因 从外部混入传感器的躁动哼，按其产生原因可分为机械噪声（如振动，冲击）、音响噪声、热噪声（如因热辐射使元件相对位移或性能变化）、电磁噪声和化学噪声等。对振动等机械噪声可采用防振台或将传感器固定在质量很大的基础台上加以抑制；而消除音响噪声的有效办法是把传感器用隔音器材围上或放在真空容器里；消除电磁噪声的有效办法是屏蔽和接地或使传感器远离电源线，或使输出线屏蔽，输出线绞拧在