1传感器的一般特性 传感器.ppt

第1章 传感器的一般特性 1.1 传感器的静态特性 1.2 传感器的动态特性 1.3 传感器的不失真测试条件 1.4 传感器的标定* 1.1 传感器的静态特性 输入信号不变或缓慢变化时系统的特性 传感器输出只与输入量的大小有关 常用的静态特性指标 线性度 灵敏度 迟滞 重复性 1.1 传感器的静态特性 1.1.1 线性度 传感器输入输出之间的线性程度 线性传感器的优点: 理论分析、设计计算简单； 传感器标定、数据处理方便； 分度盘均匀、刻线均匀，精度高； 避免非线性补偿。 实际传感器特性存在非线性 1.1.1 线性度 线性特性 1.1.1 线性度 非线性误差的评定 实际特性曲线 拟合直线 非线性误差 实际曲线与拟合直线之间的最大偏差 用满量程的百分数表示 1.1.1 线性度 直线的拟合方法： 最小二乘法(误差平方和最小)； 固定端点的最小二乘法； 两端点连线法(有条件最优) 最小二乘法最优 提高线性度的方法： 缩小测量范围 分段标定法 误差修正与补偿 标定得实际曲线； 按拟合曲线计算误差 补偿量： 测量yc 误差补偿：实际测量结果： 条件：传感器系统稳定性要好 1.1.2 灵敏度 传感器的输出相对与输入的变化率 输出增量Δy 、输入量增量Δx时  线性系统灵敏度为常数 非线性系统灵敏度是被测量的函数 评定条件：稳态 期望：灵敏度高而稳定 1.1.3 迟滞(回程误差) 传感器正、反行程的输出-输入特性曲线不重合 评定方法 加载0 ? xmax 卸载xmax? 0 原因： 弹性敏感元件的弹性滞后； 运动部件摩擦； 传动机构的间隙、紧固件松动。 1.1.4 重复性 传感器同一加载方向上，多次测试的特性曲线的不一致程度 原因：随机误差 评定方法 1.1.5 分辨力/分辨率/预值 分辨力: 传感器所能检测到的最小输入量的增量 分辨率: 分辨力相对于满量程的百分数 阈值: 传感器在零点附近的分辨力 本节小结五种主要的静态特性 灵敏度 传感器对被测量的灵敏程度； 灵敏度越大，静态放大倍数越高。 线性度 传感器输入输出的线性程度； 线性度越小，测量精度越高。 迟滞—机械部件缺陷 重复性—随机干扰 分辨率 1.2 传感器的动态特性 动态特性 被测量快速变化时，输出与输入之间的关系； 输出应能反映被测信号随时间的变化规律； 影响测量结果的因素 被测量的大小 被测量的频率 传感器动态特性。 1.2 传感器的动态特性 实例： 温度测量 影响测量值的原因 动态测量时测量结果： 与被测量大小有关 与被测量频率有关 与传感器的动态性能 有关 动态特性是传感器的固有特性 1.2.1 传感器的数学模型 数学模型:传感器输出与输入的数学关系 传感器模型建立基础：线性时不变理论 输出导数的线性组合＝输入导数的线性组合 1.2.1 传感器的数学模型 为常数 传感器理想数学模型：线性时不变微分方程 叠加性：多输入的响应互不影响 频率保持性：输出与输入的频率相等 计算不便 1.2.2 传感器的传递函数 拉普拉斯变换： 当 时，若x(t)、y(t)的各阶导数为0 ， 对传感器数学模型进行拉氏变换 经整理： n—传递函数的“阶数”，n＝0,1,2,…… 传递函数是系统输出、输入拉氏变换的比值 传递函数的特点 传递函数从复频域上描述输入输出之间的关系； 传递函数反映：在任意输入下，传感器的输出(瞬态和稳态响应之和)与输入的拉氏变换之比； 传递函数取决于传感器的结构参数，与系统具体的输入信号无关； 传递函数的所有极点在复平面的左半边。 1.2.3 传感器的频率响应函数 传感器在正弦输入下的稳态响应 定义：在正弦输入下，系统稳态响应与输入的傅里叶变换的比值，即： 1.2.3 传感器的频率响应函数 频谱特性的物理意义 在拉氏变换因子 中 表示正弦信号，记为 则传感器输出为 幅频特性：输出与输入的幅值比 相频特性：输出相对于输入的相位差 根据幅频特性和输入的幅值可求得输出的幅值 动态测量结果与信号的频率有关 1.2.4 过渡函数 过渡函数即传感器的阶跃响应函数 传感器输入 传感器输出 1.2.4 过渡函数 快速性 上升时间(5~95%) 稳定时间(0~1±2%) 动态误差 超调量(过调量) 稳态误差 标注 注明起止示值 动态指标值 1.2.5 传感器动态特性的应用 传感器的动态特性表示方法 数学模型(微分方程) 动态特性的时域描述 传递函数 任意输入的瞬态和稳态响应 频率响应函数(频率特性) 正弦输入下的稳态响应 阶跃响应函数(过渡函数)…… 单位阶