传感器技术基础.ppt

1. 微分方程 忽略了一些影响不大的非线性和随机变量等复杂因素后，可将传感器作为线性定常数系统来考虑，因而其动态数学模型可以用线性常系数微分方程来表示，其解得到传感器的暂态响应和稳态响应。 式中：x(t)为输入量，y(t)为输出量。 为结构常数。 第三十一页，共六十五页，2022年，8月28日 对上式两边取拉普拉斯变换，则得： 该系统的传递函数H(s)为： 2. 传递函数 第三十二页，共六十五页，2022年，8月28日 等号右边是一个与输入无关的表达式，只与系统结构参数有关， 可见传递函数 H(s)是描述传感器本身传递信息的特性，即传输和变换特性。由输入激励和输出响应的拉普拉斯变换求得。 当传感器比较复杂或传感器的基本参数未知时，可以通过实验求得传递函数。 第三十三页，共六十五页，2022年，8月28日 1.4 传感器的特性与技术指标 第三十四页，共六十五页，2022年，8月28日 1.4 传感器的特性与技术指标 传感器测量静态量表现为静态特性，测量动态量表现为动态特性。 1.4.1 静态特性 传感器的静态特性主要由下列几种性能来描述。 1. 线性度 线性度是传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度，又称非线性误差。 第三十五页，共六十五页，2022年，8月28日  图1-5 传感器的线性度 第三十六页，共六十五页，2022年，8月28日 由图可见，除（a）为理想特性外，其它都存在非线性，都应进行线性处理。 常用的方法有： 理论直线法、端点线法、割线法、最小二乘法和计算程序法等。 2. 灵敏度 灵敏度是传感器在稳态下输出增量与输入增量的比值。 对于线性传感器，其灵敏度就是它的静态特性的斜率，如图1-6（a）所示，其 sn=y/x 第三十七页，共六十五页，2022年，8月28日 图1-6 传感器的灵敏度 第三十八页，共六十五页，2022年，8月28日 非线性传感器的灵敏度是一个随工作点而变的变量，如图1-6（b）所示，其 sn=dy/dx=df(x)/dx 3. 重复性 重复性是传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度，如图1-7所示。 传感器输出特性的不重复性主要由传感器的机械部分的磨损、间隙、松动，部件的内磨擦、积尘，电路元件老化、工作点漂移等原因产生。 第三十九页，共六十五页，2022年，8月28日 图1-7 传感器的重复性 第四十页，共六十五页，2022年，8月28日 不重复性极限误差由下式表示： EZ=?MAX/yFS·100% 4. 迟滞现象 传感器在正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间，输出-输入特性曲线不一致的程度，如图1-8所示。 在行程环中同一输入量xi对应的不同输出量yi和yd的差值叫滞环误差，最大滞环误差与满量程输出值的比值称最大滞环率EMAX： EMAX=?m/yFS·100% 第四十一页，共六十五页，2022年，8月28日 图1-8 传感器的迟滞现象 第四十二页，共六十五页，2022年，8月28日 5. 分辨力 传感器的分辨力是在规定测量范围内所能检测的输入量的最小变化量。有时也用该值相对满量程输入值的百分数表示。 6. 稳定性 稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。 传感器常用长期稳定性，指在室温条件下，经过相当长的时间间隔，如一天、一月或一年，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。 通常又用其不稳定度来表征稳定程度。 第四十三页，共六十五页，2022年，8月28日 7. 漂移 传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的不需要的变化。 漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。 零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。 时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化； 温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度的变化。 第四十四页，共六十五页，2022年，8月28日 1.4.2 动态特性 在动态（快速变化）的输入信号情况下，要求传感器能迅速准确地响应和再现被测信号的变化。也就是说，传感器要有良好的动态特性