《传感器原理及检测技术.》.pptx

传感器原理及检测技术;第一章 绪 论;第一章 绪 论;第二节 传感器的定义;第三节传感器的组成;实际上，有些传感器很简单，有些则较复杂，大多数是开环系统，也有些是带反馈的闭环系统。;第四节传感器的分类;结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括动力场的运动定律，电磁场的电磁定律等。物理学中的定律一般是以方程式给出的。对于传感器，这些方程式就是许多传感器在工作时的数学模型。这类传感器的特点是传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础，而不是以材料特性变化为基础。

物性型传感器是利用物质定律构成的,如虎克定律、欧姆定律等。物质定律是表示物质某种客观性质的法则。这种法则，大多数是以物质本身的常数形式给出。这些常数的大小，决定了传感器的主要性能。因此，物性型传感器的性能随材料的不同而异。如，光电管，它利用了物质法则中的外光电效应。显然，其特性与涂覆在电极上的材料有着密切的关系。又如，所有半导体传感器，以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金等性能变化的传感器，都属于物性型传感器。;能量控制型传感器，在信息变化过程中，传感器将从被测对象获取的信息能量用于调制或控制外部激励源，使外部激励源的部分能量载运信息而形成输出信号，这类传感器必须由外部提供激励源，如电阻、电感、电容等电路参量传感器都属于这一类传感器。基于应变电阻效应、磁阻效应、热阻效应、光电效应、霍尔效应等的传感器也属于此类传感器。

能量转换型传感器，又称有源型或发生器型，传感器将从被测对象获取的信息能量直接转换成输出信号能量，主要由能量变换元件构成，它不需要外电源。如基于压电效应、热电效应、光电动势效应等的传感器都属于此类传感器。;按照物理原理分类：;第五节 传感器的发展趋势;2．平均技术;3．补偿与修正技术;4．屏蔽、隔离与干扰抑制;5．稳定性处理;二、传感器的发展动向;1．开发新型传感器;2．开发新材料;3．新工艺的采用;4．集成化、多功能化;5．智能化;第六节 传感器的特性;实际上传感器的静态特性要包括??线性和随机性等因素如果把这些因素都引入微分方程．将使问题复杂化。为避免这种情况，总是把静态特性和动态特性分开考虑。;传感器;一、静态特性技术指标;一般来说，这些办法都比较复杂。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。

在采用直线拟合线性化时，输出输入的校正曲线与其拟合曲线之间的最大偏差，就称为非线性误差或线性度

通常用相对误差γL表示：γL=±(ΔLmax/yFS)×100%

ΔLmax一最大非线性误差；yFS—量程输出。

非线性偏差的大小是以一定的拟合直线为基准直线而得出来的。拟合直线不同，非线性误差也不同。所以，选择拟合直线的主要出发点，应是获得最小的非线性误差。另外，还应考虑使用是否方便，计算是否简便。

①理论拟合；②端点连线平移拟合；③端点连线拟合；过零旋转拟合；⑤最小二乘拟合；⑥最小包容拟合;直线拟合方法;0;即得到k和b的表达式;2．迟滞;3．重复性;4．灵敏度与灵敏度误差;5．分辨力与阈值;7．温度稳定性;9．静态误差;10、精确度;精确度：是精密度与准确度两者的总和，精确度高表示精密度和准确度都比较高。在最简单的情况下，可取两者的代数和。机器的常以测量误差的相对值表示。;二、传感器的动态特性;1．数学模型与传递函数;动态特性的传递函数在线性或线性化定常系统中是指初始条件为0时，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。;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;1．动态响应（正弦和阶跃）;一阶传感器;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：;传递函数;2.4

2.2

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0;（2）阶跃输入时的阶跃响应

一阶传感器的阶跃响应

对一阶系统的传感器，设在t=0时，x和y均为0，当t0时，有一单位阶跃信号输入,如图。此时微分方程为;二阶传感器的阶跃响应单位阶跃响应通式

ω0——传感器的固有频率；ζ——传感器的阻尼比

特征方程

根据阻尼比的大小不同，分为四种情况：

1）0＜ξ＜1(有阻尼)：该特征方程具有共轭复数根;其曲线如图，这是一衰减振荡过程,ξ越小,振荡频率越高,衰减越慢。;3)ξ=1(临界阻尼)：特征方程具有重根-1/τ,过渡函数为;实际传感器，ξ值一般可适当安排，兼顾过冲量δm不要太大，稳定时间tω不要过长的要求。在ξ＝0.6～0.7范围可获得较合适的综合特性。对正弦输入来说，当ξ=0.6～0.7时，幅值比k(ω)/k在比较宽的范围内变化较小。计算表明在ωτ＝0～0.58范围内，幅值比变化不超过5％，相频特性中φ(ω)接近于线性关系。

对