第1章檢測技術的基礎知識(1)

1、 傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術 Sensor and Measurement Technology機電工程學院自動化教研室機電工程學院自動化教研室教材簡介教材簡介: : 名名 稱稱: : 傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術 作作 者者: : 宋文緒宋文緒 楊帆楊帆 出版社出版社: : 高等教育出版社高等教育出版社 章章 節(jié)節(jié): : 共十章共十章什么是傳感器？什么是傳感器？v 傳感器是測量裝置，能完成檢測任務。傳感器是測量裝置，能完成檢測任務。 1.傳感器的定義傳感器的定義一種以一種以一定的精確度一定的精確度把被測量轉換為與之把被測量轉換為與之有確定對應關系的有確定對應關系的、便于應用的便于應

2、用的某種物理量的測量裝置。某種物理量的測量裝置。v 被測量可以是物理量，也可能是化學量、生物量等。被測量可以是物理量，也可能是化學量、生物量等。v 輸出是氣、光、電物理量，主要是電物理量。輸出是氣、光、電物理量，主要是電物理量。v 輸入輸出有對應關系，且有一定的精確度。輸入輸出有對應關系，且有一定的精確度。 引引 言言含義：含義： 結論結論: : 傳感器處于傳感器處于外界環(huán)境與檢測系統(tǒng)的接口位置外界環(huán)境與檢測系統(tǒng)的接口位置，是檢測系統(tǒng)，是檢測系統(tǒng)獲取信息的窗口。獲取信息的窗口。 感官（視、聽、嗅、味、觸）感官（視、聽、嗅、味、觸）信息加工處理信息加工處理傳感器傳感器信息處理信息處理2.2.傳感

3、器的作用傳感器的作用： 引引 言言人類活動：人類活動：外界信息外界信息大腦大腦肌體肌體自動檢測系統(tǒng)：自動檢測系統(tǒng)： 外界信息外界信息 計算機計算機 執(zhí)行機構執(zhí)行機構檢測系統(tǒng)獲取信息的窗口檢測系統(tǒng)獲取信息的窗口課程主要內容課程主要內容傳感器的工作原理、結構、主要參數、檢測電路及傳感器的工作原理、結構、主要參數、檢測電路及其典型應用其典型應用 1. 熟悉各類傳感器的基本理論、工作原理、主要特性。熟悉各類傳感器的基本理論、工作原理、主要特性。 3. 傳感器的合理選擇和使用。傳感器的合理選擇和使用。 學習目標學習目標2. 掌握常用傳感器的工程設計方法和實驗研究方法。掌握常用傳感器的工程設計方法和實驗研

4、究方法。 引引 言言傳感器原理檢測技術應變傳感器溫度傳感器壓電傳感器超聲波傳感器電感傳感器電容傳感器光電傳感器其他傳感器多傳感器融合檢測電路現代檢測系統(tǒng)課程主要內容課程主要內容傳感器應用技術3.傳感器的組成傳感器的組成圖圖2 傳感器組成框圖傳感器組成框圖直接感受被測量，直接感受被測量，并輸出與被測量成并輸出與被測量成確定關系的某一物確定關系的某一物理量。理量。把敏感元件把敏感元件的輸出轉換的輸出轉換成電參量。成電參量。將前部分輸出的弱信號放將前部分輸出的弱信號放大或轉換為容易傳輸、處大或轉換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式。理、記錄和顯示的形式。常見轉換電路：常見轉換電路：放大器、電橋、振蕩

5、器、放大器、電橋、振蕩器、電荷放大器等。電荷放大器等。4.傳感器的功用：傳感器的功用： 一感二傳一感二傳。 即感受被測信息，并傳送出去即感受被測信息，并傳送出去。一般由一般由敏感元件敏感元件、轉換元件轉換元件和和轉換電路轉換電路組成。組成。 引引 言言v例：例： 設計一個簡單實驗裝置，測量一個直線運動的汽設計一個簡單實驗裝置，測量一個直線運動的汽車的加速度（規(guī)定的被測量）。車的加速度（規(guī)定的被測量）。 引引 言言敏感元件敏感元件轉換元件轉換元件+轉換線路轉換線路輸出輸出敏感敏感元件元件轉換轉換元件元件轉換轉換 電路電路被測量被測量電參量電參量砝碼砝碼m千克千克彈簧彈簧k轉換轉換 電路電路加速度

6、加速度電參量電參量a力力mama/k位移位移vma/kL 引引 言言 壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器運動方向21345Qx=dFx 引引 言言v能將溫度轉換為電壓的傳感器能將溫度轉換為電壓的傳感器熱電偶熱電偶 引引 言言 按按用途用途分類分類: 位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等5.傳感器的分類傳感器的分類按按工作原理工作原理分類分類: 應變式、電容式、電感式、壓電式、熱電式等應變式、電容式、電感式、壓電式、熱電式等按按是否用電源是否用電源分類分類: 有源傳感器、無源傳感器有源傳感器、無源傳感器按按輸出信號輸出信號分類分類:

7、模擬式、數字式模擬式、數字式 引引 言言超聲傳感器超聲傳感器 電感傳感器電感傳感器 電容傳感器電容傳感器 紅外溫度傳感器紅外溫度傳感器 磁阻傳感器磁阻傳感器 熱電偶熱電偶 氣體成分傳感器氣體成分傳感器 流量傳感器流量傳感器 引引 言言6.傳感器的應用領域傳感器的應用領域v 工業(yè)檢測、自動控制系統(tǒng)工業(yè)檢測、自動控制系統(tǒng)v 汽車與傳感器汽車與傳感器 v 傳感器與家用電器傳感器與家用電器v 傳感器在機器人上的應用傳感器在機器人上的應用 v 傳感器在醫(yī)療及人體醫(yī)學上的應用傳感器在醫(yī)療及人體醫(yī)學上的應用 v 傳感器與環(huán)境保護傳感器與環(huán)境保護 v 傳感器與航空及航天傳感器與航空及航天 v 傳感器與遙感技術

8、傳感器與遙感技術v 兵器領域兵器領域 引引 言言工業(yè)檢測、自動控制系統(tǒng)工業(yè)檢測、自動控制系統(tǒng) 煉鐵高爐監(jiān)控與煉鐵高爐監(jiān)控與傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) v 在工業(yè)生產中，傳感器也起著至關重要的作用。在工業(yè)生產中，傳感器也起著至關重要的作用。 如一座大型煉鋼廠就需要如一座大型煉鋼廠就需要2 2萬多臺傳感器和檢測儀表萬多臺傳感器和檢測儀表工業(yè)檢測、自動控制系統(tǒng)工業(yè)檢測、自動控制系統(tǒng)v 大型的石油化工廠需要大型的石油化工廠需要6 6千臺傳感器和檢測儀表千臺傳感器和檢測儀表 樓宇自動控制系統(tǒng)樓宇自動控制系統(tǒng)v 控制管理的機電設備有：空調制冷、給水排水、變配電系統(tǒng)、控制管理的機電設備有：空調制冷、給水排水、變配電系

9、統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯等，常用的傳感器有：溫度、濕度、液位、照明系統(tǒng)、電梯等，常用的傳感器有：溫度、濕度、液位、流量、壓差、空氣壓力。流量、壓差、空氣壓力。v 安全防護安全防護防盜、防火、防燃氣泄露、防盜、防火、防燃氣泄露、CCDCCD（電子眼）監(jiān)（電子眼）監(jiān)視器、煙霧傳感器、氣體傳感器、紅外傳感器、玻璃破碎傳視器、煙霧傳感器、氣體傳感器、紅外傳感器、玻璃破碎傳感器。感器。v 自動識別自動識別門禁管理系統(tǒng)、感應式門禁管理系統(tǒng)、感應式ICIC卡識別、指紋識別?？ㄗR別、指紋識別。v 遠程抄收與管理系統(tǒng)遠程抄收與管理系統(tǒng)水、電、氣、熱量通過傳感器設置水、電、氣、熱量通過傳感器設置遠程自動化抄表。遠程自動

10、化抄表。v 巡更系統(tǒng)巡更系統(tǒng)保安管理。保安管理。樓宇自動控制系統(tǒng)示意圖樓宇自動控制系統(tǒng)示意圖HVAC(Heating, Ventilation and Air Conditioning ) :供熱通風與空調工程 樓宇自動控制系統(tǒng)樓宇自動控制系統(tǒng) 汽車與傳感器汽車與傳感器 v已不只局限于對已不只局限于對行駛速度行駛速度、 行駛距離行駛距離和和發(fā)動機旋轉速度發(fā)動機旋轉速度 的監(jiān)控的監(jiān)控 。v安全監(jiān)控安全監(jiān)控：如汽車安全氣囊系統(tǒng)、防盜裝置、防：如汽車安全氣囊系統(tǒng)、防盜裝置、防滑控制系統(tǒng)、防抱死裝置、電子變速控制裝置、滑控制系統(tǒng)、防抱死裝置、電子變速控制裝置、排氣循環(huán)裝置、電子燃料噴射裝置及汽車排氣循

11、環(huán)裝置、電子燃料噴射裝置及汽車“黑匣黑匣子子”等都得到了實際應用。等都得到了實際應用。 傳感器與家用電器傳感器與家用電器v日常生活中的電冰箱、洗衣機、電飯煲、音像設備、日常生活中的電冰箱、洗衣機、電飯煲、音像設備、電動自行車、空調器、照相機、電熱水器、報警器電動自行車、空調器、照相機、電熱水器、報警器等家用電器都安裝了傳感器。等家用電器都安裝了傳感器。v未來的家庭將由作為中央控制裝置的微型計算機，未來的家庭將由作為中央控制裝置的微型計算機，通過各種傳感器代替人監(jiān)視家庭的各種狀態(tài)，并通通過各種傳感器代替人監(jiān)視家庭的各種狀態(tài)，并通過控制設備進行著各種控制。如：過控制設備進行著各種控制。如： 安全監(jiān)

12、視與報警、空調及照明控制、耗能控制、太陽光安全監(jiān)視與報警、空調及照明控制、耗能控制、太陽光自動跟蹤、家務勞動自動化及人身健康管理等。自動跟蹤、家務勞動自動化及人身健康管理等。傳感器在機器人領域的應用傳感器在機器人領域的應用 v 高速度、高精度、勞動強度大或危險作業(yè)的高速度、高精度、勞動強度大或危險作業(yè)的場所的工作，機器人已逐步取代人類。場所的工作，機器人已逐步取代人類。 v 要使機器人和人的功能更為接近，就要給機要使機器人和人的功能更為接近，就要給機器人安裝器人安裝視覺傳感器視覺傳感器和和觸覺傳感器觸覺傳感器，使機器，使機器人通過視覺對物體進行識別和檢測，通過觸人通過視覺對物體進行識別和檢測，

13、通過觸覺對物體產生壓覺、力覺、滑動感覺和重量覺對物體產生壓覺、力覺、滑動感覺和重量感覺。感覺。v 傳感器被稱為機器人的傳感器被稱為機器人的“電五官電五官”。 傳感器在醫(yī)學上的應用傳感器在醫(yī)學上的應用 v 可以對人體的表面和內部可以對人體的表面和內部溫度、血壓、腔內壓力、溫度、血壓、腔內壓力、血液及呼吸流量、腫瘤、血液及呼吸流量、腫瘤、血液的分析、脈搏及心音、血液的分析、脈搏及心音、心腦電波等進行高難度的心腦電波等進行高難度的診斷。診斷。v 在早期診斷、早期治療、在早期診斷、早期治療、遠距離診斷及人工器官的遠距離診斷及人工器官的研制等廣泛的范圍內發(fā)揮研制等廣泛的范圍內發(fā)揮作用。作用。傳感器與環(huán)境

14、保護傳感器與環(huán)境保護 v環(huán)球的大氣污染、水環(huán)球的大氣污染、水質污濁及噪聲已嚴重質污濁及噪聲已嚴重地破壞了地球的生態(tài)地破壞了地球的生態(tài)平衡和我們賴以生存平衡和我們賴以生存的環(huán)境。的環(huán)境。v為保護環(huán)境，利用傳為保護環(huán)境，利用傳感器制成的各種環(huán)境感器制成的各種環(huán)境監(jiān)測儀器正在發(fā)揮著監(jiān)測儀器正在發(fā)揮著積極的作用。積極的作用。 傳感器與航空及航天傳感器與航空及航天 n飛行器飛行方向，姿態(tài)、飛行環(huán)境、飛行器本身的狀態(tài)飛行器飛行方向，姿態(tài)、飛行環(huán)境、飛行器本身的狀態(tài)及內部設備的監(jiān)控也都要通過傳感器進行檢測。及內部設備的監(jiān)控也都要通過傳感器進行檢測。 傳感器與遙感技術傳感器與遙感技術 v 遙感技術是從遠距離感

15、遙感技術是從遠距離感知目標反射或自身輻射知目標反射或自身輻射的的電磁波、可見光、紅電磁波、可見光、紅外線，外線，對目標進行探測對目標進行探測和識別的技術。主要應和識別的技術。主要應用于氣象觀測、資源考用于氣象觀測、資源考察、地圖測繪和軍事偵察、地圖測繪和軍事偵察等。察等。 v 圖為衛(wèi)星通過遙感技術拍攝的圖為衛(wèi)星通過遙感技術拍攝的美國某空軍基地美國某空軍基地。 兵器領域兵器領域 v 在兵器領域中，使用了諸如機械式、壓電、電容、電磁、光纖、在兵器領域中，使用了諸如機械式、壓電、電容、電磁、光纖、紅外、激光、生物、微波等等傳感器，以實現對周圍環(huán)境的監(jiān)紅外、激光、生物、微波等等傳感器，以實現對周圍環(huán)境

16、的監(jiān)測與目標定位信息的收集，從而更好的解決了安全、可靠的防測與目標定位信息的收集，從而更好的解決了安全、可靠的防衛(wèi)能力衛(wèi)能力。未來世界傳感器的應用產物未來世界傳感器的應用產物v 智能房屋（自動識別主人，太智能房屋（自動識別主人，太陽能提供能源）；陽能提供能源）； v 智能衣服（自動調節(jié)溫度）；智能衣服（自動調節(jié)溫度）； v 智能公路（自動顯示、記錄公智能公路（自動顯示、記錄公路的壓力、溫度、車流量）；路的壓力、溫度、車流量）； v 智能汽車（無人駕駛、衛(wèi)星定智能汽車（無人駕駛、衛(wèi)星定位）位） 5.當前傳感器技術的主要發(fā)展趨勢當前傳感器技術的主要發(fā)展趨勢 拓展測量范圍，提高檢測精度和可靠性。拓展

17、測量范圍，提高檢測精度和可靠性。 發(fā)現新現象發(fā)現新現象,開發(fā)新材料。開發(fā)新材料。 傳感器向集成化、組合化、數字化方向發(fā)展。傳感器向集成化、組合化、數字化方向發(fā)展。 重視非接觸式檢測技術的研究，增強抗干擾能力，重視非接觸式檢測技術的研究，增強抗干擾能力，提高測量精度。提高測量精度。 智能化傳感器智能化傳感器 仿生傳感器的研究仿生傳感器的研究主要參考書及參考網站參考網站參考網站:1傳感器課程 http:/2儀表技術與傳感器 http:/www.i-3傳感器世界 http:/4中國傳感器 http:/5傳感器技術 http:/www.sensor-621IC中國電子網 http:/7傳感技術學報網

18、http:/8傳感器資訊網 http:/主要參考書主要參考書: 第1章 檢測技術基礎知識檢測技術的基本概念檢測技術的基本概念1.1 測量誤差及修正測量誤差及修正1.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性1.3 傳感器的標定傳感器的標定1.4 傳感器的選用傳感器的選用 1.1.1 檢測技術檢測技術1.1檢測技術的基本概念v檢測技術：檢測技術： 以研究自動檢測系統(tǒng)中的以研究自動檢測系統(tǒng)中的信息提取信息提取、信息轉換信息轉換以及以及 信息處理信息處理理論和技術為主要內容的一門應用技術學科。理論和技術為主要內容的一門應用技術學科。v研究內容：研究內容： 傳感器技術、誤差理論、測試計量技術

19、、抗干擾技術、傳感器技術、誤差理論、測試計量技術、抗干擾技術、 電量間互相轉換技術。電量間互相轉換技術。v研究目的：研究目的：自動檢測系統(tǒng)的檢測分辨率、精度、可靠性的提高。自動檢測系統(tǒng)的檢測分辨率、精度、可靠性的提高。1.1.2 1.1.2 自動檢測系統(tǒng)自動檢測系統(tǒng)圖圖1 自動檢測系統(tǒng)框圖自動檢測系統(tǒng)框圖1.1檢測技術的基本概念自動測量、自動計量、自動保護、自動診斷、自動信號處理等自動測量、自動計量、自動保護、自動診斷、自動信號處理等系統(tǒng)的總稱。通常是由系統(tǒng)的總稱。通常是由被測量、敏感元件、電子測量電路和輸被測量、敏感元件、電子測量電路和輸出單元出單元等組成，可完成信息獲取、轉換、顯示和處理等

20、功能。等組成，可完成信息獲取、轉換、顯示和處理等功能。另外還包括另外還包括電源電源和和傳輸通道傳輸通道等不可缺少部分。等不可缺少部分。輸出單元輸出單元測量：測量：1.2 測量誤差及修正用實驗的方法，借助于一定的儀器或設備，將被測量與用實驗的方法，借助于一定的儀器或設備，將被測量與同性質的單位標準量進行比較，并確定被測量對標準量同性質的單位標準量進行比較，并確定被測量對標準量的倍數，從而獲得關于被測量的定量信息。的倍數，從而獲得關于被測量的定量信息。測量過程的核心是比較。測量過程的核心是比較。測量方法：測量方法：實現測量過程所采用的具體方法實現測量過程所采用的具體方法.確定測量方法的依據確定測量

21、方法的依據: 被測量的性質、特點和測量任務的要求。被測量的性質、特點和測量任務的要求。1.1.測量誤差：測量誤差：測量結果不能準確反映被測量的真值而存在測量結果不能準確反映被測量的真值而存在 一定的偏差，這個偏差就是測量誤差。一定的偏差，這個偏差就是測量誤差。1.2.1 誤差基本概念及表達式誤差基本概念及表達式產生原因產生原因: : 檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)( (儀表儀表) )不可能絕對精確不可能絕對精確; ; 測量原理的局限、測量方法的不盡完善測量原理的局限、測量方法的不盡完善; ; 環(huán)境因素和外界干擾環(huán)境因素和外界干擾; ; 測量過程被測對象的原有狀態(tài)測量過程被測對象的原有狀態(tài)的改變的改變. .2

22、.2.真值：真值： 一個量嚴格定義的理論值通常叫理論真值一個量嚴格定義的理論值通常叫理論真值. . 約定真值約定真值 相對真值相對真值1.2 測量誤差及修正3.3.絕對誤差：絕對誤差：絕對誤差是絕對誤差是儀表的指示值儀表的指示值x x與與被測量的真值被測量的真值L L0 0 之間的差值，記做之間的差值，記做x0 xxL 0Lxxxc 修正值修正值思考絕對誤差越小，說明指示值越接近真值，測量精度越高絕對誤差越小，說明指示值越接近真值，測量精度越高? ?絕對誤差有符號和單位，絕對誤差有符號和單位，它的單位與被測量相同。它的單位與被測量相同。引入絕對誤差后，被測量真值可以表示為引入絕對誤差后，被測量

23、真值可以表示為計量工作中通常采用計量工作中通常采用指示值加修正值指示值加修正值的方法來保證測量值的的方法來保證測量值的準確可靠，修正值可以是數值、曲線、公式或數表。準確可靠，修正值可以是數值、曲線、公式或數表。1.2 測量誤差及修正儀器儀器1 1；測量；測量10mm10mm長度，絕對誤差為長度，絕對誤差為0.1mm0.1mm。儀器儀器2 2：測量：測量200mm200mm長度，絕對誤差為長度，絕對誤差為1mm1mm。哪個儀器的精度更高？哪個儀器的精度更高？顯然，儀器顯然，儀器2 2更精確。更精確。所以，所以，絕對誤差小不能代表測量精度高。絕對誤差小不能代表測量精度高。絕對誤差越小，說明指示值越

24、接近真值，測量精度越高的說絕對誤差越小，說明指示值越接近真值，測量精度越高的說法只適用于被測量相同的情況。法只適用于被測量相同的情況。例10.1100%1%1021100%0.5%2001.2 測量誤差及修正4.4.相對誤差：相對誤差：絕對誤差絕對誤差x x與與被測量真值或實際值被測量真值或實際值L L0 0之比。之比。 常用百分數表示。即常用百分數表示。即000100%100%xxLLL相對誤差通常用于衡量測量的準確程度。相對誤差通常用于衡量測量的準確程度。相對誤差越小，準確程度越高。相對誤差越小，準確程度越高。結論相對誤差比絕對誤差能更好地說明測量的精確程度。相對誤差比絕對誤差能更好地說明

25、測量的精確程度。上例中上例中儀器儀器2相對誤差小所以測量精確度高。相對誤差小所以測量精確度高。1.2 測量誤差及修正 使用相對誤差使用相對誤差來來評定測量精度，也有局限性。評定測量精度，也有局限性。它只能說明不同測量結果的準確程度，但它只能說明不同測量結果的準確程度，但不適用于衡不適用于衡量測量儀表本身的質量量測量儀表本身的質量。為了更為了更合理地評價儀表質量合理地評價儀表質量，采用了，采用了引用誤差引用誤差概念。概念。1.2 測量誤差及修正引用誤差也引用誤差也是一種相對誤差，是一種相對誤差，常應用于多檔和連續(xù)刻度的常應用于多檔和連續(xù)刻度的儀器儀表中。儀器儀表中。用于衡量測量儀表本身的質量。用

26、于衡量測量儀表本身的質量。100%xrA5.5.引用誤差：引用誤差：絕對誤差絕對誤差x與與儀表量程儀表量程A A的比值的比值，通常以百分，通常以百分數表示。數表示。1.2 測量誤差及修正 6 6. .最大引用誤差：最大引用誤差：如果以測量儀表整個量程中，可能出現的如果以測量儀表整個量程中，可能出現的 絕對誤差最大值絕對誤差最大值xm m代替代替x ，可得到，可得到 最大引用誤差最大引用誤差r rm m100%mmxrA1.2 測量誤差及修正一臺確定的儀表或一個檢測系統(tǒng)的最大引用誤差是一個定值。一臺確定的儀表或一個檢測系統(tǒng)的最大引用誤差是一個定值。 7 7. .精度等級：精度等級：測量儀表一般采

27、用測量儀表一般采用最大引用誤差不能超過的允許值最大引用誤差不能超過的允許值 作為劃分精度等級的尺度。作為劃分精度等級的尺度。 最大引用誤差與精度等級最大引用誤差與精度等級G的關系為：的關系為：max%G思考儀表的選用僅需考慮精度等級就可以了嗎？儀表的選用僅需考慮精度等級就可以了嗎？ 1.2 測量誤差及修正我國我國工業(yè)儀表常見的精度等級有工業(yè)儀表常見的精度等級有0.10.1級，級，0.20.2級，級，0.50.5級，級，1.01.0級，級，1.51.5級，級，2.02.0級，級，2.52.5級，級， 5.0 5.0級。級。 精度等級為精度等級為1.01.0的儀表，使用時最大引用誤差不超過的儀表，

28、使用時最大引用誤差不超過1.01.0. . 即即: :在整個量程內它的絕對誤差最大值不會超過其量程的在整個量程內它的絕對誤差最大值不會超過其量程的1 1?，F有電壓表現有電壓表1 1： 1.51.5級級0 01000V1000V， 電壓表電壓表2 2： 2.52.5級級0 0300V300V，要測量要測量220V220V的電壓，試問采用哪個電壓表更好、更精確？的電壓，試問采用哪個電壓表更好、更精確？ 顯然應該選用電壓表顯然應該選用電壓表2 2。max111max1%1000 1.5%100%100%100%100%6.82%220mxArA GLLLv用電壓表用電壓表1測量測量220V220V電

29、壓時，示值的最大相對誤差為電壓時，示值的最大相對誤差為 v用電壓表用電壓表2測量測量220V電壓時，示值的最大相對誤差為電壓時，示值的最大相對誤差為n 選用儀表時，選用儀表時，一般使其最好能工作在不小于滿刻度值一般使其最好能工作在不小于滿刻度值2/32/3的區(qū)域。的區(qū)域。例max222max2%3002.5%100%100%100%100%3.41%220mxArA GLLL1.2 測量誤差及修正一、根據誤差出現的規(guī)律分為一、根據誤差出現的規(guī)律分為系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差、隨機誤差隨機誤差和和粗大誤差。粗大誤差。1.2.2 誤差的分類與來源誤差的分類與來源1.2 測量誤差及修正 產生原因：產生原因：儀

30、器制造，安裝或使用方法不正確，儀器制造，安裝或使用方法不正確， 不良讀數習慣。不良讀數習慣。 修正方法：修正方法：系統(tǒng)誤差是一種有規(guī)律的誤差，可以采用系統(tǒng)誤差是一種有規(guī)律的誤差，可以采用修正值修正值 或或補償校正補償校正的方法來減小或消除。的方法來減小或消除。 1.系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差：在相同條件下多次測量同一參數時，在相同條件下多次測量同一參數時，誤差的絕誤差的絕 對值和符號保持恒定；對值和符號保持恒定；或在條件改變時，與某或在條件改變時，與某 一個或幾個因素成函數關系的有一個或幾個因素成函數關系的有規(guī)律規(guī)律的誤差。的誤差。2. 隨機誤差：隨機誤差：服從統(tǒng)計規(guī)律的誤差稱為隨機誤差。服從統(tǒng)計規(guī)律

31、的誤差稱為隨機誤差。3.粗大誤差：粗大誤差：又稱為壞值或異常值。是一種顯然與實際值又稱為壞值或異常值。是一種顯然與實際值 不符的誤差。不符的誤差。1.2 測量誤差及修正產生原因：產生原因：測量環(huán)境的偶然變化。測量環(huán)境的偶然變化。 雖然單次測量的隨機誤差沒有規(guī)律，但多次測量的雖然單次測量的隨機誤差沒有規(guī)律，但多次測量的總體卻服從統(tǒng)計規(guī)律，通過對測量數據的統(tǒng)計處理，能總體卻服從統(tǒng)計規(guī)律，通過對測量數據的統(tǒng)計處理，能在理論上估計其對測量結果的影響。在理論上估計其對測量結果的影響。產生原因：產生原因：測錯、讀錯、記錯及未達到條件匆忙實驗等。測錯、讀錯、記錯及未達到條件匆忙實驗等。 系統(tǒng)誤差表達式：系統(tǒng)

32、誤差表達式：0AL 隨機誤差表達式：隨機誤差表達式：iixA 其中：其中： A：測量值的總體平均值：測量值的總體平均值 L0：測定值的真值：測定值的真值 Xi: 各次的測定值各次的測定值結論：各次測量值的絕對誤差等于系統(tǒng)誤差和結論：各次測量值的絕對誤差等于系統(tǒng)誤差和 隨機誤差的代數和。隨機誤差的代數和。1.2.3 系統(tǒng)誤差和隨機誤差的表達式系統(tǒng)誤差和隨機誤差的表達式1.2 測量誤差及修正二、根據使用條件劃分，可將誤差分為二、根據使用條件劃分，可將誤差分為基本誤差基本誤差和和附加誤差附加誤差。1.基本誤差：基本誤差：儀器在標準條件下使用所具有的誤差。儀器在標準條件下使用所具有的誤差。基本誤差屬于

33、系統(tǒng)誤差，測量儀表精度等級由基本誤差決定。基本誤差屬于系統(tǒng)誤差，測量儀表精度等級由基本誤差決定。2.附加誤差：附加誤差：當使用條件偏離標準條件時，在基本誤差的基礎當使用條件偏離標準條件時，在基本誤差的基礎 上增加的新的系統(tǒng)誤差，稱為附加誤差。上增加的新的系統(tǒng)誤差，稱為附加誤差。 附加誤差在使用時疊加到基本誤差上去。附加誤差在使用時疊加到基本誤差上去。1.2 測量誤差及修正 研究測量誤差研究測量誤差的的目的：目的：1.2 測量誤差及修正 尋求正確處理測量數據的理論和方法，以便在同樣尋求正確處理測量數據的理論和方法，以便在同樣 條件下能條件下能獲得最精確、最可靠地反映真實值的測量獲得最精確、最可靠

34、地反映真實值的測量 結果。結果。 研究測量誤差的性質，分析產生的原因，以研究測量誤差的性質，分析產生的原因，以尋求尋求 最大限度地消除或減小測量誤差的途徑最大限度地消除或減小測量誤差的途徑。1.1.系統(tǒng)誤差的發(fā)現和校正系統(tǒng)誤差的發(fā)現和校正 在工程測量中，在工程測量中，系統(tǒng)誤差往往遠大于隨機誤差系統(tǒng)誤差往往遠大于隨機誤差。 系統(tǒng)誤差的特點是出現具有規(guī)律性系統(tǒng)誤差的特點是出現具有規(guī)律性，一般可通過實驗和一般可通過實驗和分析研究確定與消除。分析研究確定與消除。 系統(tǒng)誤差隨測量時間變化的幾種常見關系曲線如圖：系統(tǒng)誤差隨測量時間變化的幾種常見關系曲線如圖：1.2.5 系統(tǒng)誤差的發(fā)現與校正1.2 測量誤差

35、及修正 上述三種關系曲線某種組合形上述三種關系曲線某種組合形態(tài)，呈現復雜規(guī)律變化的態(tài)，呈現復雜規(guī)律變化的復雜復雜變差型變差型系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差。 系統(tǒng)誤差的幾種常見關系曲線系統(tǒng)誤差的幾種常見關系曲線曲線曲線1：曲線曲線2：曲線曲線3：曲線曲線4： 測量誤差的大小與方向不隨時間測量誤差的大小與方向不隨時間變化的變化的恒差型恒差型系統(tǒng)誤差；系統(tǒng)誤差；隨時間呈線性變化的隨時間呈線性變化的線性變差型線性變差型系統(tǒng)誤差；系統(tǒng)誤差；隨時間作某種周期性變化的隨時間作某種周期性變化的周期變差型周期變差型系統(tǒng)誤差；系統(tǒng)誤差；1.2 測量誤差及修正1.1.系統(tǒng)誤差的判別和確定系統(tǒng)誤差的判別和確定 原理分析與理論計

36、算法原理分析與理論計算法： 因轉換原理、檢測方法或設計制造方面存在不足而產生的因轉換原理、檢測方法或設計制造方面存在不足而產生的恒差型系統(tǒng)誤差可通過原理分析與理論計算來加以修正。恒差型系統(tǒng)誤差可通過原理分析與理論計算來加以修正。1.2 測量誤差及修正(1)(1)恒差型恒差型系統(tǒng)誤差的確定系統(tǒng)誤差的確定 實驗比對法實驗比對法： 對于不隨時間變化的恒差型系統(tǒng)誤差，通?？梢杂脤嶒瀸τ诓浑S時間變化的恒差型系統(tǒng)誤差，通?？梢杂脤嶒灡葘Φ姆椒òl(fā)現和確定。實驗比對的方法又分為標準器比對的方法發(fā)現和確定。實驗比對的方法又分為標準器件法（簡稱標準件法）和標準儀器法（簡稱標準表法）件法（簡稱標準件法）和標準儀器法

37、（簡稱標準表法）兩種。兩種。（2 2）變差型變差型系統(tǒng)誤差的確定系統(tǒng)誤差的確定 變差型系統(tǒng)誤差：變差型系統(tǒng)誤差：測量系統(tǒng)誤差按測量系統(tǒng)誤差按某種確定規(guī)律某種確定規(guī)律變化。變化。1.2 測量誤差及修正 確定是否存在變差系統(tǒng)誤差的方法：確定是否存在變差系統(tǒng)誤差的方法： 剩余誤差觀察法剩余誤差觀察法 剩余誤差剩余誤差: :測量值與測量平均值之差。測量值與測量平均值之差。 根據測量數據的各個剩余誤差大小和符號的變化規(guī)律根據測量數據的各個剩余誤差大小和符號的變化規(guī)律 來判斷有無按某種規(guī)律變化的變差系統(tǒng)誤差。來判斷有無按某種規(guī)律變化的變差系統(tǒng)誤差。 適用范圍：適用范圍：規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差的確定。規(guī)律變化的

38、系統(tǒng)誤差的確定。不同公式計算標準誤差比較法不同公式計算標準誤差比較法 （1 1） 交換法交換法 將引起系統(tǒng)誤差的某些條件將引起系統(tǒng)誤差的某些條件( (如被測量的位置等如被測量的位置等) )相互交相互交換，換，而保持其它條件不變，使產生系統(tǒng)誤差的因素對測量而保持其它條件不變，使產生系統(tǒng)誤差的因素對測量結果起相反的作用，從而抵消系統(tǒng)誤差。結果起相反的作用，從而抵消系統(tǒng)誤差。2.2.系統(tǒng)誤差的校正系統(tǒng)誤差的校正1.2 測量誤差及修正例如：例如： 等臂天平稱量時，由于天平左右兩臂長的微小差別，會等臂天平稱量時，由于天平左右兩臂長的微小差別，會引起稱量的恒值系統(tǒng)誤差。若將被稱物與砝碼在天平左右引起稱量的

39、恒值系統(tǒng)誤差。若將被稱物與砝碼在天平左右稱盤上交換，稱量兩次，取兩次測量平均值作為被稱物的稱盤上交換，稱量兩次，取兩次測量平均值作為被稱物的質量，就可消除因天平不等臂引起的系統(tǒng)誤差。質量，就可消除因天平不等臂引起的系統(tǒng)誤差。 （2 2） 抵消法抵消法 改變測量中的某些條件改變測量中的某些條件( (如測量方向如測量方向) )，使前后兩次測量，使前后兩次測量 結果的誤差符號相反結果的誤差符號相反，取其平均值以消除系統(tǒng)誤差。，取其平均值以消除系統(tǒng)誤差。1.2 測量誤差及修正例如：例如： 千分尺有空行程，即螺旋旋轉時，刻度變化，量桿不動，千分尺有空行程，即螺旋旋轉時，刻度變化，量桿不動， 在檢定部位會

40、產生系統(tǒng)誤差?？蓮恼磧蓚€旋轉方向對線。在檢定部位會產生系統(tǒng)誤差。可從正反兩個旋轉方向對線。 若不含系統(tǒng)誤差的值為若不含系統(tǒng)誤差的值為a a，空行程引起系統(tǒng)誤差，空行程引起系統(tǒng)誤差，順時針，順時針 對準標志線讀數為對準標志線讀數為d d，則有，則有d d= =a a+ +；逆時針旋轉對準標志線；逆時針旋轉對準標志線 讀數讀數dd，則有，則有d d= a a- -，于是正確值，于是正確值a a=(=(d d+ +dd)/2)/2， 正確值正確值a a中不再含有系統(tǒng)誤差。中不再含有系統(tǒng)誤差。 （3 3）補償法）補償法1.2 測量誤差及修正電路和傳感器結構設計中，選用在同一有害干擾變量作用下，電路和

41、傳感器結構設計中，選用在同一有害干擾變量作用下，能產生誤差相等而符號相反的零部件或元器件作為補償元件。能產生誤差相等而符號相反的零部件或元器件作為補償元件。如：電路的內阻如：電路的內阻R，RC振蕩回路的時間常數。振蕩回路的時間常數。（4 4）差分法）差分法（5 5）比值補償法）比值補償法 常用于變換系數與所用電阻元件的電阻比值有關的常用于變換系數與所用電阻元件的電阻比值有關的 分壓器或放大器等器件。分壓器或放大器等器件。（6 6）測量數據的修正）測量數據的修正1.2 測量誤差及修正3.隨機誤差的影響及統(tǒng)計處理隨機誤差的影響及統(tǒng)計處理1.2 測量誤差及修正 隨機誤差雖然是由大量的沒有規(guī)律的微小因

42、素共同作用下隨機誤差雖然是由大量的沒有規(guī)律的微小因素共同作用下產生，但是產生，但是隨機誤差具有隨機變量的一切特點。隨機誤差具有隨機變量的一切特點。概率分布通常概率分布通常服從一定的統(tǒng)計規(guī)律，且多數都服從服從一定的統(tǒng)計規(guī)律，且多數都服從正態(tài)分布正態(tài)分布。前提：前提：系統(tǒng)誤差已被盡力減小到可以忽略的程度。系統(tǒng)誤差已被盡力減小到可以忽略的程度。連續(xù)型正態(tài)分布隨機變量連續(xù)型正態(tài)分布隨機變量x x的概率密度函數表達式為：的概率密度函數表達式為：22()21( )e2x f x21niixn 其中，其中，稱為隨機變量稱為隨機變量x的的標準差。標準差。代表了隨機誤差對測代表了隨機誤差對測量結果的影響程度量結

43、果的影響程度1.2 測量誤差及修正對正態(tài)分布的影響示意圖對正態(tài)分布的影響示意圖 從圖中可看出：從圖中可看出： 分析隨機誤差時，分析隨機誤差時， 標準差標準差表征測量表征測量 數據的離散程度。數據的離散程度。 越小，越小， 數據越集中，測量的數據越集中，測量的精密度越高。精密度越高。隨機誤差的處理：隨機誤差的處理： 可用概率論中均方根誤差和置信區(qū)間去處理?？捎酶怕收撝芯礁`差和置信區(qū)間去處理。1.2 測量誤差及修正動態(tài)特性動態(tài)特性-被測量隨時間快速變化時傳感器被測量隨時間快速變化時傳感器 輸入與輸出之間的關系。輸入與輸出之間的關系。靜態(tài)特性靜態(tài)特性-被測量不隨時間變化或隨時間變化被測量不隨時間

44、變化或隨時間變化 緩慢時輸入與輸出之間的關系。緩慢時輸入與輸出之間的關系。傳傳感感器器的的基基本本特特性性1.3 傳感器的基本特性u傳感器的基本特性，即輸入傳感器的基本特性，即輸入輸出特性輸出特性 1.3 傳感器的基本特性緩慢變化的測量-靜態(tài)測量緩慢變化的測量-靜態(tài)測量1.3 傳感器的基本特性動態(tài)測量1.3 傳感器的基本特性線性度線性度靈敏度靈敏度重復性重復性遲遲 滯滯穩(wěn)定性穩(wěn)定性漂漂 移移n 傳感器的靜傳感器的靜態(tài)特性主要由態(tài)特性主要由性能指標來描性能指標來描述。述。精確度精確度1.3 傳感器的基本特性一、精確度一、精確度 1.1.準確度：準確度：輸出值與真值的偏離程度。輸出值與真值的偏離程

45、度。 是系統(tǒng)誤差大小的標志。是系統(tǒng)誤差大小的標志。 2.2.精密度：精密度：說明測量傳感器輸出值的說明測量傳感器輸出值的分散性分散性。 是隨機誤差大小的標志。是隨機誤差大小的標志。 3.3.精確度：精確度：精密度和準確度的總和。精密度和準確度的總和。（a）準確度高而精密度低）準確度高而精密度低（b）準確度低而精密度高）準確度低而精密度高（c）精確度高）精確度高精密度與準確度精密度與準確度是不相關的。是不相關的。1.3 傳感器的基本特性 二、穩(wěn)定性二、穩(wěn)定性 1.1.穩(wěn)定度：穩(wěn)定度：在規(guī)定時間內，測量條件不變的情況下，由在規(guī)定時間內，測量條件不變的情況下，由傳感器中隨機性變動、周期性變動、漂移等

46、引起輸出值的傳感器中隨機性變動、周期性變動、漂移等引起輸出值的變化。變化。 2.2.影響量：影響量：外部環(huán)境和工作條件變化引起輸出值的不穩(wěn)外部環(huán)境和工作條件變化引起輸出值的不穩(wěn)定。定。一般分為一般分為溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性和和抗干擾穩(wěn)定性抗干擾穩(wěn)定性。溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性：溫度穩(wěn)定性又稱為溫度漂移，是指傳感：溫度穩(wěn)定性又稱為溫度漂移，是指傳感器在外界溫度下輸出量發(fā)生的變化。器在外界溫度下輸出量發(fā)生的變化。抗干擾穩(wěn)定性抗干擾穩(wěn)定性：傳感器對外界干擾的抵抗能力，如抗：傳感器對外界干擾的抵抗能力，如抗沖擊和振動的能力、抗潮濕的能力、抗電磁場干擾的沖擊和振動的能力、抗潮濕的能力、抗電磁場干擾的能力等。能

47、力等。1.3 傳感器的基本特性3.3.線性度（非線性誤差）線性度（非線性誤差）: :輸出量與輸入量的實際關系輸出量與輸入量的實際關系曲線偏離擬合直線的程度。線性度是用曲線偏離擬合直線的程度。線性度是用實測輸入實測輸入 輸出特性輸出特性曲線與擬合直線之間最大偏差曲線與擬合直線之間最大偏差與與滿量程輸出滿量程輸出的百分比表示。的百分比表示。maxL.100%F Sy 1.3 傳感器的基本特性maxL.100%F Sy .max0F Syyy實際曲線與擬實際曲線與擬合直線之間的合直線之間的最大偏差最大偏差滿量程輸滿量程輸出平均值出平均值最大輸出最大輸出平均值平均值最小輸出最小輸出平均值平均值1.3

48、傳感器的基本特性4 4. .靈敏度靈敏度: :傳感器或檢測系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化和引起傳感器或檢測系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化和引起此變化的輸入量變化的比值。它是輸入與輸出特性曲線的斜此變化的輸入量變化的比值。它是輸入與輸出特性曲線的斜率率?？杀硎緸椋嚎杀硎緸椋?dxdys x0ydydx靈敏度越高，分辨率越好。靈敏度越高，分辨率越好。1.3 傳感器的基本特性5 5. .遲滯遲滯: :傳感器在正向和反向行程期中輸入傳感器在正向和反向行程期中輸入輸出特性曲輸出特性曲線不一致的程度。遲滯誤差（回程誤差）可以通過實驗，線不一致的程度。遲滯誤差（回程誤差）可以通過實驗，找出輸出量的最大差值，以滿量程輸出找出

49、輸出量的最大差值，以滿量程輸出Y YFSFS的百分數表示：的百分數表示： 1100%2mtFSEY 遲滯反映了傳感器機械部分不可避免的缺陷，如軸承摩擦、遲滯反映了傳感器機械部分不可避免的缺陷，如軸承摩擦、間隙、螺釘松動、元件腐蝕或碎裂、材料內摩擦、積塵等。間隙、螺釘松動、元件腐蝕或碎裂、材料內摩擦、積塵等。1.3 傳感器的基本特性6. 6. 重復性：重復性：重復性是指傳感器在檢測同一物理量時每次測量重復性是指傳感器在檢測同一物理量時每次測量 的不一致程度。重復性的高低與許多隨機因素有的不一致程度。重復性的高低與許多隨機因素有 關，也與產生遲滯的原因相似，可用實驗的方法關，也與產生遲滯的原因相似

50、，可用實驗的方法 來測定。來測定。 1.3 傳感器的基本特性7.7.漂移漂移: :外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無關的不需要外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無關的不需要的變化。的變化。零點漂移零點漂移靈敏度漂移靈敏度漂移漂移漂移時間漂移時間漂移-指在規(guī)定的條件下，零點指在規(guī)定的條件下，零點 或靈敏度隨時間的緩慢變化或靈敏度隨時間的緩慢變化溫度漂移溫度漂移-環(huán)境溫度環(huán)境溫度變化變化而引起的零點或而引起的零點或 靈敏度的變化靈敏度的變化溫度漂移溫度漂移時間漂移時間漂移1.3 傳感器的基本特性u在在動態(tài)動態(tài)( (快速變化快速變化) )的輸入信號的輸入信號情況下，要求傳感器不僅能精情況下，要求傳感器

51、不僅能精確地測量信號的確地測量信號的幅值大小幅值大小，而且能測量出信號而且能測量出信號變化變化的過程。的過程。這就要求傳感器能迅速準確地這就要求傳感器能迅速準確地響應響應和和再現被測信號的變化再現被測信號的變化。也就是說，傳感器要有也就是說，傳感器要有良好的動態(tài)特性良好的動態(tài)特性。u研究傳感器的動態(tài)特性的方法研究傳感器的動態(tài)特性的方法: :通常從通常從時域和頻域時域和頻域兩方面采用兩方面采用瞬態(tài)響應法瞬態(tài)響應法和和頻率響應法頻率響應法來分析。來分析。u最常用的是通過幾種特殊的輸入時間函數，例如用最常用的是通過幾種特殊的輸入時間函數，例如用階躍函數階躍函數來研究其響應特性，稱為階躍響應法和頻率響

52、應法。來研究其響應特性，稱為階躍響應法和頻率響應法。1.3 傳感器的基本特性u傳感器的動態(tài)數學模型-指在隨時間變化的動態(tài)信號作用下，傳感器輸出與輸入量間的函數關系，它通常稱為響應特性。u動態(tài)數學模型一般采用微分方程和傳遞函數描述。1.3 傳感器的基本特性微分方程微分方程表達式 式中：式中： 與傳感器的結構有關的常數與傳感器的結構有關的常數 t t時間；時間；y y輸出量輸出量y(t)y(t)；x x輸入量輸入量x(t)x(t)。1110111101.nnnnnnmmmmmmd ydydyaaaa ydtdtdtd xdxdxbbbb xdtdtdt101.onmaaabbb、 、 ， 、 、u

53、數學上常采用數學上常采用拉普拉斯變換拉普拉斯變換將實數域的微分方程變成復數域將實數域的微分方程變成復數域（S S域）的代數方程，求解代數方程就容易多了。域）的代數方程，求解代數方程就容易多了。 傳遞函數傳遞函數u 動態(tài)特性的傳遞函數在線性定常系統(tǒng)中是初始條件為0時，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。u 由數學理論知，如果當t0時,y(t)=0,則y(t)的拉普拉斯變換可定義為 式中 s=+j， 0。 對式兩邊取拉普拉斯變換，則得0( )( )stY Sy t edt011101( )(.)( )(.)nnmmnnmmY s a sasaX s b sbsb則系統(tǒng)的傳遞函數 為( )H

54、 s011110.( )( )( ).mmmmnnnnb sbsbY sH sX sa sasa1110111101.nnnnnnmmmmmmd ydydyaaaa ydtdtdtd xdxdxbbbb xdtdtdt傳遞函數 H（S）表達式含義 u 式中第二個等號右邊是一個與輸入無關的表達式，只與系統(tǒng)結構參數有關，可見傳遞函數H（S）是描述傳感器本身信息的特性，條件是t 0，y(t) = 0，即傳感器被激勵之前所有儲能元件如質量塊、彈性元件、電氣元件均沒有積存能量。這樣不必了解復雜系統(tǒng)的具體結構內容，只要給出一個激勵x(t)，得到系統(tǒng)對x(t)的響應y(t)，由它們的拉普拉斯變換就可以確定系

55、統(tǒng)的傳遞函數H(s)。對于多環(huán)節(jié)串聯或并聯組成的傳感器或檢測系統(tǒng)，如果各環(huán)節(jié)阻抗匹配適當，可略去相互之間的影響，總的傳遞函數可由各環(huán)節(jié)傳遞函數相乘或相加求得。當傳感器比較復雜或傳感器的基本參數未知時，可以通過實驗求得傳遞函數。011110.( )( )( ).mmmmnnnnb sbsbY sH sX sa sasa2. 動態(tài)特性u 在動態(tài)(快速變化)的輸入信號作用下，要求傳感器不僅能精確地測量信號的幅值大小，而且能測量出信號變化的過程。這就要求傳感器能迅速準確地響應和再現被測信號的變化。也就是說，傳感器要有良好的動態(tài)特性。動態(tài)特性動態(tài)特性時域時域-瞬態(tài)響應法（研究系統(tǒng)輸出波形）瞬態(tài)響應法（研

56、究系統(tǒng)輸出波形） -階躍信號階躍信號頻域頻域-頻率響應法來（研究系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應）頻率響應法來（研究系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應） -正弦信號正弦信號階躍響應特性（時域） u給傳感器輸入一個單位階躍函數信號u其輸出特性稱為階躍響應特性。表征階躍響應特性的主要其輸出特性稱為階躍響應特性。表征階躍響應特性的主要技術指標有：時間常數、延遲時間、上升時間、峰值時間、技術指標有：時間常數、延遲時間、上升時間、峰值時間、最大超調量、響應時間等。如圖（最大超調量、響應時間等。如圖（a a）、）、(b)(b)所示。所示。x x（t t）= = 0010 tt tptrtstdtp穩(wěn) 態(tài) 誤 差1.0( )y t

57、0(52)%圖圖(b) (b) 二階傳感器階躍響應特性二階傳感器階躍響應特性trtdt1.0( )y t0.6320圖圖(a) (a) 一階傳感器階躍響應特性一階傳感器階躍響應特性時間常數時間常數 -一階傳感器階躍響應曲一階傳感器階躍響應曲線由零上升到穩(wěn)態(tài)值的線由零上升到穩(wěn)態(tài)值的63.2%63.2%所需要的時間所需要的時間最大超調量最大超調量p p-響應響應偏離階躍曲線的最大偏離階躍曲線的最大值，常用百分數表示，值，常用百分數表示，能說明傳感器的相對能說明傳感器的相對穩(wěn)定性穩(wěn)定性上升時間上升時間t tr r-響應響應曲線從穩(wěn)態(tài)值的曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%10%上升到上升到90%9

58、0%所所需要的時間需要的時間峰值時間峰值時間t tp p-響應響應曲線上升到第一個曲線上升到第一個峰值所需要的時間峰值所需要的時間響應時間響應時間t ts s-響應曲線逐漸趨于響應曲線逐漸趨于穩(wěn)定，到與穩(wěn)態(tài)值之差不超過穩(wěn)定，到與穩(wěn)態(tài)值之差不超過 (5%-2%)(5%-2%)所需要的時間，也稱所需要的時間，也稱過渡過程時間過渡過程時間延遲時間延遲時間t td d-階躍階躍響應達到穩(wěn)態(tài)值響應達到穩(wěn)態(tài)值50%50%所需要的時間所需要的時間如右圖所示。將如右圖所示。將 代入傳遞函數代入傳遞函數中，傳遞函數中，傳遞函數H(s)H(s)變?yōu)樽優(yōu)镠(j)H(j)，可得系統(tǒng)，可得系統(tǒng)的頻率響應特性。的頻率響應

59、特性。頻率響應特性給傳感器輸入各種頻率不同而幅值相同，初相位為零的正弦信號 ，其輸出的正弦信號的幅值和相位與頻率之間的關系， 稱為頻率響應曲線。也就是在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下B/A幅值比和相位 隨 而變化的狀態(tài)。( )sinx tAt( )sin()y tBtsj()()()()( )()jtjj tY jBeBH jeH jX jAeA 幅頻幅頻特性特性相頻相頻特性特性傳感器j txAe()jtyBe ()jtyBe j txAeyt01.00.9070.7070.900.950.707( ) ()()H jB A輸入輸出間的關系輸入輸出間的關系頻率響應特性曲線頻率響應特性曲線帶寬頻

60、率帶寬頻率-傳傳感器在對數幅感器在對數幅頻特性曲線上頻特性曲線上幅值衰減幅值衰減 時所對應的頻時所對應的頻率范圍率范圍3dB工作頻帶工作頻帶-當傳感當傳感器幅值誤差為器幅值誤差為5%5%（或（或10%10%）時其增）時其增益保持在一定值內益保持在一定值內的頻率范圍的頻率范圍跟隨角跟隨角n-二階傳感器系統(tǒng)無阻尼自然振蕩頻率二階傳感器系統(tǒng)無阻尼自然振蕩頻率固有頻率固有頻率1.4 1.4 傳感器的命名和標記方法傳感器的命名和標記方法( (補充補充) )1.4.1 1.4.1 傳感器的命名方法傳感器的命名方法一、傳感器在一、傳感器在統(tǒng)計表格、圖書索引、檢索以及計算機漢字處理統(tǒng)計表格、圖書索引、檢索以及