傳感技術(shù)及應(yīng)用-1(緒論)

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程名稱：傳感技術(shù)及應(yīng)用課程名稱：傳感技術(shù)及應(yīng)用主講教師：趙永平主講教師：趙永平聯(lián)系方式：聯(lián)系方式：工作地點：電機樓工作地點：電機樓30035-8電話：電話爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本門課程的特點：本門課程的特點：1、是測控技術(shù)與儀器學(xué)科的專業(yè)課、是測控技術(shù)與儀器學(xué)科的專業(yè)課2、課程具有很強實踐性、課程具有很強實踐性 3、課程涉及的知識面廣、課程涉及的知識面廣4、是一門工程性、應(yīng)用性都非常強的課程、是一門工程性、應(yīng)用性都非常強的課程 課程特點課程特點哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 課程的重要性課程的重要性1、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)

2、是信息、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱，它們分別是智能系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)的三大支柱，它們分別是智能系統(tǒng)的“感感官官”、“神經(jīng)神經(jīng)”和和“大腦大腦”。2、傳感器是測量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。、傳感器是測量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感器對原始參數(shù)進行準(zhǔn)確可靠的測如果沒有傳感器對原始參數(shù)進行準(zhǔn)確可靠的測量，就無法實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換和信息處理、無法量，就無法實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換和信息處理、無法完成最佳數(shù)據(jù)的顯示和控制。完成最佳數(shù)據(jù)的顯示和控制。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程教材和參考書課程教材和參考書 教材：教材：唐文彥主編唐文彥主編傳感器傳感器第第4版版 機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版

3、社 2007年年 參考書：參考書：1、強錫富主編、強錫富主編傳感器傳感器第第3版版 機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社 ， 2002年年2、余瑞芬主編、余瑞芬主編.傳感器原理傳感器原理.北京：航空工業(yè)出版社，北京：航空工業(yè)出版社， 1995年年3、王化祥，張淑英編著、王化祥，張淑英編著.傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用. 天津大學(xué)出版社，天津大學(xué)出版社，1999年年4、劉迎春，葉湘濱編著、劉迎春，葉湘濱編著.傳感器原理設(shè)計與應(yīng)用傳感器原理設(shè)計與應(yīng)用. 國防科技大學(xué)出版社國防科技大學(xué)出版社, 1997年年5、黃繼昌，徐巧魚等編著、黃繼昌，徐巧魚等編著. 傳感器工作原理及應(yīng)用實傳感器工作原理及應(yīng)用實例例

4、. 人民郵電出版社，人民郵電出版社，1998 年年 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 課程要求課程要求1、對課程的內(nèi)容分、對課程的內(nèi)容分“了解、理解、掌握了解、理解、掌握”三三個層次提出要求；個層次提出要求；2、對各類傳感器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、應(yīng)、對各類傳感器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域中較重要的敏感技術(shù)有相當(dāng)?shù)恼J(rèn)識用領(lǐng)域中較重要的敏感技術(shù)有相當(dāng)?shù)恼J(rèn)識 ；3、在未來具體工作中，在傳感器和執(zhí)行器選、在未來具體工作中，在傳感器和執(zhí)行器選擇、使用、設(shè)計以及進一步深入研究方面具備擇、使用、設(shè)計以及進一步深入研究方面具備良好的基礎(chǔ)良好的基礎(chǔ) ；4、在學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)當(dāng)從應(yīng)用的角度出發(fā)。、在學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)當(dāng)

5、從應(yīng)用的角度出發(fā)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)1、平時考核成績，約占、平時考核成績，約占10%2、實驗成績，約占、實驗成績，約占20%3、課程結(jié)業(yè)綜合考試，約占、課程結(jié)業(yè)綜合考試，約占70% 本課程總成績的組成本課程總成績的組成哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 儀表技術(shù)與傳感器儀表技術(shù)與傳感器 http:/www.i- 傳感器世界傳感器世界 http:/ 中國傳感器中國傳感器 http:/ 傳感器技術(shù)傳感器技術(shù) http:/www.sensor- 21IC中國電子網(wǎng)中國電子網(wǎng) http:/ 傳感技術(shù)學(xué)報網(wǎng)傳感技術(shù)學(xué)報網(wǎng) http:/ 傳感器資訊網(wǎng)傳感器資訊網(wǎng) http:/ 電子設(shè)計應(yīng)用電子設(shè)計應(yīng)用

6、 http:/參考網(wǎng)站參考網(wǎng)站哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)第一章第一章 傳感器概述傳感器概述1-1 傳感器與非電量測量傳感器與非電量測量一、非電量與非電量測量一、非電量與非電量測量二、非電量電測系統(tǒng)二、非電量電測系統(tǒng)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路物理信息物理信息化學(xué)信息化學(xué)信息生物信息生物信息電信號電信號光信號光信號敏感元件敏感元件傳感器傳感器哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)1-2 傳感器的定義傳感器的定義傳感器傳感器（Transducer/SensorTransducer/Sensor）的定義是：）的定義是：“能夠感受規(guī)定能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或

7、裝的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置置”。 定義包含的意思：定義包含的意思： 傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)；傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)； 它的輸入量是某一種被測量，可能是物理量，也可能是化它的輸入量是某一種被測量，可能是物理量，也可能是化 學(xué)量、生物量等。學(xué)量、生物量等。 它的輸出量是某種物理量，這種量應(yīng)便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處它的輸出量是某種物理量，這種量應(yīng)便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處 理、顯示等等，這種量不一定是電量，還可以是氣壓、光理、顯示等等，這種量不一定是電量，還可以是氣壓、光 強等物理量，但主要是電物理量；強等物理量，但主要是電物理量； 輸出與輸入之間有確定的對應(yīng)關(guān)系，

8、且能達到一定的精度。輸出與輸入之間有確定的對應(yīng)關(guān)系，且能達到一定的精度。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)輸出量為電量的傳感器，一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元輸出量為電量的傳感器，一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成件、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。 敏感元件：敏感元件：它是直接感受被測量，并輸出與被測量成確它是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。定關(guān)系的某一物理量的元件。 轉(zhuǎn)換元件：轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換成一定的電路參數(shù)。將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換成一定的電路參數(shù)。有時敏感元件和轉(zhuǎn)換元件的功能是由一個元有時敏感元件和轉(zhuǎn)換元件的功能是由一個元件（敏感元件）實現(xiàn)的。件（敏感元

9、件）實現(xiàn)的。 基本轉(zhuǎn)換電路：基本轉(zhuǎn)換電路：將敏感元件或轉(zhuǎn)換元件輸出的電路參數(shù)將敏感元件或轉(zhuǎn)換元件輸出的電路參數(shù)轉(zhuǎn)換、調(diào)理成一定形式的電量輸出。轉(zhuǎn)換、調(diào)理成一定形式的電量輸出。 敏感敏感元件元件基本轉(zhuǎn)基本轉(zhuǎn)換電路換電路轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換元件元件被測量被測量中間量中間量輸出電量輸出電量哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)1-3 傳感器的分類傳感器的分類 非電學(xué)量非電學(xué)量傳感器傳感器電學(xué)量電學(xué)量 角度角度位移位移速度速度壓力壓力溫度溫度濕度濕度聲強聲強光照光照磁場磁場 傳感器傳感器電壓電壓電流電流電阻電阻電容電容哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)1 1按被測物理量分類按被測物理量分類常見的被測物理量常見的被測物理量機械量機

10、械量: :長度長度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, , 旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)角, ,轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù), ,質(zhì)量質(zhì)量, ,重量重量, ,力力, , 壓力壓力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,風(fēng)速風(fēng)速, ,流速流速, , 流量流量; ;聲聲: : 聲壓聲壓, ,噪聲噪聲. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁場磁場. .溫度溫度: : 溫度溫度, ,熱量熱量, ,比熱比熱. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)磁電式，熱電式，機械式，電氣式，光學(xué)式，流體式等。磁電式，熱電式，機械式，電氣式，光學(xué)式，流體式等。2 2按工作原理分類按工作原理分類: :切削力測量應(yīng)變片

11、切削力測量應(yīng)變片 動圈式磁電傳感器動圈式磁電傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型. .3 3按信號變換特征按信號變換特征: :能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型: :直接由被測對象輸入能量使其工作直接由被測對象輸入能量使其工作. . 例如例如: :熱電偶溫度計熱電偶溫度計, ,壓電式加速度計壓電式加速度計. .能量控制型能量控制型: :從外部供給能量并由被測量控制外部從外部供給能量并由被測量控制外部 供給能量的變化供給能量的變化. .例如例如: :電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片. .哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)4 4按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系按敏感元件與被測對象之間

12、的能量關(guān)系: :物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來 實現(xiàn)信號變換實現(xiàn)信號變換. .如如: :水銀溫度計水銀溫度計. .結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型: :依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變. . 例如例如: :電容式和電感式傳感器電容式和電感式傳感器. .哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)5 5按輸出電信號類型分類按輸出電信號類型分類 根據(jù)傳感器輸出電信號的類型不同，可以分為根據(jù)傳感器輸出電信號的類型不同，可以分為 ： 模擬量傳感器模擬量傳感器 數(shù)字量傳感器數(shù)字量傳感器 開關(guān)量傳感器。開關(guān)量傳感器。如：接近開關(guān)是一種采用非接

13、觸式檢測、輸出開如：接近開關(guān)是一種采用非接觸式檢測、輸出開關(guān)量的傳感器。關(guān)量的傳感器。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)1-4 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域一、傳感器技術(shù)發(fā)展的重要性一、傳感器技術(shù)發(fā)展的重要性二、傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域二、傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)在我們的身邊大量地使用現(xiàn)在我們的身邊大量地使用著著各種各樣各種各樣的傳感器的傳感器哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)1 1、傳感器在工業(yè)檢測和自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用、傳感器在工業(yè)檢測和自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用超聲波檢測超聲波檢測電容指紋識別電容指紋識別哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)2 2、傳感器與家用電器、傳感器與家用電器哈爾濱工業(yè)大學(xué)

14、哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)透光率傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器溫度傳感器感應(yīng)水龍頭感應(yīng)水龍頭電子門電子門哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)火災(zāi)報警器火災(zāi)報警器哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)機械鼠標(biāo)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)機械鼠標(biāo)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)3 3、汽車與傳感器、汽車與傳感器哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車氣囊的保護作用汽車氣囊的保護作用 使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣撞時，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)輔助

15、泊車傳感器雙聲納雙聲納間隙檢測聲納間隙檢測聲納后聲納后聲納電源指示電源指示轉(zhuǎn)向指示轉(zhuǎn)向指示間隙警告間隙警告ECU間隙檢測聲納間隙檢測聲納集成開關(guān)面板集成開關(guān)面板多功能信息顯示多功能信息顯示多功能顯示多功能顯示偵測柵偵測柵哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)定位、地理信息定位、地理信息哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車行駛速度測量汽車行駛速度測量哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)4 4、傳感器在機器人上的應(yīng)用、傳感器在機器人上的應(yīng)用l 觸覺能力：觸覺能力：n 主要指確定工作對象主要指確定工作對象是否存在是否存在，以及它的，以及它的尺寸大小尺寸大小和和形狀形狀等。等。l 接近覺：接近覺：n 主要用于探測機器人自身

16、與周圍物體之間主要用于探測機器人自身與周圍物體之間相對位置相對位置或或距離距離的傳感器。的傳感器。接近覺界于觸覺與視覺之間。接近覺界于觸覺與視覺之間。l 視覺：視覺：n 孔、邊、拐角的孔、邊、拐角的檢測檢測及工作對象及工作對象形狀形狀的檢測等。的檢測等。l 壓覺：壓覺：n 主要用于檢測機器人與作業(yè)對象之間接觸面的主要用于檢測機器人與作業(yè)對象之間接觸面的法向壓力值法向壓力值的大小。的大小。l 滑覺：滑覺：n 主要用于檢測物體因自重相對于機器人手爪的主要用于檢測物體因自重相對于機器人手爪的滑移量滑移量的大小。的大小。哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)弧焊機器人弧焊機器人哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)弧焊機

17、器人弧焊機器人哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)噴漆機器人噴漆機器人哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)裝配機器人裝配機器人哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)5 5、傳感器在醫(yī)療及人體醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用、傳感器在醫(yī)療及人體醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用l醫(yī)用傳感器醫(yī)用傳感器，是應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的那一部分傳感，是應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的那一部分傳感器，它所拾取的信息是人體的生理信息，而它的輸出器，它所拾取的信息是人體的生理信息，而它的輸出常以電信號來表現(xiàn)。常以電信號來表現(xiàn)。l人體生理信息有人體生理信息有電信息電信息和和非電信息非電信息兩大類，從分布來兩大類，從分布來說有說有體內(nèi)的體內(nèi)的（如血壓等各類壓力），也有（如血壓等各類壓力），也有體表

18、的體表的（如（如心電等各類生物電心電等各類生物電)和和體外的體外的(如紅外、生物磁等）如紅外、生物磁等）哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)6 6、傳感器與環(huán)境保護、傳感器與環(huán)境保護7 7、傳感器與航空及航天、傳感器與航空及航天8 8、傳感器與遙感技術(shù)、傳感器與遙感技術(shù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)1-5 傳感器的發(fā)展方向傳感器的發(fā)展方向 1. 1. 努力實現(xiàn)傳感器新特性努力實現(xiàn)傳感器新特性 2. 2. 確保傳感器的可靠性，延長其使用壽命確保傳感器的可靠性，延長其使用壽命 3. 3. 提高傳感器集成化及功能化的程度提高傳感器集成化及功能化的程度 4. 4. 傳感器微型化傳感器微型化 5. 5. 新型功能

19、材料的開發(fā)新型功能材料的開發(fā) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)1-6 傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性u 傳感器的基本特性：傳感器的基本特性：傳感器的輸入輸出關(guān)系特傳感器的輸入輸出關(guān)系特 性。是傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關(guān)系的外部表現(xiàn)。性。是傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關(guān)系的外部表現(xiàn)。u 輸入信號分為：輸入信號分為：穩(wěn)態(tài)、動態(tài)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)p 對應(yīng)傳感器特性：靜態(tài)特性、動態(tài)特性對應(yīng)傳感器特性：靜態(tài)特性、動態(tài)特性u 對傳感器的要求：對傳感器的要求：高精度信號（或能量）無高精度信號（或能量）無失真轉(zhuǎn)換反映被測量的原始特征失真轉(zhuǎn)換反映被測量的原始特征哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)一、傳感器的靜態(tài)特性

20、一、傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性是指在穩(wěn)態(tài)條件下是指在穩(wěn)態(tài)條件下（傳感器無暫態(tài)分量）用分析或?qū)嶒灧椒ㄋ▊鞲衅鳠o暫態(tài)分量）用分析或?qū)嶒灧椒ㄋ_定的輸入確定的輸入輸出關(guān)系。這種關(guān)系可依不同輸出關(guān)系。這種關(guān)系可依不同情況，用函數(shù)或曲線表示，有時也用數(shù)據(jù)表情況，用函數(shù)或曲線表示，有時也用數(shù)據(jù)表格來表示。格來表示。 表征傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有表征傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有線性線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性等。度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性等。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 1. 線性度線性度 傳感器的理想輸入傳感器的理想輸入輸出特性應(yīng)是線性的。輸出特性應(yīng)是線性的。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾

21、濱工業(yè)大學(xué) 線性度線性度是以一定的擬合直線作基準(zhǔn)與校準(zhǔn)曲線是以一定的擬合直線作基準(zhǔn)與校準(zhǔn)曲線作比較，其不一致的最大偏差與理論滿量程輸出值作比較，其不一致的最大偏差與理論滿量程輸出值的百分比來進行計算：的百分比來進行計算： max100%YLFSL 式中：式中：YFSymaxymin 滿量程輸出電壓滿量程輸出電壓 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 對于非理想直線特性的傳感器，需要進對于非理想直線特性的傳感器，需要進行非線性校正，常采用以下方法。行非線性校正，常采用以下方法。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) （1） 端點法端點法 實際特性上分別對應(yīng)于測量下限實際特性上分別對應(yīng)于測量下限xmin和測量和測

22、量上限上限xmax的點的點A和和B的連線稱端點擬合直線。的連線稱端點擬合直線。 特點：特點：方法簡單，但由于數(shù)據(jù)依據(jù)不充分，且方法簡單，但由于數(shù)據(jù)依據(jù)不充分，且計算的線性度值往往偏大，因此不能充分發(fā)揮傳計算的線性度值往往偏大，因此不能充分發(fā)揮傳感器的精度潛力。感器的精度潛力。 AB哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（2） 平均選點法平均選點法 把傳感器全量程內(nèi)的所有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，前后分成兩組，分把傳感器全量程內(nèi)的所有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，前后分成兩組，分別求出兩組的點系中心，這兩上點系中心的連線，就是平均別求出兩組的點系中心，這兩上點系中心的連線，就是平均選點法的擬合直線。選點法的擬合直線。 特點：特點：擬合精度較

23、高，試驗點在擬合直線兩側(cè)分布，數(shù)據(jù)擬合精度較高，試驗點在擬合直線兩側(cè)分布，數(shù)據(jù) 處理不復(fù)雜。處理不復(fù)雜。 前半部點系中心坐標(biāo)為前半部點系中心坐標(biāo)為 21121122niiniixxnyyn后半部點系中心坐標(biāo)為后半部點系中心坐標(biāo)為 21221222ninininixxnyyn11( ,)x y22(,)xy2121yykxx11aykx22aykx因此通過兩個點系中心因此通過兩個點系中心和的直線斜率為 直線在y軸上的截距為 或 把斜率和截距代入 y = a + kx 中即得到平均選點法擬合直線方程。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（3） 最小二乘法最小二乘法 把所有校準(zhǔn)點數(shù)據(jù)都標(biāo)在坐標(biāo)圖上，用最小

24、二把所有校準(zhǔn)點數(shù)據(jù)都標(biāo)在坐標(biāo)圖上，用最小二乘法擬合的直線乘法擬合的直線y=a+kx，其校準(zhǔn)點與對應(yīng)的擬合直，其校準(zhǔn)點與對應(yīng)的擬合直線的點之間的殘差平方和為最小。線的點之間的殘差平方和為最小。 22112221122()()()()nniiiinniyakxyakxyakxyakx校準(zhǔn)點校準(zhǔn)點擬合直線擬合直線哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)222()()iiiiiix yxyxaxinx22()iiiiiixynx ykxnx 特點：特點：擬合精度高，計算復(fù)雜。擬合精度高，計算復(fù)雜。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)2遲滯遲滯 遲滯特性說明傳感器加載（輸入量增大）和卸遲滯特性說明傳感器加載（輸入量增大）

25、和卸載（輸入量減?。┹斎胼d（輸入量減小）輸入輸出特性曲線不重合的程輸出特性曲線不重合的程度。度。max=100%2HHFSyv 產(chǎn)生原因：傳感器機械部分存在摩擦、間隙、松動、積塵等產(chǎn)生原因：傳感器機械部分存在摩擦、間隙、松動、積塵等哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)3重復(fù)性重復(fù)性 重復(fù)性是指傳感器輸入按同一方向作全量程連重復(fù)性是指傳感器輸入按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得特性曲線不一致的程度。續(xù)多次變動時所得特性曲線不一致的程度。 maxFS100%YRR 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)4靈敏度靈敏度 yx/kyx 傳感器輸出變化量傳感器輸出變化量與引起該變化量的輸入變化量與引起該變化量的輸入變化

26、量之比即為靜態(tài)靈敏度。之比即為靜態(tài)靈敏度。 （擬合直線即為斜率）（擬合直線即為斜率） 5分辨力分辨力 分辨力是指傳感器可能檢測出被測信號的最小增量。分辨力是指傳感器可能檢測出被測信號的最小增量。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)二、傳感器的動態(tài)特性二、傳感器的動態(tài)特性1. 1. 概述概述 傳感器的動態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性是指傳感器對激勵（輸入）是指傳感器對激勵（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性。的響應(yīng)（輸出）特性。 2. 2. 頻率特性及其與動態(tài)品質(zhì)之間的關(guān)系頻率特性及其與動態(tài)品質(zhì)之間的關(guān)系 ()H j( )A( ) 線性系統(tǒng)在正弦輸入作用下的輸出幅值與輸入幅值線性系統(tǒng)在正弦輸入作用下的輸出幅值與輸入幅值

27、的比值稱為系統(tǒng)的的比值稱為系統(tǒng)的，以，以或或兩者統(tǒng)稱為頻率特性。兩者統(tǒng)稱為頻率特性。 表示。表示。 表示；表示；輸出與輸入之間隨頻率而變的相位特性稱為輸出與輸入之間隨頻率而變的相位特性稱為，以，以哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 在研究傳感器在研究傳感器時域動態(tài)特性時域動態(tài)特性時，為表征傳感器的時，為表征傳感器的動態(tài)特性常用動態(tài)特性常用上升時間上升時間Trs、響應(yīng)時間、響應(yīng)時間Tst、過調(diào)量、過調(diào)量c等等參數(shù)來綜合描述。參數(shù)來綜合描述。 上升時間上升時間Trs 輸出指示值從最終輸出指示值從最終穩(wěn)定值的穩(wěn)定值的5或或10變到最終穩(wěn)定變到最終穩(wěn)定值的值的95或或90所需的時間；所需的時間；響應(yīng)時間響應(yīng)

28、時間Tst 從輸入量開始起作從輸入量開始起作用到輸出指示值進入穩(wěn)定值所規(guī)定用到輸出指示值進入穩(wěn)定值所規(guī)定的范圍內(nèi)所需要的時間。最終穩(wěn)定的范圍內(nèi)所需要的時間。最終穩(wěn)定值的允許范圍常取所允許的測量誤值的允許范圍常取所允許的測量誤差值差值zr，如，如Tst=5S(2%)；過調(diào)量過調(diào)量c 輸出第一次達到穩(wěn)定值輸出第一次達到穩(wěn)定值后又超出穩(wěn)定值而出現(xiàn)的最大偏差。后又超出穩(wěn)定值而出現(xiàn)的最大偏差。 3. 3. 傳感器的動態(tài)時域特征傳感器的動態(tài)時域特征 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)4. 4. 傳感器的動態(tài)頻域特征傳感器的動態(tài)頻域特征 p特性關(guān)系式：特性關(guān)系式：p拉氏變換：拉氏變換：p變形：變形：p傳遞函數(shù)：傳

29、遞函數(shù)：xbdtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111)()(01110111bsbsbsbsXasasasasYmmmmnnnn11101110( )( )mmmmnnnnb sbsb sbY sX sa sasa sa)()()()()(sXsYtxLtyLsH哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 5. 5. 一階傳感器一階傳感器 具有簡單能量變換的傳感器，其動態(tài)性能多數(shù)可具有簡單能量變換的傳感器，其動態(tài)性能多數(shù)可用一階微分方程來描述。用一階微分方程來描述。 00( )( )( )idy taa y tb x tdt一階傳感器的微分

30、方程的通式一階傳感器的微分方程的通式: 可以改寫為可以改寫為: 0100( )( )( )ba dy ty tx tadta； 10/aa具有時間的量綱，稱為傳感器的時間常數(shù)，記為具有時間的量綱，稱為傳感器的時間常數(shù)，記為:00/ba是傳感器的靈敏度是傳感器的靈敏度Sn，具有輸出，具有輸出/輸入的量綱。輸入的量綱。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)可得到典型一階傳感器的頻率特性可得到典型一階傳感器的頻率特性 :21()1()( )()AH jtg 幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性一階傳感器的特征參數(shù)為一階傳感器的特征參數(shù)為 。c1/cc結(jié)論：一階頻率特性具有最簡單的形式，其特征參數(shù)用結(jié)論：一階頻率

31、特性具有最簡單的形式，其特征參數(shù)用3dB頻率頻率 表示，且表示，且 ，為傳感器的時間常數(shù)；為傳感器的時間常數(shù)；越小，則越小，則3dB頻率頻率時間常數(shù)時間常數(shù)越高，具有較寬越高，具有較寬的工作頻域，具有較好的動態(tài)響應(yīng)；的工作頻域，具有較好的動態(tài)響應(yīng)；()/(1)H jAj傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)6. 6. 二階傳感器二階傳感器 典型二階傳感器的微分方程通式為：典型二階傳感器的微分方程通式為： 221002( )( )( )( )d y tdy taaa y ta x tdtdt其頻率特性：其頻率特性： 21()12nnH jj幅頻特性幅頻特性 ：2221()12nnH j哈爾

32、濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)相頻特性：相頻特性： 22()1nnarctg 式中：式中： 02/naa，傳感器的固有角頻率，傳感器的固有角頻率 1/202aa a，傳感器的阻尼比，傳感器的阻尼比 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)n結(jié)論：結(jié)論： 為減小動態(tài)誤差和擴大頻響范圍，一般是提為減小動態(tài)誤差和擴大頻響范圍，一般是提高傳感器的固有頻率高傳感器的固有頻率 ；（一般是通過減小傳感運動部分質(zhì)量和增加彈性（一般是通過減小傳感運動部分質(zhì)量和增加彈性敏感元件的剛度來達到）敏感元件的剛度來達到）0.707時時 在確定的固有頻率下，當(dāng)在確定的固有頻率下，當(dāng)（臨界阻尼狀態(tài)），具有最寬的幅頻特性平坦區(qū)。（臨界阻尼狀態(tài)）

33、，具有最寬的幅頻特性平坦區(qū)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)一、應(yīng)用傳感器需遵循的原則一、應(yīng)用傳感器需遵循的原則 1-7 應(yīng)用傳感器需遵循的原則與考慮的主要因素應(yīng)用傳感器需遵循的原則與考慮的主要因素1堅持從測控系統(tǒng)整體設(shè)計要求研制或選擇傳堅持從測控系統(tǒng)整體設(shè)計要求研制或選擇傳感器，即遵循整體需要的原則感器，即遵循整體需要的原則 2高可靠性原則高可靠性原則3較高的性能價格比原則較高的性能價格比原則哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)二、應(yīng)用傳感器考慮的主要因素穩(wěn)定性穩(wěn)定性(零漂零漂)傳感器傳感器溫度溫度供電供電各種干擾穩(wěn)定性各種干擾穩(wěn)定性溫漂溫漂分辨力分辨力沖擊與振動沖擊與振動電磁場電磁場線性線性滯后滯后重復(fù)性重復(fù)性靈敏度靈敏度輸入輸入誤差因素誤差因素外界影響外界影響傳感器輸入輸出作用圖傳感器輸入輸出作用圖輸出輸出取決于傳感器本身，可通過傳感器本身的改善來加以抑取決于傳感器本身，可通過傳感器本身的改善來加以抑制，有時也可以對外界條件加以限制。制，有時也可以對外界條件加以限制。衡量傳感器特性衡量傳感器特性的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo)哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)1、與測量條件有關(guān)的因素、與測量條件有關(guān)的因素 (1)(1)測量的目的；測量的目的； (2)(2)被測試量的選擇；被測試量的選擇； (3