傳感器的一般特性

1、傳感器的一般特性1. 傳感器的靜特性2. 傳感器的動(dòng)特性3. 傳感器的技術(shù)指標(biāo)輸入輸出關(guān)系靜態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性微分方程描述 dttdybtybdttdxaxa1010t傳感器的靜特性傳感器輸入輸出輸入輸出電磁場(chǎng)供電沖擊與振動(dòng)溫度外界影響線性遲滯重復(fù)性靈敏度干擾穩(wěn)定性溫漂 穩(wěn)定性分辨力與閾值輸入輸出誤差因素理想實(shí)際0信號(hào)處理A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果顯示中間電路敏感元件35 71107140172210247一、線性度(非線性誤差) 傳感器的線性度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度。傳感器的輸出與輸入關(guān)系可用一個(gè)多項(xiàng)式表示：nnxaxaxaay.2210式中: a0零位輸出 a1 靈敏度 a2, ,

2、an非線性項(xiàng)系數(shù)。各項(xiàng)系數(shù)不同, 決定了特性曲線的形狀不相同。 理想情況僅含有一次項(xiàng)，希望表達(dá)式僅含奇次項(xiàng)，偶次項(xiàng)和零次項(xiàng)消除。傳感器在結(jié)構(gòu)上采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)。減小了非線性。度，和偶次項(xiàng)，提高了靈敏表達(dá)式中消除了零次項(xiàng))(2) 1(331212210222101xaxayyyxaxaxaayxaxaxaaynnnnn傳感器非線性大小評(píng)定方法傳感器非線性大小評(píng)定方法 靜特性曲線可通過(guò)實(shí)際測(cè)試獲得。 首先在標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)下，用標(biāo)準(zhǔn)儀器設(shè)備對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定（測(cè)試），得到其輸入輸出實(shí)測(cè)曲線，即校準(zhǔn)曲線，然后作一條理想直線，即擬合直線，校準(zhǔn)曲線與擬合直線之間的最大偏差與傳感器滿(mǎn)量程輸出之比，稱(chēng)為傳感器

3、的非線性誤差（或線性度） 在采用直線擬合線性化時(shí)，傳感器的輸出輸入校正曲線與其擬合曲線間最大偏差與滿(mǎn)量程輸出值的百分比稱(chēng)為線性度或非線性誤差，通常用相對(duì)誤差表示。%100)/(maxFSLLy校準(zhǔn)曲線與擬合直線間最大偏差 傳感器滿(mǎn)量程輸出 幾種直線擬合方法幾種直線擬合方法(a) 理論擬合 (b) 過(guò)零旋轉(zhuǎn)擬合 (c) 端點(diǎn)連線擬合 (d) 端點(diǎn)平移擬合 即使是同類(lèi)傳感器, 擬合直線不同, 其線性度也是不同的。 選取擬合直線的方法很多, 用最小二乘法求取的擬合直線的擬合精度最高。 （1） 擬合直線方程 y=k+b x 設(shè)有n對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)（xi,yi）, 用直線方程y= k +bx擬合, 根據(jù)測(cè)量數(shù)

4、據(jù)值, 求方程中系數(shù)k 、b的最佳估計(jì)值。 可應(yīng)用最小二乘法原理, 使各測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)yi與直線輸出偏差的平方和為最小。 （2) 多項(xiàng)式擬合計(jì)算機(jī)求解。進(jìn)而求得（，求得）（由公式矩陣求解為（求得）通過(guò)最小二乘方法可對(duì)輸入輸出數(shù)據(jù)（由測(cè)得。),111) 1(),)411 (1011021222221211102210mmnmnnnmmmiimmaaaAYXXXAaaaAyyyYxxxxxxxxxXmnaaayxnxaxaxaaY二、遲滯 遲滯是指?jìng)鞲衅髟谡葱谐讨休敵鲚斎肭€不重合的現(xiàn)象。其數(shù)值用最大偏差或最大偏差的一半與滿(mǎn)量程輸出值的百分比表示 %100)/)(2/1 (maxFSHHy遲滯現(xiàn)象反

5、應(yīng)了傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)和制造工藝上的缺陷，（如軸承摩擦，間隙，螺釘松動(dòng)，元件腐蝕及灰塵等 ）式中: Hmax正反行程輸出值間的最大差值。三、重復(fù)性 重復(fù)性指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測(cè)量范圍內(nèi)連續(xù)變動(dòng)多次所得特性曲線的不一致性。重復(fù)性誤差屬于隨機(jī)誤差, 常用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示, 也可用正反行程中的最大偏差表示, 即 %100) 32(FSRYr%10021maxFSRYRr四、靈敏度與靈敏度誤差 傳感器的靈敏度指到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)輸出變化量與引起此變化的輸入變化量之比非線性傳感器的靈敏度用 表示其數(shù)值等于所對(duì)應(yīng)的最小二乘法擬合直線的斜率 靈敏度誤差用相對(duì)誤差表示dxdy 五、分辨力與閾值 分

6、辨力是指?jìng)鞲衅髂軝z測(cè)到的最小的輸入增量。分辨力可用絕對(duì)值表示，也可用與滿(mǎn)量程的百分?jǐn)?shù)表示。數(shù)字式傳感器一般用分辨力為輸出的數(shù)字指示值最后一位數(shù)字。在傳感器輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱(chēng)為閾值六、溫度穩(wěn)定性 溫度穩(wěn)定性又稱(chēng)溫漂，表示溫度變化時(shí)傳感器輸出值的偏離程度，一般以溫度變化1輸出最大偏差與滿(mǎn)量程的百分比表示 八、抗干擾穩(wěn)定性這是指?jìng)鞲衅鲗?duì)外界干擾的抵抗能力。 九、靜態(tài)誤差 靜態(tài)誤差是指?jìng)鞲衅髟谄淙砍虄?nèi)任一點(diǎn)的輸出值與其理淪輸出值的偏離程度。 靜態(tài)誤差的求取方法是求出其標(biāo)準(zhǔn)偏差當(dāng)用貝賽爾公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差時(shí)則有 傳感器的動(dòng)特性動(dòng)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器的動(dòng)特性取決于什么因

7、素？ a.首先取決于傳感器本身 b.其次動(dòng)特性與被測(cè)量的變化形式有關(guān) 一、接觸式傳感器的動(dòng)特性 接觸式傳感器是指進(jìn)行接觸測(cè)量的傳感器，一般用于幾何量測(cè)量中。 動(dòng)特性中輸出量與輸入量的關(guān)系不是一個(gè)定值，而是時(shí)間的函數(shù)。輸出量隨輸入量的頻率的變化而變化。表征傳感器動(dòng)特性輸入量與輸出量的關(guān)系方法是微分方程和傳遞函數(shù)。分析輸入信號(hào)為正弦信號(hào)和階躍信號(hào)時(shí)傳感器的動(dòng)特性。（一）臨界頻率1無(wú)杠桿傳動(dòng)的接觸式傳感器的臨界頻率 以在磨加工中使用無(wú)杠桿傳動(dòng)的電接觸式傳感器進(jìn)行主動(dòng)檢測(cè)為例說(shuō)明。 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)固有角頻率 測(cè)桿位移量為零時(shí)的初始測(cè)力 測(cè)桿質(zhì)量 偏心量（被測(cè)尺寸變化幅度）)/()2/(1 (020meFfc

8、00Fme ty測(cè)桿位移1F彈簧作用力2F支撐片簧作用力mg測(cè)桿所受重力 tym.慣性力 tFmgFFtym.21 tFFcytym.0111aycF222aycF22110acacmgF螺旋彈簧剛度螺旋彈簧預(yù)緊長(zhǎng)度片簧剛度片簧預(yù)緊長(zhǎng)度彈簧總剛度 tsinety 0tF 002FtsincetsinmetFtsincemeF2020220mecemeFmeFc0202基座存在振動(dòng)時(shí)的影響 基座在振動(dòng)時(shí)降低了臨界頻率3.具有傳動(dòng)杠桿的接觸式傳感器的臨界頻率加大了杠桿的位移，有放大作用，精度高(二)穩(wěn)定時(shí)間和臨界速度穩(wěn)定時(shí)間概念的引入和臨界速度概念的引入1.采用抬頭機(jī)構(gòu)的情況加速度a=F/m=cy

9、/m積分adtv積分vdty速度位移輸入2強(qiáng)制送入測(cè)位的情況二、模擬式傳感器動(dòng)特性（一）先寫(xiě)出數(shù)學(xué)模型，再求其傳遞函數(shù)（二）頻率特性（三）過(guò)渡函數(shù)與穩(wěn)定時(shí)間（四）求給定輸入下的輸出數(shù)學(xué)模型與傳遞函數(shù)xbdtdxbdtxdbyadtdyadtydammmnnn0101 sXbssXbsXsbsYassYasYsammnn0101 0101sWasasabsbsbsXsYnnmmn為傳感器的階數(shù) 如0階 1階 2階等頻率特性0tsinAx0sintByxjdtxdnnnyjdtydnnn0101ajajabjbjbjWnnmmjkejkkjW21xkeyj00tsinkAtsinB10000200100002ss2222001000010000k220.k 720.k 1.0k90.k 幅值誤差的計(jì)算指輸入與輸出之間的幅值相對(duì)誤差,若輸入幅值為A,輸出幅值為B,則幅值誤差為kABA1過(guò)渡函數(shù)與穩(wěn)定時(shí)間數(shù)字式傳感器動(dòng)特性種類(lèi): 光柵 編碼器 頻率