vA傳感器與檢測技術(shù)課件

1、傳感器與檢測技術(shù) 學(xué)分：3總學(xué)時：51其中：授課42學(xué)時 實(shí)驗(yàn)2次6學(xué)時 機(jī)動3學(xué)時教材傳感器與檢測技術(shù) 徐科軍 王化祥 主編 電子工業(yè)出版社參考書 傳感器原理與應(yīng)用 黃賢武 鄭筱霞 編箸 電子科技大學(xué)出版社 傳感器原理及技術(shù)孟立凡鄭賓主編國防工業(yè)出版社教學(xué)管理課代表/聯(lián)系方式平時/考試成績實(shí)驗(yàn)課安排習(xí)題課第一章緒論 1-1 自動檢測技術(shù)概述1-2 傳感器的定義、組成與分類 1-3 傳感器的特性 1-4 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)1-5 測量誤差與數(shù)據(jù)處理第一章緒論1-1 自動檢測技術(shù)概述1-2 傳感器的定義、組成與分類 1-3 傳感器的特性 1-4 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)1-5 測量誤差與數(shù)據(jù)處理1-1

2、自動檢測技術(shù)概述檢測技術(shù)的重要性自動檢測系統(tǒng)的組成課程的特點(diǎn)檢測檢測技術(shù)的重要性信息技術(shù)的最前端;廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、交通、能源、環(huán)保、化工行業(yè)（機(jī)械手、啤酒發(fā)酵、隧道通風(fēng)照明） 檢測-監(jiān)測、控制 非電量電量 沒有有效準(zhǔn)確的檢測，控制、計量、生產(chǎn)成為無本之木、無源之水 信息化制造專業(yè)的必修課 自動檢測系統(tǒng)的組成 檢測系統(tǒng)的組成本課程的特點(diǎn)交叉學(xué)科：物理、力學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)、生 物、電子電路；實(shí)踐性：動手、試驗(yàn)高速發(fā)展設(shè)計者/使用者1-1 自動檢測技術(shù)概述1-2 傳感器的定義、組成與分類 1-3 傳感器的特性 1-4 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)1-5 測量誤差與數(shù)據(jù)處理第一章緒論1-2傳感器的定義、組成與

3、分類傳感器的定義 傳感器的分類 被測量與能量變換 一、傳感器的定義 1、定義所謂傳感器是來自“感覺”一詞傳感器技術(shù)屬現(xiàn)代高新技術(shù)（電五官） 根據(jù)GB7665-87，【傳感器】（TransducerSensor）的定義為：能感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號輸出的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器的定義2、傳感器的組成敏感元件（Sensing element） 直接感受或響應(yīng)被測量的部分。有時也將敏感元件稱為傳感器。轉(zhuǎn)換元件（Transduction element） 能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。 例：應(yīng)變式壓力傳感器（P45)：彈性元件

4、、應(yīng)變片分別為敏感元件、轉(zhuǎn)換元件。傳感器的定義3、傳感器的特征參數(shù)被測量傳感器輸入量，是傳感器命名和分類的重要依據(jù)。輸出量含有原始信號，且為便于接收與處理的信號形式。傳感器的定義4、傳感器的應(yīng)用從被檢測對象中獲取原始信號（1）用于自動監(jiān)測系統(tǒng) 傳感器的定義4、傳感器的應(yīng)用續(xù)（2）用于自動控制系統(tǒng) 二、傳感器的分類 1、按傳感器輸入量（用途）分類 生產(chǎn)廠家往往按輸入量分類，以向戶提供基本的使用信息。 如：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、壓力傳感器、流速傳感器、溫度傳感器、光強(qiáng)傳感器、濕度傳感器、粘度傳感器、濃度傳感器、。 傳感器的分類 2、按傳感器工作機(jī)理分類（1）物性型傳感器

5、是利用某些功能材料本身所具有的內(nèi)在特性及效應(yīng)把被測量直接轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。如：各種壓電晶體傳感器。（2）結(jié)構(gòu)型傳感器 是以結(jié)構(gòu)（如形狀、尺寸）為基礎(chǔ)，利用某些物理規(guī)律實(shí)現(xiàn)把被測量轉(zhuǎn)換為電量。如：電容式加速度傳感器，圖3.3.15。 傳感器的分類 3、按傳感器輸入量（性質(zhì)）分類 按被測量性質(zhì)分成三大類，機(jī)械制造專業(yè)物理傳感器較多。 傳感器的分類 3、按傳感器輸入量（性質(zhì)）分類化學(xué)傳感器 是利用不同化學(xué)物質(zhì)的特性和化學(xué)反應(yīng)的原理，把無機(jī)和有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。如：CO濃度傳感器。生物傳感器是利用生物活性物質(zhì)選擇性分子識別作用，測定生物化學(xué)物質(zhì)的傳感器。如血液成份分析儀、

6、葡萄糖傳感器。傳感器的分類 3、化學(xué)傳感器氣敏傳感器常用于檢測如CO2、CO、O2、CH4等氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)傳感器氣體與半導(dǎo)體陶瓷在表面吸附時，產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致電阻（電導(dǎo)率）發(fā)生變化，如SnO2在加熱時與CH4 作用， CH4失去電子成為正離子， SnO2為N型半導(dǎo)體，得到電子使載流直濃度增加，電阻減小。 傳感器的分類 3、生物分子傳感器例子 酶、抗原抗體、激素、細(xì)胞、組織切片等具有良好的生物分子識別作用。將其作為敏感元件固定在高分子膜上。如酶電極。酶：蛋白質(zhì)、催化劑（特定物質(zhì)）被測量：葡萄糖、氨基酸等生物分子輸出量：電壓/電流、發(fā)熱、發(fā)光生物分子酶傳感器反應(yīng)物濃度變化化學(xué)電極電流電壓變化

7、生物分子酶傳感器熱變化熱敏電阻電阻/電壓變化傳感器的分類 3、生物傳感器例子續(xù)復(fù)合酶膜：葡萄糖葡萄糖氧化酶（GOD）H2O2濃度變化H2O2酶發(fā)光光敏二極管電流變化傳感器的分類 4、按信息能量變換方式分類在傳感器內(nèi)部，信息的傳遞與變換伴隨著能量的流動。（1）能量變換型：傳感器從被測對象中獲取能量，用于直接輸出。如：熱電偶、光電池、壓電式、電磁感應(yīng)式等。（2）能量控制型：傳感器從被測對象中獲取能量，用于控制激勵源，故又稱有源型傳感器。如：電阻式、電感式、電容式、霍爾式、。傳感器的分類 5、按物理原理分類（1）電參量式（電阻、電容、電感）（2）磁電式（磁電感應(yīng)、霍爾式、磁柵）（3）壓電式（4）熱電

8、式（5）光電式（6）輻射式：紅外、超聲波傳感器三、被測量與能量變換1、示容變量和示強(qiáng)變量(1)示容變量或稱為流通變量、擴(kuò)展量(Extensive) 示容變量是與空間分布成比例的量，表示能容納多少的量。如：長度、面積、體積、質(zhì)量、位移、速度、電荷、磁力線、電流、熱流、熵、。被測量與能量變換 1、示容變量和示強(qiáng)變量(2)示強(qiáng)變量或跨越變量,密集量(Intensive) 示強(qiáng)變量是指在某種場合下，表示作用程度的量。 如：力、壓力、溫度、溫差、電壓、磁通、光通、氣體濃度、濕度。被測量與能量變換 1、示容變量和示強(qiáng)變量示容量與示強(qiáng)量組合之積是與某種能量相對應(yīng)的。 如：力與位移之積是功、力與速度之積是功率

9、、壓力與體積之積是氣體力學(xué)能量、溫度與熵之積是熱能、溫差與熱流之積是熱功率、電壓與電荷之積是電能、電壓與電流之積是電功率。被測量與能量變換 2、傳感器能量變換 傳感器的工作過程可以視為是將示容量與示強(qiáng)量由一種組合變成另一種組合。被測量與能量變換 3、能量變換與誤差（1）傳感器從被測物體拾取能量時對被測物體的狀態(tài)產(chǎn)生了影響，從而導(dǎo)致了誤差。如：熱電偶測溫時，輸入的熱流是被測物體傳遞的，若熱電偶的熱容量過大，將使被測物體的溫度下降，從而產(chǎn)生誤差。（2）傳感器輸出端的負(fù)載（測量電路）消耗傳感器的能量，對傳感器的輸出造成誤差。 傳感器對被測物體的影響越小，負(fù)載對傳感器輸出的影響越小，測量精度就越高。被

10、測量與能量變換 5、傳感器的輸入與輸出特性 （1）傳感器的輸入特性傳感器的輸入特性是用來衡量傳感器對被測對象的影響程度。其主要參數(shù)是廣義輸入阻抗Zi，定義為由于示強(qiáng)變量X與示容變量x的乘積為能量W（或功率），則有能量或功率：被測量與能量變換 5、傳感器的輸入與輸出特性可知： 當(dāng)被測量為示強(qiáng)變量時（如：被測量為力、壓力、溫度等），傳感器廣義輸入阻抗越大，從被測對象吸收的能量就越小，誤差也就越小。 當(dāng)被測量為示容變量時（如：位移、速度、加速度等），傳感器廣義輸入阻抗則越小越好。例如：用萬用表測電壓和電流。測電壓時，萬用表輸入阻抗高，測電流時輸入阻抗低。 被測量與能量變換 5、傳感器的輸入與輸出特性

11、（2）傳感器的輸出特性（阻抗匹配）傳感器的輸出特性是用來衡量傳感器承受負(fù)載能力大小的重要參數(shù)。主要參數(shù)是廣義輸出阻抗Zo，定義為 從提高負(fù)載能力出發(fā)，Zo 越小越好，承載能力強(qiáng)；從獲得最大功率出發(fā)，Zo 等于負(fù)載阻抗?？偟囊笫牵合Ｍ麖谋粶y對象處獲取較小的能量，而輸出大的有用信號。 被測量與能量變換 5、傳感器的輸入與輸出特性-2 如圖，傳感器輸出電壓U,其輸出阻抗為r，帶上負(fù)載R后，負(fù)載電壓為:R0=UR/(R+r),可見當(dāng)r/R越小，帶負(fù)載能力越強(qiáng)。負(fù)載功率為 當(dāng)R=r時，負(fù)債功率最大。四、傳感器的發(fā)展趨勢發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象開發(fā)新材料集成化智能化網(wǎng)絡(luò)化仿生傳感器第一章緒論1-1 自動檢測技術(shù)概述1

12、-2 傳感器的定義、組成與分類 1-3 傳感器的特性 1-4 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)1-5 測量誤差與數(shù)據(jù)處理1-3 傳感器的特性傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的動態(tài)特性 傳感器的特性就是對輸入輸出關(guān)系的描述，理想的特性是在任何情況下輸入與輸出都是一一對應(yīng)的。分靜態(tài)特性和動態(tài)特性。 1-3 傳感器的特性一、傳感器的靜態(tài)特性【靜態(tài)特性】：輸入不隨時間變化時（在穩(wěn)態(tài)信號作用下），傳感器輸出與輸入之間的關(guān)系。 、變換函數(shù)（靜態(tài)特性的一般數(shù)學(xué)模型） 變換函數(shù)反映傳感器輸入與輸出間的關(guān)系式， y=f(x) 其中x為輸入量，y為輸出量。幾種典型的變換函數(shù)如下表一、傳感器的靜態(tài)特性、變換函數(shù) 通常，要求傳感器在靜態(tài)情

13、況下的輸入與輸出保持線性關(guān)系，實(shí)際上，如上表所示，很難滿足理想的線性關(guān)系，一般用多項(xiàng)式表示 只有當(dāng)二階以上的項(xiàng)為0時，才滿足理想的線性關(guān)系。 一、傳感器的靜態(tài)特性 2、靈敏度當(dāng)輸入變化為x時，有： 其中k(x)稱為靈敏度，是傳感器在工作點(diǎn)上的微商（dydx），是靜態(tài)特性的最主要指標(biāo)。當(dāng)k(x)為定值時，即y與x成比例，由測量值y便可直接求得x。 設(shè)計傳感器通常要求大的靈敏度。一、傳感器的靜態(tài)特性 3、精度傳感器的精度用以衡量在相同條件下測量結(jié)果的可重復(fù)程度和誤差。定義為：傳感器的精度表示傳感器在規(guī)定條件下允許的最大絕對誤差相對于傳感器滿量程輸出的百分比， 其中，A為測量范圍內(nèi)的最大絕對誤差。在

14、應(yīng)用中，為了簡化傳感器的精度的表示方法，引用了精度等級的概念，分為：0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0、1.5、2.0。精度等級越小精度越高 一、傳感器的靜態(tài)特性 4、線性度（非線性誤差） 在規(guī)定條件下，傳感器實(shí)際特性曲線與擬合直線間最大偏差與滿量程（F.S）輸出值的百分比稱為線性度。 線性度： 擬合方法：最小二乘法。P17圖1.4.1 一、傳感器的靜態(tài)特性 5、最小檢測量和分辨率 是指傳感器能確切反映被測量的最低極限量 x，小于這個量的區(qū)域稱為死區(qū)。對于數(shù)字傳感器，常用分辨率來表示。最小檢測量(或感度)的影響因素二：(1) 輸入的變動量x在傳感器內(nèi)部被吸收 如：帶有螺紋或齒條傳

15、遞的傳感器，由于螺紋和螺母間、齒輪和齒條間存在間隙，當(dāng)輸入變量x小于這一間隙時，便被傳感器內(nèi)部吸收。一、傳感器的靜態(tài)特性 5、最小檢測量和分辨率續(xù)1(2) 傳感器輸入、輸出端均存在噪聲干擾，x過小時，被外界噪聲所淹沒。 對于數(shù)字式傳感器，則用輸出數(shù)字指示值最后一位數(shù)字所代表的輸入量來表示，稱為分辨率。一、傳感器的靜態(tài)特性 6、遲滯在輸入量增加過程中測得的某一點(diǎn)輸出值，與在輸入減少過程測得的同一點(diǎn)值不一樣，這種現(xiàn)象稱為遲滯。圖中曲線稱為遲滯特性曲線。一、傳感器的靜態(tài)特性 6、滯后性續(xù)1對滯后性的衡量，一般用滯環(huán)的最大偏差或最大偏差的一半與滿量程輸出值的百分比來表示，稱為滯環(huán)誤差 或 如果傳感器存

16、在滯后性，則輸入與輸出就不能保持一一的對應(yīng)關(guān)系，因此應(yīng)盡量使之變小。產(chǎn)生滯后性的原因主要是材料的物理性質(zhì)所造成的。一、傳感器的靜態(tài)特性 7、重復(fù)性重復(fù)性是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全量程范圍內(nèi)連續(xù)變動多次所得特性曲線的不一致性。 一、傳感器的靜態(tài)特性 7、重復(fù)性續(xù)1不一致性一般用各測量值正、反行程標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值的兩倍或三倍值與滿量程輸出值的百分比來表示（或稱為回差） 或 其中，為標(biāo)準(zhǔn)偏差。 一、傳感器的靜態(tài)特性 8、零點(diǎn)漂移傳感器無輸入（或某一輸入值不變）時，每隔一段時間進(jìn)行讀數(shù)，其輸出偏離零值（或原指示值），即為零點(diǎn)飄移，用百分比表示： 其中，y0為最大零點(diǎn)偏差（或相應(yīng)偏差）。

17、一、傳感器的靜態(tài)特性 9、溫度漂移溫漂表示溫度變化時，傳感器輸出值的偏離程度。一般以溫度變化1時，輸出最大偏差與滿量程的百分比表示： 其中，max為輸出最大偏差，T為溫度變化范圍。 1-2 傳感器的特性二、傳感器的動態(tài)特性【傳感器動態(tài)特性】傳感器的響應(yīng)特性?！緜鞲衅黜憫?yīng)】當(dāng)輸入信號隨時間變化時，輸出信號隨之變化的情況。二、傳感器的動態(tài)特性 1、傳感器的一般數(shù)學(xué)模型 絕大多數(shù)傳感器屬于連續(xù)系統(tǒng)，可采用n階線性常系數(shù)微分方程表示為： 式中，y(t)為輸出信號，x(t)為輸入信號，a0,a1,an及b0均為常數(shù)。 二、傳感器的動態(tài)特性 1、數(shù)學(xué)模型-拉氏變換 1、傅里葉級數(shù) 周期為T的連續(xù)函數(shù)f(t

18、)，可以展開為傅里葉級數(shù)。即： 其中 n=0,1,2. n=1,2,3 二、傳感器的動態(tài)特性 1、數(shù)學(xué)模型-拉氏變換 利用歐拉公式可以寫成復(fù)指數(shù)形式： 其中 二、傳感器的動態(tài)特性 1、數(shù)學(xué)模型-拉氏變換 當(dāng) 時推廣到非周期函數(shù)。即：其中 傅里葉變換對。 二、傳感器的動態(tài)特性 1、數(shù)學(xué)模型-拉氏變換 當(dāng)考慮到f(t)的定義域與絕對可積，推廣到拉氏變換。即：其中 拉氏變換對。 二、傳感器的動態(tài)特性 1、數(shù)學(xué)模型-拉氏變換 拉氏變換的性質(zhì)1、線性性質(zhì)2、微分性質(zhì) 二、傳感器的動態(tài)特性 1、數(shù)學(xué)模型-拉氏變換 拉氏變換的應(yīng)用1、常見函數(shù)拉氏變換表2、求解微分方程 例子 P81 二、傳感器的動態(tài)特性 1

19、、傳感器的一般數(shù)學(xué)模型續(xù)1對上式兩邊進(jìn)行拉氏變換，得 則得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如下 當(dāng)n=0時，稱為比例環(huán)節(jié)；當(dāng)n=1時，稱為一階系統(tǒng)（即慣性環(huán)節(jié)）；當(dāng)n=2時，稱為二階系統(tǒng)（即振蕩環(huán)節(jié)）。傳感器的動態(tài)特性 2、零階傳感器的數(shù)學(xué)模型 零階傳感器的微分方程只有a0、b0兩個系數(shù)，方程為: 或 其中k為靜態(tài)靈敏度，所以零階系統(tǒng)的動態(tài)特性即就是系統(tǒng)的靜態(tài)特性。 傳感器的動態(tài)特性 2、零階傳感器的數(shù)學(xué)模型-續(xù)1典型的零階系統(tǒng)如線性電位器輸出電壓與電刷位移之間的關(guān)系： 傳感器的動態(tài)特性3、一階傳感器的數(shù)學(xué)模型(慣性環(huán)節(jié)) 一階系統(tǒng)的方程式為 或 其中(a1/a0)，稱為時間常數(shù)，(b0/a0)為靜態(tài)靈敏度。一

20、階系統(tǒng)函數(shù)（傳遞函數(shù)）傳感器的動態(tài)特性3、一階傳感器的數(shù)學(xué)模型-續(xù)1 典型的一階傳感器如熱電偶傳感器的動態(tài)特性3、一階傳感器的數(shù)學(xué)模型-續(xù)2 微分方程如下: 其中:Rmc，為熱電偶的時間常數(shù)，R 為介質(zhì)與熱電偶之間的熱阻， m 熱電偶質(zhì)量， c 為熱電偶的比熱， mc 為熱電偶的熱容量。傳感器的動態(tài)特性4、二階傳感器的數(shù)學(xué)模型(振蕩環(huán)節(jié)) 二階系統(tǒng)的微分方程為二階系統(tǒng)函數(shù)（拉氏傳遞函數(shù)） 傳感器的動態(tài)特性4、二階傳感器的數(shù)學(xué)模型-續(xù)1式中 ，為靜態(tài)剛度； ，無阻尼固有頻率； ，阻尼比。 上述三個量稱為二階傳感器的特征量。典型的二階傳感器有光線示波器的振動子、鎧裝熱電偶（即帶保護(hù)套管的熱電偶）。

21、傳感器的動態(tài)特性5、傳感器的動態(tài)特性【時域方面】采用瞬態(tài)響應(yīng)法（階躍響應(yīng)）【頻域方面】采用頻率響應(yīng)法（正弦響應(yīng)）（1）單位階躍響應(yīng)函數(shù)為傳感器的動態(tài)特性5、傳感器的動態(tài)特性階躍響應(yīng)1（2）一階傳感器的階躍響應(yīng) 其中， ，為時間常數(shù)。P20圖1.4.5傳感器的動態(tài)特性5、傳感器的動態(tài)特性階躍響應(yīng)2二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)超調(diào)量衰減度傳感器的動態(tài)特性5、傳感器的動態(tài)特性階躍響應(yīng)3（3）二階傳感器的階躍響應(yīng) 1、 二階系統(tǒng)分欠阻尼系統(tǒng)（1）、過阻尼系統(tǒng)（1）和臨界阻尼系統(tǒng)（1），一般傳感器為欠阻尼系統(tǒng)，兼顧上升時間和超調(diào)量，值一般在0.7左右。 2、超調(diào)量：只與有關(guān) 3、有阻尼頻率和無阻尼固有頻率 4、上

22、升時間和響應(yīng)時間 傳感器的動態(tài)特性5、傳感器的動態(tài)特性頻率響應(yīng)1頻率響應(yīng)：指在一系列不同頻率的正弦信號的作用下，傳感器的輸出特性，分幅頻特性和相頻特性。式中 A()=|H(j)|, ()=arctgHI()/HR()。 傳感器的動態(tài)特性5、傳感器的動態(tài)特性頻率響應(yīng)2 傳感器的頻率響應(yīng) 零階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù) 一階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù) 幅頻特性 相頻特性 傳感器的動態(tài)特性5、傳感器的動態(tài)特性頻率響應(yīng)3一階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線傳感器的動態(tài)特性5、傳感器的動態(tài)特性頻率響應(yīng)4二階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)幅頻特性相頻特性 傳感器的動態(tài)特性5、傳感器的動態(tài)特性頻率響應(yīng)5二階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線傳感器的動態(tài)特性5、傳感

23、器的動態(tài)特性結(jié)論零階系統(tǒng)：理想地真實(shí)再現(xiàn)輸入信號。一階系統(tǒng)：特性指標(biāo)為時間常數(shù)，越小越好。二階系統(tǒng)：阻尼比0.6-0.8，固有頻率至少應(yīng)大于被測信號頻率的3-5倍。傳感器的動態(tài)特性例題 某二階傳感器的數(shù)學(xué)模型為： 計算該傳感器的幅頻特性和相頻特性。當(dāng)用此傳感器測量一個角頻率=10Hz信號時，其振幅誤差和相位差各是多少？ 第一章緒論1-1 自動檢測技術(shù)概述1-2 傳感器的定義、組成與分類 1-3 傳感器的特性 1-4 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)1-5 測量誤差與數(shù)據(jù)處理1-5 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)標(biāo)定與校準(zhǔn)靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定條件、標(biāo)定儀器設(shè)備精度等級靜態(tài)特性標(biāo)定方法及步驟動態(tài)特性標(biāo)定方法一階：時間

24、常數(shù) 1.5.1、1.5.2二階：阻尼比、固有頻率1.5.5、1.5.9、1.5.101-5 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理作圖法最小二乘法1-5 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)一：傳感器的標(biāo)定1-1 自動檢測技術(shù)概述1-2 傳感器的定義、組成與分類 1-3 傳感器的特性 1-4 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)1-5 測量誤差與數(shù)據(jù)處理第一章緒論1-5 測量誤差與數(shù)據(jù)處理 傳感器的基本結(jié)構(gòu)傳感器的輸入輸出關(guān)系y=f(x) 理想情況 y=Kx測量噪聲：環(huán)境燥聲、測量器件電噪聲等，造成測量誤差（零點(diǎn)漂移）。靈敏度漂移：溫度變化、器件穩(wěn)定性等1-5 測量誤差與數(shù)據(jù)處理 傳感器的基本結(jié)構(gòu)設(shè)S為傳感器的靈敏度，S為環(huán)境因素引起

25、的靈敏度變化，N為外界干擾的等效噪聲，則可以用如下框圖來表示傳感器在實(shí)際工作的情況， 傳感器兩種基本結(jié)構(gòu)形式：直接變換型，差動型?，F(xiàn)按這兩種形式來討論其誤差。傳感器的誤差及信噪比 一、直接變換型直接變換型是典型的開環(huán)系統(tǒng)。 系統(tǒng)的變換函數(shù)為（輸入/放大/輸出級）其中，Si0 表示沒有干擾時的靈敏度輸入級：阻抗、信噪比，輸出級：帶負(fù)載傳感器的誤差及信噪比 一、直接變換型、靈敏度變化的影響 假設(shè)在環(huán)境作用下，S1發(fā)生了變化，為S1=S10S1，此時的輸出為 則有 當(dāng)多個變換環(huán)節(jié)的靈敏度發(fā)生變化時，若忽略二階小以上的項(xiàng)，則傳感器的相對靈敏度為 傳感器的誤差及信噪比 一、直接變換型直接變換型的傳感器相

26、對靈敏度為 由此可得出如下兩點(diǎn)結(jié)論 靈敏度變化所引起的相對誤差等于各個環(huán)節(jié)靈敏度相對變化值的代數(shù)和；可以利用各環(huán)節(jié)靈敏度變化的符號不同而相互補(bǔ)償（即正負(fù)相消）。傳感器的誤差及信噪比 一、直接變換型、外界噪聲的影響假設(shè)第二個環(huán)節(jié)受外界噪聲影響，則引起的誤差為 則有 同理，在忽略二階以上無窮小時，可得全部環(huán)節(jié)噪聲所引起的相對誤差傳感器的誤差及信噪比 一、直接變換型或 由以上二式，可得出如下結(jié)論由噪聲引起的誤差等于各環(huán)節(jié)噪信比的總和；在傳感器總靈敏度一定的情況下，提高前面各環(huán)節(jié)的靈敏度有利于減少環(huán)節(jié)中噪聲的影響（因分母變大）；傳感器第一個環(huán)節(jié)輸入端噪聲的影響，只取決入口處的噪信比，與整個系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的靈敏度無關(guān)，故第一個環(huán)節(jié)是十分重要的。傳感器的誤差及信噪比 二、差動型差動型結(jié)構(gòu)是由兩個相同的通道和一個減法器組成。傳感器的變換函數(shù)為： 傳感器的誤差