傳感器第01章-傳感器的一般特性課件

1、第一章傳感器的一般特性傳感器：輸入量電量傳感器的一般特性：描述此種變換的輸入與輸出關(guān)系.輸入量為常量或變化極慢時(shí)（慢變或穩(wěn)定信）靜特性.輸入量隨時(shí)間變化極快時(shí)（快變信號）動特性主要影響因素：傳感器內(nèi)部儲能元件(電感、電容、質(zhì)量塊、彈簧等)影響。1.傳感器的靜特性傳感器在穩(wěn)態(tài)信號作用下，其輸出一輸入關(guān)系稱為靜態(tài)特性。衡量傳感器靜態(tài)特性的重要措標(biāo)是線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性。 1.線性度 傳感器的輸出輸入關(guān)系或多或少地存在非線性問題。在不考慮遲滯、蠕變、不穩(wěn)定性等因素的情況下，其靜特性可用下列多項(xiàng)式代數(shù)方程表示： 在使用非線性特性的傳感器時(shí)，如果非線性項(xiàng)的方次不高，在輸入量變化范圍不大的條件下，

2、可以用切線或割線等直線來近似地代表實(shí)際曲線的一段，即線性擬合。 非線性誤差或線性度通常用相對誤差rL表示：目前常用的擬合方法有：理論擬合；過零旋轉(zhuǎn)擬合；端點(diǎn)連線擬合； 端點(diǎn)連線平移擬合；最小二乘擬合；最小包容擬合等。前四種方法如圖所示理論擬合 過零旋轉(zhuǎn)擬合c) 端點(diǎn)連線擬合 d) 端點(diǎn)平移擬合理論擬合-擬合直線為傳感器的理論特性，與實(shí)際測試值無關(guān)。該方法十分簡單，但 一般說Lmax較大。過零旋轉(zhuǎn)擬合-常用于曲線過零的傳感器。擬合時(shí)，使L1= L2=Lmax。這種方法也比較簡單，非線性誤差比前一種小很多。端點(diǎn)連線擬合-把輸出曲線兩端點(diǎn)的連線作為擬合直線。這種方法比較簡便，但Lmax也較大。端點(diǎn)平

3、移擬合-圖d中在圖c基礎(chǔ)上使直線平移，移動距離為原先Lmax的一半，這樣輸出曲線分布于擬合直線的兩側(cè)，L2 = L1 = L3 =Lmax，與圖c相比，非線性誤差減小一半,提高了精度。最小二乘擬合如下圖所示設(shè)擬合直線方程為 若實(shí)際校準(zhǔn)測試點(diǎn)有n個(gè)，則第i個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與擬合直線上響應(yīng)值之間的殘差為最小二乘法擬合直線的原理就是使2i為最小值，即也就是使2i對k和b一階偏導(dǎo)數(shù)等于零，即從而求出k和b的表達(dá)式為 在獲得k和b之值后代入式擬合直線方程即可得到擬合直線，然后按前式殘差公式求出殘差的最大值Lmax即為非線性誤差。 2.遲滯 傳感器在正(輸入量增大)反(輸入量減小)行程中輸出輸入曲線不重合的現(xiàn)象

4、稱為遲滯。如下圖所示 產(chǎn)生的主要原因：傳感器機(jī)械部分存在不可避免的缺陷，如軸承摩擦、間隙、緊團(tuán)件松動、材料的內(nèi)摩擦、積塵等。遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示，即3.重復(fù)性 重復(fù)性是指傳感器在輸入按同一方向連續(xù)多次變動時(shí)所得特性曲線不一致的程度。如圖所示為輸出曲線的重復(fù)特性 正行程的最大重復(fù)性誤差為Rmax1，反行程的最大重復(fù)性誤差為Rmax2。重復(fù)性誤差取這兩個(gè)誤差之中較大者為Rmax，再以滿量程yFS輸出的百分?jǐn)?shù)表示，即 4、靈敏度與靈敏度誤差 傳感器輸出的變化量y與引起該變化量的輸入變化量x之比即為其靜態(tài)靈敏度，其表達(dá)式為 傳感器輸出曲線的斜率就是其靈敏度。對具有線性特性的傳感器，其特

5、性曲線的斜率處處相同，靈敏度k是一常數(shù)，與輸入量大小無關(guān)。 由于某種原因，會引起靈敏度變化，產(chǎn)生靈敏度誤差。靈敏度誤差用相對誤差表示，即5.分辨力與閾值 分辨力是指傳感器能檢測到的最小的輸入增量。分辨力用絕對值表示，用與滿量程的百分?jǐn)?shù)表示時(shí)稱為分辨率。在傳感器輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱為閾值。6.穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指傳感器在長時(shí)間工作的情況下輸出量發(fā)生的變化，有時(shí)稱為長時(shí)間工作穩(wěn)定性或零點(diǎn)漂移。7、溫度穩(wěn)定性 溫度穩(wěn)定性又稱為溫度漂移，它是指傳感器在外界溫度變化時(shí)輸出量發(fā)生的變化。8、抗干擾穩(wěn)定性 這是指傳感器對外界干擾的抵抗能力，例如抗沖擊和振動的能力、抗潮濕的能力、抗電磁場干擾的能力等。9、靜態(tài)

6、測量不確定度 靜態(tài)測量不確定度（傳統(tǒng)上也稱為靜態(tài)誤差）是指傳感器在其全量程內(nèi)任一點(diǎn)的輸出值與其理論值的可能偏離程度。1.2傳感器的動特性 傳感器的動特性是指傳感器對隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。1.2.1 傳感器的數(shù)學(xué)模型 要精確地建立傳感器(或測試系統(tǒng))的數(shù)學(xué)模型是很困難的。在工程上總是采取一些近似的方法；忽略一些影響不大的因素，給數(shù)學(xué)模型的確立和求解都帶來很多方便。通常認(rèn)為可以用線性時(shí)不變系統(tǒng)理論來描述傳感器的動態(tài)持性。從數(shù)學(xué)上可以用常系數(shù)線性微分方程表示傳感器輸出量y與輸入量x的關(guān)系，這種方程的通式如下： 線性時(shí)不變系統(tǒng)重要性質(zhì)疊加性和頻率保持性：也就是說，各個(gè)輸入所引起的輸出是互不影響的。這樣，在分析常系數(shù)線性系統(tǒng)時(shí)，總可以將一個(gè)復(fù)雜的激勵信號分解成若干個(gè)簡單的激勵，如利用傅里葉變換，將復(fù)雜信號分解成一系列諧波或分解成若干個(gè)小的脈沖激勵然后求出這些分量激勵的響應(yīng)之和。 設(shè)x(t)、y(t)的初始條件為零，對上式兩邊進(jìn)行拉氏變換，得這一比值W(s)就被定義為傳感器的傳遞函數(shù)。由此可求得初始條件為零的條件下輸出信號拉氏變換Y(s)與輸入信號拉氏變換X(s)的比值，即1.2.2