傳感檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

傳感檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用第一頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)本課程的必要性傳感器技術(shù)是關(guān)于傳感器設(shè)計(jì)、制造及應(yīng)用的綜合技術(shù)。它是信息技術(shù)的三大支柱之一。計(jì)算機(jī)技術(shù)傳感與控制技術(shù)通信技術(shù)信息技術(shù)的三大支柱目前的狀態(tài)是：“大腦發(fā)達(dá)、五官不靈”第二頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日誰(shuí)掌握和支配了傳感器技術(shù)

誰(shuí)就能夠支配新時(shí)代

!日本把傳感器技術(shù)列為80年代十大技術(shù)之首；美國(guó)把傳感器技術(shù)列為90年代22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一；德國(guó)視軍用傳感器為優(yōu)先發(fā)展技術(shù)；英、法等國(guó)對(duì)傳感器的開(kāi)發(fā)投資逐年升級(jí)。我國(guó)目前也有近千家傳感器生產(chǎn)和銷(xiāo)售企業(yè)。第三頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日傳感器的應(yīng)用傳感器的應(yīng)用遍及航空、航天、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、氣象、家用電器……各個(gè)領(lǐng)域與部門(mén)。它是生產(chǎn)自動(dòng)化、科學(xué)測(cè)試、計(jì)量核算、監(jiān)測(cè)診斷等系統(tǒng)中不可缺少的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型AGV小車(chē)位置識(shí)別第四頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日航天農(nóng)業(yè)交通醫(yī)學(xué)傳感器的應(yīng)用第五頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器(洗凈度)液位傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測(cè))。指紋傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器傳感器的應(yīng)用第六頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日鼠標(biāo):光電位移傳感器攝象頭:CCD傳感器聲位筆:超聲波傳感器麥克風(fēng):電容傳聲器聲卡:A/D卡+D/A卡軟驅(qū):速度,位置伺服傳感器的應(yīng)用第七頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日本課程的性質(zhì)、內(nèi)容本課程是機(jī)械電子專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。著重闡述：傳感與檢測(cè)技術(shù)的基本知識(shí)，常用傳感器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、主要性能、測(cè)量電路、誤差補(bǔ)償方法和應(yīng)用方法。緒論非電量檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)電阻式傳感器電感式傳感器電容式傳感器壓電式傳感器熱電式傳感器磁電式傳感器其它傳感器基礎(chǔ)部分典型傳感器原理及應(yīng)用部分第八頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日本課程的任務(wù)要求掌握傳感器的基本理論。特別要求掌握幾何量、機(jī)械量及有關(guān)測(cè)量中常用的各種傳感器的工作原理、輸入輸出特性、誤差分析與補(bǔ)償方法。能合理地選擇和使用傳感器，并進(jìn)一步掌握傳感器的實(shí)驗(yàn)研究方法。先修課程：

高等數(shù)學(xué)、物理、模擬電子、誤差分析與數(shù)據(jù)處理等。第九頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日第一篇傳感檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感檢測(cè)技術(shù)第十頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日第三章傳感器應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)傳感器的定義及工作機(jī)理傳感器的組成及分類(lèi)傳感器的描述方法傳感器的特性分析傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑傳感器發(fā)展趨勢(shì)第十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日§3.1傳感器的定義及工作機(jī)理所謂傳感器(sensor)，是來(lái)自“感覺(jué)”一詞。工程上稱(chēng)為“電五官”。廣義定義：傳感器是一種能將特定的被測(cè)量信息（包括物理量、化學(xué)量、生物量等），按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換某種可用的輸出信號(hào)的器件或裝置。一、傳感器的定義可用信號(hào)是指便于處理、傳輸?shù)男盘?hào)。狹義定義：物理量、化學(xué)量生物量等電量返回第十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日§3.1傳感器的定義及工作機(jī)理1、守恒定律能量、動(dòng)量、電荷量等守恒定律。這些定律是研究、開(kāi)發(fā)新型傳感器的必須遵守的基本法則。二、工作機(jī)理2、場(chǎng)的定律動(dòng)力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)定律、電磁場(chǎng)的感應(yīng)定律等，其作用與物體在空間的位置及分布狀態(tài)有關(guān)。利用場(chǎng)的定律制成的傳感器統(tǒng)稱(chēng)為“結(jié)構(gòu)性傳感器”。如：+++A靜電場(chǎng)定律返回第十三頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)型傳感器舉例如：電感式傳感器利用法拉弟電磁感應(yīng)定律如：磁電式傳感器第十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日二、工作機(jī)理3、物質(zhì)定律

物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律（虎克定律、歐姆定律等）。4、統(tǒng)計(jì)法則§3.1傳感器的定義及工作機(jī)理σ=EεU=IR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(cè)量直接轉(zhuǎn)換為電量。如：光電管（外光電效應(yīng)）、壓電晶體（正壓電效應(yīng)）、光敏電阻、所有半導(dǎo)體傳感器、以及所有利用各種環(huán)境變化而引起的金屬、半導(dǎo)體、陶瓷、合金的性能變化的傳感器。

利用物質(zhì)定律制成的傳感器統(tǒng)稱(chēng)為“物性型傳感器”。微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)的物理法則。舉例第十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日物性型傳感器舉例（1）光電導(dǎo)效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì),使其導(dǎo)電性能增強(qiáng),光線愈強(qiáng),阻值愈低,這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象,稱(chēng)為光電導(dǎo)效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管。光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的器件。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應(yīng)。

如：光電轉(zhuǎn)換元件第十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日如：壓電式傳感器物性型傳感器舉例（2）第十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日§3.2傳感器的組成及分類(lèi)一、傳感器的組成返回第十八頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日§3.2傳感器的組成及分類(lèi)一、傳感器的組成返回第十九頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日§3.2傳感器的組成及分類(lèi)1、按基本效應(yīng)二、傳感器的分類(lèi)2、按工作機(jī)理

物性型結(jié)構(gòu)型物理型化學(xué)型生物型3、按能量變換關(guān)系能量轉(zhuǎn)換型（自源型）能量控制型（外源型）4、按工作原理：電阻式、電感式、電容式、壓電式、磁電式等。5、按被測(cè)量：位移、壓力、溫度、流量、加速度等。6、按傳感器輸出信號(hào)的形式：模擬式數(shù)字式返回第二十頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日§3.3傳感器的描述方法對(duì)傳感器系統(tǒng)的基本特性研究，主要用于兩個(gè)方面：

1、用作為一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。已知h(t)，測(cè)量輸出信號(hào)y(t)。通過(guò)h(t)、y(t)來(lái)推斷導(dǎo)致該輸出的系統(tǒng)輸入信號(hào)x(t)。這就是未知被測(cè)物理量的測(cè)量過(guò)程。

2、用于傳感器系統(tǒng)本身的研究、設(shè)計(jì)與建立。觀測(cè)系統(tǒng)的輸入x(t)及與其相應(yīng)的輸出y(t)，才能推斷建立系統(tǒng)的特性。如果系統(tǒng)特性不滿(mǎn)足要求，則應(yīng)修改相應(yīng)的內(nèi)部參數(shù)，直到合格為止。傳感器作為感受被測(cè)量信息的器件，總希望它能按照一定的規(guī)律輸出有用信號(hào)，因此，需要研究其輸出-輸入的關(guān)系及特性。根據(jù)輸入信號(hào)x(t)是隨時(shí)間變化的還是不隨時(shí)間變化，基本特性分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。返回第二十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日一、靜特性的表示方法（靜態(tài)模型）

指在靜態(tài)信號(hào)作用下（即輸入量對(duì)時(shí)間t的各階導(dǎo)數(shù)等于0）得到的數(shù)學(xué)模型。若不考慮滯后和蠕變，其靜態(tài)模型為：§3.3傳感器的描述方法示意圖示意圖模型模型常見(jiàn)的幾種情況返回第二十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日二、動(dòng)特性的表示方法（動(dòng)態(tài)模型）傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是指?jìng)鞲衅髟谑艿诫S時(shí)間變化的輸入量x(t)作用時(shí)，輸出-輸入之間的關(guān)系，通常稱(chēng)為響應(yīng)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性反映測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的能力，對(duì)于連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)主要有三種數(shù)學(xué)模型形式：

1、時(shí)域中的微分方程

2、復(fù)數(shù)域中的傳遞函數(shù)

3、頻率域中的頻率響應(yīng)函數(shù)§3.3傳感器的描述方法返回第二十三頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日1、微分方程（時(shí)域內(nèi)描述）§3.3傳感器的描述方法式中：Y—輸出量X—輸入量t-時(shí)間

dny/dtn——輸出量對(duì)時(shí)間t的n階導(dǎo)數(shù)

dmy/dtm——輸入量對(duì)時(shí)間t的m階導(dǎo)數(shù)

a0、a1、…、an,b0、b1、…、bn——常數(shù)（取決于傳感器參數(shù)）優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)解微分方程易于分清暫態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。

通解僅與傳感器本身特性及初始條件有關(guān)；特解不僅與傳感器的特性有關(guān)，而且還與輸入量x有關(guān)。缺點(diǎn)：求解麻煩，尤其是通過(guò)增減環(huán)節(jié)來(lái)改善傳感器的特性時(shí)顯得更不方便。（2）特點(diǎn)：（1）模型：返回第二十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日2、傳遞函數(shù)（復(fù)數(shù)域內(nèi)）

1）H(s)和輸入x(t)的具體表達(dá)式無(wú)關(guān)。

傳遞函數(shù)H(s)用于描述系統(tǒng)本身固有的特性，與x(t)的表達(dá)式無(wú)關(guān)。x(t)不同時(shí)，y(t)的表達(dá)式也不同，但二者拉普拉斯變換的比值始終保持為H(s)

。

2）不同的物理系統(tǒng)可以有相同的傳遞函數(shù)。

各種具體的物理系統(tǒng)，只要具有相同的微分方程，其傳遞函數(shù)也就相同，即同一個(gè)傳遞函數(shù)可表示不同的物理系統(tǒng)。例如，液柱溫度計(jì)和簡(jiǎn)單的RC低通濾波器同是一階系統(tǒng)，具有相同的傳遞函數(shù)；

3）傳遞函數(shù)與微分方程等價(jià)。

由于拉普拉斯變換是—一對(duì)應(yīng)變換，不丟失任何信息，故傳遞函數(shù)與微分方程等價(jià)。§3.3傳感器的描述方法（1）模型：運(yùn)用拉普拉斯變換將時(shí)域的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成復(fù)數(shù)域的數(shù)學(xué)模型。（2）特點(diǎn)：返回第二十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日2、傳遞函數(shù)（復(fù)數(shù)域內(nèi)）在框圖中用作表示系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的圖示符號(hào)。§3.3傳感器的描述方法（3）功用：Y當(dāng)n個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)時(shí)：當(dāng)n個(gè)環(huán)節(jié)并聯(lián)時(shí)：XG1(S)G3(S)G2(S)X(S)Y(S)G1(S)G1(S)G1(S)X(S)Y(S)當(dāng)組成系統(tǒng)的各個(gè)元件或環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為已知時(shí)，就可以用傳遞函數(shù)來(lái)確定系統(tǒng)的總特性。第二十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日3、頻率響應(yīng)函數(shù)（頻域內(nèi)）

（1）模型：拉普拉斯變換中，s=σ+jω，令σ=0，則有s=

jω，將其代入H(s)，得到用復(fù)數(shù)形式表示：G（jω）=P（ω）+jQ（ω）

其中，P（ω）和Q（ω）都是ω的實(shí)函數(shù)，以頻率ω為橫坐標(biāo)，以P（ω）和Q（ω）為縱坐標(biāo)所繪的圖形分別稱(chēng)為系統(tǒng)的實(shí)頻特性圖與虛頻特性圖。用指數(shù)形式表示：G（jω）=A（ω）ejφ(ω)

其中§3.3傳感器的描述方法返回第二十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日3、頻率響應(yīng)函數(shù)（頻域內(nèi)）用頻率響應(yīng)函數(shù)來(lái)描述系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是它可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)求得。

實(shí)驗(yàn)求得頻率響應(yīng)函數(shù)的原理，比較簡(jiǎn)單明了：依次用不同頻率ωi的簡(jiǎn)諧信號(hào)去激勵(lì)被測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)測(cè)出激勵(lì)和系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出的幅值Xi、Yi和相位差φi。這樣對(duì)于某個(gè)ωi，便有了一組Yi/Xi=Ai和φi，全部的Ai-ωi和φi-ωi，i=1,2,3,…便可表達(dá)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)。需要特別指出，頻率響應(yīng)函數(shù)是描述系統(tǒng)的簡(jiǎn)諧輸入和相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)輸出的關(guān)系。因此，在測(cè)量系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)階段時(shí)才進(jìn)行測(cè)量。（2）特點(diǎn)：§3.3傳感器的描述方法返回第二十八頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日二、動(dòng)特性的表示方法（動(dòng)態(tài)模型）微分方程、傳遞函數(shù)及頻率響應(yīng)函數(shù)的關(guān)系?！?.3傳感器的描述方法微分方程頻率特性傳遞函數(shù)系統(tǒng)S=d/dtjω=d/dtS=jω返回第二十九頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日§3.4傳感器的特性分析

一、傳感器的靜態(tài)特性二、傳感器的動(dòng)態(tài)特性返回第三十頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日一、傳感器的靜態(tài)特性線性度遲滯重復(fù)性靈敏度與靈敏度誤差分辨率與閾值穩(wěn)定性漂移精確度（靜態(tài)誤差）§3.4傳感器的特性分析返回第三十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日1、線性度

傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行校準(zhǔn)（標(biāo)定）的。

標(biāo)定（校準(zhǔn)）曲線與其理論擬合直線之間的偏差就稱(chēng)為該傳感器的“非線性”，或稱(chēng)“線性度”。（1）定義YXYFS標(biāo)定曲線擬合直線ΔLm(2)常用擬和方法理論直線法最小二乘法端點(diǎn)線法端點(diǎn)平移法§3.4傳感器的特性分析返回第三十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日（a）理論擬合（b）最小二乘擬合（c）端點(diǎn)擬合（d）端點(diǎn)平移擬合(2)常用的擬和方法§3.4傳感器的特性分析返回第三十三頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日2、遲滯

傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨休敵雠c輸入曲線不重合時(shí)稱(chēng)為遲滯。遲滯大小一般由實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得。遲滯誤差一般以滿(mǎn)量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示。返回§3.4傳感器的特性分析第三十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日3、重復(fù)性傳感器在輸入按同一方向作全量程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得特性曲線不一致的程度。返回§3.4傳感器的特性分析第三十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日4、靈敏度與靈敏度誤差靜態(tài)靈敏度：傳感器輸出的變化量與引起該變化量的輸入變化量之比。靈敏度誤差ΔyΔxyx返回§3.4傳感器的特性分析第三十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日5、分辨力與閾值分辨力是指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)出被測(cè)輸入量的最小變化值。即：在非零點(diǎn)，能使傳感器的輸出有反映的最小輸入量的變化。有時(shí)對(duì)該值用相對(duì)滿(mǎn)量程輸入值之百分?jǐn)?shù)表示，則稱(chēng)為分辨率。

閾值是使傳感器的輸出端產(chǎn)生可測(cè)變化量的最小被測(cè)輸入量值，即零點(diǎn)附近的分辨力。傳感器在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持其原性能的能力。穩(wěn)定性一般以室溫條件下經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間間隔后，傳感器的輸出與起始標(biāo)定時(shí)的輸出之間的差異來(lái)表示，有時(shí)也用標(biāo)定的有效期來(lái)表示。6、穩(wěn)定性返回§3.4傳感器的特性分析第三十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日7、漂移漂移是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器的輸出存在著與被測(cè)輸入量無(wú)關(guān)的、不需要的變化。漂移常包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移。

零點(diǎn)漂移或靈敏度漂移又可分為時(shí)間漂移和溫度漂移，又稱(chēng)時(shí)漂和溫漂。時(shí)漂是指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)或靈敏度隨時(shí)間有緩慢的變化；溫漂是指由周?chē)鷾囟茸兓鸬牧泓c(diǎn)或靈敏度的變化。返回§3.4傳感器的特性分析第三十八頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日8、

精確度(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)的輸出值與其理論輸出值的偏離程度。是系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差綜合影響程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。（1）定義（2）靜態(tài)誤差的求取方法：把全部校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與擬合直線上對(duì)應(yīng)值的殘差，看成隨機(jī)分布，求出其標(biāo)準(zhǔn)偏差σ，即：△yi--各種測(cè)試點(diǎn)的殘差；n--測(cè)試點(diǎn)數(shù)。返回§3.4傳感器的特性分析第三十九頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日8、

精確度(靜態(tài)誤差)取2σ或3σ值即為傳感器的靜態(tài)誤差。靜態(tài)誤差也可用相對(duì)誤差表示：即

（2）靜態(tài)誤差的求取方法：靜態(tài)誤差是一項(xiàng)綜合性指標(biāo)，它基本上包含了前面敘述的非線性誤差、遲滯誤差、重復(fù)性誤差等。所以也可以把這幾個(gè)單項(xiàng)誤差綜合而得，即遲滯和非線性誤差屬于系統(tǒng)誤差，重復(fù)性誤差屬于隨機(jī)誤差。返回§3.4傳感器的特性分析第四十頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日二、傳感器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)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。動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出量隨時(shí)間變化的曲線與被測(cè)量隨時(shí)間變化的曲線一致或者相近。研究動(dòng)態(tài)特性的方法及誤差指標(biāo)典型環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性傳感器不失真的條件返回§3.4傳感器的特性分析第四十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日（一）研究動(dòng)態(tài)特特性的方法及誤差指標(biāo)研究動(dòng)態(tài)特性可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來(lái)分析。經(jīng)常采用的輸入信號(hào)為單位階躍輸入量和正弦輸入量。1、瞬態(tài)響應(yīng)法：階躍輸入量用階躍響應(yīng)法求測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是一種簡(jiǎn)單易行的時(shí)域測(cè)量方法。1X(t)tX(t)=1t≥00t<0返回§3.4傳感器的特性分析第四十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日1、瞬態(tài)響應(yīng)法：階躍輸入量時(shí)間常數(shù)τ上升時(shí)間tr響應(yīng)時(shí)間ts超調(diào)量a衰減度ψ延遲時(shí)間td誤差指標(biāo)：一階系統(tǒng)二階系統(tǒng)0.5y0td返回§3.4傳感器的特性分析第四十三頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日2、正弦激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)頻率響應(yīng)輸入信號(hào)為正弦信號(hào)時(shí)。輸出信號(hào)y(t)的特征：由于暫態(tài)響應(yīng)的存在，開(kāi)始時(shí)輸出并不是純正弦波，當(dāng)暫態(tài)響應(yīng)逐漸衰減直至消失后（理論上需要無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間）輸出只存在穩(wěn)態(tài)正弦量，它與輸入信號(hào)的頻率相同，但幅值和相位不同，是頻率的函數(shù)。在穩(wěn)定狀態(tài)下Y/X幅值比和相位隨頻變化的特性就是頻率響應(yīng)特性。X(t)Y(t)時(shí)間滯后暫態(tài)過(guò)程穩(wěn)態(tài)過(guò)程yt返回§3.4傳感器的特性分析第四十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日2、正弦激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)頻率響應(yīng)

頻率響應(yīng)特性曲線：幅頻特性：相頻特性對(duì)數(shù)幅頻曲線對(duì)數(shù)相頻曲線§3.4傳感器的特性分析第四十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日2、正弦激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)頻率響應(yīng)誤差指標(biāo)：對(duì)數(shù)幅頻特性曲線由于相頻特性與幅頻特性之間的有一定的內(nèi)在關(guān)系，因此表示傳感器的頻響特性及頻域性能指標(biāo)時(shí)主要用幅頻特性。頻響范圍，通頻帶±3dB所對(duì)應(yīng)的頻率范圍工作頻帶

幅值誤差為±5%或10%時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍。相位誤差返回§3.4傳感器的特性分析第四十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日（二）典型環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性零階傳感器的動(dòng)態(tài)特性一階傳感器的動(dòng)態(tài)特性二階傳感器的動(dòng)態(tài)特性返回§3.4傳感器的特性分析第四十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日1、零階傳感器的動(dòng)態(tài)特性微分方程傳遞函數(shù)無(wú)慣性環(huán)節(jié)或比例環(huán)節(jié)。返回§3.4傳感器的特性分析第四十八頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日2、一階傳感器的動(dòng)態(tài)特性微分方程傳遞函數(shù)頻響函數(shù)一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性參數(shù)主要是：τ結(jié)論：§3.4傳感器的特性分析第四十九頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日3、二階傳感器的動(dòng)態(tài)特性微分方程傳遞函數(shù)頻響函數(shù)§3.4傳感器的特性分析第五十頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日3、二階傳感器的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)ξ=1與ξ＞1時(shí)，傳感器反映均遲鈍。當(dāng)ξ=0時(shí)，形成等幅振蕩。ξ越大，衰減越快，反應(yīng)迅速，即達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的時(shí)間短。二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)返回§3.4傳感器的特性分析第五十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日3、二階傳感器的動(dòng)態(tài)特性頻率特性曲線的物理意義二階系統(tǒng)頻率特性曲線二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性參數(shù)主要是固有頻率ωn和阻尼比ξ系數(shù)。結(jié)論：§3.4傳感器的特性分析第五十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日（三）傳感器不失真的條件

頻域內(nèi)傳感器無(wú)失真檢測(cè)條件是：幅頻特性應(yīng)當(dāng)是常數(shù)(即水平直線)；相頻特性應(yīng)該是線性關(guān)系。返回§3.4傳感器的特性分析第五十三頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日§3.5傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)一、傳感器的標(biāo)定

1、定義利用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備產(chǎn)生已知的非電量（標(biāo)準(zhǔn)量），或用基準(zhǔn)量來(lái)確定傳感器電輸出量與非電輸入量之間關(guān)系的過(guò)程。

2、靜態(tài)標(biāo)定

3、動(dòng)態(tài)標(biāo)定二、傳感器的校準(zhǔn)傳感器需定期檢測(cè)其基本性能參數(shù)，判定是否可繼續(xù)使用，如能繼續(xù)使用，則應(yīng)對(duì)其有變化的主要指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，確保傳感器的測(cè)量精確度的過(guò)程。返回第五十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日§3.6改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑差動(dòng)技術(shù)平均技術(shù)穩(wěn)定性技術(shù)屏蔽、隔離與干擾抑制技術(shù)補(bǔ)償校正技術(shù)集成化與智能化技術(shù)合理選擇傳感器材料、結(jié)構(gòu)與參數(shù)返回第五十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日一、差動(dòng)技術(shù)設(shè)有一傳感器，其輸出為：1、原理用另一相同傳感器但使其輸入量符號(hào)相反，則其輸出為：R2R1R4R3u0E2、應(yīng)用返回§3.6改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑第五十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日二、平均技術(shù)誤差平均效應(yīng)的原理是利用若干個(gè)傳感單元同時(shí)感受被測(cè)量，其輸出則是這些單元輸出的平均值，若將每個(gè)單元可能帶來(lái)的誤差δ均可看作隨機(jī)誤差且服從正態(tài)分布，根據(jù)誤差理論，總的誤差將減小為

常用的平均技術(shù)誤差平均效應(yīng)和數(shù)據(jù)平均處理光柵、磁柵、容柵、感應(yīng)同步器等傳感器，由于其本身的工作原理決定有多個(gè)傳感單元參與工作，可取得明顯的誤差平均效應(yīng)的效果。數(shù)據(jù)平均處理是在同樣條件下進(jìn)行n次重復(fù)測(cè)量或n次采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)平均處理，隨機(jī)誤差也將減小1/√n倍。返回§3.6改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑第五十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日三、穩(wěn)定性技術(shù)傳感器作為長(zhǎng)期測(cè)量或反復(fù)使用的器件，其穩(wěn)定性顯得特別重要，其重要性甚至勝過(guò)精度指標(biāo)，尤其是對(duì)那些很難或無(wú)法定期鑒定的場(chǎng)合。造成傳感器性能不穩(wěn)定的原因是：隨著時(shí)間的推移和環(huán)境條件的變化，構(gòu)成傳感器的各種材料與元器件性能將發(fā)生變化。為了提高傳感器性能的穩(wěn)定性，應(yīng)該對(duì)材料、元器件或傳感器整體進(jìn)行必要的穩(wěn)定性處理。如結(jié)構(gòu)材料的時(shí)效處理、冰冷處理、永磁材料的時(shí)間老化、溫度老化、機(jī)械老化及交流穩(wěn)磁處理，電氣元件的老化篩選等。

在使用傳感器時(shí)，若測(cè)量要求較高，必要時(shí)也應(yīng)對(duì)附加的調(diào)整元件，后續(xù)電路的關(guān)鍵元器件進(jìn)行老化處理。返回§3.6改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑第五十八頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日四、屏蔽、隔離與干擾抑制技術(shù)削弱或消除外界因素對(duì)傳感器的影響方法：一是減小傳感器對(duì)影響因素的靈敏度；二是降低外界因素對(duì)傳感器實(shí)際作用的烈度。對(duì)于電磁干擾，可以采用屏蔽、隔離措施，也可用濾波等方法抑制。對(duì)于如溫度、濕度、機(jī)械振動(dòng)、氣壓、聲壓、輻射、甚至氣流等，可采用相應(yīng)的隔離措施，如隔熱、密封、隔振等，或者在變換成為電量后對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行分離或抑制，減小其影響。返回§3.6改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑第五十九頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日五、補(bǔ)償校正技術(shù)補(bǔ)償校正技術(shù)的運(yùn)用大致是針對(duì)下列兩種情況。一種是針對(duì)傳感器本身特性的，另一種是針對(duì)傳感器的工作條件或外界環(huán)境的。

對(duì)于傳感器特性，可以找出誤差的變化規(guī)律，或者測(cè)出其大小和方向，采用適當(dāng)?shù)姆椒右匝a(bǔ)償或修正。針對(duì)傳感器工作條件或外界環(huán)境進(jìn)行誤差補(bǔ)償，也是提高傳感器精度的有力技術(shù)措施。不少傳感器對(duì)溫度敏感，由于溫度變化引起的誤差十分可觀。為了解決這個(gè)問(wèn)題，必要時(shí)可以控制溫度，搞恒溫裝置，但往往費(fèi)用太高，或使用現(xiàn)場(chǎng)不允許。而在傳感器內(nèi)引入溫度誤差補(bǔ)償又常常是可行的。這時(shí)應(yīng)找出溫度對(duì)測(cè)量值影響的規(guī)律，然后引入溫度補(bǔ)償措施。補(bǔ)償與修正，可以利用電子線路（硬件）來(lái)解決，也可以采用微型計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。返回§3.6改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑第六十頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日六、集成化、智能化技術(shù)傳感器集成化包括兩種定義：一是同一功能的多元件并列化，即將同一類(lèi)型的單個(gè)傳感元件用集成工藝在同一平面上排列起來(lái)，排成1維的為線性傳感器，CCD圖象傳感器就屬于這種情況。另一個(gè)定義是多功能一體化，即將傳感器與放大、運(yùn)算以及溫度補(bǔ)償?shù)拳h(huán)節(jié)一體化，組裝成一個(gè)器件。傳感器與微處理機(jī)相結(jié)合，使之不僅具有檢測(cè)功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、以及“思維”等人工智能，就稱(chēng)之為傳感器的智能化。借助于半導(dǎo)體集成化技術(shù)把傳感器部分與信號(hào)預(yù)處理電路、輸入輸出接口、微處理器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成智能傳感器。返回§3.6改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑第六十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日七