第章傳感器技術基礎2

1第一章傳感器技術基礎陳明2主要內容傳感器的數(shù)學模型傳感器的特性和特性參數(shù)選擇和使用傳感器時一些需要考慮的問題3一、傳感器的數(shù)學模型41、傳感器數(shù)學模型的定義傳感器將被測輸入量按照一定的規(guī)律轉換為輸出量。比如一種熱電阻傳感器將被測的溫度T按一定規(guī)律轉換為電阻R，這個規(guī)律可用一個函數(shù)表示：5通過測量電路得到電阻R，再可以利用上述函數(shù)映射，可得到被測溫度T：6傳感器的數(shù)學模型是指傳感器的輸出量與輸入量之間的數(shù)學關系在利用傳感器進行測量時，必須要先已知其數(shù)學模型7但是，傳感器的實際模型往往很復雜，需要做一定程度的簡化，以得到滿足實際要求的近似數(shù)學模型8根據(jù)輸入量隨時間變化的情況不同，數(shù)學模型可分為兩種：靜態(tài)模型動態(tài)模型9靜態(tài)模型：當輸入量隨時間的變化較緩慢，或者這種變化對傳感器的輸出沒有影響時，此時建立的模型稱為靜態(tài)模型，可用一般函數(shù)表示為：這里不必考慮時間t的影響10動態(tài)模型：當輸入量隨時間的變化較快，或者這種變化會影響傳感器的輸出時，需為傳感器建立動態(tài)模型：11為了分析的簡化，往往把兩種模型分開來加以研究。122、傳感器的靜態(tài)模型一般靜態(tài)模型可簡化用多項式表示：x為輸入量，y為輸出量13稱為零位（點）輸出或零偏，offset

稱為靜態(tài)靈敏度，簡稱靈敏度，用符號K或S

為非線性項系數(shù)，當全為0時模型為線性模型14靜態(tài)數(shù)學模型可直觀的用輸出與輸入關系曲線表示，稱為傳感器的靜態(tài)特性曲線橫坐標表示輸入量，縱坐標表示輸出量15舉例：濕度傳感器的靜態(tài)特性曲線16舉例拼：光唯電管處的靜西態(tài)特麻性曲地線17舉例析：NT退C熱敏緣瑞電阻昏的靜謠態(tài)特犁性曲均線18線性北模型裕：當傳慶感器媽的輸泛出與它輸入睡之間熄為線飯性關年系19線性計模型工是一歌種很螞簡單龍的數(shù)段學模充型，穩(wěn)只需津要獲鼠取一綢個或矩兩個同參數(shù)擊就可品確定功模型惹。20具有死線性乖模型柔的傳來感器竟使用箱非常販簡便根，因挺此，踐一般期都希姑望而懶且也膏要求矛傳感偵器具事有線外性模寬型。21如果倡傳感踐器靜圍態(tài)模音型存捉在較慚大非棗線性撫時（善偏離給線性圍模型莖），盯使用司前一伐般需塌要通茫過后折續(xù)的日處理婚進行掏非線輝性校梢正。監(jiān)否則則直接逮使用蘇，會爬產(chǎn)生慘較大浩的非慢線性籃誤差22舉例談：非亞線性雁造成錘的非鋪線性陳誤差233、傳英感器股的動竟態(tài)模研型在動愿態(tài)模缸型中炕，傳晨感器邊可以告簡化眾為一脫個動課態(tài)線振性系炕統(tǒng)。卷根據(jù)享信號喂處理啊理論塌，有轉兩種咬常用繪的表同示方屆式：時域母：常傷系數(shù)自線性貞微分明方程頻域菜：傳隱遞函役數(shù)或姐系統(tǒng)壺函數(shù)243.扶1、時澤域：n階常粗系數(shù)喚線性團微分勒方程為了床簡化俘，一論般設梯：25傳感厲器的授實際嶼動態(tài)渣模型肌往往是很復拍雜，退為了膚簡化崗分析嫁，常忍用零弟階、甘一階褲和二吊階微獄分方抄程來螞近似修表示朝傳感桐器的御動態(tài)竄模型膊，下稱面對星這三衛(wèi)種典減型模澤型做遙簡單沈介紹26零階量傳感期器模心型：所以刻零階麻傳感走器的材動態(tài)慰模型項本質警上就馳是線蓬性的戶靜態(tài)斥模型杜，K為靜稀態(tài)靈鐮敏度27一階雷傳感相器模雅型：稱為努時間末常數(shù)捏，K為靈靠敏度28二階門傳感中器模愈型：稱為伶固有奪頻率鄉(xiāng)豐，眾稱摘為阻終尼比脅，K為靈感敏度很多主傳感胡器的孕動態(tài)炎模型侮可簡艦化為敵二階帶的293.顧2、頻戰(zhàn)域：銹傳遞我函數(shù)與微召分方稍程相聚比，都傳遞恰函數(shù)鎖的優(yōu)佳點是情：它僅懂與傳鴉感器量本身詞的特軌性有懼關，幟而與節(jié)輸入書信號箏和初諸始條老件無扎關由傳刺遞函哲數(shù)可茫得到諸重要天的動腦態(tài)特史性即潔頻率染響應30二、鉗傳感惠器的悉特性挽和特催性參警數(shù)31傳感升器的復特性傳感生器的霜特性遼是指希傳感折器在閘使用站時表縮慧現(xiàn)出紛來的臉重要驅性能書，這擦些特仙性?？逃靡徊┬┨匦耘?shù)支或指奮標來定墻量表毫示。固可分爽為：靜態(tài)蟻特性動態(tài)邊特性32壓阻植式壓定力傳患感器輸主要芽特性伯參數(shù)33幾種庭溫度熄傳感暗器主丘要特足性參救數(shù)341、靜岡態(tài)特嘆性和仍參數(shù)35傳感六器的醉測量尼范圍演和滿沾量程滋輸出測量私范圍溜（量襖程）覽：指萌傳感嫁器可沈以有托效測失量的楚被測親量的倦范圍省，一擠般指品定被畏測量素的最菜小值蔽和最辰大值滿量江程輸卻出：即指傳禍感器哨在測突量范婆圍內緊得到駕的輸侮出量蕉的最向大值撫減去恨最小粗值，陜一般絹表示壤為FS琴:慌Fu意ll晃S吹ca越le36傳感蹄器的擱校準擴曲線校準蹦曲線牌：在坦標準鉛工作狹狀態(tài)鴉下，峽給傳徑感器鐵輸入無一系調列已肢知的寇輸入澡量，躺往復慶多次碎測量己傳感限器的遭輸出侵值，口計算尼每個說輸入擊值下騰的輸已出平翅均值摸，作可圖將磁這些憶數(shù)據(jù)翅點連元接起拿來，戰(zhàn)就得刪到傳販感器墓的?？錅是蹙€37舉例兆：獲醬取壓克力傳釀感器舒的校嗽準曲酒線實驗梨數(shù)據(jù)康如下炊表：38壓力佩傳感解器的諸校準歇曲線39傳感旨器的前擬合允直線擬合良直線慕：利鑄用校據(jù)準曲本線的錦數(shù)據(jù)哈點通偏過擬放合得挖到一息條最行接近叉數(shù)據(jù)上點的獻直線遭，稱隙為擬注合直委線。撇由于捆傳感堂器在蹲使用死時是撒參照刷擬合獸直線膜的，您所以擱擬合鴿直線順也稱費為工殼作直姐線40獲取幻玉擬合滋直線娘的方信式有股理論惜直線平法，邪端點帽法和手最小鼓二乘掩法（逼最小騾化誤叢差平妄方和齒）等最小大二乘耕法：41Ma駁tl燒ab實現(xiàn)似最小走二乘姓法求扁擬合漫直線械：>>帥x尸=[宣0:摧0.我5:嚼2.眉5]叛;>>炕y面=[昆0.同00滿31名,0及.2滿02最3,禾0.如40毀14逢,0教.6桶00腰6,0.帖8,捕0.較99擁95暢];>>贏A肢=追p碗ol顆yf鈔it寬(x創(chuàng),y渣,1血)；42線性喚度Li舅ne六ar井it藍y線性巡壽度：慰也稱個非線件性誤條差，醫(yī)衡量朵校準堤曲線潤與擬嗽合直亂線之采間的耗偏離么程度粘，表皂示為礦：為校艱準曲條線與恥擬合扭直線設之間療的最竊大偏奏差為滿狠量程戴輸出43舉例澡：NT挖C熱敏蒙電阻避的線針性度44精度Ac蜜cu牲ra棕cy假設哥某溫姥度傳捧感器預測量掏某溶草液的夠溫度雨為40度，風且已腳知其紗精度醉為0.慢5度這里懸的精涂度意訊味著脂什么懇？45精度卷：表湖示傳鄉(xiāng)豐感器冤的測浩量值愁與真漂實值薦之間尸的偏配離程羽度，舉也稱拒為靜糾態(tài)誤杠差由于嶼誤差珍產(chǎn)生優(yōu)的原列因較岔復雜爹，精奪度的屆計算羊方法倘目前皺國內膀外還否沒有罪統(tǒng)一甜標準鉗，較瓶為常捏用的捏是用鞠測量寫值與寨真實史值之膽間的叛標準親差來黎衡量46回差Hy謙st防er熟si著s回差喬（遲淡滯、欺滯后擊）：罩傳感諸器在停正、油反行罩程過番程中專校準靠曲線牌不重塔合的各程度47重復紛性重復狗性：適傳感乖器在飾相同致工作謝條件箱下，蜜輸入峽量按危同一炭方向坑做全嘉量程竊連續(xù)酷多次育變動欺時，歐所得譜特性快曲線悔間偏赴離的臨程度正反蕉行程元最大拌標準帖差48靈敏竹度Se幣ns射it馬iv孩it總y（靜布態(tài)）撕靈敏蟲度：滅傳感四器輸永出量匆相對筍于輸韻入量塞的變晃化率當傳困感器走為線殲性時穗，靈犧敏度煎為常墾數(shù)對于趣非線妹性傳睡感器周，實孤際靈飛敏度畢不是犧常數(shù)49分辨牢力Re御so堆lu筋ti部on當輸畫入量炊的變撇化很糧小時胃，可父能觀別察不寬到傳恐感器述輸出僑的變慰化。電只有攻當輸娘入量勺的變劫化大它于一榆定量哭時，娛傳感檢器才棒能顯鋒現(xiàn)出月變化傳感歇器所燥能檢透測出息的輸獸入量總的最哈小變房誠化，滿稱為分分辨震力，口分辨堡力與婚量程花之比毛稱為菜分辨釀率如：育某血煌壓傳憑感器綱當壓乖力變守化小盤于0.親13摸3k寫Pa（1m孝mH陸g）時清，輸堵出沒圾有變牧化50穩(wěn)定既性St脖ab誤il數(shù)it艘y穩(wěn)定兵性：德傳感地器在撇相當施長時秤間內寇仍保興持其錢性能露不變嘴的能來力。鳳一般覽經(jīng)過渠一個墾規(guī)定霧時間墻間隔津后，濕用傳現(xiàn)感器躲的輸咐出與我起始資輸出濟之間矩的偏賢差來兄衡量注意示與重呈復性臂相區(qū)次別51漂移Dr驅if敗t漂移悉：當射傳感帝器無照輸入帽或固跟定在抵一個瓦輸入勺值上蹲時，羽經(jīng)過伯一定舍時間窗，輸繼出量刑偏離鋼原值裂的大撕小?；庇脭?shù)瞎學模捉型來錦分析松漂移情，可肥分為捷：零點毯漂移承：表籠現(xiàn)為漢零位明輸出建變化喂的漂放移靈敏光度漂腸移：夾表現(xiàn)洽為靈折敏度原變化誼的漂培移52零點走漂移剛和靈諸敏度槐漂移僚：53導致求漂移義的影卷響因喉素很視多，坐包括辯時間姑漂移衡和溫苦度漂單移（拔溫漂固）542、動局態(tài)特利性和仍參數(shù)55傳感按器的卵動態(tài)偷響應傳感牲器的助動態(tài)對響應難（即苦動態(tài)霸輸出渠量）坑不僅義與輸物入量糟的數(shù)葵值有抽關，爐還與鍋輸入擔量隨較時間凱的變御化有威關因此吃，考楚察傳灰感器迷的動番態(tài)響譯應需榮要約闖定好麻輸入袖量隨蛙時間嘩的變舊化形助式56通常艙指定剩下面滾兩種忘特殊躺的輸示入形綱式，律來獲篇取傳點感器詞的動林態(tài)響舞應：正弦漂輸入?yún)ⅲ航o塌傳感認器輸匹入單臟一頻悉率的憲正弦?guī)X信號風來獲兵取響邁應，什并分盡析響介應與命頻率諷的關廚系，源稱為缸頻率方響應鬧，分掙為幅材度響膠應和驢相位喜響應階躍祥輸入暴：給僵傳感石器輸永入階核躍信腎號來講獲取洽響應縣，分冤析傳箱感器元響應腎的變手化過封程，型稱為晌階躍姐響應57頻率床響應短表示質為作，獎分為部：幅度劍響應掉：也稱爭為動態(tài)淹靈敏蛋度或負增益，也常用儀對數(shù)背幅度逢響應罪（以dB為單垃位）淡來描獅述：2.醬1、頻引率響筑應和億特性修指標58頻率川響應菊表示模為棒，箏分為銷：相位欣響應床：做，哪一般拳為負抗數(shù)，濫因為媽輸出飄相對膠輸入套具有帶延時2.候1、頻葬率響玻應和盜特性巧指標59舉例留：電燭容式紛話筒錦幅度鞠響應往曲線60下面吼給出悼零階董、一犧階和貸二階絹傳感婦器的腦頻率改響應由，及顏其中四涉及看的常捕用動拾態(tài)特追性指著標詳細弦理論以分析膜見課明本61零階較傳感降器的幻玉頻率喉響應62一階富傳感陶器的割頻率瓜響應時間頂常數(shù)掘越小冷，有爽效頻滔率范洋圍越柄寬63二階言傳感購器的兩頻率利響應可見胞，二返階傳肆感器餓的頻恭率響吹應與陷其固據(jù)有頻梳率節(jié)和阻照尼比府有關64當阻泉尼比暈時，未幅度剪響應室在固熄有頻州率附文近發(fā)糾生諧絨振；錫當阻拿尼比渾時，爬幅度駕響應療下降彈變快斯，導份致有路效頻次率范冊圍變治窄；膚當阻亭尼比狼時，會既不塑會出芳現(xiàn)諧俊振，符且有濃效頻石率范診圍最翁寬，麗稱為最佳武阻尼65當阻霧尼比每不變徹時，救固有幫頻率剖越嗎大，向有效激頻率泊范圍翠越寬66通帶：指薄幅度時響應駐在0d壞B上下希變化吵不超環(huán)過3d者B時，令最小籃頻率丸（下堤限頻隨率）困與最輪大頻瞧率（唇上限屬頻率乞）之日間的誕頻帶67舉例腫：一巖款心夕音傳絮感器摧的通順帶HK脂Y-營06河B心音鍬傳感征器：該產(chǎn)驢品采盲用高康分子療聚合雀材料構壓電勾元件忍，采扮集心捧音信逮號，被經(jīng)過峰信號鼓放大煉、濾鍋波等萬電路賴處理恒，輸拉出電味壓形椒式的員模擬茄信號尤，其頻跳率響狀應有枕兩種芹：1-榴15秘00與Hz逗,1北0-眉60察0H劍z682.告2、階渠躍響沾應和屯特性查指標為了月簡化渾分析床，假住設輸晃入信源號為峰單位礎階躍師函數(shù)幅，道傳感損器的怪靜態(tài)撕靈敏虛度69零階拔傳感點器的址階躍餓響應70一階軍傳感悔器的較階躍得響應71時間王常數(shù)：階天躍響仿應到愉達穩(wěn)相態(tài)值桃的63苦%的時婆間等遺于時印間常星數(shù)轉。時間瘋常數(shù)蓮越小綿，到顏達穩(wěn)息態(tài)值滔的時稠間越也短72二階涂傳感曬器的擦階躍港響應當阻悉尼比境時，促輸出窗為衰誰減振爐蕩，墓這種效狀態(tài)草稱為班欠阻解尼當阻脆尼比叛時輸厚出無蹲振蕩旱，稱依為過展阻尼73上升資時間：穩(wěn)販態(tài)值偉的10餐%-華90況%時間響應陳時間：到鞏達穩(wěn)節(jié)態(tài)值喇的給械定百膛分比強以內塘所需丹最小臘時間74過沖艙值勸：超調放量：過緣瑞沖值來相對積穩(wěn)態(tài)貴值的毯百分徐比75阻尼集振蕩鼓周期：第皇一個遼峰值色到第費二個段峰值引的時恨間間霧隔76用超逮調量喊和阻商尼振需蕩周封期可講以計歉算二奇階傳挖感器先的固僑有頻耽率和盤阻尼兼比，認如下耗：確定針阻尼復比：確定傭固有收頻率勺（或益固有裕周期釘）：77其他寸性能仔指標棍一覽78三、旗選擇粱和使有用傳狐感器谷時一害些需漲要考那慮的血問題791、傳穩(wěn)感器乏的互劇換性互換隊性：胳指當?shù)枰垢鼡Q爹傳感剛器時泥，只懶需要砌選擇掏同型扇號的奶傳感軍器去眨替換奧，不糊需要嘴對其羊尺寸涼及參蓄數(shù)進廢行檢負測和碰調整秩，仍貫能保舍證誤鞋差不煩超過沿規(guī)定君范圍倍正常狀工作80對精枝度要恩求不設高的閉傳感短器，毒一般您是可矛以保獵證互朝換性貢的，電但是賄對于禍高精看度的斤傳感鋸器而顆言，咱一般禾需要秘做一霞些額帽外的謎處理812、傳干感器廁的標聞定和紹校準Ca鎖li敘br散at侮io只n標定拌：是騙指新貝研制水的傳娃感器郊在正臂式使囑用前攻，對等其性棕能進援行全偉面測什定的訪過程電，分飾為靜桃態(tài)標釘定和宅動態(tài)吩標定妻。校準越：傳夕感器磨在使押用或者儲存樂一段缸時間悔后，微對其這性能震進行僵重新籍標定兩者東操作透相似尊，一荒般兩憑者不康做區(qū)括分82標定雕的基畜本方蹲法：普利用壞高標塘準器墾具或艙高標蛇準測醬量設沉備產(chǎn)腫生已勿知的崇被測口量作炮為傳督感器扶的輸豬入，擁記錄灣下傳單感器久的輸訪出，五獲得擁一系歐列的辱校準川數(shù)據(jù)概或曲拼線。靜態(tài)秒標定段：主谷要用蒙于檢槳測傳科感器楊的靜曬態(tài)特懲性和蓬指標蔬，如稀靈敏鵝度、延線性煌度、奶回差歸、重瓣復性趣等動態(tài)教標定既：主班要獲僚取頻烈率響吳應，頂以及塌帶寬榜、響誼應時拔間、呼固有風頻率線和阻塞尼比捷等參躬數(shù)833、改掏善傳宋感器始性能往的幾梳種技倍術當所德用的怠傳感肢器達壞不到機要求圈，又嚴沒有敢更好捉的傳礎感器跨可供疾選擇舊時，襪可以凝采取騙一些校技術怪方法織來提糊高傳勝感器蹈的性帥能843.犯1、差誕動技謙術差動惰技術?。翰捎锰簝蓚€腫傳感罩器和黃兩路堡完全現(xiàn)相同載的測賴量通運路，偷讓被機測信風號以散差模及形式糧輸入筐到兩撈個通壟道中筑（即騎大小誕相等型，方嚷向相校反）霉，而副噪聲柿信號尋以共灰模形絕式輸羽入（蹦即大競小相幕等，內方向成相同霞）。聾總輸?shù)瘸龅刃┯趦杀饴份敂r出信加號之賠差，食可分屆析如書下：85差動抓技術纖的優(yōu)哪點：可消憤除噪潛聲等勿共模俗干擾蒜信號障的影距響和亮零位適輸出使靈廚敏度粥提高播了一喪倍由于春消除姓了?？眯椭性岬呐冀泶雾椗_，也閣可減輛小一柱定的容非線早性誤愛差86差動逃技術顛在電晴阻式鄭、電膽感式畫和電薦容式與等傳鞋感器逗中大衛(wèi)量使甚用，山成為暮提高診傳感銀器性雷能的持重要羽技術873.飲2、平沫均技巷術