傳感器技術(shù)緒論第一章課件

傳感器技術(shù)（Sensortechnology

）傳感器原理及應(yīng)用（FundamentalsofSensors&Application）傳感器技術(shù)緒論第一章《傳感器技術(shù)》課程信息測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)課，48學(xué)時(shí)，授課學(xué)時(shí)40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)；

平時(shí)成績(jī)10%；實(shí)驗(yàn)成績(jī)10%；期末考試80%。成績(jī)?cè)u(píng)定傳感器技術(shù)緒論第一章主要參考書：傳感器原理及工程應(yīng)用郁有文西安電子科技大學(xué)出版社傳感器強(qiáng)錫富主編機(jī)械工業(yè)出版社傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例人民郵電出版社傳感器技術(shù)緒論第一章相關(guān)網(wǎng)站http://

中國(guó)傳感器信息網(wǎng)http://

中國(guó)傳感器http://

傳感器資訊網(wǎng)

儀表技術(shù)與傳感器

傳感器世界

傳感器技術(shù)21IC中國(guó)電子網(wǎng)

傳感技術(shù)學(xué)報(bào)網(wǎng)傳感器技術(shù)緒論第一章行業(yè)雜志傳感器世界中國(guó)儀器儀表傳感器技術(shù)儀表技術(shù)與傳感器自動(dòng)化博覽機(jī)電智能化傳感器技術(shù)緒論第一章主講教師內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院測(cè)控系劉珍聯(lián)系電話：E-mail:lz_wate若有問題，歡迎大家多與我聯(lián)系！傳感器技術(shù)緒論第一章聲音信號(hào)的采集

傳感器技術(shù)緒論第一章基礎(chǔ)知識(shí)定義、分類發(fā)展趨勢(shì)一般特性傳感器原理實(shí)際應(yīng)用電容式傳感器應(yīng)變式傳感器電感式傳感器壓電式傳感器數(shù)字式傳感器固態(tài)傳感器光纖傳感器其他(新型)傳感器傳感器的標(biāo)定檢測(cè)電路實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)課程主要內(nèi)容傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)、檢測(cè)電路及其典型應(yīng)用熱電式傳感器傳感器技術(shù)緒論第一章

緒論一、傳感器的作用1.傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官；傳感器技術(shù)通信技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)

五官神經(jīng)大腦信息技術(shù)三大支柱傳感器技術(shù)緒論第一章

傳感器的作用2.傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段；3、現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)；4、傳感器已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源探測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其廣泛的領(lǐng)域。從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。傳感器技術(shù)緒論第一章

傳感器及傳感技術(shù)二、傳感器及傳感器技術(shù)1、非電量與非電量電測(cè)電量：物理學(xué)中的電學(xué)量，如電壓、電流、電阻、電容、電感等；非電量：除電量之外的一些參數(shù)，如壓力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、溫度、濃度等等。傳感器技術(shù)緒論第一章

非電量與非電量電測(cè)在眾多的實(shí)際測(cè)量中，大多數(shù)是對(duì)非電量的測(cè)量。非電量電測(cè)法：把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成與非電量有一定關(guān)系的電量，再進(jìn)行測(cè)量的方法。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換技術(shù)的器件就是傳感器。傳感器技術(shù)緒論第一章

非電量與非電量電測(cè)非電量電測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)：（1）可進(jìn)行微量檢測(cè)，精度高，反應(yīng)速度快；（2）可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙測(cè)及遙控；（3）可實(shí)現(xiàn)無損檢測(cè)；（4）能連續(xù)進(jìn)行測(cè)量、記錄及顯示；（5）可采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、存儲(chǔ)及信息處理；（6）測(cè)量安全可靠。傳感器技術(shù)緒論第一章

傳感器及傳感技術(shù)2、傳感器（Transducer/Sensor）定義：將各種非電量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量（一般為電量）的裝置。GB7665一87：能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。傳感器技術(shù)緒論第一章

傳感器及傳感技術(shù)可從以下幾個(gè)方面理解：①傳感器是測(cè)量器件或裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)；②輸入量為位移、壓力、溫度、重量等被測(cè)量，是非電量；③輸出量通常為易于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示的電物理量（如：電壓、電流、頻率、功率等），也可以是氣、光等物理量；④輸出、輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。傳感器技術(shù)緒論第一章

傳感器及傳感技術(shù)傳感器功用：感知被測(cè)信息，并傳遞給檢測(cè)裝置。3、傳感技術(shù)：是指利用各種功能材料實(shí)現(xiàn)信息檢測(cè)的一門應(yīng)用技術(shù)。是檢測(cè)（傳感）原理、材料科學(xué)、工藝加工等三個(gè)要素的最佳結(jié)合。傳感器工作時(shí)所依據(jù)的物理效應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)和生物反應(yīng)等機(jī)理傳感器技術(shù)緒論第一章1.傳感器在工業(yè)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化、全自動(dòng)、半自動(dòng)生產(chǎn)線（石油、化工、鋼鐵、鐵路、機(jī)械、電力）自動(dòng)控制系統(tǒng)（正確的信息檢測(cè)

準(zhǔn)確的控制）傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域傳感器技術(shù)緒論第一章

傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域2.汽車與傳感器速度、里程、發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、燃料剩余量安全氣囊系統(tǒng)、防盜裝置、黑匣子發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壓力—充分燃燒（日本豐田汽車？）3.傳感器與家用電器電子爐灶、洗碗機(jī)、遙控電視、錄像機(jī)、電飯煲微波爐（松下電器采用濕度傳感器）電冰箱（溫控器—>控制壓縮機(jī)的開關(guān)）家庭自動(dòng)化（安全監(jiān)視與報(bào)警、空調(diào)與照明控制、家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化、人身健康管理）傳感器技術(shù)緒論第一章

傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域4.傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用傳統(tǒng)機(jī)器人（臂的位置和角度傳感器）智能機(jī)器人（觸覺、壓覺、重量、視覺等）5.傳感器在醫(yī)療及人體醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用應(yīng)用醫(yī)學(xué)傳感器（B超儀、CT、核磁共振等）醫(yī)療保健產(chǎn)品：電子血壓計(jì)、脈搏計(jì)、電子溫度計(jì)。傳感器技術(shù)緒論第一章

傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域6.傳感器與環(huán)境保護(hù)大氣污染指數(shù)、水質(zhì)污染、環(huán)境噪聲等各種環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器7.傳感器與航空航天飛機(jī)的自動(dòng)駕駛（飛行姿態(tài)、距離、航線）惡劣環(huán)境的“盲目”著陸空—空導(dǎo)彈的自動(dòng)跟蹤傳感器技術(shù)緒論第一章

傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域8.傳感器與遙感技術(shù)遙感技術(shù)：從飛機(jī)、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、船舶上對(duì)遠(yuǎn)距離的廣大區(qū)域的被測(cè)物體及其狀態(tài)進(jìn)行大規(guī)模探測(cè)的一門技術(shù)。探測(cè)礦藏：人造衛(wèi)星上的紅外傳感器紅外線的量通過微波地面站計(jì)算機(jī)分析處理傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域傳感器市場(chǎng)結(jié)構(gòu)

從市場(chǎng)來看,力、壓力、加速度、物位、溫度、濕度、水分等傳感器將保持較大的需求量。傳感器技術(shù)緒論第一章三、傳感器的組成傳感器組成框圖電信號(hào)電量非電量被測(cè)量非電量輔助電源敏感元件轉(zhuǎn)換元件測(cè)量電路傳感器技術(shù)緒論第一章

傳感器的組成敏感元件（預(yù)變換器）:它是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出是轉(zhuǎn)換元件的輸入，主要作用將輸入轉(zhuǎn)換成電參數(shù)。并非所有的傳感器都包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件，如熱電偶！輔助電路：將轉(zhuǎn)換元件的輸出進(jìn)行放大、運(yùn)算、處理等進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，便于應(yīng)用。傳感器技術(shù)緒論第一章

傳感器的組成

氣體壓力傳感器1-殼體2-膜盒3-電感線圈4-磁芯5-轉(zhuǎn)換電路壓力位移電感（敏感元件）（轉(zhuǎn)換元件）（測(cè)量電路）傳感器技術(shù)緒論第一章

傳感器的組成熱電偶?jí)弘娛郊铀俣葌鞲衅鱾鞲衅骷夹g(shù)緒論第一章四、傳感器的分類傳感器是知識(shí)技術(shù)密集的行業(yè)，與許多學(xué)科有關(guān)，種類繁多，分類方法也很多。按工作機(jī)理：物理型、化學(xué)型、生物型；按構(gòu)成原理：結(jié)構(gòu)型、物性型；結(jié)構(gòu)型傳感器是利用物理學(xué)中場(chǎng)的定律構(gòu)成的，包括動(dòng)力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)定律，電磁場(chǎng)的電磁定律等；這類傳感器的特點(diǎn)是傳感器的工作原理是以傳感器中元件相對(duì)位置變化引起場(chǎng)的變化為基礎(chǔ)，而不是以材料特性變化為基礎(chǔ)。傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的分類物性型傳感器是利用物質(zhì)定律構(gòu)成的，如虎克定律、歐姆定律等。這種法則，大多數(shù)是以物質(zhì)本身的常數(shù)形式給出。這些常數(shù)的大小，決定了傳感器的主要性能。因此，物性型傳感器的性能隨材料的不同而異。

傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的分類按能量轉(zhuǎn)換情況：能量控制型、能量轉(zhuǎn)換型；能量控制型傳感器在信息變化過程中，其能量需要外電源供給；(無源傳感器)能量轉(zhuǎn)換型傳感器主要由能量變換元件構(gòu)成，不需外加電源；(有源傳感器)傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的分類按測(cè)量原理分：電參量式傳感器(電阻式、電感式、電容式)磁電式傳感器(磁電感應(yīng)式、霍爾式、磁柵式)；壓電式傳感器；光電式傳感器；氣電式傳感器；熱電式傳感器；波式傳感器；射線式傳感器；半導(dǎo)體式傳感器；其他原理的傳感器。傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的分類按傳感器用途分(輸入量)溫度傳感器濕度傳感器壓力傳感器位移傳感器轉(zhuǎn)速傳感器流量傳感器火災(zāi)傳感器傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的分類按傳感器輸出信號(hào)形式可分為：模擬傳感器和數(shù)字傳感器。按輸入量分類優(yōu)點(diǎn)：比較明確地表達(dá)了傳感器的用途，便于使用者根據(jù)用途選用。缺點(diǎn)：沒有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機(jī)理上有何共性和差異，不便于使用者比較各種傳感器的原理異同點(diǎn)。傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的分類按原理分類：優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)傳感器的工作原理比較清楚，類別少，有利于傳感器專業(yè)工作者對(duì)傳感器的深入研究分析。缺點(diǎn)：不便于使用者根據(jù)用途選用。傳感器技術(shù)緒論第一章五、傳感器的發(fā)展1.固態(tài)化—基于新材料的開發(fā)物性型傳感器亦稱為固態(tài)傳感器，發(fā)展很快，它包括半導(dǎo)體、電介質(zhì)和強(qiáng)磁體三類。2.集成化同一功能的多元件并列化。將同一類型的單個(gè)傳感器用集成工藝在同一個(gè)平面上排列起來----CCD圖像傳感器多功能一體化。將傳感器的放大、運(yùn)算、以及補(bǔ)償?shù)拳h(huán)節(jié)一體化，組裝成一個(gè)器件。開展基礎(chǔ)研究，探索新理論，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開發(fā)傳感器的新材料和新工藝；實(shí)現(xiàn)傳感器的集成化、多功能化和智能化傳感器技術(shù)緒論第一章

典型實(shí)例美國(guó)某大學(xué)傳感器研究發(fā)展中心研制的單片硅多維力傳感器可以同時(shí)測(cè)量3個(gè)線加速度，3個(gè)離心加速度（角速度）和3個(gè)角速度。主要元件是由4個(gè)正確設(shè)計(jì)安裝在一個(gè)基板上的懸臂梁組成的單片硅結(jié)構(gòu)，9個(gè)正確布置在各個(gè)懸臂梁上的壓阻敏感元件。3.多功能化把多個(gè)功能不同的傳感器元件集成在一起，意味著傳感器具有多種參數(shù)的檢測(cè)功能。傳感器技術(shù)緒論第一章

傳感器的發(fā)展4.圖像化一維二維三維5.智能化具有過程數(shù)據(jù)處理功能的智能傳感器；放大信號(hào)，數(shù)字化信號(hào)，實(shí)現(xiàn)線性化；自診斷能力；存儲(chǔ)功能；數(shù)字通信。傳感器技術(shù)緒論第一章課程安排：緒論第一章傳感器的一般特性第二章應(yīng)變式傳感器2.1金屬應(yīng)變片式傳感器2.2壓阻式傳感器實(shí)驗(yàn)：金屬箔式應(yīng)變片三種橋路性能比較第三章電容式傳感器3.1電容式傳感器的工作原理3.2電容式傳感器的測(cè)量電路3.4電容式傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)：電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)傳感器技術(shù)緒論第一章課程安排：第四章電感式傳感器4.1自感式傳感器4.2差動(dòng)變壓器4.3電渦流式傳感器實(shí)驗(yàn)：差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)第五章壓電式傳感器5.1壓電效應(yīng)5.2壓電材料5.3壓電式傳感器的測(cè)量電路5.4壓電式傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)：壓電式傳感器振動(dòng)實(shí)驗(yàn)

傳感器技術(shù)緒論第一章課程安排：第六章數(shù)字式傳感器6.1碼盤式傳感器6.2光柵式傳感器6.3振弦式傳感器第七章熱電式傳感器7.1熱電偶7.2熱電阻7.3集成溫度傳感器7.4

熱敏電阻傳感器技術(shù)緒論第一章課程安排：第八章固態(tài)式傳感器8.1磁敏傳感器8.2光敏傳感器8.3電荷耦合器件8.4氣體傳感器8.5濕度傳感器直流激勵(lì)時(shí)霍爾式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)

第十章智能傳感器10.1智能傳感器的體系結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)10.3網(wǎng)絡(luò)傳感器10.4

多傳感器信息融合第十一章傳感器的標(biāo)定傳感器技術(shù)緒論第一章課程任務(wù)本課程的主要任務(wù)：使學(xué)生掌握各類傳感器的基本理論，掌握幾何量、機(jī)械量以及有關(guān)量測(cè)量中常用的各種傳感器的工作原理、主要性能及其特點(diǎn)；使學(xué)生能合理的選擇和使用傳感器；使學(xué)生掌握常用傳感器的工程設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)研究方法；了解傳感器的發(fā)展動(dòng)向等。傳感器技術(shù)緒論第一章第一章傳感器的一般特性傳感器的特性主要是指輸出與輸入之間的關(guān)系。當(dāng)輸入量為常量，或變化極其緩慢時(shí)，這一關(guān)系就稱為靜態(tài)特性;當(dāng)輸入量隨時(shí)間較快地變化時(shí)，這一關(guān)系就稱為動(dòng)態(tài)特性。傳感器的靜態(tài)特性只是動(dòng)態(tài)特性的一個(gè)特例。傳感器技術(shù)緒論第一章§1-1傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性表示傳感器在被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出輸入關(guān)系。

傳感器輸入輸出作用圖傳感器技術(shù)緒論第一章一、線性度線性度是指測(cè)量裝置輸出、輸入之間保持常值比例關(guān)系的程度。理想的傳感器輸出與輸入呈線性關(guān)系。然而,實(shí)際的傳感器即使在量程范圍內(nèi),輸出與輸入的線性關(guān)系嚴(yán)格來說也是不成立的,總存在一定的非線性。線性度是評(píng)價(jià)非線性程度的參數(shù)。定義：在規(guī)定條件下，傳感器校準(zhǔn)曲線與擬合直線間最大偏差和滿量程輸出值的百分比稱為線性度（也叫非線性誤差，非線性度）。

傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)△YmaxYF·S測(cè)量范圍輸出范圍XY擬合曲線校準(zhǔn)曲線線性度：為最大非線性誤差

在靜態(tài)測(cè)量的情況下，用實(shí)驗(yàn)來確定被測(cè)量的實(shí)際值和測(cè)量裝置示值之間的函數(shù)關(guān)系的過程稱為靜態(tài)校準(zhǔn)，所得到的關(guān)系曲線稱為校準(zhǔn)曲線。在非線性誤差不太大的情況下，總是采用直線擬合的辦法來線性化。校準(zhǔn)直線接近擬合直線的程度就是線性度。傳感器技術(shù)緒論第一章

擬合直線的確定主要有兩種方法：①端基法端基法就是把一條通過測(cè)量范圍的上、下限點(diǎn)的直線，作為擬合直線，通常稱為端基直線。傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)

設(shè)擬合直線方程為：0yyixy=kx+bxi最小二乘擬合法最小二乘法擬合y=kx+b若實(shí)際校準(zhǔn)測(cè)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Δi=yi-(kxi+b)傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)

對(duì)k和b一階偏導(dǎo)數(shù)等于零，求出b和k的表達(dá)式最小二乘法擬合直線的原理就是使為最小值，即傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)k和b代入擬合直線方程，即可得到擬合直線，然后求出殘差的最大值即為最大非線性誤差。即得到k和b的表達(dá)式傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器在靜態(tài)工作條件下，傳感器輸出變化量與引起該變化量的輸入變化量之比稱為靈敏度，也就是單位輸入所產(chǎn)生的輸出。其表達(dá)式為：K=Δy/Δx傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)yx0K=Δy/Δx線性傳感器dydxK=dy/dxyx0非線性傳感器二、靈敏度與靈敏度誤差傳感器技術(shù)緒論第一章γs=(Δk/k)×100%

由于某種原因，會(huì)引起靈敏度變化，產(chǎn)生靈敏度誤差。靈敏度誤差用相對(duì)誤差表示，即

可見，傳感器輸出曲線的斜率就是其靈敏度。對(duì)線性特性的傳感器，其特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)。傳感器靈敏：指其靈敏度高，也指其分辨率高。傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)思考：靈敏度越高越好嗎？傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)測(cè)量上限：傳感器所能測(cè)量的最大被測(cè)量的數(shù)值（Xmax)。測(cè)量下限：傳感器所能測(cè)量的最小被測(cè)量的數(shù)值

(Xmin)。

測(cè)量范圍：測(cè)量下限到上限之間的范圍。如：-50~150量程：測(cè)量上限和測(cè)量下限的代數(shù)差。

量程=Xmax

—Xmin-500c+1500c如：量程=150-（-50）=200三、測(cè)量范圍與量程傳感器技術(shù)緒論第一章

通常，把引起測(cè)量裝置輸出值產(chǎn)生一個(gè)可察覺變化的最小被測(cè)量變化值稱為最小檢測(cè)量(也稱為鑒別閾值、靈敏閾或靈敏限)。它用來描述裝置對(duì)輸入微小變化的響應(yīng)能力（測(cè)微能力）。它往往受噪聲的限制，所以一般用相當(dāng)于噪聲電平(N)的若干倍(C)的被測(cè)量表示，即式中，M為最小檢測(cè)量；

K為傳感器的靈敏度系數(shù)。分辨力是指?jìng)鞲衅饔行У乇鎰e緊密相鄰量值的能力。實(shí)際中，分辨力可用傳感器的輸出值來表示。模擬式傳感器以最小刻度的一半所代表的輸入量表示。數(shù)字式傳感器則以末位顯示字所代表的輸入量表示。

四、最小檢測(cè)量、分辨力傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)(C取1~5)傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)在傳感器輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱為鑒別閾值。它用來描述裝置對(duì)輸入微小變化的響應(yīng)能力，就是引起傳感器輸出值產(chǎn)生一個(gè)可察覺變化的最小被測(cè)量變化值。分辨力用絕對(duì)值表示,用與滿量程的百分?jǐn)?shù)表示時(shí)稱為分辨率（數(shù)字信號(hào)）。x△xy0△y靈敏限靈敏閾死區(qū)傳感器技術(shù)緒論第一章五、遲滯（也稱為滯后或滯差）

理想裝置的輸出、輸入有完全單調(diào)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖中虛線所示。但是實(shí)際裝置在同樣的測(cè)試條件下，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稱為遲滯。遲滯特性如圖所示，它一般是由實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得。遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示,即遲滯特性0YXYFS傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)式中———正反行程間輸出的最大差值，稱為遲滯誤差、回程誤差或滯后誤差。檢測(cè)回程誤差時(shí)，可選擇幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)。對(duì)應(yīng)于每一輸入信號(hào)，傳感器正行程及反行程中輸出信號(hào)差值的最大者即為回程誤差。

傳感器技術(shù)緒論第一章重復(fù)性誤差可用正反行程的最大偏差表示，即YX0⊿Hmax2⊿Hmax1重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎氚赐环较蜻B續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得特性曲線不一致的程度。△Hmax1—正行程的最大重復(fù)性偏差

△Hmax2—反行程的最大重復(fù)性偏差

六、重復(fù)性傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)傳感器技術(shù)緒論第一章與精確度有關(guān)指標(biāo)：精密度、準(zhǔn)確度和精確度(精度)精密度δ：說明測(cè)量傳感器輸出值的分散性，即對(duì)某一穩(wěn)定的被測(cè)量，由同一個(gè)測(cè)量者，用同一個(gè)傳感器，在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)連續(xù)重復(fù)測(cè)量多次，其測(cè)量結(jié)果的分散程度。例如，某測(cè)溫傳感器的精密度為0.5℃。精密度是隨即誤差大小的標(biāo)志，精密度高，意味著隨機(jī)誤差小。注意：精密度高不一定準(zhǔn)確度高。

七、精確度（精度）傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)準(zhǔn)確度ε：說明傳感器輸出值與真值的偏離程度。如,某流量傳感器的準(zhǔn)確度為0.3m3/s，表示該傳感器的輸出值與真值偏離0.3m3/s。準(zhǔn)確度是系統(tǒng)誤差大小的標(biāo)志，準(zhǔn)確度高意味著系統(tǒng)誤差小。同樣，準(zhǔn)確度高不一定精密度高。傳感器技術(shù)緒論第一章精確度τ：是精密度與準(zhǔn)確度兩者的總和，精確度高表示精密度和準(zhǔn)確度都比較高。在最簡(jiǎn)單的情況下，可取兩者的代數(shù)和。常以測(cè)量誤差的相對(duì)值表示。

（a）準(zhǔn)確度高而精密度低（b）準(zhǔn)確度低而精密度高（c）精確高在測(cè)量中我們希望得到精確度高的結(jié)果。

傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)精度等級(jí)A：以一系列標(biāo)準(zhǔn)百分?jǐn)?shù)值（0.001，0.005，0.02，0.05…，1.5，2.5，4.0…）進(jìn)行分檔。

A=（△A/YF.S）*100%A———傳感器的精度△A——測(cè)量范圍內(nèi)允許的最大誤差值YF.S————滿量程輸出例：一臺(tái)精度等級(jí)為0.5級(jí)，量程范圍600~1200℃的溫度傳感器，它最大允許的絕對(duì)誤差是多少？檢驗(yàn)時(shí)某點(diǎn)的最大絕對(duì)誤差是4℃，此表是否合格？傳感器技術(shù)緒論第一章

測(cè)試時(shí)先將傳感器輸出調(diào)至零點(diǎn)或某一特定點(diǎn)，相隔4h、8h或一定的工作次數(shù)后，再讀出輸出值，前后兩次輸出值之差即為穩(wěn)定性誤差。它可用相對(duì)誤差表示,也可用絕對(duì)誤差表示。

傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。

八、穩(wěn)定性傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)在實(shí)際應(yīng)用中，主要通過傳感器的零點(diǎn)漂移、靈敏度漂移、抗干擾穩(wěn)定性等方面來考察傳感器的穩(wěn)定性?？垢蓴_穩(wěn)定性指?jìng)鞲衅鲗?duì)外界干擾的抵抗能力，例如抗沖擊和振動(dòng)的能力、抗潮濕的能力、抗電磁場(chǎng)干擾的能力等。評(píng)價(jià)這些能力比較復(fù)雜，一般也不易給出數(shù)量概念，需要具體問題具體分析。傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)九、漂移漂移是指?jìng)鞲衅髟谕饨绲母蓴_下，輸出量發(fā)生與輸入量無關(guān)的、不需要的變化。

溫度漂移靈敏度漂移漂移時(shí)間漂移零點(diǎn)漂移傳感器技術(shù)緒論第一章

時(shí)間漂移是指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)或靈敏度隨時(shí)間的緩慢變化。溫度漂移是指因環(huán)境溫度的變化而引起的零點(diǎn)或靈敏度的漂移。也就是溫漂表示溫度變化時(shí)，傳感器輸出值的偏離程度。測(cè)試時(shí)先將傳感器至于一定溫度，將其輸出調(diào)至零點(diǎn)或某一特定點(diǎn)，使溫度上升或下降一定的度數(shù)，再讀出輸出值，前后兩次輸出值之差即為溫度穩(wěn)定性誤差。每℃引起的傳感器誤差稱為溫度誤差系數(shù)。漂移傳感器技術(shù)緒論第一章y0:傳感器零點(diǎn)的初始輸出值y0'

:傳感器零點(diǎn)的最大或最小輸出值ty0y,0y01h①、零點(diǎn)時(shí)漂：傳感器一小時(shí)內(nèi)的零點(diǎn)漂移D為：漂移零漂傳感器技術(shù)緒論第一章漂移xy0零漂靈敏度漂移②、零點(diǎn)溫漂：傳感器技術(shù)緒論第一章§1-2傳感器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鬏敵鰧?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。很多傳感器要在動(dòng)態(tài)條件下檢測(cè)，被測(cè)量可能以各種形式隨時(shí)間變化。只要輸入量是時(shí)間的函數(shù)，則輸出量也將是時(shí)間的函數(shù)，二者之間的關(guān)系用動(dòng)態(tài)特性來描述。傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的動(dòng)態(tài)特性一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出將再現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律，即二者具有相同的時(shí)間函數(shù)；而實(shí)際上除了具有理想的比例特性外，輸出信號(hào)不會(huì)與輸入信號(hào)具有相同的時(shí)間函數(shù)，這種輸出與輸入的差異就是所謂的動(dòng)差誤差。傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器動(dòng)特性首選取決于傳感器本身。動(dòng)特性還與被測(cè)量的變化形式有關(guān)。研究動(dòng)態(tài)特性時(shí)需用一種“標(biāo)準(zhǔn)”輸入信號(hào)：正弦周期輸入、階躍輸入和線性輸入，而經(jīng)常使用的是前兩種。對(duì)于正弦輸入信號(hào)，傳感器的響應(yīng)稱為頻率響應(yīng)或穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，對(duì)于階躍輸入信號(hào)，稱為傳感器的階躍響應(yīng)或瞬態(tài)響應(yīng)。傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的動(dòng)態(tài)特性一、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型1、零階傳感器的數(shù)學(xué)模型電位計(jì)（滑線電阻）USRUSCLxxy傳感器技術(shù)緒論第一章動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型彈簧零階系統(tǒng)：輸入輸出滿足零階微分方程的表達(dá)形式。a0y(t)=b0x(t)y(t)=bo/a0*x(t)=kx(t)y(位移)X(拉力)y(t)=kx(t)輸入輸出滿足線性關(guān)系傳感器技術(shù)緒論第一章動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型2、一階傳感器的數(shù)學(xué)模型電容充電(RC電路)

i(t)×R

故有：ERCUCi(t)一階微分方程（一階系統(tǒng)）傳感器技術(shù)緒論第一章動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型3、二階傳感器的數(shù)學(xué)模型質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)RLC振蕩電路

運(yùn)動(dòng)質(zhì)量阻尼系數(shù)彈簧剛度LRCU（t）V（t）傳感器技術(shù)緒論第一章一般情況下，傳感器的數(shù)學(xué)模型可用常系數(shù)線性微分方程表示，即：設(shè)x(t)、y(t)的初始條件為零，對(duì)上式兩邊進(jìn)行拉氏變換，動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型傳感器技術(shù)緒論第一章傳遞函數(shù)及頻率特性二、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及頻率特性傳感器動(dòng)態(tài)特性的研究方法：黑箱法輸入x(t)

y(t)

輸出變換變換系統(tǒng)通過變換后輸入、輸出的關(guān)系來研究系統(tǒng)的特性舉例說明傳感器技術(shù)緒論第一章傳遞函數(shù)及頻率特性eg:

系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后的響應(yīng)各頻率的幅值放大倍數(shù)---幅頻特性各頻率的相角滯后差---相頻特性ω1ω3ω5ω7ω9ω1ω3ω5ω7ω9ωω傳感器技術(shù)緒論第一章傳遞函數(shù)及頻率特性上述情況是穩(wěn)態(tài)下的響應(yīng)情況，對(duì)于任一信號(hào)，都存在瞬態(tài)響應(yīng)過程，即有一過渡過程。若考慮全響應(yīng)則需用傳遞函數(shù)來描述。傳感器技術(shù)緒論第一章傳遞函數(shù)及頻率特性傳遞函數(shù)表示系統(tǒng)本身的傳輸、轉(zhuǎn)換特性,與激勵(lì)及系統(tǒng)的初始狀態(tài)無關(guān)。同一傳遞函數(shù)可能表征著兩個(gè)完全不同的物理（或其他）系統(tǒng),但說明它們有相似的傳遞特性。1、傳遞函數(shù)的定義---初始條件為零時(shí)，輸出與輸入的拉氏變換之比，定義為傳感器的傳遞函數(shù)。W(s)傳感器技術(shù)緒論第一章傳遞函數(shù)及頻率特性2、頻響函數(shù)的定義----初始條件為零時(shí)，輸出與輸入的傅氏變換之比，定義為傳感器的頻率響應(yīng)函數(shù)(頻率特性函數(shù))，或稱頻響函數(shù)，用W（j

）表示。幅頻特性：A（ω）=相頻特性ψ（ω）=傳感器技術(shù)緒論第一章傳遞函數(shù)及頻率特性輸入量X按正弦函數(shù)變化時(shí)，輸出量Y也是同頻率的正弦函數(shù)，其振幅和相位將隨頻率變化而變化。這一性質(zhì)就稱之為頻率特性。輸出量幅值與輸入量幅值之比，稱為動(dòng)態(tài)靈敏度k，它是的函數(shù)，稱為幅頻特性，以A(

)表示。輸出量與輸入量相位之差用表示,它也是的函數(shù)，稱為相頻特性，以(

)表示.傳感器技術(shù)緒論第一章傳遞函數(shù)及頻率特性(1)、零階傳感器微分方程為：y=(bo/ao)x=kxk---靜態(tài)靈敏度上式表明，零階傳感器的輸入量無論隨時(shí)間如何變化，輸出量幅值總是與輸入量成確定的比例關(guān)系，在時(shí)間上也不滯后。例：電位器式傳感器，為零階傳感器3、各階傳感器的傳遞函數(shù)及頻率特性傳感器技術(shù)緒論第一章微分方程為:(2)、一階傳感器傳遞函數(shù)及頻率特性拉氏變換:(

s+1)Y(S)=KX(S)一階傳感器的傳遞函數(shù)為：式中τ＝ａ1／ａ0為時(shí)間常數(shù)；K＝b0／ａo

為系統(tǒng)靈敏度。傳感器技術(shù)緒論第一章

將S=jw代入上式，得一階傳感器的頻率響應(yīng)函數(shù)為：幅頻特性為:相頻特性為:其中負(fù)號(hào)表示輸出信號(hào)滯后于輸入信號(hào)。傳遞函數(shù)及頻率特性傳感器技術(shù)緒論第一章頻率特性有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①一階傳感器是個(gè)低通環(huán)節(jié)，當(dāng)ωτ→∞時(shí)，A(ω)/K→0，且頻率越高，放大倍數(shù)越小，滯后角越大。一階傳感器適用于測(cè)量緩變或低頻的被測(cè)量。傳遞函數(shù)及頻率特性傳感器技術(shù)緒論第一章②時(shí)間常數(shù)τ是反映一階傳感器特性的重要參數(shù)。在ωτ=1處，A(ω)/K為0.707（-3dB），相位滯后450。時(shí)間常數(shù)τ實(shí)際上決定了該裝置適用的頻率范圍。τ越小，響應(yīng)速度越快，頻率響應(yīng)特性越好，適用的頻率范圍越寬。③當(dāng)ωτ≤1

時(shí)：A(ω)/K≈1，輸入與輸出成線性關(guān)系；ψ(ω)很小，且，相位差與頻率成正比，這時(shí)保證了測(cè)試是無失真的，輸出真實(shí)地反映輸入的變化規(guī)律。

傳遞函數(shù)及頻率特性傳感器技術(shù)緒論第一章微分方程為:

改寫為：式中：

------靜態(tài)靈敏度

------系統(tǒng)固有頻率

------系統(tǒng)阻尼比(3)二階傳感器傳遞函數(shù)及頻率特性傳感器技術(shù)緒論第一章拉氏變換：

（S2+2ζω0S+ω02）Y（S）=K

ω02X(S)傳遞函數(shù)：幅頻特性：傳遞函數(shù)及頻率特性傳感器技術(shù)緒論第一章相頻特性：二階傳感器對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)取決于阻尼比ζ和固有頻率ω0，固有頻率越高，傳感器的響應(yīng)速度越快。阻尼比直接影響超調(diào)量和振蕩次數(shù)。傳遞函數(shù)及頻率特性傳感器技術(shù)緒論第一章二階傳感器的幅頻特性曲線傳遞函數(shù)及頻率特性傳感器技術(shù)緒論第一章二階傳感器的相頻特性曲線傳遞函數(shù)及頻率特性傳感器技術(shù)緒論第一章二階傳感器的頻率特性：①低通環(huán)節(jié)：ω/ω0→∞時(shí)，A(ω)→0；②ω/ω0=1時(shí)，傳感器出現(xiàn)共振現(xiàn)象，ζ越小，

共振峰越高；③重點(diǎn)關(guān)注ζ=0.707時(shí)的曲線：是不產(chǎn)生共振的臨界值；幅頻特性曲線水平段最長(zhǎng)，不產(chǎn)生幅頻失真；相頻特性曲線接近于一條斜直線，不產(chǎn)生相頻失真。特性最好，故ζ=0.7

稱為最佳阻尼比

傳遞函數(shù)及頻率特性傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)三、傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及其動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)目的：了解各階傳感器對(duì)動(dòng)態(tài)輸入信號(hào)的輸出（響應(yīng)），及用實(shí)驗(yàn)的方法求得各階傳感器的特性參數(shù)。主要方法：頻率響應(yīng)法和階躍響應(yīng)法

對(duì)傳感器突然加載或突然卸載，即屬于階躍輸入，這種輸入方式既簡(jiǎn)單易行，又能充分揭示傳感器的動(dòng)態(tài)特性，故常常采用。傳感器技術(shù)緒論第一章階躍響應(yīng)法：輸入x(t)輸出y(t)

階躍信號(hào)響應(yīng)X(t)=0t<01t≥0tx01系統(tǒng)單位階躍信號(hào)為：傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)利用輸入的x(t),通過研究響應(yīng)和輸入的關(guān)系來判斷是幾階系統(tǒng)以及具體的特性參數(shù)。傳感器技術(shù)緒論第一章(1)、零階傳感器的階躍響應(yīng)

y(t)=kx(t)傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)傳感器技術(shù)緒論第一章傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)(2)一階傳感器的階躍響應(yīng)微分方程：求解得：當(dāng)t=τ時(shí)：y(t)=0.632kx(t)∴當(dāng)響應(yīng)曲線達(dá)到終值的63.2%所經(jīng)歷的時(shí)間就是時(shí)間常數(shù)τ。0tx(t)1一階傳感器的單位階躍響應(yīng)曲線0.632法k傳感器技術(shù)緒論第一章

思考題：用秒