传感器第1章-bdx
合集下载
第一章 传感器的基本知识
——适合于根据被测量选择相对应的传感器。
3. 传感器的分类（三种方法--2）
②按工作原理（转换原理）分类 如电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、 磁电式传感器、压电传感器……
——能够从基本原理上归纳传感器的共性和特性。
3. 传感器的分类（三种方法--3）
③按能量的传递方式分类 将非电量转换成电量的转换元件均可分为两类
2．传感器的作用
l ）信息的收集 2）信息数据的转换 3）控制信息的采集
3. 传感器的结构类型
任务 ：①将被测量——转换——为特定的非电量 （如应变、位移等）；
②将非电量——转换——为电参数 （电阻、电感、电容、电势等）；
③将电参数——变换——为电量 （电压或电流）。
构成：①敏感元件——完成任务① ； ②转换元件——完成任务② ； ③测量电路——完成任务③ 。
描述拟合误差的大小用线性度来表示：
线性度
式中 ——最大非线性误差； ——传感器的满量程输出值平均值。
但是不同的拟合方法得到的线性度不同。
1）理论线性度（绝对线性度）：
拟合直线：
2）端基线性度：
拟合直线： a0——被测量为零时的传感器输出值。
3）平均选点线性度： 拟合直线：
4）独立线性度：
此时线性度计算公式应改写为： 独立线性度：
——有源元件和无源元件。
二、测量误差
有关测量技术中的部分名词:
(1)等精度测量。在同一条件下所进行的一系列重复测 量称为等精度测量。
(2)非等精度测量。在多次测量中，如．对测量结果 精确度有影响的一切条件不能完全维持不变称为非等 精度测量。
(3)真值。被测量本身所具有的真正值称之为真值。 量的真值是一个理想的概念，一般是不知道的。但在 某些特定情况下，真值又是可知的，如一个整圆周角 为360。等。
3. 传感器的分类（三种方法--2）
②按工作原理（转换原理）分类 如电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、 磁电式传感器、压电传感器……
——能够从基本原理上归纳传感器的共性和特性。
3. 传感器的分类（三种方法--3）
③按能量的传递方式分类 将非电量转换成电量的转换元件均可分为两类
2．传感器的作用
l ）信息的收集 2）信息数据的转换 3）控制信息的采集
3. 传感器的结构类型
任务 ：①将被测量——转换——为特定的非电量 （如应变、位移等）；
②将非电量——转换——为电参数 （电阻、电感、电容、电势等）；
③将电参数——变换——为电量 （电压或电流）。
构成：①敏感元件——完成任务① ； ②转换元件——完成任务② ； ③测量电路——完成任务③ 。
描述拟合误差的大小用线性度来表示：
线性度
式中 ——最大非线性误差； ——传感器的满量程输出值平均值。
但是不同的拟合方法得到的线性度不同。
1）理论线性度（绝对线性度）：
拟合直线：
2）端基线性度：
拟合直线： a0——被测量为零时的传感器输出值。
3）平均选点线性度： 拟合直线：
4）独立线性度：
此时线性度计算公式应改写为： 独立线性度：
——有源元件和无源元件。
二、测量误差
有关测量技术中的部分名词:
(1)等精度测量。在同一条件下所进行的一系列重复测 量称为等精度测量。
(2)非等精度测量。在多次测量中，如．对测量结果 精确度有影响的一切条件不能完全维持不变称为非等 精度测量。
(3)真值。被测量本身所具有的真正值称之为真值。 量的真值是一个理想的概念，一般是不知道的。但在 某些特定情况下，真值又是可知的，如一个整圆周角 为360。等。
传感器第一章课件
优点：偏差式测量法简单、迅速；
缺点：由于是间接与标准量进行比较，测量结 果精度较低。
零位式测量法：又称补偿式测量或平衡式测量， 测量过程中，用指零仪表的零位指示测量系统的 平衡状态，在测量系统达到平衡时，用已知的基 准量决定未知量。用此方法进行测量时，标准量 具设置在仪表内，在测量过程中标准量直接与被 测量相比较；测量时，要调整标准量，即进行平 衡操作，一直到被测量与标准量相等，即指零仪 回零。
按测量系统是否向被测对象施加能量分类：主动 式测量、被动式测量；
按被测量是否是在生产进行的实际过程中被测分 类：在线测量、离线测量。
1.2.1 直接测量、间接测量、联立测量
直接测量：在使用测量仪表进行测量时，对仪表读 数不需经过任何运算，就能直接得到测量结果。
优点：测量过程简单而迅速，
缺点：难以达到较高测量精度。直接测量方法在 工程实践中被广泛应用。
图1-9 重复性的概念
重复性则可定义为此随机误差在一定置信概率 下的极限值，以满量程输出的百分比来表示：
R= (2 ~ 3)S 100%
ymax ymin
样本标准偏差的求法有多种，贝塞尔(Bessel) 公式是比较常用的方法。为求第i个测量点的
标准偏差Si，可以用下列
100 00
绝对线性度的参考直线是事先确定好的，反映的 是一种线性精度。
（2）端基线性度
端基线性度的拟合直线最为简单，但精度不高。 端基线性度定义为传感器实际平均输出特性曲线
对端基直线的最大偏差，以传感器满量程输出的
百分比来表示。
Lte
yte,max yte,max yte,min
100 00
检测：包含了测量与检验两方面的内容。
自动检测：在自动化领域中，需要对某些重要 参数进行实时、自动的测量、检验。这类无需 人手工操作而自动完成的检测。
缺点：由于是间接与标准量进行比较，测量结 果精度较低。
零位式测量法：又称补偿式测量或平衡式测量， 测量过程中，用指零仪表的零位指示测量系统的 平衡状态，在测量系统达到平衡时，用已知的基 准量决定未知量。用此方法进行测量时，标准量 具设置在仪表内，在测量过程中标准量直接与被 测量相比较；测量时，要调整标准量，即进行平 衡操作，一直到被测量与标准量相等，即指零仪 回零。
按测量系统是否向被测对象施加能量分类：主动 式测量、被动式测量；
按被测量是否是在生产进行的实际过程中被测分 类：在线测量、离线测量。
1.2.1 直接测量、间接测量、联立测量
直接测量：在使用测量仪表进行测量时，对仪表读 数不需经过任何运算，就能直接得到测量结果。
优点：测量过程简单而迅速，
缺点：难以达到较高测量精度。直接测量方法在 工程实践中被广泛应用。
图1-9 重复性的概念
重复性则可定义为此随机误差在一定置信概率 下的极限值，以满量程输出的百分比来表示：
R= (2 ~ 3)S 100%
ymax ymin
样本标准偏差的求法有多种，贝塞尔(Bessel) 公式是比较常用的方法。为求第i个测量点的
标准偏差Si，可以用下列
100 00
绝对线性度的参考直线是事先确定好的，反映的 是一种线性精度。
（2）端基线性度
端基线性度的拟合直线最为简单，但精度不高。 端基线性度定义为传感器实际平均输出特性曲线
对端基直线的最大偏差，以传感器满量程输出的
百分比来表示。
Lte
yte,max yte,max yte,min
100 00
检测：包含了测量与检验两方面的内容。
自动检测：在自动化领域中，需要对某些重要 参数进行实时、自动的测量、检验。这类无需 人手工操作而自动完成的检测。
《传感器》第1章 传感器的基本概念
19
第1章 传感器的基本概念
5、医学
医用传感器：
人体内部温度、 血液、呼吸流量、 肿瘤、心音、腔内压 力、心脑电波等检测、 化验。
6、航空及航天
飞行器在预定轨道上速度、加速度、飞 行距离、高度、陀螺仪、阳光、星光、地磁、 周围环境、内部设备监控、本身状态、气压 等的检测。
20
第1章 传感器的基本概念
7、环境保护、环境监测、现代农业、智能家居
智能温室
农牧业
21
第1章 传感器的基本概念
智能家居
22
第1章 传感器的基本概念
8、遥感技术
飞机及航天飞行器：近 紫外线、可见光、远红 外线、微波传感器等。
微波 红外接收传感器
地面
红外线分布差异 矿藏埋藏地区
船舶：超声波传感器。
秘鲁两大型露天铜矿遥感影像
23
处电测控控系 人电机
污
利利能建 金
理话试制制统
器
染
用用利筑 融
用
10
第1章 传感器的基本概念
1、自动检测与自动控制系统
石油、化工、电力、钢铁、机械等加工 工业。
例：化工产品自动生产过程：
进料 自动称重
自动称重 分装计数
成品
按比例混合 反应容器内
液体
测定容器中的压力体积 自动控制容器液位
自动控制传输速度
第1章 传感器的基本概念
第1章 传感器的基本概念
➢ 什么是传感器和传感器技术
➢ 传感器与传感器技术的作用和地位 ➢ 传感器应用领域 ➢ 传感器的定义和组成 ➢ 传感器分类 ➢ 传感器技术的特点 ➢ 传感器的需求、水平、现状 ➢ 传感器与传感器技术发展趋势 ➢ 传感器的一般特性
第1章 传感器的基本概念
5、医学
医用传感器：
人体内部温度、 血液、呼吸流量、 肿瘤、心音、腔内压 力、心脑电波等检测、 化验。
6、航空及航天
飞行器在预定轨道上速度、加速度、飞 行距离、高度、陀螺仪、阳光、星光、地磁、 周围环境、内部设备监控、本身状态、气压 等的检测。
20
第1章 传感器的基本概念
7、环境保护、环境监测、现代农业、智能家居
智能温室
农牧业
21
第1章 传感器的基本概念
智能家居
22
第1章 传感器的基本概念
8、遥感技术
飞机及航天飞行器：近 紫外线、可见光、远红 外线、微波传感器等。
微波 红外接收传感器
地面
红外线分布差异 矿藏埋藏地区
船舶：超声波传感器。
秘鲁两大型露天铜矿遥感影像
23
处电测控控系 人电机
污
利利能建 金
理话试制制统
器
染
用用利筑 融
用
10
第1章 传感器的基本概念
1、自动检测与自动控制系统
石油、化工、电力、钢铁、机械等加工 工业。
例：化工产品自动生产过程：
进料 自动称重
自动称重 分装计数
成品
按比例混合 反应容器内
液体
测定容器中的压力体积 自动控制容器液位
自动控制传输速度
第1章 传感器的基本概念
第1章 传感器的基本概念
➢ 什么是传感器和传感器技术
➢ 传感器与传感器技术的作用和地位 ➢ 传感器应用领域 ➢ 传感器的定义和组成 ➢ 传感器分类 ➢ 传感器技术的特点 ➢ 传感器的需求、水平、现状 ➢ 传感器与传感器技术发展趋势 ➢ 传感器的一般特性
第1章传感器的基本概念
对线性传感器，其灵敏度就是它的静态特性的斜率：
非线性传感器灵敏度是一个变量，只能表示传感器在某一工作点的灵敏度。
ห้องสมุดไป่ตู้
3.重复性： 输入量按同一方向作全程多次测试时，所得特性曲线不一致的程度。
图1-5 重复性
y
x
0
max2
max1
4.迟滞（回差滞环）现象： 表明传感器在 正向行程和反 向行程期间， 输出-输入特性 曲线不重合的 程度。
第一节 传感器的定义与组成
将被测非电量信号转换为与之有确定对应关系电量输出的器件或装置叫做传感器，也叫变换器、换能器或探测器。
一、传感器的定义
*
*
二、 传感器的组成
敏感元件
辅助电路
转换元件
被测 非电量
有用 非电量
有 用 电 量
信号调节 电路
电 量
在整个测量范围内产生的最大滞环误差用∆m表示，它与满量程输出值的比值称最大滞环率：
5．分辨率与阈值 ：传感器在规定的范围所能检测输入量的最小变化量。 阈值是使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的分辨力。
6．稳定性：在室温条件下，经过相当长的时间间隔， 传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。
max—输出量与输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差 yFS—输出满量程值
（1） （2） （3）
三种形式所呈现的非线性程度
图1-3 三种特殊形式的特性曲线
*
2.灵敏度：在稳态下输出增量与输入增量的比值：
7．漂移：在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。 漂移包括零点漂移和灵敏度漂移 。 零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。
非线性传感器灵敏度是一个变量，只能表示传感器在某一工作点的灵敏度。
ห้องสมุดไป่ตู้
3.重复性： 输入量按同一方向作全程多次测试时，所得特性曲线不一致的程度。
图1-5 重复性
y
x
0
max2
max1
4.迟滞（回差滞环）现象： 表明传感器在 正向行程和反 向行程期间， 输出-输入特性 曲线不重合的 程度。
第一节 传感器的定义与组成
将被测非电量信号转换为与之有确定对应关系电量输出的器件或装置叫做传感器，也叫变换器、换能器或探测器。
一、传感器的定义
*
*
二、 传感器的组成
敏感元件
辅助电路
转换元件
被测 非电量
有用 非电量
有 用 电 量
信号调节 电路
电 量
在整个测量范围内产生的最大滞环误差用∆m表示，它与满量程输出值的比值称最大滞环率：
5．分辨率与阈值 ：传感器在规定的范围所能检测输入量的最小变化量。 阈值是使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的分辨力。
6．稳定性：在室温条件下，经过相当长的时间间隔， 传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。
max—输出量与输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差 yFS—输出满量程值
（1） （2） （3）
三种形式所呈现的非线性程度
图1-3 三种特殊形式的特性曲线
*
2.灵敏度：在稳态下输出增量与输入增量的比值：
7．漂移：在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。 漂移包括零点漂移和灵敏度漂移 。 零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。
传感器英文课件第1章-basic knowledge
Transducers, Sensors, and Actuators
Transducer: converts a signal from one physical form to a corresponding signal having a different physical form “energy converter” (mechanical, thermal, magnetic, electric, chemical, and radiation) Sensor: offering an electric output A sensor may not be a transducer. modifier Input transducers (physical signal/electric signal) are termed sensors, or detectors for radiation, output transducers (electric signal/display or actuation) are termed actuators or effectors.
–
–
12
1.4 Static aracteristics of Measurement Systems
Accuracy, Precision, and Sensitivity
Accuracy is the quality that characterizes the capacity of a measuring instrument for giving results close to the true value of the measured quantity. Sensor accuracy is determined through static calibration. It consists of keeping constant all sensor inputs, except the one to be studied. Error: Any discrepancy between the true value for the measured quantity and the instrument reading. Absolute error: the difference between measurement result and the true value.
传感器第一章基本知识优秀课件
输出的变化量 输入的变化量=传递函数
三、分辨率与分辨力
能够检测到的被测
量的最小值，即分
R xmin *10% 0 辨力 xmaxxmin
分辨率
测量范围
四、迟滞（滞环）
y
y (c) i
m y(f)
i
x
t
yi(c)yi(f) yFS
max10% 0m10% 0 yFS
五、重复性zΒιβλιοθήκη (2~ 3) y FS
n 1
y01 y1K 2K 3K 4K n y1 K i 1 i 1
n 1
y01 y1K 2K 3K 4K n y1 K i 1
i 1
同理： y 02
y2K 3K 4K 5 K n
n 1
y2 K i1
i2
n 1
y 03 y 3 K 4 K 5 K 6 K n y 3 K i 1
测量时所产生的附加误差。
§1-3测量系统的静态特性
静态特性：表示测量仪表在被测量处于稳定 状态时的输出-输入关系。
衡量测量仪表静态特性的性能指标是： 线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性、量程
一、线性度(非线性误差) f YFmS10% 0曲线 仪与 表直 满线 量的 程 最 10％ 大 0 偏
n
KOK1K2Kn Ki i1
每个环节误差对总误差的影响（绝对误差） ：
假定各个环节的误差为：△y1, △y2，… △yn
则：
y01 y1 ,
y0
y1
y01
y1
y0 y1
（1－19）
第1个环节的误差对系统 第1个环节的误差 的产生的影响
代入上式：
y yo 1y y1 2y y2 3y y3 4..y y n .o 1K 2K 3K 4..K .n（1－20）
传感器完整版ppt课件全套电子教案整套教学教程(最新) - 副本
1.3 传感器的基本误差
(2)按误差出现的规律分类 ①系统误差—指误差的数值是一个常数或按一定规律变化
的值。它又可分为恒值误差和变值误差。 ②随机误差—由于偶然因素的影响而引起的，其数值大小
和正负号不定，而且难以估计。但是总体仍服从一定统计规 律，它不能通过实验方法加以消除，但能运用统计处理方法 减少其影响。随机误差表现了测量结果的分散性。在误差理 论中常用精密度来表征随机误差的大小。随机误差愈小，精 密度愈高。 ③粗大误差—指在一定的条件下测量结果显著地偏离其实 际值时所对应的误差。从性质上看，粗大误差并不是单独的 类别，它本身既具有系统误差的性质，也可能具有随机误差 的性质，只不过在一定测量条件下其绝对值特别大而已。
第1章 传感器的定义与分类
1.1 传感器的定义与分类 1.2 传感器的基本特性 1.3 传感器的基本误差 1.4 传感器中的弹性敏感元件
1.1传感器的定义与分类
1.1.1 传感器的定义
国家标准GB7665-1987对传感器下的定义是:“能感 受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或 装置，通常由敏感元件和转换元件组成。”
上一页 下一页 返回
1.3 传感器的基本误差
②附加误差—当使用条件偏离规定标准条件时，除基本误 差外还会产生附加误差，例如由于温度超过标准引起的温度 附加误差、电源附加误差以及频率附加误差等。这些附加误 差在使用时会叠加到基本误差上去。
1.3.2 仪表精度与测量精度
1.仪表精度与测量精度的关系 仪表精度一般分为七个等级，实际上就是取最大满度(引
上一页 下一页 返回
1.4 传感器中的弹牲敏感元件
(2)环状弹性敏感元件环状弹性敏感元件多做成等截面圆 环，如图1-8(a),(b)所示，圆环有较高的灵敏度，因而它 多用于测量较小的力。圆环的缺点是加工困难，环的各个部 位的应变及应力都不相等。
传感器的概述精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版第一章 传感器的概述1.传感器的定义能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置叫做传感器。
2.传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量（位移、速度、加速度、力等）转换成 电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。
3.传感器的组成：传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、辅助电源组成。
传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。
第二章 传感器的基本特性1.传感器的基本特性：静态特性、动态特性。
2.衡量传感器静态特性的主要指标有：线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞 、重复性 、漂移。
3.迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。
4.产生漂移的原因：①传感器自身结构参数老化；②测试过程中环境发生变化。
5.例题：1．用某一阶环节传感器测量100Hz 的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz 的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？ 解：一阶传感器的频率响应特性： 幅频特性：2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216Hz 处，并得到最大福祉比为1.4比1，试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。
1)(1)(+=ωτωj j H )(11)(ωτω+=A srad f n n /135********.014.121)(A )(4)(1)(A n max n 21222=⨯=======⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-ππωωξξωωωωωξωωω所以，时共振，则当解：二阶系统3.玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。
现已知某玻璃水银温度计特性的微分方程是x y dtdy310224-⨯=+ ，y 代表水银柱的高度，x 代表输入温度（℃）。
求该温度计的时间常数及灵敏度。
解：原微分方程等价于：x y dt dy3102-=+所以：时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3第三章 电阻式传感1.应变式电阻传感器的特点： 1）优点：①结构简单，尺寸小，质量小，使用方便，性能稳定可靠；②分辨力高，能测出极微小的应变；③灵敏度 高，测量范围广，测量速度快，适合静、动态测量；④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测；⑤价格便宜，品种多样，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量多种物理量。
传感器第一章课件
转换原理 式 被测量 传感器
例如：100mm应变计式位移传感器
100─160dB电容式声压传感器
示例：“100mm应变计式位移传感器”； “100─160dB电容式声压传感器”。
在实际运用中，可根据产品具体情况省略任何一 级修饰语。但国家标准规定，传感器作为商品出 售时，第一级修饰语不得省略。
灵敏度：表示传感器输出量的增量与相应的输入 量增量之比。在静态输出输入特性曲线上各点的 斜率，可用下式表示：
S
lixm 0
y x
dy dx
非线性传感器各处的灵敏度是不相同的。对于线 性传感器，灵敏度则为：
S y y0 x x0
一般，人们希望传感器的灵敏度在整个测量范围 内保持恒定。灵敏度是一个有单位的量。当我们 讨论某一传感器的灵敏度时，必须确切地说明它 的单位。
i1
i1
以最小二乘直线作理论直线的特点是各校准点上 的偏差的平方之和最小。
5 迟滞(hysteresis)
迟滞：对于某一输入量，传感器在正行程时的 输出量明显地、有规律地不同于其在反行程时 在同一输入量下的输出量。
迟滞可用传感器正行程和反行程平均校准特性 之间的最大差值，以满量程输出的百分比来表 示：
4 线性度(linearity) 衡量线性传感器线性特性好坏的指标为线性度。
随参考直线的引法不同，线性度主要有下面几种。 （1）绝对线性度 又称理论线性度，是传感器的实际平均输出特性
曲线对在其量程内事先规定好的理论直线的最大 偏差，以传感器满量程输出的百分比来表示：
Labyab,m ayxa b,m yaaxb,min10000
1.1.1 自动检测技术在自动化专业中的地位
传感器课件第讲
传感元件： 电容传感器
有用电量：
2021/2/21
电容量C
绝缘材料 定极板 动极板
37
能量角度
自源型 带激励源型 外源型
能量转换型 有源型
有源
能量控制型 无源型
（1）自源型
特点：不需要外能源，
输入 转换元件 输出
输出电量较弱
例：热电偶传感器
①
T
A ② T’
B
温度场的能量（热量）
电量
2021/2/21
四层含义：
（1）传感器是一种测量器件或装置
发电机是不是传感器？
（2）“规定的被测量”：非电量 电量
物理量 化学量 生物量
2021/2/21
29
能感受规定的被测量并按照一定规律转 换成可用输出信号的器件或装置。
（3）“可用输出信号” 把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系
的电量输出的器件或装置。—— 非电量电测技术
敏感元件：感受被测量并输出与之成确定关系的其它量 的元件，如膜片和波纹管，可把被测压力变成位移量。
传感元件：又称转换元件。可直接感受被测量（非电量） 而输出与之成确定关系的电量，如热电偶。传感元件也 可以不直接感受被测量，而只感受与被测量成确定关系 的其它非电量。例如差动变压器式压力传感器，并不直 接感受压力，而只是感受与被测压力成确定关系的衔铁 位移量，然后输出电量。
15
7、传感器与环境保护 环境监测仪器
2021/2/21
16
湿度传感器
温湿度、露点探头、CO2 探头、大气压力传感器
2021/2/21
湿度传感器
17
8、传感器与遥感技术
飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、 远红外线、微波
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
A A1 A2
1.2.6 冲击响应函数
H(s)=Y(s)/X(s)，若选择一激励x(t)，使 L[x(t)]=X(s)=1，则H(s)=Y(s)，理想! 这就很自然 的想到了单位冲击函数，即δ函数 δ函数的拉氏变换为 s L t t e st dt e st 由此可得 Ys H(s) Ys s 取其逆拉氏变换，则有
1.2.5 频率响应函数(频率特性)(frequency response) 对于稳定的常系数线性系统，在初始条件为 零的情况下，频率响应函数(频率特性)为 Y j H j X j
Y ( j) y(t )e jt dt 式中， 0 —y(t)的傅氏变换；
X ( j ) x(t )e dt 0 —x(t)的傅氏变换。
• 当a0=0时，静态特性分为： (1)理想线性：y=a1x (2)具有偶次项非线性：y=a1x+a2x2+a4x4+… 线性范围很窄。 (3)具有奇次项非线性：y=a1x+a3x3+a5x5+… 在原点附近较大范围内具有较宽的准线性。 (4)普遍情况：y=a1x+a2x2+a3x3+a4x4+…
1.2.3 传感器的数学模型（微分方程） • 工程实用的传感器是线性定常系统，其数 学模型为高阶常系数线性微分方程
dn y d n 1 y dy a n n a n 1 n 1 a 1 a0y dt dt dt dmx d m 1 x dx b m m b m 1 m 1 b1 b0x dt dt dt
• 由两个频率响应分别为H1(j)和H2(j)的常 系数线性系统串接而成的总系统，如果后 一系统对前一系统没有影响，那么描述整 个系统的频率响应H(j)和幅频特性A()、 相频特性()为
H j H 1 j H 2 j
1 2
式中， Ys Lyt yt e st dt 0 —y(t)的拉氏变换； Xs Lxt xt e st dt 0 —x(t)的拉氏变换； • s=+j是复变量，且0。 • H(s)确定后，对于任意激励 x(t)→X(s)→Y(s)=H(s)X(s)→L1[Y(s)]=y(t) 。
• 传感器偏离规定的正常工作条件还存在附 加误差，实际测量时应考虑。 • 漂移(drift) ：指在一定时间间隔内，传感器 输出量存在着与被测输入量无关的、不需 要的变化。可分为时间漂移和温度漂移。
1.2 传感器的动态特性(dynamic characteristics)
• 动态特性是指传感器对于随时间变化的输入 信号x(t)的响应特性，y(t)=fx(t)。 • 是传感器的输出值能够真实地再现随时间变 化着的输入量能力的反映。 • 由其本身的固有属性所决定。 • 理想传感器： y(t)与x(t)的时间函数表达式 相同； • 实际传感器： y(t)与x(t)的时间函数在一定 范围、条件下基本保持一致。
传感器非线性特性的线性化
• 非线性误差(线性度)：实际静态特性曲线与 拟合直线之间的偏差。
max L 100 % y FS
式中，L—非线性误差（线性度）；max— 最大非线性绝对误差；yF▪S—满量程输出 (测量上限-测量下限)。 （F▪S — full scale）
1.1.2 灵敏度
传感器系统
研究传感器的基本特性的意义： 测量：传感器作为测量系统，由输出y和基 本特性可推求出输入x。 传感器的研究、设计与系统建立。 传感器系统的基本特性分为： 静态特性：输入信号x(t)不随时间变化， y=f(x)。 动态特性：输入信号x(t)随时间变化， y(t)=f[x(t)]。
1.2.1 动态参数测试的特殊问题
• 一个动态特性好的传感器，其输出y(t)随时 间变化的规律将能同时再现输入x(t)随时间 变化的规律，即y(t)与x(t)具有相同的时间 函数。但实际上，输出信号不会与输入信 号具有完全相同的时间函数，这种输出与 输入间的差异就是动态误差(dynamic error)。
动态测试实例：
动 误 态 差
测 曲 试 线
热电偶测温过程曲线
• 热电偶测阶跃变化温度 • 被测温度t0时刻从T0升高 到T，但热电偶指示温度 值要历经时间从t0到t的过 程，才能从T0升高到T。 在这过渡过程中，热点偶 的实际测试曲线与被测温 度的实际变化曲线始终存 在差异，这个差值就是动 态误差。 • 传感器动态特性研究，就 是从测量误差角度分析传 感器产生动态误差的原因 (固有特性)及其改善措施。
1.2.2 研究传感器动态特性的方法及其指标 • 动态特性用数学模型来描述，对于连续时 间系统，可以从时域中的微分方程、复频 域中的传递函数H(s)、频率域中的频率特性 H(j)几个方面采用瞬态响应法和频率响应 法来分析。 • 动态特性好的传感器暂态响应时间很短或 者频率响应范围很宽。 • 输入信号种类很多，在时域中主要研究阶 跃、脉冲、斜坡信号，在频域中主要研究 正弦信号。
传感器的静态特性
• 实现非线性的线性化： 静态特性曲线可用实际测试获得。实际中为了标定和数 据处理的方便，希望得到线性关系，采用各种方法如计 算机硬件或软件补偿法等进行线性化处理比较复杂。但 在线性误差不太大的情况下，可以用切线或割线(即拟 合直线)来近似地代替实际的静态特性曲线的某一段， 使传感器静态特性近于线性。 • 拟合方法包括端点拟合、过零旋转拟合、端点平移拟合 及最小二乘法拟合等。
第一章 传感器的一般特性
(generalities )
• • • • 1· 传感器的静态特性 1 1· 传感器的动态特性 2 1· 传感器动态特性分析 3 1· 传感器无失真测试条件 4
传感器系统的基本特性是指系统的输出— 输入关系特性，即系统输出信号y(t)与输入 信号x(t)之间的关系。 传感器的基本特性虽然是外部特性，但由 其内部结构参数决定。
1 1
0, t 0 t 1, t 0
t 0
1
h t L Hs L Ys y t
1.1.1 线性度(非线性误差)
传感器的线性度(linearity)是指传感器的输出与输 入之间的线性程度。 理想输出—输入线性特性传感器系统的优点： 简化传感器理论分析和设计计算 方便传感器的标定和数据处理 显示仪表刻度均匀，易于制作、安装、调试，提 高测量精度 避免非线性补偿环节
• 实际传感器输出—输入特性一般为非线性， 静态特性可由下列多项式方程表示： y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anxn 式中，x—被测物理量；y－输出量；a0－零 位输出，零点漂移(在没有输入情况下的输 出)；a1－线性系数，传感器线性灵敏度， 常用K表示；a2、a3、…、an－非线性系数。 • 线性项：a0+a1x • 非线性项：a2x2+a3x3+…+anxn
• 灵敏度(sensitivity)是指传感器在稳态下的输出变
化与输入变化的比值。
Sn 输出量的变化量 dy 输入量的变化量 dx
• 对于线性传感器，Sn=y/x=K
灵敏度定义（a）线性传感器（b）非线性传感器
1.1.3 分辨率和分辩力 • 分辨率和分辩力(resolution)都是表示传感 器能检测被测量的最小值的性能指标。即 传感器能检测到的最小的输入增量。 • 分辨率是以满量程的百分数来表示，无量 纲；分辩力是以最小量程的单位值来表示， 有量纲。 • 阈值(threshold)：当一个传感器的输入从 零开始极缓慢地增加，只有在达到了某一 最小值后，才测得出输出变化，这个最小 值就称为传感器的阈值。事实上阈值是传 感器在零点附近的分辨力。 ☆
微分 方程
传递函 数H(s)
频率特 性H
传感器的输出—输入关系（a）时域 （b）复频域 （c）频域
瞬态响应法—采用阶跃输入信号研究传感器时域动态 特性时，用其输出信号y(t)的变化曲线来表示。 • y(t)为过渡函数，y(∞)为输入阶跃信号。 • 上升时间tr：传感器输出指示值从最终稳定值的 5%(或10%)变到最终稳定值的95%(或90%)所需要的 时间。 • 响应时间ts：从输入量开始起作用到输出指示值进入 最终稳定值所规定的范围内所需要的时间。最终稳 定值的规定范围常取传感器允许误差值。 • 超调量ymax：指输出第一次达到稳定值后又超出稳定 值y(∞) 而出现的最大偏差，常用百分比p来表示。
1· 传感器的静态特性 (static characteristics) 1 • 传感器在稳态信号(x(t)=常数)作用下，其输 出—输入关系称为静态特性，y=f(x)。 • 传感器静态特性指标包括线性度，灵敏度， 分辨率(力)，迟滞，重复性，精度，量程等。
传感器输入输出作用图 其中误差因数就是衡量传感器静态特性的主要技术指标。
y max y P 100 % y
二阶传感器阶跃响应(Step response)特性
• 衰减度：描述瞬态过程中振荡幅值衰减的 速度。
y m y1 ym
式中，y1为出现ymax一个周期后的y(t)值。如 果y1ymax，则ψ1，表明衰减很快，该系 统很稳定，振荡很快停止。 频率响应法—采用正弦输入信号研究传感 器频域动态特性时，用幅频特性和相频特 性来描述传感器的动态特性，重要指标是 频带宽度(带宽)。
• 频率保持性：若输入为x(t)=Asint，则输 出为y(t)=B()sin[t+()]。频率保持不 变，只是幅度变为B()，相位落后()。
1.2.4 传递函数H(s) (transfer function)
在初始条件为零时，传感器系统的传递函数为x—输入量；y－输出量；t－时间；a0， a1，…，an和b0，b1，…，bn—系数（由传感器 的结构参数决定）。
线性定常系统的两个基本特性：