最新传感器技术基础课件重点
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传感器技术基础ppt课件
精选ppt课件
2
人机系统的机能对应关系
人体系统
外
感官
人脑
肢体
界
信
息
传感器
计算机
执行器
“机电五官” 机 器 系 统
Sensor、Transducer
精选ppt课件
3
五官与传感器
精选ppt课件
4
4
性能凌驾于人的感官之上：
（1）测量人体无法感知的量 （2）恶劣环境下工作 （3）测量范围宽、精确高、可靠性好
麦克风:电容传声器
声卡:A/D卡 + D/A卡 软驱:速度,位置伺服
精选ppt课件
34
5）传感检测技术在汽车中的应用日新月异
汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容 普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。
发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等
是将各种非电量按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物 理量的装置
①传感器是测量装置，能完成检测任务； ②输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等； ③输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、
光、电物理量，主要是电物理量； ④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。
精选ppt课件
26
在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位….
精选ppt课件
27
精选ppt课件
28
楼宇控制与安全防护
为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生
活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和
(2024年)智能传感器PPT课件
2024/3/26
8
信号调理电路
信号调理电路定义
指将敏感元件输出的微弱信号进 行放大、滤波、转换等处理，以 便于后续电路或系统处理的电路
。
2024/3/26
信号调理电路功能
包括放大、滤波、隔离、转换等， 以提高信号的信噪比和抗干扰能力 ，保证信号的稳定性和可靠性。
信号调理电路类型
根据具体需求，可采用运算放大器 、仪表放大器、隔离放大器、滤波 器、模数转换器等不同类型的电路 。
接口技术标准
常见的接口标准包括I2C、SPI、UART等，这些标 准定义了数据传输的格式、速率、时序等参数， 以确保数据的可靠传输和设备的互操作性。
10
03
典型智能传感器介绍
2024/3/26
11
温度智能传感器
01
02
03
工作原理
利用物质随温度变化而变 化的特性，将温度转换为 可测量的电信号。
2024/3/26
远程医疗
通过智能传感器采集患者的生理数据并远程传输给医生，实现远程 诊断和治疗，提高医疗服务的便捷性和效率。
19
环境保护领域应用
2024/3/26
空气质量监测
智能传感器可以实时监测空气中的PM2.5、甲醛等有害物质的含 量，为环境保护和治理提供依据。
水质监测
利用智能传感器监测水体中的PH值、溶解氧、重金属等参数， 保障水资源的安全和可持续利用。
对采集到的数据进行预处理和分析
智能传感器应用实验
2024/3/26
30
实验内容和步骤
设计并实现一个基于 智能传感器的应用系 统
分析实验结果并撰写 实验报告
2024/3/26
对系统进行测试和调 试
第一部分传感器技术基础教学课件
▪ 传感器进行动态标定时，需有一标准信号对它 激励，常用的标准信号有二类：一是周期函数， 如正弦波等；另一是瞬变函数，如阶跃波等。
▪ 用标准信号激励后得到传感器的输出信号，经 分析计算、数据处理、便可决定其频率特性， 即幅频特性、阻尼和动态灵敏度等。
其他指标
量程指标： 量程范围、过载能力
灵敏度指标： 灵敏度、满量程输出 、分辨力、输入输出 阻抗等 精度方面的指标： 精度(误差)、重复性 、线性、回差、灵敏 度误差、阈值、稳定 性、漂移、静态总误 差等 动态性能指标： 固有频率、阻尼系数 、频响范围、频率特 性、时间常数、上升 时间、响应时间、过 冲量、衰减率、稳态 误差、临界速度、临 界频率等
➢ 漂移 Drifting
▪ 意义：传感器不因输入的原因而发生的变化 ▪ 零点漂移：时漂、温漂 ▪ 灵敏度漂移
第1章 传感器技术基础
➢ 静态误差[精度] Precision
▪ 是评价传感器的综合性能指标 ▪ 意义：传感器在满量程内任一点上与理论值的最大
偏差
▪ 一定置信概率下的极限偏差
es
(2 3)100%
➢ 传感器标定就是利用精度高一级的标准器具对传 感器进行定度的过程，从而确立器输出量和输入 量之间的对应关系。同时也确定不同使用条件下 的误差关系。
➢ 根据系统的用途输入可以是静态的也可以是动态 的。因此传感器的标定有静态和动态标定二种。
第1章 传感器技术基础
➢静态标定 ➢传感器的动态标定
▪ 用于确定传感器的动态性能，如固有频率和频 响范围等、动态灵敏度等。
eH H m ax yF .S 1 0 0 %
• 请注意回差与线性度的区别
➢ 重复性 Repeatability
▪ 重复性反映传感器的重复精度，用统计特性表示
▪ 用标准信号激励后得到传感器的输出信号，经 分析计算、数据处理、便可决定其频率特性， 即幅频特性、阻尼和动态灵敏度等。
其他指标
量程指标： 量程范围、过载能力
灵敏度指标： 灵敏度、满量程输出 、分辨力、输入输出 阻抗等 精度方面的指标： 精度(误差)、重复性 、线性、回差、灵敏 度误差、阈值、稳定 性、漂移、静态总误 差等 动态性能指标： 固有频率、阻尼系数 、频响范围、频率特 性、时间常数、上升 时间、响应时间、过 冲量、衰减率、稳态 误差、临界速度、临 界频率等
➢ 漂移 Drifting
▪ 意义：传感器不因输入的原因而发生的变化 ▪ 零点漂移：时漂、温漂 ▪ 灵敏度漂移
第1章 传感器技术基础
➢ 静态误差[精度] Precision
▪ 是评价传感器的综合性能指标 ▪ 意义：传感器在满量程内任一点上与理论值的最大
偏差
▪ 一定置信概率下的极限偏差
es
(2 3)100%
➢ 传感器标定就是利用精度高一级的标准器具对传 感器进行定度的过程，从而确立器输出量和输入 量之间的对应关系。同时也确定不同使用条件下 的误差关系。
➢ 根据系统的用途输入可以是静态的也可以是动态 的。因此传感器的标定有静态和动态标定二种。
第1章 传感器技术基础
➢静态标定 ➢传感器的动态标定
▪ 用于确定传感器的动态性能，如固有频率和频 响范围等、动态灵敏度等。
eH H m ax yF .S 1 0 0 %
• 请注意回差与线性度的区别
➢ 重复性 Repeatability
▪ 重复性反映传感器的重复精度，用统计特性表示
传感器技术--ppt课件优选全文
分辨率高 抗干扰能力强
数字量传感器
便于信号处理 实现自动化测量
稳定性好
适宜于远距离传输
一种能把被测模拟量直接转 换为数字量输出的装置，可 直接与计算机系统连接。
在一些精度要求较高的场合应用 极为普遍。工业装备上常用的数 字量传感器主要有数字编码器、 数字光栅和感应同步器等。
1.3.2 数字量传感器概述
1.3.3 模拟量传感器概述
电流变 送器
温湿度 变送器
压力变 送器
温度变 送器
各种变送器的实物图
液位变 送器
第二章：接近开关
第二章：接近开关
接近开关简介
接近开关又称无触点行程开关，它能在一定的距离内（零点几毫米
至几十毫米）内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时，就 可以发出『动作』信号。
空
空
电容式接近开关
OOFNF
空
电容式接近开关工特点和应用 第二章：接近开关
特点
小功率、高阻抗。 小的静电引力和良好的动态特性。 本身发热影响小。 可进行非接触测量。
应用 压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、湿度和
成分含量等测量之中。
第二章：接近开关
接近开关常见术语
接近开关术语
第二章：接近开关
有用
非电量
传感 元件
电量
信号调节 转换电路
电量
辅助电路
1.3传感器分类
传
开关量传感器
感
器 种
输出电信号 的类型不同
数字量传感器
类
模拟量传感器
1.3.1开关量传感器概述
开关量传感器
又称接近开关，是一种采用非接触式检测、 输出开关量的传感器。在自动化设备中应用 较为广泛的主要有磁感应式接近开关、电感 式接近开关、电容式接近开关和光电式接近 开关等。
传感器技术基础课件重点
R
dt
式中，R-介质的热阻； C-热偶的比热。
若令τ=RC，上式可写为：
T0 Ti q热流
dT0 dt
T0
KTi
2022/9/13
41
例4，弹簧-阻尼器组成的机械系统如图，也属于一阶 传感器系统。其微分方程为
c
dyt
dt
k
yt
b0
xt
式中，c-阻尼系数； k-弹簧刚度。
上式可写为：
2022/9/13
1
n
K0 2
2
j
n
幅频特性： A(w)
K0
[1 n ]2 [2 n ]2
相频特性：
(w)
arctg
1
2
n
n 2
幅频特性与相频特性参见教材P20图1-10。
2022/9/13
44
例5，质量-弹簧-阻尼器组成的机械系统如图，属于 二阶传感器系统。其微分方程为
m
d
2 yt
dt 2
c
dyt
y(S) x(S )
b0 a0
K0
2022/9/13
39
2．一阶环节：
微分方程：
a1(dy/dt)+a0y(t)= b0x(t)
dy dt
yt
K0 xt
传递函数 频率特性
Y(S) K0
X (S) S 1 Y ( jw) K0
X ( jw) jw 1
时间常数 τ越小， 20系22统/9/1的3 频率特性越好
an
dny dt n
an1
d n1 y dt n1
a0 y
bm
dmx dt m
bm1
d m1x dt m1
第1章传感器技术基础new精品PPT课件
• 在实际应用中，许多高阶系统在变化缓慢、频率不高的情 况下，都可以近似看作零阶环节。
2020/10/21
2．一阶环节
• 一阶环节的微分方程为
a a b dy
1d(2t-18)0y
x
0
• 令 τ= al／a0——时间常数； • K= b0／a0——静态灵敏度。
则式(2-18)变成
s1yKx
（2-19）
0 t<0 1 t>0
阶跃响应特性
（a）一阶系统
2020/10/21
（b）二阶系统
阶跃响应曲线
（a）一阶系统
（b）二阶系统
2020/10/21
衡量阶跃响应的指标有：
• （1）时间常数τ 传感器输出值上升到稳态值yc的63.2％ 所需的时间。
• （2）上升时间Tr 传感器输出值由稳态值的10％上升到 90％所需的时间，但有时也规定其他百分数。
2020/10/21
其传递函数和频率特性分别为:
Ys Xs
K
s 1
(2-20)
YXjj
K
j 1
(2-21)
2020/10/21
幅频特性和相频特性分别为:
AK
2
1
(2-22)
arctan (2-23)
2020/10/21
图2-4 一阶传感器对数幅频图
A（ω）与φ（ω）如图2-4所示(图中坐标为对数坐标)eH来自Hmax10% 0 y
F.S.
a max10% 0
e y R .F.S
Ky x
eS
2~310% 0
y
F.S.
理论直线法 端点连线法 “最佳直线”法 最小二乘法
温漂、零漂
2．1．2 传感器的动态特性
2020/10/21
2．一阶环节
• 一阶环节的微分方程为
a a b dy
1d(2t-18)0y
x
0
• 令 τ= al／a0——时间常数； • K= b0／a0——静态灵敏度。
则式(2-18)变成
s1yKx
（2-19）
0 t<0 1 t>0
阶跃响应特性
（a）一阶系统
2020/10/21
（b）二阶系统
阶跃响应曲线
（a）一阶系统
（b）二阶系统
2020/10/21
衡量阶跃响应的指标有：
• （1）时间常数τ 传感器输出值上升到稳态值yc的63.2％ 所需的时间。
• （2）上升时间Tr 传感器输出值由稳态值的10％上升到 90％所需的时间，但有时也规定其他百分数。
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其传递函数和频率特性分别为:
Ys Xs
K
s 1
(2-20)
YXjj
K
j 1
(2-21)
2020/10/21
幅频特性和相频特性分别为:
AK
2
1
(2-22)
arctan (2-23)
2020/10/21
图2-4 一阶传感器对数幅频图
A（ω）与φ（ω）如图2-4所示(图中坐标为对数坐标)eH来自Hmax10% 0 y
F.S.
a max10% 0
e y R .F.S
Ky x
eS
2~310% 0
y
F.S.
理论直线法 端点连线法 “最佳直线”法 最小二乘法
温漂、零漂
2．1．2 传感器的动态特性
传感器基础知识PPT课件
精度等级以一系列标准百分比数值分档表示。 代表传感器测量的最大允许误差，即相对误差。
2020/5/28
.
10
4. 灵敏度：灵敏度是指传感器输出的
变化 量与引起该变化量的输入变化 量之比，如下图所示。
s y x
2020/5/28
.
11
灵敏度表征传感器对输入量变化的反应能力
(a) 线性传感器
(b) 非线性传感器
二阶传感器的固有频率ωn表征了其动态特性。
.
35
1.1.4 传感器的命名、代号和图形符号
1.传感器的命名
传感器的全称应由“主题词+四级修饰语”组成，即 主题词 —— 传感器 一级修饰语 —— 被测量，包括修饰被测量的定语。 二级修饰语 —— 转换原理，一般可后缀以“式”字。 三级修饰语 —— 特征描述，指必须强调的传感器结构、性能、材料特
和快速地测得非电量的技术。
(2)非电量电测量技术优点：
测量精度高、反应速度快、能自动连续地进行测 量、可以进行遥测、便于自动记录、可以与计算 机联结进行数据处理、可采用微处理器做成智能
仪表、能实现自动检测与转换等。
.
43
酒精测试仪
呼气管
.
44
电子湿度计模块
封装后的外 形
.
45
1.2.2 测量方法
2020/5/28
.
47
1.2. 3 检测系统
检测系统又分：开环检测系统与闭环检测系统
开环检测系统：
2020/5/28
.
48
1.2. 3 检测系统
闭环检测系统 ：
2020/5/28
.
49
1.2. 4 测量误差及数据处理
《传感器基础》PPT课件
2.1 温度传感器：热电偶和热敏电阻
金属Ａ
t1 温接点
金属Ｂ
t2 冷接点
106
105
抵 抗
104
値
（ Ω ） 103
102
101 -50 0 50 100 150 200
温度（℃）
热电偶原理： 2种不同的金属丝做成闭合回路时,当给两端 的接点温度差<设2点的温度分别为t1和t2>时, 则会产生与t1和t2的温差成正比的热电动 势.<塞贝克效应>热电动势的大小只取决于匀 质导体中的温差大小,与导体的长度、粗细以 及两端以外的温度等无关.因此,只要将一端 的温度保持在一定的温度<0°C>,则只要测定 热电动势即可知道另一端的温度. 缺陷： 0℃难以保证
热敏电阻的原理 热敏电阻是利用铁、镍、锰、铜等金属氧 化物的粉末,按照一定的比例混合加压成形 后高温烧结而成的随温度变化其电阻值大 幅变化的一种半导体.利用这种电阻值的变 化进行温度测量. 缺陷：输出是非线性,因此温度变化范围大 时不适用
2.2 温度传感器：测温电阻体
Ａ－Ｂ間の抵抗値を測る Ａ
ＥR
目录
• 1.1 基本概念〔一〕 • 1.2 基本概念〔二〕 • 2.1 温度传感器：热电偶和热敏电阻 • 2.2 温度传感器：测温电阻体 • 3.1 湿度传感器: 高分子 • 3.2 湿度传感器: 陶瓷和氯化锂 • 3.3 露点传感器 • 4.1 压力/压差传感器:半导体震荡器和硅片
1.1 基本概念〔一〕
陶瓷原理: 随着从周围空气中吸取水分或脱水,其电阻值随之变化,根据这种变化检 测空气的湿度.使用陶瓷元件的传感器,每隔一定的时间通过加热使元件 吸附的水分或污物挥发而对其进行清洁.这样,即使对元件有恶劣影响的 高湿环境,也可耐其适用性,可长时间使用也不会降低其性能.
《传感器基础培训》课件
测试方法
根据性能指标制定相应的测试方法，包括静态测试和动态测试，以及 长期稳定性和可靠性测试。
结果分析
对测试结果进行分析和比较，找出传感器性能的优缺点，提出改进措 施和建议，为进一步优化提供依据。
05
传感器在物联网中的应 用
物联网中的传感器节点
传感器节点是物联网感知层的重要组成部分，能够感知、采集并处理物体信息。
环境监测
传感器用于监测环境参数，如 温度、湿度、压力、气体等， 为环境保护和治理提供数据支
持。
传感器的发展趋势
微型化
随着微电子技术的发展 ，传感器逐渐向微型化 方向发展，便于集成和
携带。
智能化
传感器与微处理器结合 ，实现智能化检测和数 据处理，提高测量精度
和可靠性。
多功能化
传感器逐渐向多功能化 方向发展，能够同时检 测多种参数，满足复杂
应用需求。
网络化
传感器与物联网技术结 合，实现远程监控和数 据传输，提高信息共享
和协同能力。
02
传感器的原理与技术
传感器的物理原理
传感器的工作原理
传感器是一种能够感知物理、化学或 生物量并将其转换为电信号的装置。 这些电信号可以被进一步处理、记录 或用于控制目的。
传感器的分类
传感器的基本组成
传感器通常由敏感元件和转换元件组 成，敏感元件负责感知被测量，而转 换元件则将感知到的量转换为电信号 。
根据工作原理和应用领域，传感器可 以分为多种类型，如电阻式、电容式 、电感式、磁阻式、光电式等。
传感器的信号处理技术
信号调理
信号调理是传感器信号处理的重 要环节，它包括放大、滤波、隔 离、线性化等操作，以减小噪声 、提高信噪比、增强信号的稳定
根据性能指标制定相应的测试方法，包括静态测试和动态测试，以及 长期稳定性和可靠性测试。
结果分析
对测试结果进行分析和比较，找出传感器性能的优缺点，提出改进措 施和建议，为进一步优化提供依据。
05
传感器在物联网中的应 用
物联网中的传感器节点
传感器节点是物联网感知层的重要组成部分，能够感知、采集并处理物体信息。
环境监测
传感器用于监测环境参数，如 温度、湿度、压力、气体等， 为环境保护和治理提供数据支
持。
传感器的发展趋势
微型化
随着微电子技术的发展 ，传感器逐渐向微型化 方向发展，便于集成和
携带。
智能化
传感器与微处理器结合 ，实现智能化检测和数 据处理，提高测量精度
和可靠性。
多功能化
传感器逐渐向多功能化 方向发展，能够同时检 测多种参数，满足复杂
应用需求。
网络化
传感器与物联网技术结 合，实现远程监控和数 据传输，提高信息共享
和协同能力。
02
传感器的原理与技术
传感器的物理原理
传感器的工作原理
传感器是一种能够感知物理、化学或 生物量并将其转换为电信号的装置。 这些电信号可以被进一步处理、记录 或用于控制目的。
传感器的分类
传感器的基本组成
传感器通常由敏感元件和转换元件组 成，敏感元件负责感知被测量，而转 换元件则将感知到的量转换为电信号 。
根据工作原理和应用领域，传感器可 以分为多种类型，如电阻式、电容式 、电感式、磁阻式、光电式等。
传感器的信号处理技术
信号调理
信号调理是传感器信号处理的重 要环节，它包括放大、滤波、隔 离、线性化等操作，以减小噪声 、提高信噪比、增强信号的稳定
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漂移包括零点漂移与灵敏度漂移，两者又可分为时 间漂移（时漂）和温度漂移（温漂）。
11.12.2020
27
7、误差表达
（1）绝对误差
测量结果与被测参量真值之间的差值的绝对值称
为绝对误差。
Y(S) 转换电路
对于n个环节的并联系统：H(S)
n
Hi
S
i1
X(S)
11.12.2020
H1(S) H2(S）
Y(S) 转换电路
11
采用传递函数法的优点： 1、容易看清各个环节对系统的影响，因而 便于对传感器或测量系统进行改进。 2、当传感器比较复杂或传感器的基本参数 未知时，可以通过实验求得传递函数。
11.12.2020
20
2、回差（或称迟滞、滞后）
定义：传感器在正反行程中输出输入曲线的不重合 程度称为迟滞。
迟滞特性一般是由实验方法测得。 迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示，即
H
Hmax10% 0 yF.S.
11.12.2Βιβλιοθήκη 2021yyFS ⊿Hmax
0
x
迟滞特性
11.12.2020
22
3、重复性
传感器技术基础课件重点
第一章 传感器技术基础
11.12.2020
2
第一节 传感器的一般数学模型
(重点)
第二节 传感器的特性与指标
(重点)
第三节 改善传感器性能的技术途径 (了解)
第四节 传感器的标定与校准
(了解)
第五节 传感器材料与工艺
(补充)
11.12.2020
3
第一节 传感器的一般数学模型
11.12.2020
15
a)理论拟合
c)端点连线拟合
11.12.2020
b)过零旋转拟合
d)端点连线平移拟合
16
E、最小二乘法拟合（重点）
y
yi
y=kx+b
y=kx+b
Δi=yi-(kxi+b)
0
xI
x
最小二乘拟合法
最小二乘法拟合直线的原理就是使 2i
为最小值，即
n
n
2
2 i yi kixb min
24
4、灵敏度与灵敏度误差
定义：传感器输出的变化量Δy与引起该变化量的
输入变化量 Δx之比即为其静态灵敏度，其表达式
为
Ky x
灵敏度误差用相对误差表示，即
k kk10 % 0
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25
5、分辨力与阈值
分辨力：是传感器在规定测量范围内所能检测 出被测输入量的最小变化量，用绝对值表示。
i1
i1
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17
得到k和b的表达式
n
k
xiyi
n xi2
xi yi xi 2
b
xi2 yi xi xiyi n xi2 xi 2
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18
11.12.2020
19
最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精 密度高即误差小。
将几组x分别带入以上五式，与y值相差最小 的就是所求，（5）为所求。
11.12.2020
12
第二节 传感器的特性与指标
一、传感器的静态特性
传感器特性：主要是指输出与输入之间的关系。 静态特性：当输入量为常量，或变化极慢时，输出与输 入之间的关系称为~； 静态特性表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态 时的输出—输入关系。 研究静态特性主要应考虑其非线性与随机变化等因素。
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13
1、线性度：又称非线性
定义：表征传感器输出—输入校准曲线与所选 定的拟合直线（作为工作直线）之间的吻合（或偏 离）程度的指标。
通常用相对误差来表示线性度，即
L
Lmax10% 0 YF.S.
11.12.2020
14
目前常用的拟合方法有： A、理论拟合： B、过零旋转拟合： C、端点连线拟合： D、端点连线平移拟合：
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3、典型环节的动态响应
4
第一节 传感器的一般数学模型
建立传感器的数学模型的必要性 传感器数学模型的静态与动态之分
11.12.2020
5
一、静态模型
输入量对时间t 的各阶导数为零
静态模型是指在静态条件下得到的传感器数学 模型。
传感器的静态模型可用一代数方程表示，即：
y a 0 a 1 x a 2 x 2 a n x n
(一)、静态模型
代数方程
(二)、动态模型
1、微分方程 2、传递函数
新 课
第二节 传感器的特性与指标
（一 ）、传感器的静态特性
1、线性度 3、重复性
5、分辨力与阈值 7、误差表达
2、回差（滞后或迟滞） 4、灵敏度 6、稳定性与漂移 8、精确度等级
（二）、传感器的动态特性
1、频率响应特性
2、阶跃响应特性
分辨率：分辨力用与满量程的百分数表示时称 为分辨率。
阈值：在传感器输入零点附近的分辨力称为阈 值。
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6、稳定性与漂移
稳定性：指传感器在长时间工作的情况下输出量发 生的变化。有时称为长时间工作稳定性或零点漂移。
漂移：指在一定时间间隔内，传感器输出量存在着 有与被测输入量无关的、不需要的变化。
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用微分方程作为传感器数学模型的特点： 优点：通过求解微分方程容易分清暂态响 应与稳态响应。 缺点：求解微分方程很麻烦，尤其当需要 通过增减环节来改变传感器的性能时显得很不 方便。
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（2）传递函数 由控制理论可知，对于用线性常系数微分方程表示的传感 器，其传递函数为 ：
H (S)x y((S S))b am nS Sn m a b 1 1 S S a b0 0
S=σ+jw，称为拉氏变
框图表示法为： 换的自变量。
x
bmSmb1Sb0 y
anSn a1Sa0
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n
对于n个环节的串联系统： H(S) Hi S i1
X(S)
H1(S)
H2(S）
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表示输出量与输入量之间的关系曲线称为特性曲线。 理想情况下，传感器数学模型为：
y a1x
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二、动态模型
（1）微分方程 传感器的动态模型用线性常系数微分方程来表示：
a n d d n n y t a n 1 d d n n 1 1 y t a 0 y b m d d m m x t b m 1 d d m m 1 x 1 t b 0 x
定义：指传感器在输入按同一方向作全量程连 续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。
重复性误差可用正反行程的最大偏差表示，即
R
Rmax10% 0 yF.S.
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y ⊿Rmax2
⊿Rmax1
0 x
△Rmax1正行程的最大重复性偏差， △Rmax2反行程的最大重复性偏差。
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7、误差表达
（1）绝对误差
测量结果与被测参量真值之间的差值的绝对值称
为绝对误差。
Y(S) 转换电路
对于n个环节的并联系统：H(S)
n
Hi
S
i1
X(S)
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H1(S) H2(S）
Y(S) 转换电路
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采用传递函数法的优点： 1、容易看清各个环节对系统的影响，因而 便于对传感器或测量系统进行改进。 2、当传感器比较复杂或传感器的基本参数 未知时，可以通过实验求得传递函数。
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2、回差（或称迟滞、滞后）
定义：传感器在正反行程中输出输入曲线的不重合 程度称为迟滞。
迟滞特性一般是由实验方法测得。 迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示，即
H
Hmax10% 0 yF.S.
11.12.2Βιβλιοθήκη 2021yyFS ⊿Hmax
0
x
迟滞特性
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3、重复性
传感器技术基础课件重点
第一章 传感器技术基础
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第一节 传感器的一般数学模型
(重点)
第二节 传感器的特性与指标
(重点)
第三节 改善传感器性能的技术途径 (了解)
第四节 传感器的标定与校准
(了解)
第五节 传感器材料与工艺
(补充)
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第一节 传感器的一般数学模型
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a)理论拟合
c)端点连线拟合
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b)过零旋转拟合
d)端点连线平移拟合
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E、最小二乘法拟合（重点）
y
yi
y=kx+b
y=kx+b
Δi=yi-(kxi+b)
0
xI
x
最小二乘拟合法
最小二乘法拟合直线的原理就是使 2i
为最小值，即
n
n
2
2 i yi kixb min
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4、灵敏度与灵敏度误差
定义：传感器输出的变化量Δy与引起该变化量的
输入变化量 Δx之比即为其静态灵敏度，其表达式
为
Ky x
灵敏度误差用相对误差表示，即
k kk10 % 0
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5、分辨力与阈值
分辨力：是传感器在规定测量范围内所能检测 出被测输入量的最小变化量，用绝对值表示。
i1
i1
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得到k和b的表达式
n
k
xiyi
n xi2
xi yi xi 2
b
xi2 yi xi xiyi n xi2 xi 2
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最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精 密度高即误差小。
将几组x分别带入以上五式，与y值相差最小 的就是所求，（5）为所求。
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第二节 传感器的特性与指标
一、传感器的静态特性
传感器特性：主要是指输出与输入之间的关系。 静态特性：当输入量为常量，或变化极慢时，输出与输 入之间的关系称为~； 静态特性表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态 时的输出—输入关系。 研究静态特性主要应考虑其非线性与随机变化等因素。
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1、线性度：又称非线性
定义：表征传感器输出—输入校准曲线与所选 定的拟合直线（作为工作直线）之间的吻合（或偏 离）程度的指标。
通常用相对误差来表示线性度，即
L
Lmax10% 0 YF.S.
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目前常用的拟合方法有： A、理论拟合： B、过零旋转拟合： C、端点连线拟合： D、端点连线平移拟合：
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3、典型环节的动态响应
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第一节 传感器的一般数学模型
建立传感器的数学模型的必要性 传感器数学模型的静态与动态之分
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一、静态模型
输入量对时间t 的各阶导数为零
静态模型是指在静态条件下得到的传感器数学 模型。
传感器的静态模型可用一代数方程表示，即：
y a 0 a 1 x a 2 x 2 a n x n
(一)、静态模型
代数方程
(二)、动态模型
1、微分方程 2、传递函数
新 课
第二节 传感器的特性与指标
（一 ）、传感器的静态特性
1、线性度 3、重复性
5、分辨力与阈值 7、误差表达
2、回差（滞后或迟滞） 4、灵敏度 6、稳定性与漂移 8、精确度等级
（二）、传感器的动态特性
1、频率响应特性
2、阶跃响应特性
分辨率：分辨力用与满量程的百分数表示时称 为分辨率。
阈值：在传感器输入零点附近的分辨力称为阈 值。
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6、稳定性与漂移
稳定性：指传感器在长时间工作的情况下输出量发 生的变化。有时称为长时间工作稳定性或零点漂移。
漂移：指在一定时间间隔内，传感器输出量存在着 有与被测输入量无关的、不需要的变化。
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用微分方程作为传感器数学模型的特点： 优点：通过求解微分方程容易分清暂态响 应与稳态响应。 缺点：求解微分方程很麻烦，尤其当需要 通过增减环节来改变传感器的性能时显得很不 方便。
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（2）传递函数 由控制理论可知，对于用线性常系数微分方程表示的传感 器，其传递函数为 ：
H (S)x y((S S))b am nS Sn m a b 1 1 S S a b0 0
S=σ+jw，称为拉氏变
框图表示法为： 换的自变量。
x
bmSmb1Sb0 y
anSn a1Sa0
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10
n
对于n个环节的串联系统： H(S) Hi S i1
X(S)
H1(S)
H2(S）
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表示输出量与输入量之间的关系曲线称为特性曲线。 理想情况下，传感器数学模型为：
y a1x
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二、动态模型
（1）微分方程 传感器的动态模型用线性常系数微分方程来表示：
a n d d n n y t a n 1 d d n n 1 1 y t a 0 y b m d d m m x t b m 1 d d m m 1 x 1 t b 0 x
定义：指传感器在输入按同一方向作全量程连 续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。
重复性误差可用正反行程的最大偏差表示，即
R
Rmax10% 0 yF.S.
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y ⊿Rmax2
⊿Rmax1
0 x
△Rmax1正行程的最大重复性偏差， △Rmax2反行程的最大重复性偏差。
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