第3章+传感器理论基础(改).ppt

3.1.1 传感器的定义 根据中华人民共和国国家标准（GB7665-87） 传感器（Transducer/Sensor）：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。 包含的概念： ① 传感器是测量装置，能完成检测任务； ② 它的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 它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量； ④ 输出与输入有对应关系，且应有一定的精确程度。 3.1.2传感器的组成和分类 3.1传感器的组成和分类 分类 3.2传感器的基本特性 在生产过程和科学实验中,要对各种各样的参数进行检测和控制,就要求传感器能感受被测非电量的变化并不失真地变换成相应的电量——基本特性 传感器的基本特性通常分为静态特性和动态特性 传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时输出与输入之间的关系。 传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性，亦即输出对输入变化的动态跟随能力。 3.3传感器的一般特性 3.3.1 静态特性 3.3传感器的一般特性 3.3.1 静态特性 1.灵敏度 2.线性度 3.迟滞 4.重复性 5.漂移 1.灵敏度 灵敏度——单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化。 2.线性度(Line) (1)线性度是指？（输出与输入之间数量关系的线性程度） (2)关于拟合: (3)数学表达式 其中 为最大非线性绝对误差； 为满量程输出 3.迟滞(Hold) 迟滞——传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象。 数学表达式 其中 为最大迟滞误差 产生的原因？（传感器敏感元件材料的物理性质和机械零部件的缺陷） 4.重复性(Repeat) 重复性——传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。 数学表达式 其中 为最大重复 性偏差 5.漂移 传感器的漂移——输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化。 产生的原因？（传感器自身结构参数；周围环境） 温度漂移 其中 为测试温度下的输出； 为20℃时的输出； ，h的单位是小时。 零点漂移 传感器在无输入时，经长时间后其输出量发生的变化，长时间工作稳定性或零点漂移 课堂练习(例3-1)　　 有一位移测量系统，对位移在0～5mm的范围进行了两个循环的测量，测量数据如下： 3.3.2动态特性 传感器的动态特性是指输入量随时间变化时传感器的响应特性。 例：动态测温 传感器基本动态特性方程 传感器的动态特性一般用下述微分方程来描述： 零阶系统（又称比例系统） 　　　　　　　　　　　　　　完全跟踪，无滞后 一阶系统（又称惯性系统） 二阶系统 几个重要参数 　　 动态特性除了与传感器的固有因素有关之外，还与传感器输入量的变化形式有关。也就是说，我们在研究传感器动特性时， 通常是根据不同输入变化规律来考察传感器的响应的。 瞬态响应特性——用得较多的标准输入信号有阶跃信号和脉冲信号 　频域响应特性——输入为正弦信号 1.瞬态响应特性（1） 一阶传感器的单位阶跃响应 对于一个阶跃输入： 　得一阶传感器的单位阶跃响应信号 1.瞬态响应特性（2） 二阶传感器的单位阶跃响应 　　 过阻尼、欠阻尼、临界阻尼 二阶传感器对阶跃信号的响应曲线在很大程度上取决于阻尼比ξ和固有角频率ωn 1.瞬态响应特性（2） ①当ξ=0时，响应是一个等幅振荡过程,称为无阻尼状态； ②当ξ1时,响应是一个不振荡的衰减过程,称为过阻尼状态； ③当ξ=1时，响应也是一个不振荡的衰减过程,但是一个由不振荡衰减到振荡衰减的临界过程,故又称为临界阻尼状态； ④当0ξ1时，响应是一个衰减振荡过程,又称为欠阻尼状态 2.传感器的时域动态性能指标 (1)时间常数τ ——τ越小，响应速度越快。 (2)延迟时间td ——传感器输出达到稳态值的50%所需的时间。 (3)上升时间tr ——传感器输出达到稳态值的90%所需的时间。 (4)超调量σ ——传感器输出超过稳态值的最大值。 (5)超调时间tp ——传感器输出超过稳态值达到最大值的时间。 3.频率响应特性 　频率响应特性——传感器对不同频率成分的正弦输入信号的响应特性 一阶传感器的频率响应 幅频特性： 相频特性： 3.频率响应特性 3.频率响应特性 二阶传感器的频率响应 幅频特性 其中ωn是传感器的固有频率，ω是被测信号频率 相频特性 4.频率响应特性指标 (1)通频带ω0.707 ——指传感器在对数幅频特性曲线