传感器 第4版 教学课件 唐文彦 第01章 传感器的一般特性.pdfVIP

传感器课程电子教案 哈尔滨工业大学光电信息与检测技术研究所 lihuipeng@.hit.edu.cn 第一章　传感器的一般特性 　传感器：输入量——电量 　传感器的一般特性：描述此种变换的输入与输出关系 　　１.输入量为常量或变化极慢时（慢变或稳定信）—静特性 　　２.输入量随时间变化极快时（快变信号）—动特性 　主要影响因素：传感器内部储能元件( 块、弹簧等)影响。 1. １传感器的静特性 　　传感器在稳态信号作用下，其输出一输入关系称为静态特性。衡量传感器静态 特性的重要措标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性。 1.线性度 传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性问题。在不考虑迟滞、蠕变、 不稳定性等因素的情况下，其静特性可用下列多项式代数方程表示： 在使用非线性特性的传感器时，如果非线性项的方次不高，在输入量变化范 围不大的条件下，可以用切线或割线等直线来近似地代表实际曲线的一段，即线 性拟合。 非线性误差或线性度通常用相对误差r 表示： L 目前常用的拟合方法有：①理论拟合；②过零旋转拟合；③端点连线拟合； ④端点连线平移拟合；⑤最小二乘拟合；⑥最小包容拟合等。 前四种方法如图所示 • 理论拟合 • 过零旋转拟合 c) 端点连线拟合 d) 端点平移拟合 理论拟合--拟合直线为传感器的理论特性，与实际测试值无关。该方法十分简单， 一般说ΔLmax较大。 过零旋转拟合--常用于曲线过零的传感器。拟合时，使ΔL1= ΔL2=ΔLmax。这种方法也 比较简单，非线性误差比前一种小很多。 端点连线拟合--把输出曲线两端点的连线作为拟合直线。这种方法比较简便， ΔLmax也 较大。 端点平移拟合--图d中在图c基础上使直线平移，移动距离为原先ΔLmax 的一半，这样输出 曲线分布于拟合直线的两侧，ΔL2 = ΔL1 = ΔL3 =ΔLmax，与图c相比，非线性误差 减小一半,提高了精度。 最小二乘拟合如下图所示 设拟合直线方程为 若实际校准测试点有n个，则第i个校准数据与拟合直线上响应值之间的残差为 最小二乘法拟合直线的原理就是使∑Δ2i为最小值，即 也就是使∑Δ2i对k和b一阶偏导数等于零，即 从而求出k和b的表达式为 在获得k和b之值后代入式拟合直线方程即可得到拟合直线，然后按前 式残差公式求出残差的最大值ΔLmax即为非线性误差。 2.迟滞 传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输出输入曲线不重合的现象称 为迟滞。如下图所示 产生的主要原因：传感器机械部分存在不可避免的缺陷，如轴承摩擦、间隙、紧团件 松动、材料的内摩擦、积尘等。 迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示，即 3.重复性 重复性是指传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。 如图所示为输出曲线的重复特性 正行程的最大重复性误差为 ΔRmax1，反行程的最大重复性误 差为ΔRmax2 。重复性误差取这两 个误差之中较大者为ΔRmax，再以 满量程yFS输出的百分数表示，即 4、灵敏度与灵敏度误差