传感器应用第2章.pptVIP

相应的响应曲线如图2-8所示。 图2-8 一阶传感器单位阶跃响应 由图可见，传感器存在惯性， 它的输出不能立即复现输入信号，而是从零开始，按指数规律上升， 最终达到稳态值。 理论上传感器的响应只在t趋于无穷大时才达到稳态值，但通常认为t=（3～4）τ时，如当t=4τ时其输出就可达到稳态值的98.2%，可以认为已达到稳态。 结论： 一阶传感器的时间常数τ越小，响应越快，响应曲线越接近于输入阶跃曲线，即动态误差小。因此，τ值是一阶传感器重要的性能参数。  (2） 二阶传感器的单位阶跃响应 二阶传感器的微分方程为 设传感器的静态灵敏度k=1，其二阶传感器的传递函数为 (2-15) 传感器输出的拉氏变换为 (2-16) 图2-9 二阶传感器单位阶跃响应 图2-9为二阶传感器的单位阶跃响应曲线 * 第2章 传 感 器 概 述 第2章 传 感 器 概 述 2.1 传感器的组成和分类 2.2 传感器的基本特性 2.1 传感器的组成和分类 传感器 是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或装置。 在有些学科领域，传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。这些不同提法，反映了在不同的技术领域中，只是根据器件用途对同一类型的器件使用着不同的技术术语而已。 在电子技术领域，常把能感受信号的电子元件称为敏感元件，如热敏元件、磁敏元件、光敏元件及气敏元件等，在超声波技术中则强调的是能量的转换，如压电式换能器等。这些提法在含义上有些狭窄，因此传感器一词是使用最为广泛而概括的用语。 一、传感器的原理与组成 原理： 传感器是将物理量转换成电量的器件或装置，传感器的原理决定传感器输出信号形式。通常如电压、电流、电容、电阻等。 组成： 图2-1 传感器组成方框图 传感器由敏感元件和转换元件组成（如图2 - 1所示）。 1.敏感元件: 是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。 2.转换元件: 是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 3.调理与转换电路 由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运算调制等。 4.辅助的电源： 为信号调理转换电路以及其他部分提供所需的电源。 随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在同一芯片上，安装在传感器的壳体里。 二、传感器的分类： 目前一般采用两种分类方法： 1、按被测参数分类，如温度、压力、位移、速度等。 2、按传感器的工作原理分类， 如应变式、电容式、压电式、磁电式等。 本书是按后一种分类方法来介绍各种传感器的，而传感器的工程应用则是根据工程参数进行叙述的。 2.2 传感器的基本特性 传感器的特性反映的是其输入与输出的关系，是对其内部结构参数的反映。通常分为静态特性和动态特性。 一、传感器的静态特性 传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。如果被测量是一个不随时间变化，或随时间变化缓慢的量，可以只考虑其静态特性。 这时传感器的输入量与输出量之间在数值上一般具有一定的对应关系，关系式中不含有时间变量。对静态特性而言，传感器的输入量x与输出量y之间的关系通常可用一个如下的多项式表示： y=a0+a1x+a2x2+…+anxn 式中：a0 —— 输入量x为零时的输出量；  a1，a2，…，an —— 非线性项系数 各项系数决定了特性曲线的具体形式。 传感器的静态特性可以用一组性能指标来描述，如灵敏度、 迟滞、线性度、重复性和漂移等。 1. 灵敏度 灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义是输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入量增量Δx之比。用S表示灵敏度，即 （2-2） 它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，很显然， 灵敏度S值越大， 表示传感器越灵敏。 图2-2 传感器的灵敏度 2. 线性度 传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线