傳感器原理與電路設(shè)計(jì)第2講

1、第2章 傳感器的基本特性 10.27.20151第2講GMES 2008目錄傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)傳感器基本特性概述傳感器的基本特性傳感器的基本特性：傳感器的輸入：傳感器的輸入X( (被測(cè)量被測(cè)量) )輸出輸出Y關(guān)關(guān)系特性。是傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關(guān)系的外部表現(xiàn)系特性。是傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關(guān)系的外部表現(xiàn)輸入信號(hào)輸入信號(hào)( (被測(cè)物理量被測(cè)物理量) )分為：分為： 穩(wěn)態(tài)信號(hào)穩(wěn)態(tài)信號(hào)：信號(hào)不隨時(shí)間變化或變化緩慢：信號(hào)不隨時(shí)間變化或變化緩慢 動(dòng)態(tài)信號(hào)動(dòng)態(tài)信號(hào)：信號(hào)隨時(shí)間變化：信號(hào)隨時(shí)間變化 分別對(duì)應(yīng)傳感器特性：靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性分別對(duì)應(yīng)傳感器特性：靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性對(duì)傳

2、感器的要求：高精度信號(hào)（或能量）無失真轉(zhuǎn)換對(duì)傳感器的要求：高精度信號(hào)（或能量）無失真轉(zhuǎn)換反映被測(cè)量的原始特征反映被測(cè)量的原始特征第2章 傳感器的基本特性 10.27.20152第2講GMES 2008目錄傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)傳感器靜態(tài)特性主要指標(biāo)傳感器的傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性傳感器的傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性：在：在穩(wěn)態(tài)信號(hào)穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入輸出關(guān)作用下的輸入輸出關(guān)系。不含有時(shí)間變量。主要有：系。不含有時(shí)間變量。主要有：n線性度線性度n靈敏度靈敏度n分辨率分辨率n遲滯遲滯n重復(fù)性重復(fù)性n漂移漂移 第2章 傳感器的基本特性 10.27.20153第2講GMES 20

3、08目錄傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)傳感器的輸出輸入關(guān)系或多或少地存在非線性。在不考慮遲滯、蠕變、不穩(wěn)定性等因素的情況下，其靜態(tài)特性可用下列多項(xiàng)式代數(shù)方程表示：式中：y輸出量； x輸入量； a0零點(diǎn)輸出； a1理論靈敏度； a2、a3、 、 an非線性項(xiàng)系數(shù)。 1.線性度Linearity傳感器的傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性線性度：傳感器的輸入、輸出間成線性關(guān)系的程度y=a0+a1x+a2x2+a3x3+anxn第2章 傳感器的基本特性 10.27.20154第2講GMES 2008目錄傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)1.線性度Linearity傳感器的傳感器的

4、靜態(tài)特性靜態(tài)特性非線性特性的線性化處理?xiàng)l件：方次不高、輸入量變化范圍不大方法：直線擬合y=a0+a1x+a2x2+a3x3+anxn第2章 傳感器的基本特性 10.27.20155第2講GMES 2008目錄傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)1.線性度Linearity傳感器的傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性Lmax一最大非線性誤差； yFS滿量程輸出。通常采用最小二乘法擬合在采用直線擬合線性化時(shí)，實(shí)際特性曲線與擬合曲線之間的偏差稱為非線性誤差，其最大值與輸出滿刻度值之比作為線性度指標(biāo) LL=(Lmax/yFS)100%第2章 傳感器的基本特性 10.27.20156第2講GMES 20

5、08目錄傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)1.線性度Linearity傳感器的傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性最小二乘法求直線擬合設(shè)擬合直線方程：0yyixy=kx+bxi最小二乘擬合法min2112niiiniibkxyy=kx+b若實(shí)際校準(zhǔn)測(cè)試點(diǎn)有n個(gè)，則第i個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與擬合直線上響應(yīng)值之間的殘差為最小二乘法擬合直線的原理：使 為最小值，即i=yi-(kxi+b)2i第2章 傳感器的基本特性 10.27.20157第2講GMES 2008目錄傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)1.線性度Linearity傳感器的傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性最小二乘法求直線擬合即得到k和b的表

6、達(dá)式022iiiixbkxyk0122bkxybiii22iiiiiixxnyxyxnk 222iiiiiiixxnyxxyxb將k和b代入擬合直線方程，即可得到擬合直線，然后求出殘差的最大值Lmax即為非線性誤差。 對(duì)k和b一階偏導(dǎo)數(shù)等于零，求出b和k的表達(dá)式2i第2章 傳感器的基本特性 10.27.20158第2講GMES 2008目錄傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)2.靈敏度Sensitivity傳感器的傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性定義：傳感器在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下輸出量變化對(duì)輸入量變化的比值dxdySn輸入量變化輸出量變化第2章 傳感器的基本特性 10.27.20159第2講GM

7、ES 2008目錄傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)2.靈敏度Sensitivity傳感器的傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性對(duì)于線性傳感器：靈敏度就是靜態(tài)特性斜率對(duì)于非線性傳感器：靈敏度為變量，特性曲線越陡，靈敏度越大；越平坦，靈敏度越小。靈敏度實(shí)質(zhì)上就是放大倍數(shù)，體現(xiàn)了傳感器對(duì)輸入量微小變化的敏感程度靈敏度越高越好，越恒定越好。但靈敏度高易受干擾第2章 傳感器的基本特性 10.27.201510第2講GMES 2008目錄傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)3.分辨率resolution傳感器的傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性定義：分辨率是指?jìng)鞲衅髂軌蚋兄驒z測(cè)到的最小輸入信號(hào)增量

8、。分辨率可以用絕對(duì)值或與滿量程的百分比來表示。用絕對(duì)值表示一般稱為分辨力用與滿量程的百分?jǐn)?shù)表示時(shí)稱為分辨率在傳感器輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱為閾值第2章 傳感器的基本特性 10.27.201511第2講GMES 2008目錄傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)4.遲滯Hysteresis傳感器的傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性定義：在相同測(cè)量條件下，對(duì)應(yīng)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器正、反行程的輸出信號(hào)大小不相等（曲線不重合）的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：傳感器機(jī)械部分存在摩擦、間隙、松動(dòng)、積塵等0yxHmaxyFS遲滯特性如圖所示，它一般是由實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得。遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示，即遲滯誤差的

9、另一名稱叫回程誤差。回程誤差常用絕對(duì)誤差表示。檢測(cè)回程誤差時(shí)，可選擇幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)。對(duì)應(yīng)于每一輸入信號(hào)，傳感器正行程及反行程中輸出信號(hào)差值的最大者即為回程誤差。%100YHFSmaxH第2章 傳感器的基本特性 10.27.201512第2講GMES 2008目錄傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)5.重復(fù)性Repeatability傳感器的傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性定義：傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測(cè)試時(shí)所得輸入輸出特性曲線一致的程度y0Rmax2Rmax1xRmax1正行程的最大重復(fù)性偏差 Rmax2反行程的最大重復(fù)性偏差重復(fù)性誤差可用正反行程的最大偏差與滿量程輸出之比的百分?jǐn)?shù)表示，即%100/maxFSRyR重復(fù)性誤差也常用絕對(duì)誤差表示。檢測(cè)時(shí)也可選取幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)，對(duì)應(yīng)每一點(diǎn)多次從同一方向趨近，獲得輸出值系列yi1，yi2，yi3，yin，算出最大值與最小值之差或3作為重復(fù)性偏差Ri，在幾個(gè)Ri中取出最大值Rmax 作為重復(fù)性誤差。第2章 傳感器