傳感器理論基礎

傳感器理論基礎第一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五傳感器的組成和分類按被測參數分：溫度、壓力、位移、速度等按工作原理分：應變式、電容式、壓電式、磁電式等組成分類第二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五傳感器的基本特性在生產過程和科學實驗中，要對各種各樣的參數進行檢測和控制，就要求傳感器能感受被測非電量的變化并不失真地變換成相應的電量——基本特性傳感器的基本特性通常分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性靜態(tài)特性靈敏度線性度遲滯重復性漂移動態(tài)特性瞬態(tài)響應特性頻率響應特性傳感器靜態(tài)輸入、輸出關系一般可表示為：第三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五靈敏度靈敏度——單位輸入量的變化所引起傳感器輸出量的變化。2第四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五線性度線性度是指？（輸出與輸入之間數量關系的線性程度）關于擬合數學表達式第五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五圖2-4幾種直線擬合方法

(a)理論擬合；(b)過零旋轉擬合；(c)端點連線擬合；(d)端點平移擬合

第六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五遲滯遲滯——傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到小變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現象。數學表達式產生的原因？（傳感器敏感元件材料的物理性質和機械零部件的缺陷）第七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五5第八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五重復性重復性——傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。數學表達式6第九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五漂移傳感器的漂移——輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時間變化。產生的原因？（傳感器自身結構參數；周圍環(huán)境）溫度漂移第十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五課堂練習有一位移測量系統(tǒng)，對位移在0～5mm的范圍進行了兩個循環(huán)的測量，測量數據如下：（mm）012345（mV）上行程049142025下行程0510162125上行程0510151925下行程051116202504.751015.252025以輸出的平均值求端點連線擬合直線，問靈敏度和線性度、遲滯、重復性誤差各是多少？第十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五傳感器的動態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性是指輸入量隨時間變化時傳感器的響應特性。例：動態(tài)測溫6第十二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五傳感器基本動態(tài)特性方程傳感器的動態(tài)特性一般用下述微分方程來描述：零階系統(tǒng)（又稱比例系統(tǒng)）

完全跟蹤，無滯后一階系統(tǒng)（又稱慣性系統(tǒng)）二階系統(tǒng)幾個重要參數

第十三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五動態(tài)特性除了與傳感器的固有因素有關之外，還與傳感器輸入量的變化形式有關。也就是說，我們在研究傳感器動特性時，通常是根據不同輸入變化規(guī)律來考察傳感器的響應的。瞬態(tài)響應特性——用得較多的標準輸入信號有階躍信號和脈沖信號頻域響應特性——輸入為正弦信號第十四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五瞬態(tài)響應特性（1）一階傳感器的單位階躍響應對于一個階躍輸入：得一階傳感器的單位階躍響應信號8傳感器存在慣性，值是一階傳感器重要的性能參數第十五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五瞬態(tài)響應特性（2）二階傳感器的單位階躍響應

過阻尼、欠阻尼、臨界阻尼二階傳感器對階躍信號的響應曲線在很大程度上取決于阻尼比ξ和固有角頻率ωn9第十六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五傳感器的時域動態(tài)性能指標時間常數τ延遲時間td上升時間tr峰值時間tp超調量σ衰減比d第十七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五頻率響應特性頻率響應特性——傳感器對不同頻率成分的正弦輸入信號的響應特性一階傳感器的頻率響應幅頻特性：相頻特性：值是一階傳感器頻率響應的重要性能參數第十八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五12第十九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五頻率響應特性二階傳感器的頻率響應幅頻特性相頻特性第二十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五13二階傳感器的頻率響應特性好壞主要取決于傳感器的固有頻率ωn和阻尼比ξ。當ξ<1,ωn?ω時,A（ω）≈1,Φ（ω）很小,此時,傳感器的輸出y(t)再現了輸入x(t)的波形。通常固有頻率ωn至少應大于被測信號頻率ω的3～5倍,即ωn≥（3～5）ω。第二十一頁，共二