《传感检测技术及应用-PPT课件培训讲学.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感检测技术及应用-PPT课件培训讲学.ppt（68页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、传感检测技术及应用传感检测技术及应用-PPTPPT课件课件学习本课程的必要性l l传感器技术是关于传感器设计、制造及应用的综合传感器技术是关于传感器设计、制造及应用的综合传感器技术是关于传感器设计、制造及应用的综合传感器技术是关于传感器设计、制造及应用的综合技术。它是技术。它是技术。它是技术。它是信息技术的三大支柱信息技术的三大支柱信息技术的三大支柱信息技术的三大支柱之一。之一。之一。之一。计算机技术计算机技术传感与控制技术传感与控制技术通信技术通信技术p信息技术的三大支柱信息技术的三大支柱目前的状态是：目前的状态是：“大脑发达、五官不灵大脑发达、五官不灵”谁掌握和支配了传感器技术谁掌握和支配
2、了传感器技术谁就能够支配新时代谁就能够支配新时代!l l日本把传感器技术列为日本把传感器技术列为日本把传感器技术列为日本把传感器技术列为80808080年代十大技术之首；年代十大技术之首；年代十大技术之首；年代十大技术之首；l l美国把传感器技术列为美国把传感器技术列为美国把传感器技术列为美国把传感器技术列为90909090年代年代年代年代22222222项关键技术之项关键技术之项关键技术之项关键技术之一；一；一；一；l l德国视军用传感器为优先发展技术；德国视军用传感器为优先发展技术；德国视军用传感器为优先发展技术；德国视军用传感器为优先发展技术；l l英、法等国对传感器的开发投资逐年升级。
3、英、法等国对传感器的开发投资逐年升级。英、法等国对传感器的开发投资逐年升级。英、法等国对传感器的开发投资逐年升级。l l我国目前也有近千家传感器生产和销售企业。我国目前也有近千家传感器生产和销售企业。我国目前也有近千家传感器生产和销售企业。我国目前也有近千家传感器生产和销售企业。传感器的应用l l传感器的应用遍及航空、航天、工业、农业、医疗、气象、传感器的应用遍及航空、航天、工业、农业、医疗、气象、传感器的应用遍及航空、航天、工业、农业、医疗、气象、传感器的应用遍及航空、航天、工业、农业、医疗、气象、家用电器家用电器家用电器家用电器各个领域与部门。它是生产自动化、科学测各个领域与部门。它是生产
4、自动化、科学测各个领域与部门。它是生产自动化、科学测各个领域与部门。它是生产自动化、科学测试、计量核算、监测诊断等系统中不可缺少的基础环节。试、计量核算、监测诊断等系统中不可缺少的基础环节。试、计量核算、监测诊断等系统中不可缺少的基础环节。试、计量核算、监测诊断等系统中不可缺少的基础环节。密歇根大学的机械手装配模型密歇根大学的机械手装配模型AGV小车位置识别小车位置识别航天航天农业农业交通交通医学医学传感器的应用全自动洗衣机中的传感器：全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器器，透光率光传感器(洗
5、净洗净度度)液位传感器，电阻传感液位传感器，电阻传感器器(衣物烘干检测衣物烘干检测)。指纹传感器指纹传感器透光率传感器透光率传感器温湿度传感器温湿度传感器温度传感器温度传感器传感器的应用鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传感器摄象头摄象头:CCD传感器传感器声位笔声位笔:超声波传感器超声波传感器麦克风麦克风:电容传声器电容传声器声卡声卡:A/D卡卡+D/A卡卡软驱软驱:速度速度,位置伺服位置伺服传感器的应用本课程的性质、内容本课程的性质、内容l l本课程是机械电子专业的一门本课程是机械电子专业的一门本课程是机械电子专业的一门本课程是机械电子专业的一门专业基础课。专业基础课。专业基础课。专业基础课
6、。l l着重阐述：传感与检测技术的基本知识，常用传感器的工作着重阐述：传感与检测技术的基本知识，常用传感器的工作着重阐述：传感与检测技术的基本知识，常用传感器的工作着重阐述：传感与检测技术的基本知识，常用传感器的工作原理、基本结构、主要性能、测量电路、误差补偿方法和应原理、基本结构、主要性能、测量电路、误差补偿方法和应原理、基本结构、主要性能、测量电路、误差补偿方法和应原理、基本结构、主要性能、测量电路、误差补偿方法和应用方法。用方法。用方法。用方法。绪绪论论非非电电量量检检测测技技术术基基础础传传感感器器应应用用技技术术基基础础电电阻阻式式传传感感器器电电感感式式传传感感器器电电容容式式传传
7、感感器器压压电式传感器热热电电式式传传感感器器磁磁电电式式传传感感器器其其它它传传感感器器基础部分基础部分典型传感器原理及应用部分典型传感器原理及应用部分本课程的任务本课程的任务l l要求掌握要求掌握要求掌握要求掌握传感器的基本理论。传感器的基本理论。传感器的基本理论。传感器的基本理论。l l特别要求掌握几何量、机械量及有关测量中特别要求掌握几何量、机械量及有关测量中特别要求掌握几何量、机械量及有关测量中特别要求掌握几何量、机械量及有关测量中常用的各种传感器的工作原理、输入输出特常用的各种传感器的工作原理、输入输出特常用的各种传感器的工作原理、输入输出特常用的各种传感器的工作原理、输入输出特性
8、、误差分析与补偿方法。性、误差分析与补偿方法。性、误差分析与补偿方法。性、误差分析与补偿方法。l l能合理地选择和使用传感器，能合理地选择和使用传感器，能合理地选择和使用传感器，能合理地选择和使用传感器，并进一步掌握并进一步掌握并进一步掌握并进一步掌握传感器的实验研究方法。传感器的实验研究方法。传感器的实验研究方法。传感器的实验研究方法。先修课程：先修课程：高等数学、物理、模拟电子、误差分析与数据处理等。高等数学、物理、模拟电子、误差分析与数据处理等。第一篇 传感检测技术基础传感检测技术传感检测技术第三章第三章 传感器应用技术基础传感器应用技术基础传感器的定义及工作机理传感器的定义及工作机理传
9、感器的组成及分类传感器的组成及分类传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的特性分析传感器的特性分析传感器的标定与校准传感器的标定与校准改善传感器性能的主要技术途径改善传感器性能的主要技术途径传感器发展趋势传感器发展趋势3.1 3.1 传感器的定义及工作机理传感器的定义及工作机理所谓传感器所谓传感器所谓传感器所谓传感器(sensor)(sensor)(sensor)(sensor)，是来自，是来自，是来自，是来自“感觉感觉感觉感觉”一词。一词。一词。一词。工程上称为工程上称为工程上称为工程上称为“电五官电五官电五官电五官”。广义定义：广义定义：广义定义：广义定义：传感器是一种能将特定的被测量信息
10、（包括物理量、化学量、传感器是一种能将特定的被测量信息（包括物理量、化学量、传感器是一种能将特定的被测量信息（包括物理量、化学量、传感器是一种能将特定的被测量信息（包括物理量、化学量、生物量等），按照一定规律转换某种生物量等），按照一定规律转换某种生物量等），按照一定规律转换某种生物量等），按照一定规律转换某种可用的输出信号可用的输出信号可用的输出信号可用的输出信号的器件或的器件或的器件或的器件或装置。装置。装置。装置。一、传感器的定义一、传感器的定义一、传感器的定义一、传感器的定义可用信号是指便于处理、传输的信号。可用信号是指便于处理、传输的信号。狭义定义：狭义定义：物理量、化学量物理量、化
11、学量生物量等生物量等电量电量返回返回3.1 3.1 传感器的定义及工作机理传感器的定义及工作机理1 1、守恒定律、守恒定律、守恒定律、守恒定律能量、动量、电荷量等守恒定律。这些定律是研究、能量、动量、电荷量等守恒定律。这些定律是研究、能量、动量、电荷量等守恒定律。这些定律是研究、能量、动量、电荷量等守恒定律。这些定律是研究、开发新型传感器的必须遵守的基本法则。开发新型传感器的必须遵守的基本法则。开发新型传感器的必须遵守的基本法则。开发新型传感器的必须遵守的基本法则。二、工作机理二、工作机理二、工作机理二、工作机理2 2、场的定律、场的定律动力场的运动定律、电磁场的感应定律等，其作用与物动力场的
12、运动定律、电磁场的感应定律等，其作用与物体在空间的位置及分布状态有关。体在空间的位置及分布状态有关。利用场的定律制成的传感器统称为利用场的定律制成的传感器统称为“结构性传感器结构性传感器”。如：如：+A静电场静电场定律定律返回返回结构型传感器举例结构型传感器举例如：电感式传感器如：电感式传感器如：电感式传感器如：电感式传感器利用法拉弟电磁感应定律利用法拉弟电磁感应定律利用法拉弟电磁感应定律利用法拉弟电磁感应定律如：磁电式传感器如：磁电式传感器二、工作机理二、工作机理3 3、物质定律、物质定律、物质定律、物质定律物质本身内在性质的定律（虎克定律、欧姆定律等）。物质本身内在性质的定律（虎克定律、欧
13、姆定律等）。物质本身内在性质的定律（虎克定律、欧姆定律等）。物质本身内在性质的定律（虎克定律、欧姆定律等）。4 4、统计法则、统计法则3.13.1传感器的定义及工作机理传感器的定义及工作机理传感器的定义及工作机理传感器的定义及工作机理=EU=I R利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应把被测量直利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应把被测量直接转换为电量。接转换为电量。如：光电管（外光电效应）、压电晶体（正如：光电管（外光电效应）、压电晶体（正压电效应）、光敏电阻、所有半导体传感器、以及所有利用压电效应）、光敏电阻、所有半导体传感器、以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、
14、合金的性能变各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金的性能变化的传感器。化的传感器。利用物质定律制成的传感器统称为利用物质定律制成的传感器统称为“物性型传感器物性型传感器”。微观系统与宏观系统联系起来的物理法则。微观系统与宏观系统联系起来的物理法则。举例举例物性型传感器举例（物性型传感器举例（1 1）光电导效应是指半导体材料受到光光电导效应是指半导体材料受到光光电导效应是指半导体材料受到光光电导效应是指半导体材料受到光照时会产生电子照时会产生电子照时会产生电子照时会产生电子-空穴对空穴对空穴对空穴对,使其导电使其导电使其导电使其导电性能增强性能增强性能增强性能增强,光线愈强光线愈强光线愈强
15、光线愈强,阻值愈低阻值愈低阻值愈低阻值愈低,这种这种这种这种光照后电阻率发生变化的现象光照后电阻率发生变化的现象光照后电阻率发生变化的现象光照后电阻率发生变化的现象,称称称称为光电导效应。为光电导效应。为光电导效应。为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电基于这种效应的光电器件有光敏电基于这种效应的光电器件有光敏电基于这种效应的光电器件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管。阻、光敏二极管、光敏三极管。阻、光敏二极管、光敏三极管。阻、光敏二极管、光敏三极管。光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。
16、并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质其工作原理是基于一些物质的光电效应。的光电效应。如：光电转换元件如：光电转换元件如：压电式传感器如：压电式传感器物性型传感器举例（物性型传感器举例（2 2）3.2 3.2 传感器的组成及分类传感器的组成及分类一、传感器的组成一、传感器的组成一、传感器的组成一、传感器的组成返回返回3.2 3.2 传感器的组成及分类传感器的组成及分类一、传感器的组成一、传感器的组成一、传感器的组成一、传感器的组成返回返回3.2 3.2 传感器的组成及分类传感器的组成及分类1 1 1 1、按基本效应、按基本效应、按基本效应、按基本效应二、二、二、二、传感器的分类
17、传感器的分类传感器的分类传感器的分类2 2、按工作机理、按工作机理 物性型物性型结构型结构型物理型物理型化学型化学型生物型生物型3 3、按能量变换关系、按能量变换关系能量转换型能量转换型（自源型）（自源型）能量控制型能量控制型（外源型）（外源型）4 4、按工作原理：、按工作原理：电阻式、电感式、电容式、压电式、磁电式等。电阻式、电感式、电容式、压电式、磁电式等。5 5、按被测量：、按被测量：位移、压力、温度、流量、加速度等。位移、压力、温度、流量、加速度等。6 6、按传感器输出信号的形式：、按传感器输出信号的形式：模拟式模拟式数字式数字式返回返回3.3 3.3 传感器的描述方法传感器的描述方法
18、l对传感器系统的基本特性研究，主要用于两个方面：对传感器系统的基本特性研究，主要用于两个方面：1 1、用作为一个测量系统。、用作为一个测量系统。已知已知h(th(t)，测量输出信号，测量输出信号y(ty(t)。通过。通过h(th(t)、y(ty(t)来推断导致该输出的系统来推断导致该输出的系统 输入信号输入信号x(tx(t)。这就是未知被测物理量的测量过程。这就是未知被测物理量的测量过程。2 2、用于传感器系统本身的研究、设计与建立。、用于传感器系统本身的研究、设计与建立。观测系统的输入观测系统的输入x(tx(t)及与其相应的输出及与其相应的输出y(ty(t)，才能推断建立系统的特性。，才能推
19、断建立系统的特性。如果系统特性不满足要求，则应修改相应的内部参数，直到合格为止。如果系统特性不满足要求，则应修改相应的内部参数，直到合格为止。l l传感器作为感受被测量信息的器件，总希望它能按照一定的传感器作为感受被测量信息的器件，总希望它能按照一定的传感器作为感受被测量信息的器件，总希望它能按照一定的传感器作为感受被测量信息的器件，总希望它能按照一定的规律输出有用信号，因此，需要研究其输出规律输出有用信号，因此，需要研究其输出规律输出有用信号，因此，需要研究其输出规律输出有用信号，因此，需要研究其输出-输入的关系及输入的关系及输入的关系及输入的关系及特性。特性。特性。特性。l根据输入信号根据
20、输入信号x(t)是随时间变化的还是不随时间变化，是随时间变化的还是不随时间变化，基本基本特性分为静态特性和动态特性。特性分为静态特性和动态特性。返回返回一、静特性的表示方法（静态模型）指在静态信号作用下（即输入量对时间指在静态信号作用下（即输入量对时间指在静态信号作用下（即输入量对时间指在静态信号作用下（即输入量对时间t t t t的各阶导数等于的各阶导数等于的各阶导数等于的各阶导数等于0 0 0 0）得到的数学模型。若不考虑滞后和蠕变，其静态模型为：得到的数学模型。若不考虑滞后和蠕变，其静态模型为：得到的数学模型。若不考虑滞后和蠕变，其静态模型为：得到的数学模型。若不考虑滞后和蠕变，其静态模
21、型为：3.3 3.3 3.3 3.3 传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法示示意意图图示示意意图图模型模型模型模型常常见见的的几几种种情情况况返回返回二、动特性的表示方法（动态模型）l l传感器的动态数学模型是指传感器在受到随时间传感器的动态数学模型是指传感器在受到随时间传感器的动态数学模型是指传感器在受到随时间传感器的动态数学模型是指传感器在受到随时间变化的输入量变化的输入量变化的输入量变化的输入量x(t)x(t)x(t)x(t)作用时，输出作用时，输出作用时，输出作用时，输出-输入之间的关系，输入之间的关系，输入之间的关系，输入之间的关系，通常称为响应特性。通常
22、称为响应特性。通常称为响应特性。通常称为响应特性。l l传感器的动态特性反映测量动态信号的能力，对传感器的动态特性反映测量动态信号的能力，对传感器的动态特性反映测量动态信号的能力，对传感器的动态特性反映测量动态信号的能力，对于连续时间系统主要有三种数学模型形式：于连续时间系统主要有三种数学模型形式：于连续时间系统主要有三种数学模型形式：于连续时间系统主要有三种数学模型形式：1 1 1 1、时域中的微分方程、时域中的微分方程、时域中的微分方程、时域中的微分方程 2 2 2 2、复数域中的传递函数、复数域中的传递函数、复数域中的传递函数、复数域中的传递函数 3 3 3 3、频率域中的频率响应函数、
23、频率域中的频率响应函数、频率域中的频率响应函数、频率域中的频率响应函数3.3 3.3 3.3 3.3 传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法返回返回1 1、微分方程（时域内描述）、微分方程（时域内描述）3.3 3.3 3.3 3.3 传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法式中：式中：Y输出量输出量 X输入量输入量 t-时间时间 dny/dtn输出量对时间输出量对时间t的的n阶导数阶导数 dmy/dtm输入量对时间输入量对时间t的的m阶导数阶导数 a0、a1、an,b0、b1、bn常数（取决于传感器参数）常数（取决于传感器参数）优点：通过解微分
24、方程易于分清暂态响应和稳态响应。优点：通过解微分方程易于分清暂态响应和稳态响应。通解仅与传感器本身特性及初始条件有关；通解仅与传感器本身特性及初始条件有关；特解不仅与传感器的特性有关，而且还与输入量特解不仅与传感器的特性有关，而且还与输入量x x有关。有关。缺点：求解麻烦，尤其是通过增减环节来改善传感器的特性时缺点：求解麻烦，尤其是通过增减环节来改善传感器的特性时 显得更显得更不方便。不方便。（2 2）特点：）特点：（1 1）模型：）模型：返回返回2 2、传递函数（复数域内）、传递函数（复数域内）1 1 1 1）H(s)H(s)H(s)H(s)和输入和输入和输入和输入x(t)x(t)x(t)x
25、(t)的具体表达式无关。的具体表达式无关。的具体表达式无关。的具体表达式无关。传递函数传递函数传递函数传递函数H(s)H(s)H(s)H(s)用于描述系统本身固有的特性，与用于描述系统本身固有的特性，与用于描述系统本身固有的特性，与用于描述系统本身固有的特性，与x(t)x(t)x(t)x(t)的表达式无关。的表达式无关。的表达式无关。的表达式无关。x(t)x(t)x(t)x(t)不同时，不同时，不同时，不同时，y(t)y(t)y(t)y(t)的表达式也不同，但二者拉普拉斯变换的比值始终保持为的表达式也不同，但二者拉普拉斯变换的比值始终保持为的表达式也不同，但二者拉普拉斯变换的比值始终保持为的表
26、达式也不同，但二者拉普拉斯变换的比值始终保持为H(s)H(s)H(s)H(s)。2 2 2 2）不同的物理系统可以有相同的传递函数。）不同的物理系统可以有相同的传递函数。）不同的物理系统可以有相同的传递函数。）不同的物理系统可以有相同的传递函数。各种具体的物理系统，只要具有相同的微分方程，其传递函数也就相同，即同一各种具体的物理系统，只要具有相同的微分方程，其传递函数也就相同，即同一各种具体的物理系统，只要具有相同的微分方程，其传递函数也就相同，即同一各种具体的物理系统，只要具有相同的微分方程，其传递函数也就相同，即同一个传递函数可表示不同的物理系统。例如，液柱温度计和简单的个传递函数可表示不
27、同的物理系统。例如，液柱温度计和简单的个传递函数可表示不同的物理系统。例如，液柱温度计和简单的个传递函数可表示不同的物理系统。例如，液柱温度计和简单的RCRCRCRC低通滤波器同低通滤波器同低通滤波器同低通滤波器同是一阶系统，具有相同的传递函数；是一阶系统，具有相同的传递函数；是一阶系统，具有相同的传递函数；是一阶系统，具有相同的传递函数；3 3 3 3）传递函数与微分方程等价。）传递函数与微分方程等价。）传递函数与微分方程等价。）传递函数与微分方程等价。由于拉普拉斯变换是由于拉普拉斯变换是由于拉普拉斯变换是由于拉普拉斯变换是一对应变换，不丢失任何信息，故传递函数与微分方程等一对应变换，不丢失
28、任何信息，故传递函数与微分方程等一对应变换，不丢失任何信息，故传递函数与微分方程等一对应变换，不丢失任何信息，故传递函数与微分方程等价。价。价。价。3.3 3.3 3.3 3.3 传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法（1 1）模型：）模型：运用拉普拉斯变换将时域的数学模型转换成复数域的数学模型。运用拉普拉斯变换将时域的数学模型转换成复数域的数学模型。（2 2）特点：）特点：返回返回2 2、传递函数（复数域内）、传递函数（复数域内）l l在框图中用作表示系统的动态特性的图示符号。在框图中用作表示系统的动态特性的图示符号。在框图中用作表示系统的动态特性的图示符号。在框图
29、中用作表示系统的动态特性的图示符号。3.3 3.3 3.3 3.3 传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法（3 3）功用：）功用：Y当当n个环节串联时：个环节串联时：当当n个环节并联时：个环节并联时：XG1(S)G3(S)G2(S)X(S)Y(S)G1(S)G1(S)G1(S)X(S)Y(S)l当组成系统的各个元件或环节的传递函数为已知时，就可当组成系统的各个元件或环节的传递函数为已知时，就可以以用传递函数来确定系统的总特性。用传递函数来确定系统的总特性。3 3、频率响应函数（频域内）、频率响应函数（频域内）（1 1）模型：）模型：）模型：）模型：拉普拉斯变换中，拉普
30、拉斯变换中，拉普拉斯变换中，拉普拉斯变换中，s=+js=+js=+js=+j，令，令，令，令=0=0=0=0，则有，则有，则有，则有 s=js=js=js=j，将其代入，将其代入，将其代入，将其代入H(s)H(s)H(s)H(s)，得到，得到，得到，得到 用复数形式表示：用复数形式表示：G G（jj）=P=P（）+jQjQ（）其中，其中，P P（）和和 Q Q（）都是都是的实函数，以频率的实函数，以频率为横为横坐标，以坐标，以P P（）和和Q Q（）为纵坐标所绘的图形分别称为为纵坐标所绘的图形分别称为系统的实频特性图与虚频特性图。系统的实频特性图与虚频特性图。用指数形式表示：用指数形式表示：G
31、 G（jj）=A=A（）e ej(j()其中其中 3.3 3.3 3.3 3.3 传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法返回返回3 3、频率响应函数（频域内）、频率响应函数（频域内）l l用频率响应函数来描述系统的最大优点是它可以通过实验用频率响应函数来描述系统的最大优点是它可以通过实验用频率响应函数来描述系统的最大优点是它可以通过实验用频率响应函数来描述系统的最大优点是它可以通过实验来求得。来求得。来求得。来求得。实验求得频率响应函数的原理，比较简单明了：依次用不实验求得频率响应函数的原理，比较简单明了：依次用不实验求得频率响应函数的原理，比较简单明了：依次用不实验
32、求得频率响应函数的原理，比较简单明了：依次用不同频率同频率同频率同频率i i i i的简谐信号去激励被测系统，同时测出激励和的简谐信号去激励被测系统，同时测出激励和的简谐信号去激励被测系统，同时测出激励和的简谐信号去激励被测系统，同时测出激励和系统的稳态输出的幅值系统的稳态输出的幅值系统的稳态输出的幅值系统的稳态输出的幅值 X X X Xi i i i、Y Y Y Yi i i i和相位差和相位差和相位差和相位差i i i i。这样对于某。这样对于某。这样对于某。这样对于某个个个个i i i i，便有了一组，便有了一组，便有了一组，便有了一组Y Y Y Yi i i i/X/X/X/Xi i
33、i i=A=A=A=Ai i i i和和和和i i i i，全部的，全部的，全部的，全部的A A A Ai i i i-i i i i和和和和i i i i-i i i i，i=1,2,3,i=1,2,3,i=1,2,3,i=1,2,3,便可表达系统的频率响应函数。便可表达系统的频率响应函数。便可表达系统的频率响应函数。便可表达系统的频率响应函数。l l需要特别指出，频率响应函数是描述系统的简谐输入和相需要特别指出，频率响应函数是描述系统的简谐输入和相需要特别指出，频率响应函数是描述系统的简谐输入和相需要特别指出，频率响应函数是描述系统的简谐输入和相应的稳态输出的关系。应的稳态输出的关系。应的
34、稳态输出的关系。应的稳态输出的关系。因此，在测量系统频率响应函数时，因此，在测量系统频率响应函数时，因此，在测量系统频率响应函数时，因此，在测量系统频率响应函数时，应当在系统响应达到稳态阶段时才进行测量。应当在系统响应达到稳态阶段时才进行测量。应当在系统响应达到稳态阶段时才进行测量。应当在系统响应达到稳态阶段时才进行测量。（2 2）特点：）特点：3.3 3.3 3.3 3.3 传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法返回返回二、动特性的表示方法（动态模型）微分方程、传递函数及频率响应函数的关系。微分方程、传递函数及频率响应函数的关系。微分方程、传递函数及频率响应函数的关
35、系。微分方程、传递函数及频率响应函数的关系。3.3 3.3 3.3 3.3 传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法传感器的描述方法微分方程微分方程频率特性频率特性传传递递函函数数系系统统S=d/dtj=d/dtS=j返回返回3.4 3.4 传感器的特性分析传感器的特性分析一、一、传感器的静态特性传感器的静态特性二、二、传感器的动态特性传感器的动态特性返回返回一、传感器的静态特性一、传感器的静态特性|线性度线性度|迟滞迟滞|重复性重复性|灵敏度与灵敏度误差灵敏度与灵敏度误差|分辨率与阈值分辨率与阈值|稳定性稳定性|漂移漂移|精确度（静态误差）精确度（静态误差）3.4传感器的特性分析传感
36、器的特性分析返回返回1 1、线性度、线性度 传感器的静态特性是在传感器的静态特性是在传感器的静态特性是在传感器的静态特性是在静态标准条件静态标准条件静态标准条件静态标准条件下进行校准（标定）的。下进行校准（标定）的。下进行校准（标定）的。下进行校准（标定）的。标定（校准）曲线与其理论拟合直线之间的偏差就称为该传感标定（校准）曲线与其理论拟合直线之间的偏差就称为该传感器的器的“非线性非线性”，或称，或称“线性度线性度”。（1 1）定义）定义YXYFS标定曲线标定曲线拟合直线拟合直线Lm(2)(2)常用拟和方法常用拟和方法理论直线法理论直线法最小二乘法最小二乘法端点线法端点线法端点平移法端点平移法
37、3.4传感器的特性分析传感器的特性分析返回返回（a）理论拟合）理论拟合（b）最小二乘拟合）最小二乘拟合（c）端点拟合）端点拟合（d）端点平移拟合）端点平移拟合(2)(2)常用的拟和方法常用的拟和方法3.4传感器的特性分析传感器的特性分析返回返回2 2、迟滞迟滞传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出与输入曲线不重合时称为迟滞。迟滞大小一般由实验方法与输入曲线不重合时称为迟滞。迟滞大小一般由实验方法与输入曲线不重合时称为迟滞。迟滞大小一般
38、由实验方法与输入曲线不重合时称为迟滞。迟滞大小一般由实验方法测得。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示。测得。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示。测得。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示。测得。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示。返回返回3.4传感器的特性分析传感器的特性分析3 3、重复性、重复性传感器在输入按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性传感器在输入按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。曲线不一致的程度。返回返回3.4传感器的特性分析传感器的特性分析4 4、灵敏度与灵敏度误差、灵敏度与灵敏度误差|静态灵敏度：静态灵敏度：静态灵敏度：静态灵敏度：传感器输出的变
39、化量与引起该变化量的输入变化量之比。传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。|灵敏度误差灵敏度误差灵敏度误差灵敏度误差yxyx返回返回3.4传感器的特性分析传感器的特性分析5 5、分辨力与阈值、分辨力与阈值l l分辨力是指传感器在规定测量范围内所能检测出被测输入分辨力是指传感器在规定测量范围内所能检测出被测输入分辨力是指传感器在规定测量范围内所能检测出被测输入分辨力是指传感器在规定测量范围内所能检测出被测输入量的最小变化值。量的最小变化值。量的最小变化值。量的最小变化值。即：在非零点，
40、能使传感器的输出有反即：在非零点，能使传感器的输出有反即：在非零点，能使传感器的输出有反即：在非零点，能使传感器的输出有反映的最小输入量的变化。映的最小输入量的变化。映的最小输入量的变化。映的最小输入量的变化。有时对该值用相对满量程输入值之百分数表示，则称为分有时对该值用相对满量程输入值之百分数表示，则称为分有时对该值用相对满量程输入值之百分数表示，则称为分有时对该值用相对满量程输入值之百分数表示，则称为分辨率。辨率。辨率。辨率。l l 阈值是使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入阈值是使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入阈值是使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入阈值是使
41、传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的分辨力。量值，即零点附近的分辨力。量值，即零点附近的分辨力。量值，即零点附近的分辨力。l传感器在长时间内保持其原性能的能力。稳定性一般以室温传感器在长时间内保持其原性能的能力。稳定性一般以室温条件下经过规定时间间隔后，传感器的输出与起始标定时的条件下经过规定时间间隔后，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异来表示，有时也用标定的有效期来表示。输出之间的差异来表示，有时也用标定的有效期来表示。6 6、稳定性、稳定性返回返回3.4传感器的特性分析传感器的特性分析7 7、漂移、漂移l l漂移是指在一定时间间隔内，传感器的输出存在着与被测漂
42、移是指在一定时间间隔内，传感器的输出存在着与被测漂移是指在一定时间间隔内，传感器的输出存在着与被测漂移是指在一定时间间隔内，传感器的输出存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。输入量无关的、不需要的变化。输入量无关的、不需要的变化。输入量无关的、不需要的变化。l l漂移常包括零点漂移和灵敏度漂移。漂移常包括零点漂移和灵敏度漂移。漂移常包括零点漂移和灵敏度漂移。漂移常包括零点漂移和灵敏度漂移。零点漂移或灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移，又零点漂移或灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移，又零点漂移或灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移，又零点漂移或灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移，又称时漂
43、和温漂。称时漂和温漂。称时漂和温漂。称时漂和温漂。l l时漂是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间有缓慢的时漂是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间有缓慢的时漂是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间有缓慢的时漂是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间有缓慢的变化；变化；变化；变化；l l温漂是指由周围温度变化所引起的零点或灵敏度的变化。温漂是指由周围温度变化所引起的零点或灵敏度的变化。温漂是指由周围温度变化所引起的零点或灵敏度的变化。温漂是指由周围温度变化所引起的零点或灵敏度的变化。返回返回3.4传感器的特性分析传感器的特性分析8 8、精确度精确度(静态误差静态误差)l l静态误差是指传感器在其
44、全量程内任一点的输出值与其理静态误差是指传感器在其全量程内任一点的输出值与其理静态误差是指传感器在其全量程内任一点的输出值与其理静态误差是指传感器在其全量程内任一点的输出值与其理论输出值的偏离程度。是系统误差与随机误差综合影响程论输出值的偏离程度。是系统误差与随机误差综合影响程论输出值的偏离程度。是系统误差与随机误差综合影响程论输出值的偏离程度。是系统误差与随机误差综合影响程度的评价指标。度的评价指标。度的评价指标。度的评价指标。（1 1）定义）定义（2）静态误差的求取方法：）静态误差的求取方法：|把全部校准数据与拟合直线上对应值的残差，看成随机分把全部校准数据与拟合直线上对应值的残差，看成随
45、机分把全部校准数据与拟合直线上对应值的残差，看成随机分把全部校准数据与拟合直线上对应值的残差，看成随机分布，求出其标准偏差布，求出其标准偏差布，求出其标准偏差布，求出其标准偏差，即，即，即，即：yi-各种测试点的残差；各种测试点的残差；n-测试点数。测试点数。返回返回3.4传感器的特性分析传感器的特性分析8 8、精确度精确度(静态误差静态误差)l l取取取取22或或或或33值即为传感器的静态误差。静态误差也可用相值即为传感器的静态误差。静态误差也可用相值即为传感器的静态误差。静态误差也可用相值即为传感器的静态误差。静态误差也可用相对误差表示：即对误差表示：即对误差表示：即对误差表示：即 （2）
46、静态误差的求取方法：）静态误差的求取方法：l静态误差是一项综合性指标，它基本上包含了前面叙述的静态误差是一项综合性指标，它基本上包含了前面叙述的非线性误差、迟滞误差、重复性误差等。所以也可以把这非线性误差、迟滞误差、重复性误差等。所以也可以把这几个单项误差综合而得，即几个单项误差综合而得，即 迟滞和非线性误差属于系统误差，迟滞和非线性误差属于系统误差，重复性误差属于随机误差。重复性误差属于随机误差。返回返回3.4传感器的特性分析传感器的特性分析二、传感器的动态特性二、传感器的动态特性动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响动态特性是指传感器对随时间变
47、化的输入量的响动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。动态特性好的传感器，其输出量随时间应特性。动态特性好的传感器，其输出量随时间应特性。动态特性好的传感器，其输出量随时间应特性。动态特性好的传感器，其输出量随时间变化的曲线与被测量随时间变化的曲线一致或者变化的曲线与被测量随时间变化的曲线一致或者变化的曲线与被测量随时间变化的曲线一致或者变化的曲线与被测量随时间变化的曲线一致或者相近。相近。相近。相近。研究动态特性的方法及误差指标研究动态特性的方法及误差指标典型环节的动态响应特性典型环节的动态响应特性传感器不失真的条件传感器不失真的条件返回返回3.4传感器的特性分析传感器的特性分析（
48、一）研究动态特特性的方法及误差指标（一）研究动态特特性的方法及误差指标l l研究动态特性可以从时域和频域两个方面采用研究动态特性可以从时域和频域两个方面采用研究动态特性可以从时域和频域两个方面采用研究动态特性可以从时域和频域两个方面采用瞬态响应法瞬态响应法瞬态响应法瞬态响应法和频率响应法来分析。和频率响应法来分析。和频率响应法来分析。和频率响应法来分析。l l经常采用的输入信号为经常采用的输入信号为经常采用的输入信号为经常采用的输入信号为单位阶跃输入量和正弦输入量。单位阶跃输入量和正弦输入量。单位阶跃输入量和正弦输入量。单位阶跃输入量和正弦输入量。1 1、瞬态响应法：阶跃输入量、瞬态响应法：阶
49、跃输入量l用阶跃响应法求测量系统的动态特性是一种简单易行的用阶跃响应法求测量系统的动态特性是一种简单易行的时域时域测量方法。测量方法。1X(t)tX(t)=1t00t0返回返回3.4传感器的特性分析传感器的特性分析1 1、瞬态响应法：阶跃输入量、瞬态响应法：阶跃输入量时间常数时间常数上升时间上升时间tr响应时间响应时间ts超调量超调量a衰减度衰减度延迟时间延迟时间tdl误差指标：误差指标：一阶系统一阶系统二阶系统二阶系统0.5y0td返回返回3.4传感器的特性分析传感器的特性分析2 2、正弦激励下的稳态频率响应、正弦激励下的稳态频率响应|输入信号为正弦信号时。输出信号输入信号为正弦信号时。输出
50、信号输入信号为正弦信号时。输出信号输入信号为正弦信号时。输出信号y(ty(ty(ty(t)的特征：的特征：的特征：的特征：由于暂态响由于暂态响由于暂态响由于暂态响应的存在，开始时输出并不是纯正弦波，当暂态响应逐渐衰应的存在，开始时输出并不是纯正弦波，当暂态响应逐渐衰应的存在，开始时输出并不是纯正弦波，当暂态响应逐渐衰应的存在，开始时输出并不是纯正弦波，当暂态响应逐渐衰减直至消失后（理论上需要无限长时间）输出只存在稳态正减直至消失后（理论上需要无限长时间）输出只存在稳态正减直至消失后（理论上需要无限长时间）输出只存在稳态正减直至消失后（理论上需要无限长时间）输出只存在稳态正弦量，它与输入信号的频