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1、第一章第一章 传感器概述传感器概述教学目的要求教学目的要求：通过本章的学习使同学掌握传感器的基本结构、分类及基本特性，初步了解传感器的基本参数，对传感器的发展动向简单了解。教学重点教学重点：传感器的结构原理；传感器的分类；传感器的一般特性。教学难点教学难点：传感器的一般特性及标定教学方法教学方法：教学学时教学学时：2 学时本章教学内容本章教学内容：本章对传感器的定义、组成和分类作概要性的介绍，从传感器的输出-输入关系讨论传感器的基本特性，分析传感器的标定方法。要求从信号响应的角度出发，了解传感器的静态特性和动态特性并掌握它们的表述方法。第一讲第一讲传感器的定义和组成传感器的定义和组成本节要求：
2、本节要求：了解传感器的定义和组成了解传感器的定义和组成。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。敏感元件转换元件转换电路辅助电源被测信号图 1-1传感器的组成第二讲第二讲传感器的分类传感器的分类本节要求：本节要求：了解传感器的不同分类方式了解传感器的不同分类方式。按大门类：物理型、化学型、生物型常用物理传感器有两种分类方式：1按物理原理分类电参量式传感器（电阻、电容、电感）磁电式传感器压电式传感器光电式传感器热电式传感器半导体式传感器其它2按使用分类1位移传感器速度传感器加速度传感器温度传感器压力传感器流量传感器其它（如 CO 传感器、湿度传感器、接近开关
3、等）第三讲第三讲传感器的一般特性传感器的一般特性本节要求：本节要求：掌握传感器的静态特性和动态特性。掌握传感器的静态特性和动态特性。一、传感器的静态特性一、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输入关系。一、线性度静态输入、输出关系一般可表示为：nnxaxaxaay22100a：零点输出；1a：线性项系数（或灵敏度）；2a、na：非线性系数非线性度是准对不同的拟合直线说的，图 1-2 是各种不同的拟合方法：图 1-2（a）理论拟合，（b）端点旋转拟合（c）端点连线拟合，（d）端点连线平移拟合如果为一组离散数据，可以用最小二乘拟合（线性回归分析），精度最高。非线性误差
4、：%100maxFSLYLmaxL：最大非线性绝对误差，FSY：满量程2灵敏度xyS3迟滞%10021maxFSHYH4重复性%100maxFSRYR二、传感器的动态特性二、传感器的动态特性传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。1时域响应分析1）零阶传感器bkxy完全跟随，无滞后2)一阶传感器xydtdy其中为时间常数，假设初始条件为 t=0，y=0，解方程式，即可得到当输入 x 从 0 跃变到 1 时，输出响应为tety 1)(，3）二阶传感器xydtdydtydnnn22222其中为阻尼比，n传感器固有频率传递函数：主要的动态指标描述其响应的过程，各参数的意义参见图 1
5、5。时间常数越小，响应速度越快。延时时间传感器输出达到稳态值的 50%所需时间。上升时间传感器输出达到稳态值的 90%所需时间。超调量传感器输出超过稳态值的最大值。2频率响应特性1）一阶传感器的频率响应将S用j代替，即得频率特性表达式：1)(1)(jjH幅频特性：2)(11)(A相频特性：)()(arctg图 1-5 动态响应指标（a）一阶传感器（b）二阶传感器（b）（a）图 1-6一阶传感器的幅频响应曲线（a）幅频特性（b）相频特性2）二阶传感器的频率响应nnjjH2)(11)(2幅频特性：222)2()(1 1)(nnA相频特性：2)(12)(nnarctgn是传感器测量频率的上限，超过后
6、幅值下降；传感器的频带：输出幅值在频带内保持一定的范围的频率段，如 95。第四讲第四讲传感器的标定传感器的标定本节要求：本节要求：掌握传感器静态标定和动态标定的基本方法。掌握传感器静态标定和动态标定的基本方法。一、传感器静态特性标定一、传感器静态特性标定过程如下：1.将传感器全量程标准输入量分成若干个间断点，取各点的值作为标准输入值。2.由小到大一点一点地输入标准值，待输出稳定后记录与各输入值相对应的输出值。3.由大到小一点一点地输入标准值，待输出稳定后记录与各输入值相对应的输出值。4.按步骤 2 和 3 所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多次测试，将所得输入和输出数据用表格列出或画出曲
7、线。5.对测试数据进行必要的分析和处理，以确定该传感器的静态特性指标。二、传感器动态特性标定二、传感器动态特性标定确定传感器的动态特性参数，如时间常数、上升时间或工作频率、通频带等。第五讲第五讲传感器的发展动向传感器的发展动向传感器的发展动向“三新四化”，即：1 新材料的开发、应用2新工艺、新技术的应用3利用新的效应开发新型传感器4传感器的集成化5传感器的多维化6传感器的多功能化7传感器的智能化课程小结课程小结1传感器是指能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成电学量输出的测量装置。一般由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成。2传感器的分类方法很多，一般可按被测物理量、工作原理、能
8、量关系和输出信号性质来分类。3传感器的输出输入关系特性是传感器的基本特性，有静态特性和动态特性之分。所谓静态特性，是指传感器在稳态信号作用下，输出输入之间的关系特性；而传感器的动态特性是指传感器在测量动态信号时，对激励（输入）的响应（输出）特性。衡量传感器静态特性的主要性能指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性。一个动态特性好的传感器总是希望随时间变化的输出曲线能同时再现随时间变化的输入曲线，常通过阶跃响应来研究传感器的动态特性。一阶传感器的阶跃响应最重要的动态特性指标是时间常数，一般希望它越小越好；二阶传感器的阶跃响应典型的动态性能指标包括上升时间、峰值时间、响应时间和最大超调量等，一般也希望它们的数值越小越好。4传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。静态标定的目的是确定传感器静态特性指标，如线性度、灵敏度、迟滞和重复性等；动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数，如一阶传感器的时间常数，二阶传感器的固有频率n和阻尼比等。作业作业1传感器通常由哪几部分组成，各部分有什么作用？2传感器的静态特性指标主要有哪些？写出说明及相关表达式。3什么是传感器的静态特性？它由哪些主要性能指标来描述？4什么是传感器的动态特性？常用什么方法来分析？5传感器的标定有哪两种？标定的目的是什么？