2013传感器与检测技术复习

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1、传感器与检测技术课程　　复习分析频响常用正弦分析瞬时常用阶跃动态测量输入信号规律性的随机性的周期性的非周期性的非平稳随机过程平稳的随机过程正弦周期输入复杂周期输入阶跃输入线性变化输入其它变化输入各态历经过程非各态历经过程传感器在检测系统中有什么作用和地位？什么是敏感元件？什么是传感器？1．特性1.1什么是传感器的静特性？有哪些主要指标？线性度、迟滞、重复性、灵敏度、静态误差、分辨力与阀值等的概念和计算。1.2什么是传感器的动特性？动特性：传递函数和动态响应的物理概念。1.3传感器的静特性的用途是什么？传感器的基本概念一、传感器的定义及构成传感器(Tra

2、nsducer/Sensor)的定义是：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件、转换元件、基本转换电路组成。其中敏感元件(Sensingelement)是指传感器中能直接感受被测量的部分；转换元件(Transitionelement)是指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。基本转换电路:将转换元件输出的电量转换成便于显示、记录和处理的电量输出。二、传感器的分类1.按输入量（被测量量）的类型分类2.按输出信号的类型进行分类⑴模拟式传感器；⑵数字式传感器3.按能量关系进行分类（有源、无源

3、）⑴有源传感器（能量转换型传感器）⑵无源传感器（能量控制型传感器）三、传感器的数学模型1.静态模型在静态信号(输入信号不随时间变化)的作用下，输出量Y与输入量X间的关系。(忽略蠕动、迟滞)一般可用多项式表示。y=a0+a1x+a2x2+a3x3+┅a0━零位输出a1━线性灵敏度a2～an━非线性系数2.动态模型在动态信号(输入信号随时间变化)的作用下，输出量Y与输入量X间的关系。可以用微分方程或系统函数(传递函数)来描述。一阶传感器传递函数-----可用拉普拉斯变换表示系统的系统函数Ｈ(S)。四、传感器的基本特性1.静态特性⑴线性度实际的输出——输入曲

4、线与拟合曲线(工作曲线)间最大偏差的相对值即为线性度。⑵灵敏度SnSn的定义是传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比即为其静态灵敏度。⑶重复性重复性指传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。⑷迟滞现象（回差）回差反映了传感器的输入量在正向行程和反向行程全量程多次测试时，所得到的特性曲线的不重合程度。⑸分辨率（△xmin）在规定的测量范围内，传感器所能检测出输入量的最小变化值。⑹稳定性传感器在相当长的时间内仍保持其原性能的能力。⑺漂移传感器在外界的干扰下，输出量发生了与输入量无关的变化，主要有“零点漂移”和“灵敏度漂移”，

5、这两种漂移又可分为“时间漂移——零点或灵敏度随时间而发生缓慢的变化”和“温度漂移——零点或灵敏度随环境温度的变化而改变”。2.动态特性⑴频率响应传感器的频率响应是指各种频率不同而幅值相同的正弦信号输入时，其输出的正弦信号的幅值、相位(与输入量间的相差）与频率之间的关系。即幅频特性和相频特性。分析切入点：系统的传递函数。⑵阶跃响应给原来处于静态状态传感器输入阶跃信号，在不太长的一段时间内，传感器的输出特性即为其阶跃响应特性。①一阶传感器的阶跃响应特性②二阶传感器的阶跃响应特性＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

6、＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝工作原理、转换电路、主要特性参数计算。说明电阻应变片的组成和种类。电阻应变片有哪些主要特性参数？直流电桥、电桥的非线性。应变片产生误差的原因是什么？如何减少或补偿温度误差？1.1应变式电阻式传感器电阻应变效应是指电阻丝在外力作用下，发生机械变形时，其电阻值发生变化的现象基于这种原理制成的传感器有金属应变片式和半导体应变片式两种。电阻应变片的主要参数有几何尺寸，初始值电阻R0和允许工作电流，且应变片的初始电阻值R0有120Ω、200Ω、350Ω、600Ω、1000Ω等类型，其中最常的有120Ω和350Ω。当现场环境温度改变时，会引

7、起应变片电阻的附加变化量，该变形给测量带来附加误差（即应变片的温度误差）。产品该误差的原因是电阻丝温度系数的存在和电阻丝线膨胀系数不同。电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿和自动补偿两大类。其中最常的是电桥补偿法，它是将工作应变片和补偿应变片接到电桥的两个桥臂，利用它们对电桥输出电压，平衡原理，而起到温度补偿作用。通常采用的半桥差动电路或全桥差动电路，桥路不存在非线性误差，而且电压灵敏度也比单臂桥时高，同时还能起到温度补偿作用，但应清楚完全补偿的条件。一、应变效应的理论基础1．金属导体的电阻定律2．材料的泊松比μ—dL/L、dA/A在力的作用下的相互

8、关系3．金属材料应变电阻效应4．半导体材料的压阻效应二、电阻应变片的结构及工作方式1．基本结构