现代检测技术3测控系统的感知技术ppt培训课件

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1、第3章测控系统的感知技术主要内容传感器概述热敏传感器光敏传感器声敏传感器气敏传感器生物敏传感器智能传感器传感器技术所涉及的知识领域非常广泛，它们的共性是利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非电量转换成电量。3.1传感器概述传感器的定义3.1.1传感器的定义与分类传感器位于测控系统的输入端，一般由敏感元件、转换元件和信号调理电路等部分组成分类方法传感器种类说明按输入量分类位移、压力、温度、流量、湿度、速度、气体等传感器以被测物理量命名，包括机械量、热工量、光学量、化学量、物理参量等按工作原理分类应变式、电容式、电感式、压电式、热电式、光电式等以传感器对信号转换的作用原理命

2、名按结构分类结构型传感器敏感元件的结构在被测量作用下发生形变物性型传感器敏感元件的固有性质在被测量作用下发生变化，包括物理性质、化学性质和生物效应等按输出信号分类模拟式传感器、数字式传感器输出分别为模拟量和数字量电参数型和电量型传感器电参数型指中间参量为电阻、电容、电感、频率等；电量型指中间参量为电势或电荷按能量关系分类能量转换型传感器（自源型）传感器直接将被测量的能量转换为输出量的能量能量控制型传感器（外源型）传感器输出能量由外源供给，但受被测量的控制3.1.1传感器的定义与分类传感器的基本特性传感器的基本特性是指传感器的输入-输出特性，一般分为静态特性和动态特性两大类。静态

3、特性是当被测对象处于静态，即输入为不随时间变化的恒定信号时，传感器输入与输出之间呈现的关系。动态特性是指当输入量随时间变化时的输入－输出关系。3.1.2传感器的基本特性1.静态特性式中：y——输出量；x——输入量；a0——零点输出；a1——理论灵敏度；a2、a3，…，an——非线性项系数3.1.2传感器的基本特性①量程②分辨力③阈值④灵敏度⑤重复性⑥迟滞⑦线性度⑧精度⑨稳定性3.1.2传感器的基本特性衡量传感器静态特性的主要指标量程量程又称满度值，是指系统能够承受的最大输出值与最小输出值之差。3.1.2传感器的基本特性分辨力与阈值分辨力是指传感器能够检测到的最小输入增量。使传感

4、器产生输出变化的最小输入值称为传感器的阈值。3.1.2传感器的基本特性灵敏度传感器输出变化量与输入变化量之比为静态灵敏度，其表达式为：3.1.2传感器的基本特性重复性重复性表示传感器在同一工作条件下，被测输入量按同一方向作全程连续多次重复测量时，所得特性曲线的不一致程度。3.1.2传感器的基本特性迟滞迟滞指传感器输入沿正向行程和反向行程变化时输入输出特性曲线的不一致性。3.1.2传感器的基本特性线性度为了标定和数据处理方便，通常希望传感器的输入输出呈线性关系。3.1.2传感器的基本特性常用的直线拟合方法有：理论拟合、端点连线拟合、最小二乘拟合等。相应的有理论线性度、端点连线线性

5、度、最小二乘线性度等。3.1.2传感器的基本特性（a）理论拟合（b）端点连线拟合（c）最小二乘拟合精度精度是反映传感器系统误差和随机误差的综合误差指标。经常用重复性、迟滞和线性度三项的和或者方和根来表示：3.1.2传感器的基本特性稳定性稳定性是指在规定工作条件下和规定时间内，传感器性能保持不变的能力。3.1.2传感器的基本特性2.动态特性动态特性反映传感器感知动态信号的能力。一般来说，传感器输出随时间变化的规律应与输入随时间变化的规律相近，否则输出量就不能反映输入量。3.1.2传感器的基本特性动态特性的数学描述3.1.2传感器的基本特性典型环节的频率特性零阶传感器系统K——静态

6、灵敏度。一阶传感器系统3.1.2传感器的基本特性（a）力学系统3.1.2传感器的基本特性（b）电学系统二阶传感器系统3.1.2传感器的基本特性典型的二阶系统3.1.2传感器的基本特性时域性能指标通常在阶跃信号作用下测定传感器动态特性的时域指标。（a）一阶系统（b）二阶系统3.1.2传感器的基本特性传感器的时域性能指标主要有时间常数τ：输出值上升到稳态值的63%所需的时间；上升时间：输出值从稳态值的10%上升到90%所需的时间；响应时间：输出值达到稳态值的95%或98%所需的时间。最大超调量σ：在二阶系统中，如果输出量大于稳态值，则有超调，最大超调量定义为：3.1.2传感器的基本

7、特性频域性能指标通常利用传感器系统对单位幅度正弦信号的响应曲线测定动态性能的频域指标。传感器的频域性能指标包括通频带：对数幅频特性曲线上幅值衰减3dB时所对应的频率范围；工作频带：幅值误差为±5%或±10%时所对应的频率范围；相位误差：在工作频带范围内相角应小于5°或10°。3.1.2传感器的基本特性（a）一阶系统幅频特性和相频特性3.1.2传感器的基本特性（b）二阶系统幅频特性和相频特性3.1.2传感器的基本特性热敏传感器热敏传感器是科学实验和生产活动中非常重要的一类传感器，它是将热量变化