第一章检测技术

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1、概述：传感器一般要变换各种信息量为电量，描述这种变换的输入与输出关系表达了传感器的基本特性。对不同的输入信号，输出特性是不同的，对快变信号与慢变信号，由于受传感器内部储能元件（电感、电容、质量块、弹簧等）的影响，反应大不相同。快变信号考虑输出的动态特性即随时间变化的特性；慢变信号研究静态特性，即不随时间变化的特性。2.4传感器基本特性2.4.1传感器静态特性当输入量（X）为静态（常量）或变化缓慢的信号时（如温度、压力），讨论传感器的静态特性，输入输出关系称静态特性。静态特性可以用函数式表示为静态特性包括：线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性2.4

2、传感器基本特性稳定性(零漂)传感器温度供电各种干扰稳定性温漂分辨力冲击与振动电磁场线性滞后重复性灵敏度输入误差因素外界影响传感器输入输出作用图输出取决于传感器本身，可通过传感器本身的改善来加以抑制，有时也可以对外界条件加以限制。衡量传感器特性的主要技术指标（1）线性度传感器静态特性和输入输出关系可以用多项式表示：2.4.1传感器静态特性其中：X—输入量，Y—输出量；a0—x=0时的输出值a1—理想灵敏度a2,a3…..an——非线性项系数2.4.1传感器静态特性传感器的非线性误差（线性度）通常用相对误差表示：——最大非线性绝对误差——满量程输出—

3、—线性度YXYiXiLmaxY=kx+b线性度作图在采用直线拟合线性化时，输出输入的校正曲线与其拟合曲线之间的最大偏差，就称为非线性误差或线性度非线性误差不太大的情况下，总是采用直线拟合的办法来线性化。非线性偏差的大小是以一定的拟合直线为基准直线而得出来的。拟合直线不同，非线性误差也不同。所以，选择拟合直线的主要出发点，应是获得最小的非线性误差。另外，还应考虑使用是否方便，计算是否简便。①理论拟合；②端点连线平移拟合；③端点连线拟合；④过零旋转拟合；⑤最小二乘拟合；直线拟合方法a)理论拟合b)过零旋转拟合c)端点连线拟合d)端点连线平移拟合设拟合

4、直线方程：0yyixy=kx+bxI最小二乘拟合法最小二乘法拟合y=kx+b若实际校准测试点有n个，则第i个校准数据与拟合直线上响应值之间的残差为最小二乘法拟合直线的原理就是使为最小值，即Δi=yi-(kxi+b)对k和b一阶偏导数等于零，求出b和k的表达式即得到k和b的表达式将k和b代入拟合直线方程，即可得到拟合直线，然后求出残差的最大值Lmax即为非线性误差。拟合直线的选定原则：保证尽量小的非线性误差计算与使用方便选定拟合直线的方法：传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象称迟滞。2.4.1传感器静态特性为正、反行程输出值间的最大差值

5、（2）迟滞例：一电子秤增加砝码10g——50g——100g——200g电桥输出0.5mv---2mv---4mv---10mv减砝码输出1mv---5mv---8mv---10mv2.4.1传感器静态特性传感器输入量按同一方向作多次测量时，输出特性不一致的程度。用最大重复偏差表示：（3）重复性（4）灵敏度2.4.1传感器静态特性在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值对线性传感器灵敏度是直线的斜率：S=ΔY/ΔX对非线性传感器灵敏度为一变量：S=dy/dx（5）稳定性2.4.1传感器静态特性表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力例：闪烁探

6、测器8小时长期稳定性测量散点图（6）分辨率和阈值2.4.1传感器静态特性分辨率——传感器能够检测到的最小输入增量；阈值——输入小到某种程度输出不再变化的X值；门槛灵敏度——指输入零点附近的分辨能力。当输入的变化量被传感器内部噪声吸收时将反映不到输出2.4.2传感器动态特性当输入量随时间变化时,如:加速度、振动等，讨论传感器的动态特性。这时被测量是时间的函数，或是频率的函数。用时域法表示成：用频域法表示为：检测技术作为信息科学的一个重要分支，与计算机技术、自动控制技术和通信技术等一起构成了信息技术的完整学科。在人类进入信息时代的今天，人们的一切社会

7、活动都是以信息获取与信息转换为中心，传感器作为信息获取与信息转换的重要手段，是信息科学最前端的一个阵地，是实现信息化的基础技术之一。三.检测技术“没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有利工具。3.1检测系统的组成原理各种传感器其输出信号的形式因传感器而异。检测仪器的输出或送控制器用以调节控制，或送至计算机作进一步处理。现代传感技术是自动检测和自动控制系统以及机电一体化的第一基础。自动控制系统框图传感器被测对象控制

8、器被测量可用信号信号处理显示记录3.1检测系统的组成原理测量仪器的输出信号必须转化为电压、电流或数字量中的一种。由于传感器的种类很多，传