传感器原理及应用全套配套课件PPT动画教学大纲第2章 传感器特性.ppt

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1、第2章传感器基本特性传感器原理及应用传感器原理及应用第2章传感器基本特性主要内容2.1传感器静态特性2.2传感器动态特性传感器原理及应用概述：检测系统中传感器位于最前端,是决定系统性能的重要部件如灵敏度、分辨率、检出限、稳定性等，其中每项指标都直接影响测量结果的好坏以及控制过程的准确性。第2章传感器基本特性传感器被测对象控制器被测量可用信号信号处理显示记录检测控制系统原理框图传感器原理及应用不同传感器对同一种信号的输出结果是不同的，而通常高性能的传感器是以高的价格为代价的。第2章传感器基本特性不同性能的核探测器测量结果有较大差

2、别，如:X荧光仪、能谱仪输入信号为：不同能量的γ光子闪烁探测器：一次完成1个元素的测量;正比计数器：一次完成2～4个元素的测量;半导体探测器：同时可完成所有能量的测量；理想的仪器谱为线谱。EnEnEnEn核测量仪器谱线示意图在工程设计中要获得最好的性/价比，需要根据具体要求合理选择使用传感器，所以对传感器的各种特性、性能应该有所了解。传感器原理及应用可将传感器看成一个具有输入、输出的二端网络第2章传感器基本特性慢变信号——输入为静态或变化极缓慢的信号时（环境温度），我们讨论研究传感器静态特性，即不随时间变化的特性;快变信号——

3、输入量随时间（t）较快变化时（如振动），我们考虑输出传感器动态特性，即随时间变化的特性；同一个传感器对不同的输入信号输出特性也是不同；由于受传感器内部储能元件（电感、电容、质量块、弹簧等）影响，对快变信号与慢变信号反应大不相同。输入(X)输出(Y)传感器系统根据快变与慢变信号，分别讨论传感器的静态特性、动态特性。传感器原理及应用第2章传感器基本特性2.1传感器静态特性当输入量（X）为静态或变化缓慢的信号时，讨论传感器的静态特性，输入输出关系称静态特性。静态特性主要包括：线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性…静态特性可以用函数式

4、表示为:(与时间无关)输入(X)输出(Y)传感器系统传感器的各种特性是根据“输入—输出”关系来描述的。传感器原理及应用第2章传感器基本特性一个理想的传感器我们希望它具有线性的输入输出关系,但实际上大多数传感器是非线性的.（1）线性度式中：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为非线性项系数，各项系数不同时决定特性曲线的形式传感器的输入输出关系可用多项式表示xy静态特性曲线可以用实验的方法获得。实际应用中为标定方便常常做近似处理,在某一小范围内用切线或割线近似代表实际曲线，使输入输

5、出线性化。或者采用简化计算、电路补偿、软件补偿处理。传感器原理及应用第2章传感器基本特性——最大非线性绝对误差——满量程输出——线性度由于实际传感器总有（高次项）非线性存在，输入输出关系总是非线性关系，使近似后的拟合直线与实际曲线存在偏差。这个最大偏差称为传感器的非线性误差。线性度是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数yxyixi△Lmaxy=kx+b（1）线性度通常用相对误差表示线性度传感器原理及应用第2章传感器基本特性传感器的非线性误差是以一条理想直线作基准的,基准不同时得出的线性度不同,所以不能笼统地提出线性度,必须说明所

6、依据的基准直线.最小二乘法线性度拟合的直线精度最高,也是最常用的方法。几种直线拟合方法a、理论线性度(理论拟合)以0%起点,满量程100%作终点;c、端基线性度(端点连线拟合)实际曲线的起点与终点的直线;d、独立线性度(端点平移)以端基线平行作直线恰好包围所有标定点,与两条直线等距作拟合线。（1）线性度传感器原理及应用第2章传感器基本特性最小二乘法线性度求偏导为零，解出k、b,代入式（1）作拟合直线，实际曲线与拟合直线的最大残差△i为非线性误差.以此求出的线性度为最小二乘法线性度。最小二乘法原理是求所有测点的残差平方和为最小值

7、对实测曲线取n个测点,第i个测点的残差为设拟合直线方程为（1）（2）yxyixi△iy=kx+b拟合直线实测曲线（1）线性度传感器原理及应用第2章传感器基本特性（2）迟滞传感器在正、反行程期间输出特性曲线不重合的现象称迟滞（迟环）。输入逐渐增加再逐渐减小，相同输入值输出不等。例：电子秤砝码重量（x)10g——50g——100g——200g加砝码时输出(y)0.5mV2mV4mV10mV减砝码时输出(y)1mV3mV6mV10mV速度越快这种现象越明显。传感器原理及应用第2章传感器基本特性迟滞误差由满量程输出的百分数表示：为正、

8、反行程输出值之间的最大差值产生迟滞误差的原因：主要是由于敏感元件材料的物理性质缺陷造成的。如弹性元件的滞后，铁磁体、铁电体在加磁场、电场作用下也有这种现象。迟滞误差的存在使输入输出不能一一对应。（2）迟滞传感器原理及应用第2章传感器基本特性（3）重复性传感器输入量按同一方向作