《传感器概述》PPT课件.ppt

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1、第2章传感器概述2.1传感器的组成和分类1.定义：能感受规定被测量,并转换成可用输出信号的器件.研究对象2个功能在不同领域，传感器名称不一样：电子领域：敏感元件；超声波领域：换能器；其他：变送器，探头。12.组成(1)敏感元件：感受被测量并输出中间量；(2)转换元件：把中间量转化为电信号；(3)信号调理转换电路和辅助的电源。某些传感器不存在转换元件2(2)按工作原理分：如应变式、电容式、压电式、磁电式等。工程应用时的分类方法学习时的分类方法3.分类方法：(1)按被测量分：如温度、压力、位移、速度传感器等；32.2传感器的基本特性

2、研究方法：输入输出法传感器的基本特性：由y与x的关系式y=f(x)描述分类：根据输入x是否变化，可以分为静态特性(x不变)和动态特性(x变化)。42.2.1传感器的静态特性静态特性：输入为常量，系统稳定时的基本特性。实际为缓变量启动时存在暂态响应此时y只与x有关，与t无关特性函数说明：①实际中，ai的值并不是由f(x)得到，而是通过实验得到;②a0—零点输出；ai(i≠0)—非线性项系数；③a2=a3=…=an=0,则y=a0+a1x→是1直线,故叫线性传感器反之叫非线性传感器。51.灵敏度严格定义：定义：说明：①S越大，传感

3、器越灵敏。②线性传感器：S是一常数；非线性传感器：S随x变化而变化。62.线性度(1)拟合直线：用来近似代替实际特性曲线的直线①拟合的优点：标度刻度和处理数据方便。②拟合的条件：非线性项次数不高(n不高)或x变化范围小7(a)理论拟合：直接令输入输出函数的a2=a3=…=an=0，得y=a0+a1x→y=f(x)在x=0处的切线③拟合方法：(b)过零旋转拟合：将一直线绕曲线与y轴的交点旋转，并使⊿L1=⊿L2(c)端点连线拟合(d)端点平移拟合：将端点连线拟合平移，并满足⊿L1=⊿L2=⊿L3四种拟合的误差比较：(a)(c)最大

4、，(b)居中，(d)最小8(e)最小二乘法拟合(补充)设拟合直线：y=kx+b实际特性曲线的n个点：(x1，y1)、(x2，y2)，…，(xn，yn)。最小二乘法拟合就是拟合直线与实际曲线所有点的差值平方和最小。第i个点(xi，yi)两线的差值：⊿i=yi-(kxi+b)所有点(n个点)差值平方和:⊿=∑⊿i2=∑[yi-(kxi+b)]2差值平方和最小:解出总体上误差最小9(2)线性度(非线性误差)→系统误差全量程范围内，实际特性曲线与拟合直线的最大偏差与满量程之比。线性度值越高，原曲线的线性程度就越差。103.迟滞(1)迟滞

5、输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化时，静态特性曲线不重合的现象。(2)迟滞误差→系统误差全量程范围内，正反行程输出的最大差值与满量程之比。γH越大，误差越大。114.重复性(1)重复性输入量按同一方向作多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。正行程各曲线的最大差值为Rmax1，反行程的最大差值为Rmax2。(2)重复性误差→随机误差125.漂移(1)什么是漂移？x不变，y却随t变化而变化的现象。(2)漂移的危害(3)漂移的产生原因①自身因素②外界因素(温度、湿度)(4)温度漂移①分类零点漂移：输入为0时，温度

6、变化引起的输出变化。灵敏度漂移：温度变化→灵敏度变化→输出变化②温度漂移误差温度每变化1℃时输出的变化量yt、y20——传感器在环境温度t℃和20℃时的输出。132.2.2传感器的动态特性动态特性：x变化，y不仅与x有关，还与t有关。→y=f(x,t)静态特性：x不变，y只与x有关，与t无关。→y=f(x)如何得到动态特性的表达式y=f(x,t)呢？下面举例说明。14补充例：加速度传感器如图，传感器读数为m相对于外壳的位移y(零点即平衡位置)。用传感器测量小车加速度a，试确定传感器的特性函数(y与a的关系)。解：设小车相对于地

7、的位移为x，则m：相对于地的位移为x+y，m水平方向受力分析如右解该微分方程即可得y与a的关系151.传感器的基本动态特性方程对于大多数传感器，有bm=bm-1=…=b1=0，则式中，a0、a1、…,an,b0、b1、….,bm由传感器本身结构决定。(1)特性方程的拉氏解法特性方程拉氏变换：得到传递函数：说明：①传递函数和特性方程是完全等价的。②根据特性方程中最高阶数n的取值可把传感器分成0阶、1阶一直到n阶系统。我们只研究0、1、2阶系统(为什么？)。16(2)0阶系统a0y=b0x只a0不为0，则说明：①0阶系统的的动态特性

8、和线性传感器的静态特性类似。故→静态灵敏度②y与x在幅度上成正比、相位上无延迟，故该系统是不失真系统。③零阶系统的实例：电位器式的电阻传感器、变面积式的电容传感器、静态式压力传感器测量液位。17(3)1阶系统只a0、a1不为0，则说明：①式中→静态灵敏度，→时间