智能传感器第2章经典传感器ppt课件.ppt

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1、课程内容安排第1章概述介绍：传感器概念，智能传感器定义、功能、特点、发展应用、智能传感系统结构和实现步骤途径等问题第2章经典传感器技术基础介绍：技术指标、典型传感器工作原理、提高传感器性能技术途径等问题第3章智能传感器基本技术介绍：计算型传感器、智能材料、微机械加工、集成电路及集成智能传感器实例、无线传感器网络技术等问题第4章智能化功能实现方法介绍：校正、校零、校准、噪声抑制、补偿、融合、自检和自诊断、单片机在智能传感器中的应用等问题第5章人工智能技术及其在智能传感器中的应用介绍：神经网络、模糊数学等人工智能技术特点，及其在智能传感器中的应用2.1传感器的技术指标2.2提高传感器性能技

2、术途径2.3新型传感器工作原理1.光纤传感器2.气敏传感器3.生物传感器4.湿度传感器第2章经典传感器技术基础2.1传感器的技术指标传感器除了描述输出输入关系的特性之外，还有与使用条件、使用环境、使用要求等有关的特性。传感器的输出与输入具有确定的对应关系，最好呈线性关系。但一般情况下，输出输入不会符合完全线性关系，同时由于存在迟滞、蠕变、摩擦、间隙和松动等各种因素以及外界条件的影响，使输出输入对应关系的唯一性、确定性不能实现。考虑了这些情况之后，传感器的输出输入作用大致如图所示。技术指标作用：对传感器特性的基本描述技术指标意义：测试时传感器选择的依据技术指标分类：静态特性（稳态特性）和

3、动态特性稳定性(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2.1传感器的技术指标2.1传感器的技术指标静态特性（稳定状态）：被测量不随时间变化或随时间变化的程度远慢于传感器固有最低阶运动模式的变化程度时，传感器输出与输入的关系。静态特性包括：线性度，迟滞，重复性，静态灵敏度，分辨力与分辨率，精密度、精确度和准确度，稳定性、时漂和温漂，测量范围，量程等。动态特性：输入量随时间的变化程度与测试系统最低

4、阶运动模式的变化程度相比不是缓慢的变化过程时，系统输出量与输入量之间的关系。动态特性:包括正弦响应和阶跃响应特性等。静态特性曲线可实际测试获得。但是为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系。这时可采用各种方法，其中也包括硬件或软件补偿，进行线性化处理。一、静态特性技术指标1．线性度传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性。在不考虑迟滞、蠕变、不稳定性等因素的情况下，其静态特性可用下列多项式代数方程表示：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。各项系数不同，决定了特性曲线的具体形式。y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+a

5、nxn一般来说，在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。在采用直线拟合线性化时，实测曲线与其拟合直线之间的最大偏差，就称为非线性误差或线性度。通常用相对误差γL表示：γL=±(ΔLmax/yFS)×100%ΔLmax一最大非线性误差；yFS—输出量程。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。直线拟合方法：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。拟合计算方法：最小二乘拟合；最小包容拟合关键问题：参考

6、直线的选取！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a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。0yx⊿HmaxyFS迟滞特性式中△Hmax—正反行程间输出的最大差值。迟滞误差的另一名称叫回程误差。回程误差常用绝对误差表示。检测

7、回程误差时，可选择几个测试点。对应于每一输入信号，传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为回程误差。2．迟滞传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。迟滞特性如图所示，它一般是由实验方法测得。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示,即一、静态特性技术指标yx0⊿Rmax2⊿Rmax13．重复性重复性是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。重复性误差可用正反行程的最大偏差表示，即重复性