S1传感器技术基础ppt课件.ppt

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1、C1传感器技术基础理学院宋旸1传感器技术基础传感器的一般数学模型1传感器的特性与指标2传感器性能优化简介3传感器的标定与校准421传感器技术基础传感器的特性与指标231.2传感器的特性与指标1.2.1传感器的输入量参数1.2.2传感器的静态特性1.2.3传感器的动态特性41.2.1传感器的输入量参数1）量程：传感器预期能够测定的被测量的量值范围。一般表示成上下限的形式：yF.S2）过载：传感器允许承受的最大输入量（被测量）。此测量状态下，传感器的技术指标不超过规定的公差范围。51.2.2传感器的静态特性静态特性表示传感器在被测输入量各值处于稳定状态时的输出-输入关系。研究

2、静态特性主要考虑其非线性与随机变化等因素。61）线性度2）迟滞（回差）3）重复性4）灵敏度5）分辩率和阈值6）稳定性和零漂7）静态误差8）精确度1.2.2传感器的静态特性71.2.2传感器的静态特性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：线性度是表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标ΔLmax为输入平均值与拟合直线间的最大偏差yF.S为理论满量程输出值81.2.2传感器的静态特性①线性度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

3、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。A理论拟合B过零旋转拟合C端点拟合D端点平移拟合E最小二乘法拟合91.2.2传感器的静态特性A理论拟合拟合直线为传感器的理论特性，与实际测试值无关。该方法十分简单，但一般说ΔLmax较大。101.2.2传感器的静态特性B过零旋转拟合常用于曲线过零的传感器。拟合时，使ΔL1=

4、ΔL2

5、=ΔLmax。方法简单，非线性误差比理论拟合小很多。111.2.2传感器的静态特性C端点拟合将输出曲线两端点的连线作为拟合直线。这种方法比较简便，但ΔLmax也较大

6、121.2.2传感器的静态特性D端点平移拟合在端点连线的基础上使直线平移，移动距离为原先ΔLmax的一半，这样输出曲线分布于拟合直线的两侧，使ΔL1=

7、ΔL2

8、==

9、ΔL3

10、=ΔLmax，与端点连线方法相比，非线性误差减小一半，提高了精度。131.2.2传感器的静态特性E最小二乘法拟合设拟合直线方程：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Δi=yi-(kxi+b)最小二乘法拟合直线的原理就是使为最小值，即对k和b一阶偏导数等于零，求出a和k的表达式141.2.2传感器的静态特性E最小二乘法拟合即得到k和b的表达式将k和b代入拟合

11、直线方程，即可得到拟合直线，残差的最大值Lmax即为非线性误差。151.2.2传感器的静态特性②回差（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。一般是由实验方法测得。以满量程输出的百分数表示0yx⊿HmaxyFS迟滞特性△Hmax为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。161.2.2传感器的静态特性③重复性重复性指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内作多次测量时，所得输出特

12、性曲线的不一致性。重复性反映的是校准数据的离散程度，属于随机误差,常用标准偏差表示,也可用正反行程中的最大偏差表示,即yx0⊿Rmax2⊿Rmax1△Rmax1正行程的最大重复性偏差，△Rmax2反行程的最大重复性偏差。171.2.2传感器的静态特性③重复性重复性误差也常用绝对误差表示。检测时也可选取几个测试点，对应每一点多次从同一方向趋近，获得输出值系列yi1，yi2，yi3，…，yin算出最大值与最小值之差或3σ作为重复性偏差ΔRi在几个ΔRi中取出最大值ΔRmax作为重复性误差。181.2.2传感器的静态特性④灵敏度与灵敏度误差传感器输出的变化量Δy与引起该变化量的

13、输入变化量Δx之比即为其静态灵敏度，其表达式为K=Δy/Δx由于某种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵敏度误差用相对误差表示，即γs=(Δk/k)×100%191.2.2传感器的静态特性④灵敏度与灵敏度误差传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。对线性特性的传感器，其特性曲线的斜率处处相同，灵敏度k是一常数，与输入量大小无关。一般希望灵敏度高，且在满量程范围内恒定。201.2.2传感器的静态特性⑤分辨力与阈值传感器在规定测量范围内所能检测出的被输入量的最小变化量Δxmin。（分辨力）有时也用该值相对满量程输入值的百分数表示。