傳感器技術(shù)基礎(chǔ)課件重點(diǎn)說課材料.ppt

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1、復(fù)習(xí)1、現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)2、傳感器的定義、組成及分類(重點(diǎn))3、傳感器的發(fā)展趨勢緒論8/29/20211第一章傳感器技術(shù)基礎(chǔ)8/29/202125、分辨力與閾值6、穩(wěn)定性與漂移7、誤差表達(dá)（一）、傳感器的靜態(tài)特性（二）、傳感器的動態(tài)特性(二)、動態(tài)模型(一)、靜態(tài)模型新課1、微分方程2、傳遞函數(shù)1、頻率響應(yīng)特性2、階躍響應(yīng)特性3、典型環(huán)節(jié)的動態(tài)響應(yīng)8、精確度等級1、線性度2、回差（滯后或遲滯）3、重復(fù)性4、靈敏度第一節(jié)傳感器的一般數(shù)學(xué)模型第二節(jié)傳感器的特性與指標(biāo)代數(shù)方程8/29/20214第一節(jié)傳感器的一般數(shù)學(xué)模型建立傳感器的數(shù)學(xué)模型的必要性傳感器數(shù)學(xué)模型的

2、靜態(tài)與動態(tài)之分8/29/20215靜態(tài)模型是指在靜態(tài)條件下得到的傳感器數(shù)學(xué)模型。傳感器的靜態(tài)模型可用一代數(shù)方程表示，即：輸入量對時(shí)間t的各階導(dǎo)數(shù)為零一、靜態(tài)模型8/29/20216表示輸出量與輸入量之間的關(guān)系曲線稱為特性曲線。理想情況下，傳感器數(shù)學(xué)模型為：8/29/20217二、動態(tài)模型（1）微分方程傳感器的動態(tài)模型用線性常系數(shù)微分方程來表示：8/29/20218用微分方程作為傳感器數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：通過求解微分方程容易分清暫態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。缺點(diǎn)：求解微分方程很麻煩，尤其當(dāng)需要通過增減環(huán)節(jié)來改變傳感器的性能時(shí)顯得很不方便。8/29/20219（2）傳遞函數(shù)由

3、控制理論可知，對于用線性常系數(shù)微分方程表示的傳感器，其傳遞函數(shù)為：框圖表示法為：xyS=σ+jw，稱為拉氏變換的自變量。8/29/202110對于n個環(huán)節(jié)的串聯(lián)系統(tǒng)：對于n個環(huán)節(jié)的并聯(lián)系統(tǒng)：H1(S)H2(S）轉(zhuǎn)換電路X(S)Y(S)H1(S)H2(S）轉(zhuǎn)換電路X(S)Y(S)8/29/202111采用傳遞函數(shù)法的優(yōu)點(diǎn)：1、容易看清各個環(huán)節(jié)對系統(tǒng)的影響，因而便于對傳感器或測量系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。2、當(dāng)傳感器比較復(fù)雜或傳感器的基本參數(shù)未知時(shí)，可以通過實(shí)驗(yàn)求得傳遞函數(shù)。8/29/202112傳感器特性：主要是指輸出與輸入之間的關(guān)系。靜態(tài)特性：當(dāng)輸入量為常量，或變化極慢時(shí)，輸

4、出與輸入之間的關(guān)系稱為~；靜態(tài)特性表示傳感器在被測輸入量各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出—輸入關(guān)系。研究靜態(tài)特性主要應(yīng)考慮其非線性與隨機(jī)變化等因素。一、傳感器的靜態(tài)特性第二節(jié)傳感器的特性與指標(biāo)8/29/2021131、線性度：又稱非線性定義：表征傳感器輸出—輸入校準(zhǔn)曲線與所選定的擬合直線（作為工作直線）之間的吻合（或偏離）程度的指標(biāo)。通常用相對誤差來表示線性度，即8/29/202114目前常用的擬合方法有：A、理論擬合：B、過零旋轉(zhuǎn)擬合：C、端點(diǎn)連線擬合：D、端點(diǎn)連線平移擬合：8/29/202115a)理論擬合b)過零旋轉(zhuǎn)擬合c)端點(diǎn)連線擬合d)端點(diǎn)連線平移擬合8/29

5、/2021160yyixy=kx+bxI最小二乘擬合法E、最小二乘法擬合（重點(diǎn)）y=kx+b最小二乘法擬合直線的原理就是使為最小值，即Δi=yi-(kxi+b)8/29/202117得到k和b的表達(dá)式8/29/2021188/29/202119最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義在于擬和直線精密度高即誤差小。將幾組x分別帶入以上五式，與y值相差最小的就是所求，（5）為所求。8/29/2021202、回差（或稱遲滯、滯后）定義：傳感器在正反行程中輸出輸入曲線的不重合程度稱為遲滯。遲滯特性一般是由實(shí)驗(yàn)方法測得。遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示，即8/29/202121y0x⊿

6、HmaxyFS遲滯特性8/29/2021223、重復(fù)性定義：指傳感器在輸入按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時(shí)所得特性曲線不一致的程度。重復(fù)性誤差可用正反行程的最大偏差表示，即8/29/202123yx0⊿Rmax2⊿Rmax1△Rmax1正行程的最大重復(fù)性偏差，△Rmax2反行程的最大重復(fù)性偏差。8/29/2021244、靈敏度與靈敏度誤差定義：傳感器輸出的變化量Δy與引起該變化量的輸入變化量Δx之比即為其靜態(tài)靈敏度，其表達(dá)式為靈敏度誤差用相對誤差表示，即8/29/2021255、分辨力與閾值分辨力：是傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測出被測輸入量的最小變化量，用絕對值

7、表示。分辨率：分辨力用與滿量程的百分?jǐn)?shù)表示時(shí)稱為分辨率。閾值：在傳感器輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱為閾值。8/29/2021266、穩(wěn)定性與漂移穩(wěn)定性：指傳感器在長時(shí)間工作的情況下輸出量發(fā)生的變化。有時(shí)稱為長時(shí)間工作穩(wěn)定性或零點(diǎn)漂移。漂移：指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器輸出量存在著有與被測輸入量無關(guān)的、不需要的變化。漂移包括零點(diǎn)漂移與靈敏度漂移，兩者又可分為時(shí)間漂移（時(shí)漂）和溫度漂移（溫漂）。8/29/2021277、誤差表達(dá)（1）絕對誤差測量結(jié)果與被測參量真值之間的差值的絕對值稱為絕對誤差。絕對誤差只能評估同一被測值的測量精度。被測參量的測量值被測參量的真值8/29/20

8、2128（