傳感器與測(cè)試技術(shù) 第三課

1、傳感器與測(cè)試技術(shù)數(shù)控工程學(xué)院傳感器的基本特性傳感器的命名及代號(hào)手機(jī)中的傳感器了解簡(jiǎn)易仿生物形機(jī)器人本次課內(nèi)容本次課內(nèi)容手機(jī)中的傳感器手機(jī)中的傳感器典型的傳感器，重力傳感器、光線(xiàn)傳感器、觸摸傳感器（觸摸屏的典型應(yīng)用）、磁阻傳感器（電子指南針）、加速傳感器（iphone4的三軸陀螺儀）等。這些傳感器的應(yīng)用為智能手機(jī)增加感知能力，使手機(jī)能夠知道自己做什么，甚至怎么做的動(dòng)作。手機(jī)中的傳感器手機(jī)中的傳感器目前絕大多數(shù)智能手機(jī)和平板電腦內(nèi)置了重力傳感器，如蘋(píng)果的系列產(chǎn)品iphone和ipad，Android系列的手機(jī)等。重力傳感器在手機(jī)橫豎的時(shí)候屏幕會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)，可以不通過(guò)按鍵，將手機(jī)平放，左右搖擺就可以代替

2、模擬機(jī)游戲的方向左右移動(dòng)了。重力加速度 晶體變形 電壓轉(zhuǎn)換壓電效應(yīng)重力傳感器重力傳感器通過(guò)重力感應(yīng)操控的游戲在手機(jī)中主要應(yīng)用在翻蓋或滑蓋的控制電路中，通過(guò)翻蓋或滑蓋的動(dòng)作來(lái)控制掛掉電話(huà)或接聽(tīng)電話(huà)、鎖定鍵盤(pán)及解除鍵盤(pán)鎖等?；魻杺鞲衅魍庑头庋b很似三極管，但看起來(lái)比三極管更胖一些。在手機(jī)中，霍爾傳感器的封裝有3個(gè)引腳的，也有4個(gè)引腳的?；魻杺鞲衅骰魻杺鞲衅骼没魻栃?yīng)做成的半導(dǎo)體元件就是霍爾傳感器?；魻杺鞲衅骺捎枚喾N半導(dǎo)體材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多層半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)量子材料等等?；魻杺鞲衅骶哂性S多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小

3、，頻率高（可達(dá)1MHZ），耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕?；魻杺鞲衅鞣譃榫€(xiàn)性型霍爾傳感器件和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器兩種。手機(jī)中使用的霍爾傳感器是微功耗開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器。NOKIA N73滑蓋手機(jī)的霍爾傳感器電路光線(xiàn)感應(yīng)器也叫做亮度感應(yīng)器，很多平板電腦和手機(jī)都配備了該感應(yīng)器。一般位于手持設(shè)備屏幕上方，它能根據(jù)手持設(shè)備目前所處的光線(xiàn)亮度，自動(dòng)調(diào)節(jié)手持設(shè)備屏幕亮度，來(lái)給使用者帶來(lái)最佳視的覺(jué)效果。例如在黑暗的環(huán)境下，手持設(shè)備屏幕背光燈就會(huì)自動(dòng)變暗，否則很刺眼。光線(xiàn)傳感器光線(xiàn)傳感器利用電容式傳感器，手機(jī)按鍵無(wú)需移動(dòng)式元件就可以實(shí)現(xiàn)，這樣會(huì)形成平順光滑的接觸表面。手機(jī)使用的電容式觸摸屏，屏幕面

4、板和觸摸屏合二為一，透光率高，使用壽命長(zhǎng)，適合手機(jī)的超薄化設(shè)計(jì)，加上可以多點(diǎn)觸摸功能，深受用戶(hù)喜愛(ài)。觸摸傳感器觸摸傳感器電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長(zhǎng)的電極，在導(dǎo)電體內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)。在觸摸屏幕時(shí)，由于人體電場(chǎng)，手指與導(dǎo)體層間會(huì)形成一個(gè)耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器便會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。陀螺儀(Gyroscope)，是一種用來(lái)傳感與維持方向的裝置，基于角動(dòng)量守恒的理論設(shè)計(jì)出來(lái)的。陀螺儀主要是由一個(gè)位于軸心且可旋轉(zhuǎn)的輪子構(gòu)成。 陀螺儀一旦開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，由于輪子的角動(dòng)量，陀螺儀有抗拒方向改變的趨向

5、。陀螺儀有單軸陀螺儀和三軸陀螺儀，單軸的只能測(cè)量一個(gè)方向的量，也就是一個(gè)系統(tǒng)需要三個(gè)陀螺儀。而三軸陀螺儀可同時(shí)測(cè)定6個(gè)方向的位置，移動(dòng)軌跡，加速。所以一個(gè)三軸陀螺儀就能替代三個(gè)單軸陀螺儀。三軸陀螺儀多用于航海、航天等導(dǎo)航、定位系統(tǒng)，能夠精確地確定運(yùn)動(dòng)物體的方位。如今也多用于智能手機(jī)當(dāng)中。三軸陀螺儀三軸陀螺儀利用三軸陀螺儀進(jìn)行體感控制的游戲NFCNFC技術(shù)技術(shù)主題詞+四級(jí)修飾語(yǔ)傳感器的命名$主題詞傳感器 $第一級(jí)修飾語(yǔ)被測(cè)量，一般可后續(xù)以“式”字。$第二級(jí)修飾語(yǔ)轉(zhuǎn)換原理$第三級(jí)修飾語(yǔ)特征描述$第四級(jí)修飾語(yǔ)技術(shù)指標(biāo)命名法的構(gòu)成 傳感器的命名與代號(hào)傳感器的命名與代號(hào)傳感器的命名在技術(shù)文件、產(chǎn)品樣書(shū)、

6、學(xué)術(shù)論文和教材等較實(shí)用的場(chǎng)合，比如：放大型應(yīng)變式絕對(duì)壓力傳感器壓電式加速度傳感器應(yīng)變式位移傳感器經(jīng)常會(huì)縮寫(xiě)為只采用第2級(jí)或第1級(jí)修飾語(yǔ)，比如：壓變式傳感器 壓力傳感器壓電式傳感器 溫度傳感器光電式傳感器傳感器的命名與代號(hào)傳感器的命名與代號(hào)傳感器的命名傳感器的命名及代號(hào)代號(hào)的標(biāo)記方法 序號(hào)轉(zhuǎn)換原理被測(cè)量主稱(chēng)C速度、加速度、 沖擊、振動(dòng)、力、重量（稱(chēng)重）、壓力、聲壓、力矩、姿態(tài)、位移、液位、流量、溫度、可見(jiàn)光、照度、濕度、粘度、濁度、離子活濃度、磁電電位器式、電阻式、電流式、電感式、電容式、電渦流式、電熱式、電磁式、電化學(xué)式、電離式、壓電式、壓阻式、應(yīng)變計(jì)式、諧振式、伺服式、磁阻式、光電式在被測(cè)量

7、、轉(zhuǎn)換原理、序號(hào)三部分代號(hào)之間有連字符在被測(cè)量、轉(zhuǎn)換原理、序號(hào)三部分代號(hào)之間有連字符“-”連接。連接。例例1：應(yīng)變式位移傳感器，代號(hào)為：應(yīng)變式位移傳感器，代號(hào)為：CWY-YB-10；例例2：光纖壓力傳感器，代號(hào)為：光纖壓力傳感器，代號(hào)為：CY-GQ-1；例例3：溫度傳感器，代號(hào)為：溫度傳感器，代號(hào)為：CW-01A；例例4：電容式加速度傳感器，代號(hào)為：電容式加速度傳感器，代號(hào)為：CA-DR-2。傳感器的命名與代號(hào)傳感器的命名與代號(hào)傳感器的基本特性傳感器的基本特性根據(jù)傳感器根據(jù)傳感器的被測(cè)量是的被測(cè)量是否隨時(shí)間快否隨時(shí)間快速變化分類(lèi)速變化分類(lèi)靜態(tài)特性：靜態(tài)特性：被測(cè)量不隨時(shí)間變化或者變化緩慢時(shí)傳感

8、器的輸入與輸出的關(guān)系。動(dòng)態(tài)特性：動(dòng)態(tài)特性：被測(cè)量隨時(shí)間快速變化時(shí)傳感器的輸入與輸出的關(guān)系。傳感器的基本特性傳感器的基本特性，即，即輸入輸入輸出特性輸出特性傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型-靜態(tài)的數(shù)學(xué)模型是指靜態(tài)的數(shù)學(xué)模型是指在靜態(tài)信在靜態(tài)信號(hào)作用下，傳感器輸出量號(hào)作用下，傳感器輸出量y y與輸入量與輸入量x x之間的一種函數(shù)關(guān)系之間的一種函數(shù)關(guān)系。如。如果不考慮遲滯特性和蠕動(dòng)效應(yīng)，傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型一般可果不考慮遲滯特性和蠕動(dòng)效應(yīng)，傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型一般可用次多項(xiàng)式來(lái)表示為用次多項(xiàng)式來(lái)表示為(1-1)2012.nny aax a xa x 輸入量，

9、輸入量，即被測(cè)量即被測(cè)量傳感器的理傳感器的理論輸出量論輸出量零輸入時(shí)的零輸入時(shí)的輸出輸出, ,也叫也叫零位輸出零位輸出傳感器線(xiàn)性項(xiàng)傳感器線(xiàn)性項(xiàng)系數(shù)也稱(chēng)線(xiàn)性系數(shù)也稱(chēng)線(xiàn)性靈敏度，常用靈敏度，常用K或或S表示表示非線(xiàn)性項(xiàng)系數(shù)，非線(xiàn)性項(xiàng)系數(shù)，其數(shù)值由具體其數(shù)值由具體傳感器非線(xiàn)性傳感器非線(xiàn)性特性決定特性決定傳感器靜態(tài)數(shù)學(xué)模型傳感器靜態(tài)數(shù)學(xué)模型4 4種特殊形式種特殊形式理想的線(xiàn)性特性理想的線(xiàn)性特性- -能準(zhǔn)確無(wú)誤地反映被測(cè)的真值能準(zhǔn)確無(wú)誤地反映被測(cè)的真值, ,線(xiàn)性度最好線(xiàn)性度最好(a)(a)。線(xiàn)性特性線(xiàn)性特性-不過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)不過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)(b) (b) 僅有偶次非線(xiàn)性項(xiàng)僅有偶次非線(xiàn)性項(xiàng)-線(xiàn)性范圍較窄，線(xiàn)性

10、度較差，靈敏度為線(xiàn)性范圍較窄，線(xiàn)性度較差，靈敏度為相應(yīng)曲線(xiàn)的斜率相應(yīng)曲線(xiàn)的斜率(c)(c) 2420242.nnyaa xa xa x僅有奇次非線(xiàn)性項(xiàng)僅有奇次非線(xiàn)性項(xiàng)-線(xiàn)性范圍較寬，且特性曲線(xiàn)相對(duì)坐標(biāo)原線(xiàn)性范圍較寬，且特性曲線(xiàn)相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)稱(chēng)，具有這種特性的傳感器使用時(shí)應(yīng)采取線(xiàn)性補(bǔ)償措施點(diǎn)對(duì)稱(chēng)，具有這種特性的傳感器使用時(shí)應(yīng)采取線(xiàn)性補(bǔ)償措施 (d) 32101321.nnyaa xa xax 傳感器典型靜態(tài)特性曲線(xiàn)傳感器典型靜態(tài)特性曲線(xiàn)xyxyxx（a）（b）（c）（d） n = 0,1,2, 1ya x01yaa x傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)傳感器的靜態(tài)特傳感器的靜態(tài)特性主要由性

11、能指性主要由性能指標(biāo)來(lái)描述標(biāo)來(lái)描述量程范圍量程范圍線(xiàn)性度線(xiàn)性度靈敏度靈敏度重復(fù)性重復(fù)性遲遲 滯滯分辨力和閾值分辨力和閾值穩(wěn)定性穩(wěn)定性漂漂 移移1. 1.線(xiàn)性度線(xiàn)性度u線(xiàn)性度線(xiàn)性度-傳感器輸出量與輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線(xiàn)傳感器輸出量與輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線(xiàn)偏離偏離理論擬合直線(xiàn)理論擬合直線(xiàn)的程度的程度，又稱(chēng)非線(xiàn)性誤差。線(xiàn)性度可用下式表，又稱(chēng)非線(xiàn)性誤差。線(xiàn)性度可用下式表示為示為 max.100%LF Sey .max0F Syyy(1-6)實(shí)際曲線(xiàn)與擬實(shí)際曲線(xiàn)與擬合直線(xiàn)之間的合直線(xiàn)之間的最大偏差最大偏差滿(mǎn)量程輸滿(mǎn)量程輸出平均值出平均值最大輸出最大輸出平均值平均值最小輸出最小輸出平均值平均值線(xiàn)性度是

12、以擬合直線(xiàn)作為基準(zhǔn)來(lái)確定的，線(xiàn)性度是以擬合直線(xiàn)作為基準(zhǔn)來(lái)確定的，擬合方法不同，線(xiàn)性度的大小也不同擬合方法不同，線(xiàn)性度的大小也不同u常用的擬合方法有常用的擬合方法有理論直線(xiàn)法、端點(diǎn)連線(xiàn)法、割線(xiàn)法、最小二乘法理論直線(xiàn)法、端點(diǎn)連線(xiàn)法、割線(xiàn)法、最小二乘法等。等。u端點(diǎn)連線(xiàn)法簡(jiǎn)單直觀(guān)，應(yīng)用比較廣泛，但沒(méi)有考慮所有測(cè)量數(shù)據(jù)的分布，端點(diǎn)連線(xiàn)法簡(jiǎn)單直觀(guān)，應(yīng)用比較廣泛，但沒(méi)有考慮所有測(cè)量數(shù)據(jù)的分布， 擬合精度較低。擬合精度較低。u最小二乘法擬合精度最高，但計(jì)算繁瑣，需要借助計(jì)算機(jī)來(lái)完成。最小二乘法擬合精度最高，但計(jì)算繁瑣，需要借助計(jì)算機(jī)來(lái)完成。2. 2.靈敏度靈敏度u靈敏度靈敏度是是傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出增量與輸入

13、增量的比值傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出增量與輸入增量的比值。u線(xiàn)性傳感器，其靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率，如圖線(xiàn)性傳感器，其靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率，如圖1-5a1-5a所示所示. .圖圖1-5 1-5 傳感器的靈敏度傳感器的靈敏度u非線(xiàn)性傳感器的靈敏度是一個(gè)隨工作點(diǎn)而變的變量，如圖非線(xiàn)性傳感器的靈敏度是一個(gè)隨工作點(diǎn)而變的變量，如圖1-5b1-5b所示所示. .3.3.重復(fù)性重復(fù)性max.100%RF Sey 不重復(fù)性主要由傳感器的機(jī)械部分的磨不重復(fù)性主要由傳感器的機(jī)械部分的磨損、間隙、松動(dòng)、部件的內(nèi)摩擦、積塵、損、間隙、松動(dòng)、部件的內(nèi)摩擦、積塵、電路老化、工作點(diǎn)漂移等原因產(chǎn)生。電路老化、工作點(diǎn)漂移

14、等原因產(chǎn)生。u多次測(cè)試的不重復(fù)誤差，多次測(cè)試的不重復(fù)誤差， 多次測(cè)試的曲線(xiàn)越重合，多次測(cè)試的曲線(xiàn)越重合， 其重復(fù)性越好其重復(fù)性越好。輸出最大不輸出最大不重復(fù)誤差重復(fù)誤差滿(mǎn)量程輸出滿(mǎn)量程輸出平均值平均值圖圖1-6 1-6 重復(fù)性重復(fù)性maxmax1max2=max(,)u重復(fù)性重復(fù)性-傳感器在傳感器在輸入量按同一方向（輸入量增大或輸入量減少）作輸入量按同一方向（輸入量增大或輸入量減少）作全量程全量程多次多次測(cè)試時(shí)，所得特性曲線(xiàn)不一致性的程度測(cè)試時(shí)，所得特性曲線(xiàn)不一致性的程度，如圖如圖1-61-6所示所示。標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差u重復(fù)性誤差反映的是校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性誤差反映的是校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的離散程度離散程度，

15、屬，屬隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差，按上述，按上述方法計(jì)算就不太合理。由于測(cè)量次數(shù)不同，其最大偏差也不一樣。方法計(jì)算就不太合理。由于測(cè)量次數(shù)不同，其最大偏差也不一樣。因此一般按因此一般按標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)計(jì)算重復(fù)性誤差，其表達(dá)式為來(lái)計(jì)算重復(fù)性誤差，其表達(dá)式為: : max.(23)100%RF Sey 標(biāo)準(zhǔn)偏差常用貝塞爾公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差常用貝塞爾公式計(jì)算21()1niiiyyn全部校準(zhǔn)點(diǎn)正、反行程輸全部校準(zhǔn)點(diǎn)正、反行程輸出值的標(biāo)準(zhǔn)偏差中最大值出值的標(biāo)準(zhǔn)偏差中最大值某校準(zhǔn)點(diǎn)某校準(zhǔn)點(diǎn)i的輸出值的輸出值在第在第i個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)上個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)上輸出量的平均值輸出量的平均值測(cè)量次數(shù)測(cè)量次數(shù)4. 4.遲滯現(xiàn)象遲滯現(xiàn)象u遲滯現(xiàn)象

16、遲滯現(xiàn)象-傳感器在傳感器在正向行程正向行程( (輸入量增大輸入量增大) )和和反向行程反向行程( (輸入量輸入量減小減小) )期間期間，輸出輸出輸入特性曲線(xiàn)輸入特性曲線(xiàn)不一致的程度不一致的程度，如圖，如圖1 17 7所示。所示。maxmax.100%100%2HHF SF Seeyy 或（1-12）u遲滯反映了傳感器機(jī)械部分不可避免的缺陷，如軸承摩擦、間隙、螺釘松遲滯反映了傳感器機(jī)械部分不可避免的缺陷，如軸承摩擦、間隙、螺釘松動(dòng)、元件腐蝕或碎裂、材料內(nèi)摩擦、積塵等。動(dòng)、元件腐蝕或碎裂、材料內(nèi)摩擦、積塵等。最大滯環(huán)誤差最大滯環(huán)誤差 圖圖1-7 1-7 遲滯特性遲滯特性圖圖1-8 1-8 分辨力和

17、閾值分辨力和閾值yx閾值0minx 5. 5.分辨力和閾值分辨力和閾值 u傳感器的分辨力傳感器的分辨力-實(shí)際測(cè)量時(shí)，傳感器的輸入實(shí)際測(cè)量時(shí)，傳感器的輸入輸出關(guān)系不可能保持絕對(duì)連續(xù)。有時(shí)輸入量開(kāi)始輸出關(guān)系不可能保持絕對(duì)連續(xù)。有時(shí)輸入量開(kāi)始變化，但輸出量并不立刻隨之變化，而是輸入量變化，但輸出量并不立刻隨之變化，而是輸入量變化到某一程度時(shí)輸出才突然產(chǎn)生一小的階躍變變化到某一程度時(shí)輸出才突然產(chǎn)生一小的階躍變化。實(shí)際上傳感器的特性曲線(xiàn)并不是十分平滑，化。實(shí)際上傳感器的特性曲線(xiàn)并不是十分平滑，而是呈階梯形變化的，如圖而是呈階梯形變化的，如圖1-81-8所示。所示。在在規(guī)定測(cè)量規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)的輸入

18、量的最小變化量范圍內(nèi)所能檢測(cè)的輸入量的最小變化量XminXmin（有量綱）（有量綱）。有時(shí)也用該值相對(duì)滿(mǎn)量程輸入值的有時(shí)也用該值相對(duì)滿(mǎn)量程輸入值的百分?jǐn)?shù)表示（分辨率百分?jǐn)?shù)表示（分辨率- -無(wú)量綱）。無(wú)量綱）。u閾值通常又稱(chēng)為死區(qū)、失靈區(qū)、靈敏限、靈敏閾、閾值通常又稱(chēng)為死區(qū)、失靈區(qū)、靈敏限、靈敏閾、鈍感區(qū)，鈍感區(qū)，是輸入量由零變化到使輸出量開(kāi)始發(fā)生是輸入量由零變化到使輸出量開(kāi)始發(fā)生可觀(guān)變化的輸入量的值可觀(guān)變化的輸入量的值，圖中的，圖中的 值。值。6. 6.穩(wěn)定性穩(wěn)定性u(píng)穩(wěn)定性有穩(wěn)定性有短期穩(wěn)定性短期穩(wěn)定性和和長(zhǎng)期穩(wěn)定性長(zhǎng)期穩(wěn)定性之分。之分。u傳感器常用傳感器常用長(zhǎng)期穩(wěn)定性長(zhǎng)期穩(wěn)定性表示，它是指在

19、室溫條件下表示，它是指在室溫條件下, ,經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間間隔，如一天、一月或一年，傳感器的間間隔，如一天、一月或一年，傳感器的輸出與起始標(biāo)定輸出與起始標(biāo)定時(shí)的輸出之時(shí)的輸出之間的差異。通常又用其不穩(wěn)定度來(lái)表征其輸出的穩(wěn)定度。間的差異。通常又用其不穩(wěn)定度來(lái)表征其輸出的穩(wěn)定度。7. 7.漂移漂移u傳感器的漂移傳感器的漂移-外界的干擾下外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量輸出量發(fā)生與輸入量無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)的不需要的不需要的變化的變化。零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移靈敏度漂移靈敏度漂移漂移漂移時(shí)間漂移時(shí)間漂移-指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn) 或靈敏度或靈敏度隨時(shí)間隨時(shí)間的緩慢變化的緩慢變化溫度漂移溫

20、度漂移-環(huán)境溫度環(huán)境溫度變化變化而引起的零點(diǎn)而引起的零點(diǎn)或或 靈敏度的變化靈敏度的變化溫度漂移溫度漂移時(shí)間漂移時(shí)間漂移8. 8. 測(cè)量范圍和量程測(cè)量范圍和量程u傳感器所能測(cè)量的傳感器所能測(cè)量的最大被測(cè)量最大被測(cè)量（輸入量）的數(shù)值稱(chēng)為（輸入量）的數(shù)值稱(chēng)為測(cè)量上限測(cè)量上限，最小被測(cè)量最小被測(cè)量稱(chēng)為稱(chēng)為測(cè)測(cè)量下限量下限，上限與下限之間的區(qū)間，則稱(chēng)為測(cè)量范圍。，上限與下限之間的區(qū)間，則稱(chēng)為測(cè)量范圍。u量程量程-測(cè)量上限與下限的測(cè)量上限與下限的代數(shù)差代數(shù)差。例如：例如：u測(cè)量范圍為測(cè)量范圍為0 0+10N+10N，量程為，量程為10N10N；u測(cè)量范圍為測(cè)量范圍為-20-20+20+20，量程為，量程為

21、4040；u測(cè)量范圍為測(cè)量范圍為-5-5+10g+10g，量程為，量程為15g15g；u測(cè)量范圍為測(cè)量范圍為1001001000Pa1000Pa，量程為，量程為900Pa900Pa；u通過(guò)測(cè)量范圍，可以知道傳感器的通過(guò)測(cè)量范圍，可以知道傳感器的測(cè)量上限與下限測(cè)量上限與下限，以便正確使用傳感器；，以便正確使用傳感器；通過(guò)量程，可以知道傳感器的通過(guò)量程，可以知道傳感器的滿(mǎn)量程輸入值滿(mǎn)量程輸入值，而其對(duì)應(yīng)的滿(mǎn)量程輸出值，而其對(duì)應(yīng)的滿(mǎn)量程輸出值，乃是決定傳感器性能的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。乃是決定傳感器性能的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。穩(wěn)定性穩(wěn)定性(零漂零漂)傳感器傳感器溫度溫度供電供電各種干擾穩(wěn)定性各種干擾穩(wěn)定性溫漂溫漂分

22、辨力分辨力沖擊與振動(dòng)沖擊與振動(dòng)電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)線(xiàn)性線(xiàn)性滯后滯后重復(fù)性重復(fù)性靈敏度靈敏度輸入輸入誤差因素誤差因素外界影響外界影響 傳感器輸入輸出作用圖傳感器輸入輸出作用圖輸出輸出取決于傳感器本身，可通過(guò)傳感器本身的改善來(lái)加以抑取決于傳感器本身，可通過(guò)傳感器本身的改善來(lái)加以抑制，有時(shí)也可以對(duì)外界條件加以限制。制，有時(shí)也可以對(duì)外界條件加以限制。衡量傳感器特衡量傳感器特性的主要技術(shù)性的主要技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性 u傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型-指在隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)輸入信號(hào)作用下，指在隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)輸入信號(hào)作用下，傳感器輸出與輸入量間的函數(shù)關(guān)系，它通常稱(chēng)為傳感器輸出與輸入

23、量間的函數(shù)關(guān)系，它通常稱(chēng)為響應(yīng)特性響應(yīng)特性。u動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型一般采用動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型一般采用微分方程微分方程和和傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)描述。描述。傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型微分方程表達(dá)式微分方程表達(dá)式 式中：式中： 與傳感器的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)與傳感器的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) t t時(shí)間；時(shí)間；y y輸出量輸出量y(t)y(t)；x x輸入量輸入量x(t)x(t)。1110111101.nnnnnnmmmmmmd ydydyaaaa ydtdtdtd xdxdxbbbb xdtdtdt101.onmaaabbb、 、 ， 、 、（1-13）u數(shù)學(xué)上常采用數(shù)學(xué)上常采用拉普拉斯變換拉普拉斯變換將實(shí)數(shù)域的微分方程變成復(fù)數(shù)域?qū)?shí)數(shù)

24、域的微分方程變成復(fù)數(shù)域（S S域）的代數(shù)方程，求解代數(shù)方程就容易多了。域）的代數(shù)方程，求解代數(shù)方程就容易多了。 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)u動(dòng)態(tài)特性的傳遞函數(shù)在線(xiàn)性定常系統(tǒng)中是初始條件為動(dòng)態(tài)特性的傳遞函數(shù)在線(xiàn)性定常系統(tǒng)中是初始條件為0 0時(shí)，時(shí)，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。u由數(shù)學(xué)理論知，如果當(dāng)由數(shù)學(xué)理論知，如果當(dāng)t0t0時(shí)時(shí),y(t)=0,y(t)=0,則則y(t)y(t)的拉普拉斯的拉普拉斯變換可定義為變換可定義為 式中式中 s=+j s=+j， 0 0。對(duì)式（對(duì)式（1 11313）現(xiàn)兩邊取拉普拉斯變換，則得）現(xiàn)兩邊取拉普拉斯變換，則得0(

25、 )( )stY Sy t edt(1-14) 011101( )(.)( )(.)nnmmnnmmY s a sasaX s b sbsb則系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 為( )H s011110.( )( )( ).mmmmnnnnb sbsbY sH sX sa sasa1110111101.nnnnnnmmmmmmd ydydyaaaa ydtdtdtd xdxdxbbbb xdtdtdt（113）動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性u(píng)在動(dòng)態(tài)在動(dòng)態(tài)( (快速變化快速變化) )的輸入信號(hào)作用下，要求傳感器不僅的輸入信號(hào)作用下，要求傳感器不僅能精確地測(cè)量信號(hào)的幅值大小，而且能測(cè)量出信號(hào)變化能精確地測(cè)量信號(hào)的幅值大小，而且能

26、測(cè)量出信號(hào)變化的過(guò)程。這就要求傳感器能的過(guò)程。這就要求傳感器能迅速準(zhǔn)確迅速準(zhǔn)確地地響應(yīng)和再現(xiàn)響應(yīng)和再現(xiàn)被測(cè)被測(cè)信號(hào)的變化。也就是說(shuō)，傳感器要有良好的動(dòng)態(tài)特性。信號(hào)的變化。也就是說(shuō)，傳感器要有良好的動(dòng)態(tài)特性。動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性時(shí)域時(shí)域-階躍響應(yīng)法（研究系統(tǒng)輸出波形）階躍響應(yīng)法（研究系統(tǒng)輸出波形） - -輸入階躍信號(hào)輸入階躍信號(hào)頻域頻域-頻率響應(yīng)法來(lái)（研究系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)）頻率響應(yīng)法來(lái)（研究系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)） - -輸入正弦信號(hào)輸入正弦信號(hào)階躍響應(yīng)特性（時(shí)域）階躍響應(yīng)特性（時(shí)域） u給傳感器輸入一個(gè)單位階躍函數(shù)信號(hào)給傳感器輸入一個(gè)單位階躍函數(shù)信號(hào)u其輸出特性稱(chēng)為階躍響應(yīng)特性。表征階躍響應(yīng)特其輸出特性稱(chēng)為階躍

27、響應(yīng)特性。表征階躍響應(yīng)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有：時(shí)間常數(shù)、延遲時(shí)間、上升性的主要技術(shù)指標(biāo)有：時(shí)間常數(shù)、延遲時(shí)間、上升時(shí)間、峰值時(shí)間、最大超調(diào)量、響應(yīng)時(shí)間等。如圖時(shí)間、峰值時(shí)間、最大超調(diào)量、響應(yīng)時(shí)間等。如圖1-91-9、1-101-10所示。所示。x x（t t）= = 0010 tt (1-16) tptrtstdtp穩(wěn)態(tài)誤差1.00.90.50.1( )y t0(52)%圖圖1-10 1-10 二階傳感器階躍響應(yīng)特性二階傳感器階躍響應(yīng)特性trtdt1.00.90.50.1( )y t0.6320圖圖1-9 1-9 一階傳感器階躍響應(yīng)特性一階傳感器階躍響應(yīng)特性如圖如圖1-111-11所示。將所示。將 代入式代入式(1(115)15)中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù)H(s)H(s)變?yōu)樽優(yōu)镠(j)H(j)，可得系統(tǒng)，可得系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性。的頻率響應(yīng)特性。