傳感器理論基礎(chǔ)

傳感器理論基礎(chǔ)第一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五傳感器的組成和分類按被測參數(shù)分：溫度、壓力、位移、速度等按工作原理分：應(yīng)變式、電容式、壓電式、磁電式等組成分類第二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五傳感器的基本特性在生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，要對各種各樣的參數(shù)進(jìn)行檢測和控制，就要求傳感器能感受被測非電量的變化并不失真地變換成相應(yīng)的電量——基本特性傳感器的基本特性通常分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性靜態(tài)特性靈敏度線性度遲滯重復(fù)性漂移動態(tài)特性瞬態(tài)響應(yīng)特性頻率響應(yīng)特性傳感器靜態(tài)輸入、輸出關(guān)系一般可表示為：第三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五靈敏度靈敏度——單位輸入量的變化所引起傳感器輸出量的變化。2第四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五線性度線性度是指？（輸出與輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度）關(guān)于擬合數(shù)學(xué)表達(dá)式第五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五圖2-4幾種直線擬合方法

(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)平移擬合

第六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五遲滯遲滯——傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到小變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象。數(shù)學(xué)表達(dá)式產(chǎn)生的原因？（傳感器敏感元件材料的物理性質(zhì)和機(jī)械零部件的缺陷）第七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五5第八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五重復(fù)性重復(fù)性——傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。數(shù)學(xué)表達(dá)式6第九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五漂移傳感器的漂移——輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時間變化。產(chǎn)生的原因？（傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；周圍環(huán)境）溫度漂移第十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五課堂練習(xí)有一位移測量系統(tǒng)，對位移在0～5mm的范圍進(jìn)行了兩個循環(huán)的測量，測量數(shù)據(jù)如下：（mm）012345（mV）上行程049142025下行程0510162125上行程0510151925下行程051116202504.751015.252025以輸出的平均值求端點(diǎn)連線擬合直線，問靈敏度和線性度、遲滯、重復(fù)性誤差各是多少？第十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五傳感器的動態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性是指輸入量隨時間變化時傳感器的響應(yīng)特性。例：動態(tài)測溫6第十二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五傳感器基本動態(tài)特性方程傳感器的動態(tài)特性一般用下述微分方程來描述：零階系統(tǒng)（又稱比例系統(tǒng)）

完全跟蹤，無滯后一階系統(tǒng)（又稱慣性系統(tǒng)）二階系統(tǒng)幾個重要參數(shù)

第十三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五動態(tài)特性除了與傳感器的固有因素有關(guān)之外，還與傳感器輸入量的變化形式有關(guān)。也就是說，我們在研究傳感器動特性時，通常是根據(jù)不同輸入變化規(guī)律來考察傳感器的響應(yīng)的。瞬態(tài)響應(yīng)特性——用得較多的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和脈沖信號頻域響應(yīng)特性——輸入為正弦信號第十四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五瞬態(tài)響應(yīng)特性（1）一階傳感器的單位階躍響應(yīng)對于一個階躍輸入：得一階傳感器的單位階躍響應(yīng)信號8傳感器存在慣性，值是一階傳感器重要的性能參數(shù)第十五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五瞬態(tài)響應(yīng)特性（2）二階傳感器的單位階躍響應(yīng)

過阻尼、欠阻尼、臨界阻尼二階傳感器對階躍信號的響應(yīng)曲線在很大程度上取決于阻尼比ξ和固有角頻率ωn9第十六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五傳感器的時域動態(tài)性能指標(biāo)時間常數(shù)τ延遲時間td上升時間tr峰值時間tp超調(diào)量σ衰減比d第十七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五頻率響應(yīng)特性頻率響應(yīng)特性——傳感器對不同頻率成分的正弦輸入信號的響應(yīng)特性一階傳感器的頻率響應(yīng)幅頻特性：相頻特性：值是一階傳感器頻率響應(yīng)的重要性能參數(shù)第十八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五12第十九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五頻率響應(yīng)特性二階傳感器的頻率響應(yīng)幅頻特性相頻特性第二十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期五13二階傳感器的頻率響應(yīng)特性好壞主要取決于傳感器的固有頻率ωn和阻尼比ξ。當(dāng)ξ<1,ωn?ω時,A（ω）≈1,Φ（ω）很小,此時,傳感器的輸出y(t)再現(xiàn)了輸入x(t)的波形。通常固有頻率ωn至少應(yīng)大于被測信號頻率ω的3～5倍,即ωn≥（3～5）ω。第二十一頁，共二