傳感器靜態(tài)特性-1

1同學(xué)們好！新加坡魚(yú)尾獅像21、任課教師上課時(shí)應(yīng)掌握學(xué)生的出勤情況，抽查點(diǎn)名，每學(xué)期抽查點(diǎn)名不應(yīng)少于上課次數(shù)的1/3。2、學(xué)生修讀的課程，均應(yīng)按規(guī)定聽(tīng)課，完成作業(yè)、實(shí)驗(yàn)等全部教學(xué)環(huán)節(jié)。無(wú)故不參加者，作曠課處理。該門課程累計(jì)曠課總課時(shí)1/3及以上，取消考試資格。3、缺交作業(yè)（包括習(xí)題或?qū)嶒?yàn)報(bào)告）的次數(shù)超過(guò)該課程作業(yè)總次數(shù)1/3者，不得參加該課程的考核。任課教師可視其具體情況，待作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告補(bǔ)齊后作緩考處理。

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張偉：

weiningzi@QQ：3586920404本課程的任務(wù)及要求“傳感技術(shù)”是一門涉及到電工電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、光電檢測(cè)技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、精密機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)等眾多基礎(chǔ)理論和技術(shù)的綜合性技術(shù)，現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)通常集光、機(jī)、電于一體，軟硬件相結(jié)合?！皞鞲屑夹g(shù)”課程著重培養(yǎng)學(xué)生掌握傳感器與檢測(cè)技術(shù)基本理論、基本方法，本課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，在理論學(xué)習(xí)的同時(shí)，要求學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐熟練掌握各類典型傳感器的基本原理和適用場(chǎng)合，掌握常用測(cè)量?jī)x器的基本工作原理和工作性能，能合理選用常用電子儀器、測(cè)量電路等，能根據(jù)測(cè)量要求設(shè)計(jì)各類測(cè)量系統(tǒng)，能對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行誤差分析和數(shù)據(jù)處理等，達(dá)到理論與實(shí)踐的高度統(tǒng)一，突出能力的培養(yǎng)。5光纖光柵位移計(jì)索尼α700采用的新型CMOS傳感器6新型片式汽車尾氣傳感器G系列新型傳感器7新型接近開(kāi)關(guān)傳感器8各種壓電傳感器9光電式傳感器10第0章傳感器與檢測(cè)技術(shù)概念0.1傳感器的組成與分類0.2傳感器的作用與地位0.3傳感器的發(fā)展方向0.4檢測(cè)技術(shù)的定義0.5檢測(cè)技術(shù)的作用110.1傳感器的組成與分類0.1.1傳感器的定義

傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦兄苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髂軐⒚舾性敵鲛D(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分.

12圖0-1傳感器組成方塊圖常見(jiàn)的信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路有放大器、電橋、振蕩器、電荷放大器等，它們分別與相應(yīng)的傳感器相配合。13例如：

我們要測(cè)量一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的汽車的加速度（規(guī)定的被測(cè)量）?？梢栽O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置。敏感元件轉(zhuǎn)換元件+—電子線路輸出14敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路被測(cè)量電量砝碼m千克彈簧k轉(zhuǎn)換電路加速度電量a力mama/k位移v?ma/kL150.1傳感器的組成與分類0.1.3傳感器的分類：按輸入量分類:位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等按工作原理分類:應(yīng)變式、電容式、電感式、壓電式、熱電式等按物理現(xiàn)象分類:結(jié)構(gòu)型傳感器、特性型傳感器按能量關(guān)系分類:能量轉(zhuǎn)換型傳感器、能量控制傳感器按輸出信號(hào)分類:模擬式傳感器、數(shù)字式傳感器160.2傳感器的作用與地位

傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)試系統(tǒng)的接口位置,即檢測(cè)與控制系統(tǒng)之首。因此，傳感器成為感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程要獲取的信息，都要通過(guò)傳感器獲取并通過(guò)它轉(zhuǎn)換為容易傳輸與處理的電信號(hào)。所以，80年代以來(lái)，世界各國(guó)都將傳感器技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的高技術(shù)，倍受重視。170.3傳感器的發(fā)展動(dòng)向當(dāng)前傳感器技術(shù)的主要發(fā)展動(dòng)向：開(kāi)展基礎(chǔ)研究，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)傳感器的新材料和新工藝，實(shí)現(xiàn)傳感器的集成化與智能化。發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象開(kāi)發(fā)新材料采用微細(xì)加工技術(shù)研究多功能集成傳感器智能化傳感器新一代航天傳感器研究仿生傳感器研究180.4檢測(cè)技術(shù)的定義檢測(cè)技術(shù)屬于信息科學(xué)的范疇,與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)構(gòu)成完整的信息技術(shù)學(xué)科。測(cè)量是指確定被測(cè)對(duì)象屬性量值為目的的全部操作。測(cè)試是具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量,或者可以理解為測(cè)量和試驗(yàn)的綜合。190.5檢測(cè)技術(shù)的作用檢測(cè)技術(shù)的作用客觀世界的一切物質(zhì)都以不同形式不斷地運(yùn)動(dòng)著。運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)是以一定的能量或狀態(tài)表現(xiàn)出來(lái)的，這就是信號(hào)。人們?yōu)榱苏J(rèn)識(shí)物質(zhì)世界，就必須尋找表征物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的各種信號(hào)以及信號(hào)與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。這就是檢測(cè)的任務(wù)。在工業(yè)生產(chǎn)這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)在科學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)在現(xiàn)代人們的日常生活中20第1章傳感器的特性1.1傳感器的靜態(tài)特性1.2傳感器的動(dòng)態(tài)特性

傳感器的特性是指?jìng)鞲衅魉赜行再|(zhì)的總稱。而傳感器的輸入—輸出特性是其基本特性，一般把傳感器作為二端網(wǎng)絡(luò)研究時(shí)，輸入—輸出特性是二端網(wǎng)絡(luò)的外部特性，即輸入量和輸出量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。211.1傳感器的靜態(tài)特性線性度遲滯重復(fù)性靈敏度與靈敏度誤差分辨率與閾值穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性多種抗干擾能力靜態(tài)誤差221.1.1線性度

傳感器的輸入—輸出關(guān)系或多或少地都存在非線性問(wèn)題。在不考慮遲滯、蠕變等因素的情況下，其靜態(tài)特性可用下列多項(xiàng)式代數(shù)方程來(lái)表示：y--輸出量；x--輸入量；a0--零點(diǎn)輸出；a1--理論靈敏度；a2,a3…an--非線性項(xiàng)系數(shù)靜態(tài)特性曲線需要進(jìn)行線性化處理231.1.1線性度理論擬合過(guò)零旋轉(zhuǎn)擬合端點(diǎn)擬合

各種直線擬合方法(a)理論擬合(b)過(guò)零旋轉(zhuǎn)擬合(c)端點(diǎn)擬合(d)端點(diǎn)平移擬合

常用擬和方法24圖1-1各種直線擬和方法（a）理論擬合（b）過(guò)零旋轉(zhuǎn)擬合（c）端點(diǎn)擬合（d）端點(diǎn)平移擬合251.1.2遲滯傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨休敵雠c輸入曲線不重合時(shí)稱為遲滯。遲滯大小一般由實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得。遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示。26

圖1-2遲滯特性271.1.3重復(fù)性重復(fù)性：傳感器在輸入按同一方向作全量程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得特性曲線不一致的程度。28

圖1-3重復(fù)特性291.1.4靈敏度與靈敏度誤差靜態(tài)靈敏度：傳感器輸出的變化量與引起該變化量的輸入變化量之比。靈敏度誤差301.1.5分辨率與閾值分辨率：傳感器能檢測(cè)到的最小的輸入增量。分辨率可用絕對(duì)值表示，也可用與滿量程的百分比表示。閾值：在傳感器輸入零點(diǎn)附近的分辨率。311.1.6穩(wěn)定性穩(wěn)定性：傳感器在長(zhǎng)時(shí)間工作情況是輸出量發(fā)生的變化。有時(shí)稱為長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定性或零點(diǎn)漂移。穩(wěn)定性誤差：前后兩次輸出之差?？捎孟鄬?duì)誤差表示，也可用絕對(duì)誤差來(lái)表示。321.1.7溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性：

又稱為溫度漂移。它是指?jìng)鞲衅髟谕饨鐪囟茸兓闆r下輸出量發(fā)生的變化。溫度穩(wěn)定性誤差：

測(cè)試時(shí)先將傳感器置于一定溫度（例如20℃）下，將其輸出調(diào)至零點(diǎn)或某一特定點(diǎn)，使溫度上升或下降一定的度數(shù)（例如5℃或10℃），再讀出輸出值，前后兩次輸出之差即為溫度穩(wěn)定性誤差。溫度穩(wěn)定性誤差用每若干℃的絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差表示，每℃的誤差又稱溫度誤差系數(shù)。331.1.8多種抗干擾能力多種抗干擾能力：

傳感器對(duì)各種外界干擾的抵抗能力。例如抗沖擊和振動(dòng)能力、抗潮濕的能力、抗電磁場(chǎng)干擾的能力等，評(píng)價(jià)這些能力比較復(fù)雜，一般也不易給出數(shù)量概念，需要具體問(wèn)題具體分析。341.1.9靜態(tài)誤差靜態(tài)誤差：

傳感器在其全量程內(nèi)任一點(diǎn)的輸出值與其理論輸出值的偏離程度。靜態(tài)誤差的求取方法：

把全部校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與擬合直線上對(duì)應(yīng)值的殘差，看成隨機(jī)分布，求出其標(biāo)準(zhǔn)偏差σ，即：△yi--各種測(cè)試點(diǎn)的殘差；n--測(cè)試點(diǎn)數(shù)。35△yi--各