1、會計學1 新型檢測基礎知識新型檢測基礎知識 本次課主要內容 課程介紹:設課目的、檢測技術與傳感器、 課程內容及安排、課程參考書 4 傳感器的特性指標 2 傳感器的分類及基本要求 3 檢測技術發展動向 1 信號檢測在現代信息技術系統中的地位 靜態特性指標 傳感器靜態特性的多項式及特性曲線表示 線性度及常用的直線擬合方法 其它靜態特性指標：遲滯、重復性、靈敏度、分辨 率(力)與閾值、穩定性、漂移、靜態誤差和精度. 動態特性指標 常用傳感器的數學模型 動態特性指標：上升時間、時間常數、響應時間、 超調量衰減率、穩態誤差. 第一章 新型檢測技術基本知識 第1頁/共51頁 工業自動化專業方向的本科生開設

2、的過程參數檢測技術 課,是針對生產過程中的五大參數.自動化方向的研究生,進行的 研究的課題范圍很廣,不局限于五大參數. 1.設課目的 過程參數新型檢測技術 課程介紹 本科過程參數檢測技術課,在有限的學時內,只能介紹成 熟的、典型的、常用的檢測技術,對新型先進的檢測技術介紹很少. 闊寬對參數檢測的視野,提供其它參數檢測的有關知識； 跟蹤檢測技術的發展,了解新型檢測技術的原理、方法； 有關新型檢測技術的科研介紹. 為研究生的課題研究及今后的工作,奠定相關的技術基礎知識. 開設過程參數新型檢測技術課目的 第2頁/共51頁 過程參數新型檢測技術 課程介紹 2.檢測技術與傳感器 檢測技術作為信息科學的一

3、個重要分支,與計算機 技術、自動控制技術和通信技術等一起構成了信息技術 的完整學科.在人類進入信息時代的今天, 人們的一切 社會活動都是以信息獲取與信息轉換為中心, 傳感器作 為信息獲取與信息轉換的重要手段, 是信息科學最前端 的一個陣地,是實現信息化的基礎技術之一. “沒有傳感器就沒有現代科學技術” 的觀點已為全 世界所公認. 以傳感器為核心的檢測系統就像神經和感 官一樣, 源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種 信息,成為人們認識自然、改造自然的有利工具. 第3頁/共51頁 過程參數新型檢測技術 課程介紹 2.檢測技術與傳感器 對于測、控系統的應用領域,檢測技術-信息獲取技術 有人把控制

4、系統中的測量變送部分比喻成工業自動化的眼睛. 實現信息獲取的工具(儀表及自動化裝置)(電五官)-傳感器. 檢測技術是構成傳感器的基礎理論及技術,傳感器作為測、控 系統中對象信息的入口,在現代化事業中起著重要的作用. 檢測技術課是介紹傳感器的原理、檢測方法、結構及應用等. 先進的計算機控制系統,同樣需要信息輸入(即檢測部分),因 此,隨著計算機在各測、控領域的應用,促進著各領域傳感器 技術的發展. (90年代,國內外出現了傳感器熱,國內外大學各專業都開設 傳感器方面的課程,同時也出版了很多傳感器方面的書). 第4頁/共51頁 過程參數新型檢測技術 課程介紹 3.課程參考書 新型傳感器原理黃俊欽等

5、著 航空工業出版社 1991. 傳感器技術賈伯年等著 東南大學出版社 1992. 電子傳感器李標榮著 國防工業出版社 1993. 新型傳感器基礎徐同舉著 機械工業出版社 1987. 半導體傳感器張維新著 1990. 現代傳感器技術金篆芷著 1995. 現代傳感器原理及應用賀安之著 1995. 現代傳感器技術魏永廣著 東北大學出版社 2001. 傳感器及應用技術沈聿農著 化學工業出版社 2002. 傳感器及其應用欒桂東等著 西安電子科技大學出版社 2002. 傳感器第4版 唐文彥主編 機械工業出版社 2006. 非電量電測技術第2版 嚴鐘豪、譚祖根主編 機械工業出版社 2001. 新型傳感器原理

6、及應用王元慶著 機械工業出版社 2009. 第5頁/共51頁 過程參數新型檢測技術 課程介紹 4.課程內容及安排 課程內容:考慮近幾年科研中涉及較多的幾個方面, 介紹氣敏、磁敏、濕敏傳感器,新型過程參數檢測 技術及光電、光纖等檢測技術. 上課安排 考核方式：大作業形式 第6頁/共51頁 80年代為適應科學技術的發展,許多國家都把檢測技術 (傳感器技術)列為80年代的關鍵技術之一. 1 信號檢測在現代信息技術系統中的地位 研究方向為 第一章 新型檢測技術基本知識 現代信息系統包括三個主要部分 -人的感官 -神經系統 -大腦 傳感器(電五官) 通信系統 計算機(電腦) 改進傳統的傳感器 研究各種新

7、型傳感器 70年代微電子技術的發展,促進了通信系統和計算機的發展, 而傳感器技術卻沒有得到相應的發展, 在80年代出現了信息處理 能力過剩、信息獲取能力不足的問題. 由于信息獲取能力的不足, 限制了計算機在一些領域的應用,即限制了現代信息技術的發展. 第7頁/共51頁 各國都在關注、投入傳感器的開發與研究. 出現了國際性的 “傳感器熱”.開發各種新型傳感器已成為當前發展科學技術的 主要課題之一. 可看出：檢測技術在現代信息技術系統中已成為關鍵技術, 它決定著信息技術系統的發展. 第一章 新型檢測技術基本知識 日本把傳感器技術列入六大核心技術之一. (六大核心技術:計算機,半導體,通信,激光,超

8、導和傳感器技術) 美國認為當今是傳感器時代,在美國的“空軍2000年”報告中列 舉了關于有助于提高21世紀空軍能力的關鍵技術項目,其中第 二個 重點項目就是傳感器. 中國,為加快傳感器的發展,也把傳感器列入“八五”重點科技 攻關項目之一. 1 信號檢測在現代信息技術系統中的地位 第8頁/共51頁 我們都是搞自動化的,檢測技術(信息獲取技術) 是我們研究、應用領域的一個重要部分,我們都知道 要研制一套滿足要求的自動化系統,充分了解傳感器 的原理、性能及正確選擇和使用是非常重要的. 學習研究新型檢測技術的意義 隨著信息處理技術和計算機的發展,促使我們必須 研究、掌握新型傳感器技術原理和應用, 才能

9、滿足現 代自動化系統的高水平要求. 1 信號檢測在現代信息技術系統中的地位 第一章 新型檢測技術基本知識 第9頁/共51頁 利用物件的移動、伸縮等幾何尺寸與位置的變化來測量物理量, 然后再轉換成電參量.(如雙金屬片檢測溫度變化,利用彈性元件 形變檢測壓力變化等等) 1.按傳感器的構成原理 及轉換形式分類 結構型 物性型 信息型 智能型 2.傳感器的分類及要求 傳感器發展很快, 種類多,從不同角度 有幾種分類 結構型 以轉換器件的結構參數變化實現信號的轉換. 結構型傳感器為早期開發產品,隨著新材料、原理及新工藝的應用, 在精度、可靠性、穩定性、靈敏度等方向都有很大的提高. 目前此類 傳感器在工業

10、自動化、過程參數檢測等方向占有相當 大的比重. 第一章 新型檢測技術基本知識 一、傳感器的分類 第10頁/共51頁 2.傳感器的分類及要求 第一章 新型檢測技術基本知識 物性型 以轉換元件物理特性變化實現信號的轉換. 采用敏感材料的某種物理特性,轉換器件直接感受被測量(非電 量、電量、化學、生物量等),并將其轉換成電信號,不需要先通過 感受件結構的改變來實現參數檢測. 這種傳感器是在半導體陶瓷 及有機高分子功能材料的不斷開發產生的. 物性型傳感器發展較晚,但由于有一系列獨特優點(結構簡單、 體積小、重量輕、反應靈敏、易于集成化、微型化等),目前引起 傳感器界與科技界的高度重視,雖然存在不少問題

11、有待解決,但 發展較快,前途不可限量. 1.按傳感器的構成原理 及轉換形式分類 結構型 物性型 信息型 智能型 一、傳感器的分類 傳感器發展很快, 種類多,從不同角度 有幾種分類 第11頁/共51頁 一、傳感器的分類 2.傳感器的分類及要求 傳感器發展很快, 種類多,從不同角度 有幾種分類 第一章 新型檢測技術基本知識 1.按傳感器的構成原理 及轉換形式分類 結構型 物性型 信息型 智能型 信息型 敏感器件與信息處理電路集成在一塊芯片上 構成的傳感器. 信息型傳感器是隨著半導體集成工藝的發展而產生的. 第12頁/共51頁 一、傳感器的分類 2.傳感器的分類及要求 傳感器發展很快, 種類多,從不

12、同角度 有幾種分類 第一章 新型檢測技術基本知識 1.按傳感器的構成原理 及轉換形式分類 結構型 物性型 信息型 智能型 智能型 敏感器件、信號處理電路和微處理器集成在 一塊芯片上構成的傳感器. 信息型和智能型是在電子傳感器作為一種獨立器件, 與微電子技術、微處理器技術結合, 使傳感器出現的 新的突破. 第13頁/共51頁 2.按敏感材料分類 半導體型： 功能陶瓷型： 功能高聚物型： 機器人傳感器、汽車傳感器、醫用(生物)傳感器、 環保傳感器、過程參數傳感器等等. 3.按測量對象分類 光敏、濕敏、氣敏、磁敏、溫度、壓力、振動等傳感器. 4.按應用領域分類 主要是元素硅或-族、-族化合物. 第一

13、章 2.傳感器的分類及要求 主要是電子半導體瓷、壓電瓷、快離子導體瓷. 主要是各種高分子有機半導體、壓電體. 一、傳感器的分類 第14頁/共51頁 要求傳感器的靜、動態響應及準確度滿足要求, 并長期穩定. 精度適當、穩定性高 要求傳感器的輸入、輸出特性為單值函數關系 (最好為線性),且靈敏度高,便于信號處理. 二、傳感器應滿足的基本要求 第一章 2.傳感器的分類及要求 傳感器作為信息系統 的首要環節,無論何種傳感器, 都必須具有快速、準確、可靠 同時又經濟地實現信息轉換. 其具體要求： 要求傳感器的工作范圍或量程足夠大,并具有 一定的過載能力. 容量足夠大 特性好、靈敏度高 第15頁/共51頁

14、 一般傳感器很難完全滿足以上要求,應根據具體 使用情況(目的、使用環境、被測對象狀況、精度要求 和信號處理等)綜合考慮. 成本低、壽命長,易于使用、維護和校準. 要求可動部分的動作能量盡可能小,對被測對象 的狀態影響小.內部噪聲小且又不受外界干擾影響, 使用安全. 便于測動態參數,長期工作穩定可靠. 第一章 2.傳感器的分類及要求 二、傳感器應滿足的基本要求 響應速度快、可靠性好 適用性和適應性強 使用經濟、方便 第16頁/共51頁 第一章 新型檢測技術基本知識 一、檢測技術是一門學科交叉型應用技術 3 檢測技術發展動向 檢測技術(傳感器技術)是一門學科交叉型和 知識密集型的應用技術. 它涉及

15、傳感技術、敏感材料、檢測對象機理、信號的傳輸、放大、處理和顯示技術等等. 對于傳感器的實際應用,又有傳感器的標定 技術(實驗方法確定傳感器各種特性指標)、抗干 擾技術(提高傳感器的信噪比, 減少量測誤差)、 接口技術(與微機構成測控系統)等“軟件”技術. 第17頁/共51頁 能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成 可用輸出信號的器件或裝置, 通常由敏感元件和 轉換元件組成 . 國標GB7605-87傳感器定義 傳感器 將被測量轉換成便于傳輸和易于處理的 信號輸出的器件或裝置. 一、檢測技術是一門學科交叉型應用技術 3 檢測技術發展動向 第一章 新型檢測技術基本知識 第18頁/共51頁 目前檢

16、測技術的發展主要取決于兩方面： 檢測器件(傳感器)的發展. 電子集成技術的發展、信號處理部分的研究與開發. 目前電信號便于傳輸和易于處理,所以,一般傳感器 都是將被測參量轉換成電信號輸出. 一、檢測技術是一門學科交叉型應用技術 3 檢測技術發展動向 第一章 新型檢測技術基本知識 隨著光電技術的發展,光信號為更便于快速、高效地 處理與傳輸.傳感器將隨之發展成為將被測參量轉換 成光信號的輸出. 新型檢測技術是隨著各相關學科發展而發展的一門技術. 第19頁/共51頁 1.開發新型傳感器 二、檢測技術發展動向 目前的傳感器產品,無論從數量上、 質量及功能上,都遠遠不適應社會各方面 的發展的需要.許多國

17、家都在積極研究、 開發.尋求傳感器技術發展的新途徑. 傳感器技術發展趨勢： 傳感器的工作機理是基于各種效應和定律, 為此人們在進一步探索具有新效應的敏感功 能材料,研制具有新原理的新型(物性型)傳感 器.這是發展高性能、多功能、低成本和小型化 傳感器的重要途徑. 第一章 3 檢測技術發展動向 第20頁/共51頁 二、檢測技術發展動向 具有技術優勢的半導體材料仍占優勢； 陶瓷敏感材料也具有較大的開發潛力； 高分子功能材料和薄膜材料也將大量應用于傳感器； 光纖和超導材料的研究和開發在加強； 針對生物傳感器研究的各種酶和微生物敏感材料將被深入研究. 目前新材料的研究 第一章 3 檢測技術發展動向 1

18、.開發新型傳感器 目前的傳感器產品,無論從數量上、 質量及功能上,都遠遠不適應社會各方面 的發展的需要.許多國家都在積極研究、 開發.尋求傳感器技術發展的新途徑. 傳感器技術發展趨勢： 第21頁/共51頁 (1)將敏感元件、信號處理電路、轉換單元及電源等部分 集成在同一芯片上, 將單一的信號變換功能傳感器 擴展為兼有放大、運算、補償等多功能傳感器. 2.傳感器的集成和多功能 固態功能材料(半導體、電介質、強磁體)的進一步開發和 電子集成技術的發展,促進了傳感器從單一元件、單一功能 向集成化和多功能化發展. 集成化和多功能化有兩種： 二、檢測技術發展動向 第一章 3 檢測技術發展動向 典型例子

19、集成溫度傳感器AD590,感溫元件為半導體(PN結). PN結感溫集成電路的信號處理電流信號輸出(1A/T). 第22頁/共51頁 (2)將多個不同種類型的傳感器集成為一個傳感器,將單 一參數傳感器發展成為多參數檢測傳感器-多功能. 將多個同類型單一參數傳感器元件,集成為一個傳感器. 加上時序電路可將單參數檢測成為多參數檢測. 典型例子 半導體溫濕度傳感器、多功能氣體傳感器等. 目前有在一芯片上集成了差壓、靜壓、溫度三個傳感器, 使差壓傳感器有t、P 補償等功能. 二、檢測技術發展動向 2.傳感器的集成和多功能 第一章 3 檢測技術發展動向 第23頁/共51頁 智能化傳感器是集敏感、轉換和微處

20、理器 為一體的傳感器. 智能化傳感器不僅具有信號檢測、轉換功能, 同時還具有記憶、判斷、自診斷、自校準及 自適應等功能. 3.傳感器的智能化 二、檢測技術發展動向 第一章 3 檢測技術發展動向 第24頁/共51頁 智能傳感器有兩種型式 3.傳感器的智能化 智能傳感器擴大功能時只需改變軟件即可實現. 二、檢測技術發展動向 第一章 3 檢測技術發展動向 將計算機與傳感器集成在同一芯片上構成的 智能化傳感器. 芯片有機地組合稱之為混合智能傳感器.(有些傳感器將 兩者集成在同一芯片上技術難度很大,分別集成在不同芯片 上然后組合.同樣具有智能化特點.如洗衣機上采用的布質 布量傳感器,模糊電飯鍋上采用的飯

21、量傳感器都屬此類). 將不在同一芯片上的傳感器和微處理器有機 地組合在一起. 第25頁/共51頁 4.研究生物感官 開發仿生傳感器 二、檢測技術發展動向 第一章 3 檢測技術發展動向 研究生物感官的機理, 開發仿生傳感器,也是目前 一種發展趨勢 研究狗的嗅覺和鳥的視覺. (狗嗅覺靈敏閾為人的106倍,鳥視力為人的8-50倍) 研究蝙蝠、飛蛾、海豚的聽覺,已開發出主動型 生物雷達-超聲波傳感器. 研究蛇的接近覺,已開發出分辨率達0.001的 紅外測溫傳感器. 針對一種海燕能從4910公里飛回巢穴,對這種歸巢 現象開發研究,希望得到一種新的方位傳感器. 目前世界傳感器市場總銷售額已大大超過50億美

22、元, 其增長速度每年約6%-7%,所以傳感器技術定會以更高 速度發展. 第26頁/共51頁 第一章 新型檢測技術基本知識 一、靜態特性指標 4 傳感器的特性指標 傳感器的特性指標是檢驗和 評價傳感器的依據,了解傳感器的 特性指標,對正確選擇和使用 傳感器十分重要. 靜態特性-被測量達到穩態時,傳感器輸出與輸入之間的關系. 動態特性-傳感器對隨時間變化的輸入量的響應特性. 傳感器特性分為兩種 -線性特性 輸出與輸入為線性關系. 理想的 靜態特性 實際的 靜態特性 -非線性特性 輸出與輸入具有不同程度的非線性. 第27頁/共51頁 第一章 4 傳感器的特性指標 (1)理想的線性 (2)具有x奇次階

23、項非線性 (3)具有x偶次階項非線性 (4)具有x奇、偶次階項非線性 傳感器的靜態特性一般可用多項式表示: n nx axaxaaxfy 2 210 )( 0 0 a由式可知： ,靜態特性曲線過原點. 輸出量, 輸入量； 零點輸出； 傳感器靈敏度； 非線項系數. yx 0 a 1 a n aa 2 傳感器的特性為線性和非線性項的迭加.四種典型特性： xay 1 5 5 3 31 xaxaxay 4 4 2 21 xaxaxay 4 4 3 3 2 21 xaxaxaxay y x y x y x y x 一、靜態特性指標 第28頁/共51頁 使用傳感器作為信息獲取,為標定和信號處理方便,希望得

24、 到線性特性,因此要對傳感器的非線性關系進行線性化處理. 一般是采用硬件電路和軟件進行線性化處理. 如果傳感器的靜態特性的非線性項的方次不高時,則可在 輸入量變化不大的范圍內,采用直線擬合的方法進行線性化. 1.線性度(linearity)(也稱非線性) 第一章 4 傳感器的特性指標 一、靜態特性指標 線性度、遲滯(滯后)、重復性、靈敏度、分辨力、 閾值、穩定性、漂移、靜態誤差及精度. 傳感器的靜態特性的主要指標 第29頁/共51頁 1.線性度(linearity)(也稱非線性) %100 max SF L L y maxL SF y 用非線性最大偏差與滿量程輸出 的百分比表示： (FS滿量程

25、Full Scale的簡寫) 第一章 4 傳感器的特性指標 一、靜態特性指標 表征傳感器的實際靜態特性曲線與所選定的 擬合直線之間的吻合程度指標. 線性度 L 應指出：選定的擬合直線不同,所得的非線性誤差不同, 即對同一傳感器在相同條件下做實驗,得出的 非線性誤差可能不同.因此,不能籠統地說線性 度如何,必須同時說明依據的基準直線. 第30頁/共51頁 y x max L 第一章 4 傳感器的特性指標 一、靜態特性指標 以傳感器的理論特性直線為擬合 直線.擬合直線為傳感器的理論特性, 與實際測試值無關. 這種方法簡單、方便,但通常 很大 . max L 采用直線擬合的方法對傳感器進行線性化,采

26、用怎樣的 擬合直線,主要考慮盡可能使非線性誤差為最小. 目前常用方法有4種. (1)理論(擬合)直線法 1.線性度(linearity)(也稱非線性) 第31頁/共51頁 把傳感器校準曲線的兩端點間的 連線作為擬合直線. kxby 直線方程： b-截距, K-斜率. y x max L 第一章 4 傳感器的特性指標 一、靜態特性指標 (2)端點線法(端基法) 1.線性度(linearity)(也稱非線性) 該方法簡單,但 也很大,適合于 非線性較小的情況. max L 第32頁/共51頁 將傳感器校準曲線兩端點間的 連線的平移線作為擬合直線, 使最 大正負偏差相等. 與端點線法相比,非線性誤差

27、 減小一半,提高精度. (3)最佳直線法(端點平移線法) y x max L 第一章 4 傳感器的特性指標 一、靜態特性指標 1.線性度(linearity)(也稱非線性) 第33頁/共51頁 第一章 4 傳感器的特性指標 一、靜態特性指標 按最小二乘原理求取擬合直線.該直線能保證傳感器 校準曲線的各點(校準數據)與該直線的偏差平方和最小. 稱這樣的擬合直線為最小二乘直線. (4)最小二乘法 1.線性度(linearity)(也稱非線性) 設擬合直線方程為: 實際校準點為n個,在n個 校準數據中任何一個校準數據 與擬合直線上相應值之間 的偏差為： kxay 0 i y )( 0iii kxay

28、 n i i 1 2 n i i 1 2 根據最小二乘法原理,應使 為最小,故可由分別對 和 求一階偏導數,并令其為零,聯立求解即可求得 和 . k 0 a k 0 a 第34頁/共51頁 ni xxxx 21 ni yyyy 21 nnii yxyxyxyx 2211 22 2 2 1 2 ni xxxx 式中： )( 0iii kxay 0) 1)(2 0)(2 0 2 0 0 2 akxy a xakxy k iii iiii 22 )( ii iiii xxn yxyxn k 22 2 0 )( ii iiiii xxn yxxyx a 第一章 4 傳感器的特性指標 一、靜態特性指標

29、kxay 0 1.線性度(linearity)(也稱非線性) 該法是一種常用的方法,計算機編程計算很方便,擬合精度較高. 但校準曲線相對擬合直線的最大偏差絕值并不一定最小. (4)最小二乘法 第35頁/共51頁 表征在同一工作條件下,輸入按 同一方向作全量程連續多次變動時, 特性曲線不一致的程度. 特性曲線越接近,重復性越好. 表征傳感器正、反行程特性曲線 不一致的程度指標. %100 max SF H y H e 用最大偏差與滿量程的百分比表示: 2.遲滯(滯后)(hysteresis) 3.重復性(repeatability) y x 0 SF y SF x y x 0 SF y SF x

30、 max H 第一章 4 傳感器的特性指標 一、靜態特性指標 重復性誤差屬于隨機誤差, 應根據標準誤差計算. 第36頁/共51頁 傳感器的重復性,用最大標準誤差與滿量程的百分比表示： %100 )32( SF R y e %7 .993 %4 .952 置信概率為 置信概率為 在誤差理論中可知標準誤差 用貝塞爾公式計算: 1 )( 1 2 n yy n i ii 測量次數 測量值的算術平均值 輸出值次測量值第 n y iy i i )( n n d W 計算公式: :有關由表查得與極差系數 極差 n，d W n n n n 2 23 34 45 56 67 78 89 91010 d dn n

31、 1.411.411.911.912.242.242.482.482.672.672.882.882.962.963.083.083.183.18 重復性好,不等于準確性很高,可能特性曲線跟實際偏差很大. 在 次時,常采用極差法計算,較簡便. 極差法：極差即指某一校準點重復數據的最大與最小值之差. 10n 第一章 4 傳感器的特性指標 )20(次n 第37頁/共51頁 表征傳感器在一定輸入變化下對應于輸出變化的幅度. 用輸出變化量與對應的輸入變化量的比值表示： 4.靈敏度(Sensitity) xyk/ 有源傳感器,應說明在多大電源電壓(或電流)值下的靈敏度. (因k與供電電源有關) 第一章

32、4 傳感器的特性指標 一、靜態特性指標 靈敏度為特性曲線的斜率 線性傳感器靈敏度k為一常數， 非線性傳感器k為變量,有時可用 擬合直線的斜率表示. y x 0 x y 第38頁/共51頁 分辨力:能檢測出被測輸入量的最小變化量(用絕對值表示) 分辨率:最小變化量與滿量程的百分比(用相對百分比表示) 指傳感器零點附近的分辨力.使傳感器輸出產生可觀測 變化的最小輸入值.即有些傳感器在零點附近有嚴重的非 線性,形成所謂的“死區”.將死區的大小作為閾值. (零點誤差) 5.分辨率(力)(resolution)與閾值(threshold) 第一章 4 傳感器的特性指標 一、靜態特性指標 指傳感器能檢測到

33、的最小輸入量.只有輸入超過某一 變量,輸出才有反應.(分辨率低的傳感器可使連續變化 的輸入量變為階梯式的輸出量.數字式傳感器的分辨率 一般指輸出數字顯示值的最后一位數字). 分辨率 閾值 第39頁/共51頁 指傳感器在零輸入狀態下,輸出值的變化. 表征傳感器在相當長時間內保持其性能的能力. 一般以室溫條件下,規定時間內傳感器的輸出與標定 時的輸出之差來表示.(用絕對誤差或相對誤差表示) 7.漂移(Zero drift)(零點漂移) 6.穩定性(Stability)(長期穩定性) 第一章 4 傳感器的特性指標 一、靜態特性指標 時間零點漂移(時漂) -在溫度不變條件下,規定時間內,傳感器 輸出隨

34、時間的緩慢變化.XX/年 (零點和靈敏度發生變化).一般有兩種： -溫度變化傳感器輸出隨溫度的化.XX/0C 溫度零點漂移(溫漂) 第40頁/共51頁 表征傳感器在量程范圍內任一點輸出值與 理論值的偏離程度. 它是各種誤差(非線性誤差、遲滯誤差重、 復性誤差等)綜合體現.用絕對誤差 表示. S e 評價 傳感器靜態性能的 綜合性指標 一、靜態特性指標 8.靜態誤差和精度(Sensitity) 第一章 4 傳感器的特性指標 靜態誤差 傳感器的靜態誤差是用高精確儀器 (或工作基準)來標定:( ) 高精度儀器作為標準時, 必須定期在 高一級標準站校準. 0 yyeS 第41頁/共51頁 用傳感器在規

35、定條件下,最大絕對誤差 相對于滿量程的百分比表示. 一、靜態特性指標 %100 max SF S y e 第一章 4 傳感器的特性指標 8.靜態誤差和精度(Sensitity) 精度 精度等級 精度去掉百分號和正、負號. 精度等級代表的誤差是指傳感器在 測量范圍內的最大誤差. 第42頁/共51頁 傳感器的動態特性,通常用描述傳感器的輸入、輸出 關系的微分方程來表示.常用傳感器的數學模型可以用 零階、一 階、二階常微分方程來描述. 傳感器的動態特性是指輸出對輸入變化的響應特性. 二階傳感器的數學模型： 零階傳感器的數學模型： kxx a b y 0 0 k-為靜態靈敏度 一階傳感器的數學模型：

36、xbya dt dy a 001 xbya dt dy a dt yd a 001 2 2 2 )(/ 20 無阻尼固有頻率aa n 臨界阻尼 過阻尼 欠阻尼 阻尼比 1 1 1 2/ 201 aaa 稱： 第一章 4 傳感器的特性指標 二、動態特性指標 第43頁/共51頁 單位階躍信號： 01 00 )( t t tu 0 t X(t) y(t) t 0 yc 0.9yc 0.1yc tr 1 A 2 A 第一章 4 傳感器的特性指標 二、動態特性指標 工程上采用階躍函數輸入信號, 來對傳感器動態特性進行分析, 確定評定動態特性的指標. 在單位階躍信號輸入時, 得到傳感器動態特性曲線 (微分方程的解)衡量動態 特性指標. 第44頁/共51頁 第一章 4 傳感器的特性指標 二、動態特性指標 傳感器輸出由穩態值的 10%上升到90%所需的時間. 傳感器輸出上升到穩態值 的63%所需的時間. 輸入加入開始到輸出上升 到穩態值附近的給定的百分 比(如5%)所需的時間,或 明確為百分之幾的響應時間. 0 t X(t) y(t) t 0 yc 0.9yc 0.1yc t