1、自動檢測技術概述返 回下一頁自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁返 回下一頁自動檢測技術概述圖1.1.1 測量系統的組成 上一頁返 回下一頁傳感器測量電路輸出單元被測量自動檢測技術概述上一頁返 回下一頁自動檢測技術概述上一頁返 回下一頁自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述敏感元件轉換元件轉換電路被測量電量上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述工作機理：物理型、化學型、生物型物理型傳感器：物理基礎的基本定律。場的定律、物質定律、守恒定律和統計定律構成原理結構型:物理

2、學中場的定律物性型:物質定律能量轉換能量控制型能量轉換型物理原理用 途： 位移、壓力、振動、溫度上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述 一、傳感器技術的地位及作用一、傳感器技術的地位及作用 傳感器是通過敏感元件把外部信息按當量比例轉換成電信號的一種重要的電自不見，它是信息產業種種要的新型元件之一。 新型傳感器更是現代化傳感技術和系統核心。 傳感器技術與通信技術、計算機技術 共同構成信息產業的三大支柱。傳感器技術已在世界各國的國民經濟各個部門以及國防建設中得到了廣泛應用。 二、傳感器技術發展狀況二、傳感器技術發展狀況 隨著信息技術的迅速發展和應用普及世界上傳感器的品種已經達到3萬余種。研究、生產單位

3、有5000余家。 據瑞士研究公司Intechno的咨詢報告“2008年的傳感器市場”表明，全球的傳感器市場每年將以5.3%的速度從1998年的325億美元迅速增長到2003年的422億美元，到2008年將達到500億 。0.2.4 0.2.4 傳感器的地位及目前發展狀況傳感器的地位及目前發展狀況自動檢測技術概述自動檢測技術概述0.2.50.2.5我國傳感器業的發展我國傳感器業的發展自動檢測技術概述自動檢測技術概述0.2.60.2.6傳感器技術及其產業的發展趨勢傳感器技術及其產業的發展趨勢1.新材料、新功能的開發應用 2. 微機械加工工藝的發展 3.集成智能傳感器的發展自動檢測技術概述0.5 新

4、型傳感器的重點開發領域新型傳感器的重點開發領域自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述輸出與輸入間關系 靜特性：輸入量為常量，或變化極慢動特性：輸入量隨時間較快地變化時微分方程中的一階及以上的微分項取為零時，可得到（動特性的特例）表示傳感器在被測量處于穩定狀態時的輸出輸入關系希望輸出與輸入具有確定的對應關系，且呈線性關系。上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述一、一、線性度線性度二、二、靈敏度靈敏度三、三、遲滯遲滯四、四、重復性重復性五、五、零點漂移零點漂移六、六、溫度漂移溫度漂移上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述nnxaxaxaxaay332210輸 出 量輸 入 量零點輸出理論靈敏度

5、非線性項系數直線擬合線性化 非線性誤差或線性度%100)(MFSaxLLy最大非線性誤差 滿量程輸出上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述： 理論擬合； 過零旋轉擬合； 端點連線擬合； 端點連線平移擬合； 最小二乘擬合； 最小包容擬合上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述擬合直線為傳感器的理論特性，與實際測試值無關。方法十分簡單，但一般說 較大MaxLxyLmax上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述曲線過零的傳感器。擬合時，使Max21LLLxyL2L1上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述xyLmax上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述Max312LLLLyxLmaxL1上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述b

6、kxy)(bkxyiiimin)(1212niiiniibkxy0)(22iiiixbkxyk0) 1)(22bkxybiii 22)(iiiiiixxnyxyxnk 222)(iiiiiiixxnyxxyxb上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述xy=kx+by上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述xyk表征傳感器對輸入量變化的反應能力上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述表征傳感器對輸入量變化的反應能力 (a) 線性傳感器 (b) 非線性傳感器 圖 1.4.2 傳感器的靈敏度 上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述%100)(21 (FSHMAXHy 正反行程間輸出的最大差值。HMAX遲滯誤差的另一名稱叫

7、回程誤差，常用絕對誤差表示檢測回程誤差時，可選擇幾個測試點。對應于每一輸入信號，傳感器正行程及反行程中輸出信號差值的最大者即為回程誤差。上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述xHmaxY上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述正行程的最大重復性偏差反行程的最大重復性偏差1MaxR2MaxR%100)(MaxFSRRy取較大者為MaxR上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述xRmax1Rmax2y上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述%1000FSYY零漂 式中Y0最大零點偏差； YFS 滿量程輸出。上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述%100maxTYFS溫漂 式中max 輸出最大偏差；T 溫度變化范圍； YFS

8、 滿量程輸出。 上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述1)()()(sKsXsYsH上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述對于初始狀態為零的傳感器，當輸入為單位階躍信號時，X(s)=1/s,傳感器輸出的拉氏變換為sssXsHsY111)()()(te)s(YL)t ( y11則一階傳感器的單位階躍響應為一階傳感器的時間常數越小越好上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述二階傳感器的傳遞函數為 2222)()()(nnnsssXsYsH式中 n 傳感器的固有頻率； 傳感器的阻尼比。在單位階躍信號作用下，傳感器輸出的拉氏變換為)2()()()(

9、222nnnssssXsHsY上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述對Y（s）進行拉氏反變換，即可得到單位階躍響應。圖1.4.6為二階傳感器的單位階躍響應曲線。 傳感器的響應在很大程度上取決于阻尼比和固有頻率n 。在實際使用中，為了兼顧有短的上升時間和小的超調量，一般傳感器都設計成欠阻尼式的，阻尼比一般取在0.60.8之間。帶保護套管的熱電偶是一個典型的二階傳感器。 上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述NoImage上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述零階傳感器的傳遞函數為KsXsYsH)()()(頻率特性為KjH)(零階傳感器的輸出

10、和輸入成正比，并且與信號頻率無關。因此，無幅值和相位失真問題，具有理想的動態特性。電位器式傳感器是零階系統的一個例子。在實際應用中，許多高階系統在變化緩慢、頻率不高時，都可以近似的當作零階系統來處理。上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述將一階傳感器的傳遞函數中的s用j代替，即可得到頻率特性表達式 1)(1)(jjH幅頻特性 2)(11)(A相頻特性 )()(arctg上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述NoImage(a) 幅頻特性 (b) 相頻特性 1.4.8 一階傳感器的頻率特性時間常數越小，頻率響應特性越好。當 1時，A ()1， ()，表明傳感器輸出與輸入為線性關系，相位差與頻率成線性關系

11、，輸出 y ( t ) 比較真實地反映輸入x ( t ) 的變化規律。因此，減小可以改善傳感器的頻率特性。上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述二階傳感器的頻率特性表達式、幅頻特性、相頻特性分別為 1221)(nnjjH2122221)(nnA212)(nnarctg上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述NoImage圖 1.4.9 二階傳感器的頻率特性 上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術

12、概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述一階傳感器的單位階躍響應函數為tety1)()(1lntyz則上式可變為tzNoImagez和時間t成線性關系，并且有=t /z 可以根據測得的y ( t ) 值作出z t曲線，并根據t /z的值獲得時間常數 一階傳感器時間常數的求法 上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述二階傳感器（1）的單位階躍響應為 )1arcsin1(sin1/1)(222tetyntnNoImage21eM1ln12M上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述如果測得階躍響應的較長瞬變過程，則可利用任意兩個過沖量Mi和Mi+n按式（1.5.6）求得阻尼比，其

13、中n是該兩峰值相隔的周期數（整數）。 2224nnnniinMM ln當0.1時，以1代替，此時不會產生過大的誤差（不大于0.6%）,則可用式(1.5.8)計算，即nMMnii2ln上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述若傳感器是精確的二階傳感器，則n值采用任意正整數所得的值不會有差別。反之，若n取不同值獲得不同的值，則表明該傳感器不是線性二階系統。根據響應曲線測出振動周期Td ，有阻尼的固有頻率d為ddT12則無阻尼固有頻率n為21dn上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述利用正弦輸入，測定輸出和輸入的幅值比和相位差來確定傳感器的幅頻特性和相頻特性，然后根據幅頻特性，分別按下圖求得一階傳感器的時間常

14、數和欠阻尼二階傳感器的固有頻率和阻尼比。 NoImage由幅頻特性求時間常數 欠阻尼二階傳感器的n和上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述 1.5.5 活塞壓力計標定壓力傳感器的示意圖1-標準壓力表 2砝碼 3活塞 4進油閥 5油杯 6被標傳感器 7針形閥 8手輪 9手搖壓力泵上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述NoImage 圖 1.5.6 壓力標定曲線 上述標定方法不適合壓電式壓力測量系統，因為活塞壓力計的加載過程時間太長，致使傳感器產生的電荷有泄漏，嚴重影響其標定精度。所以，對壓電式測壓系統一般采用杠桿式壓力標定機或彈簧測力計式壓力標定機。為了保證壓力傳感器的測量準確度，需定期檢定，檢定周期最長不超過一年。上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述上一頁下一頁返 回自動檢測技術概述圖 1.5.7 激波管標定裝置系統原理框圖1-高壓室 2-低壓室 3-膜片 4-側面被標定的傳感器 5-底面被標定的傳感器 6、7-測速壓力傳感器8-測速前置級 9-數字頻率計 10-測壓前置級 11-記錄裝置 12-氣源 13-氣