第1章传感器技术基础ppt课件.ppt

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1、传感器原理与应用为什么学作用无可替代：获取信息的首要环节，俗称“电五官”。现代信息产业的三大支柱之一。应用极为广泛：航空航天、国防、工业生产、日常生活等。课程目标掌握传感器的基本概念，数学模型，特性指标；掌握常用传感器的工作原理，结构，测量电路；了解常用传感器的应用技术。引言课程特点从属与自动测控技术；以物理学，电子技术为基础，与机械、控制学科联系紧密；各种传感器技术相互独立，互不关联。学习方法每种传感器均可以按照结构、原理、性能、电路、应用的顺序来学习；理论学习与实践相结合。引言本课程主要内容第一章传感器技术基础第二章电阻应变

2、式传感器第三章电感式传感器第四章电容式传感器第五章压电式传感器第六章热电式传感器第七章光电式传感器第八章气敏湿敏式传感器第九章磁敏式传感器第十章数字式传感器引言基本要求掌握传感器静态、动态数学模型；掌握传感器静态、动态特性的分析方法；了解传感器的分类；了解改善传感器性能的技术途径。重点、难点传感器静、动态特性的分析方法。第一章传感器技术基础主要内容1.1传感器的定义和组成;1.2传感器分类;1.3传感器的基本特性;1.4改善传感器性能的技术途径;1.5传感器标定。第一章传感器技术基础1.1传感器的定义和组成定义：能够感受一定的被

3、测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。组成：由敏感元件和转换元件组成。第一章传感器技术基础传感器组成框图1.2传感器分类传感器是一门知识密集型技术，传感器原理各异，学科广泛，种类繁多，分类方法如下:按工作机理分：物理型、化学型、生物型等；按构成原理分：结构型，物性型和复合型；按物理原理分：电参量式（电阻式、电感式、电容式等）、磁电式（磁电感应式、霍尔式、磁栅式等）、压电式、光电式、气电式、波式（包括超声波等式、微波式等）、射线式、半导体式、其他原理的传感器（如振弦式和振筒式传感器等)；第一章传感器技术基础按能量转换

4、分:能量控制型传感器和能量转换型传感器；按应用分类：位移传感器、压力传感器、振动传感器、温度传感器。另外，根据传感器输出是模拟信号还是数字信号，可分为模拟传感器和数字传感器；根据转换过程可逆与否，可分为双向传感器和单向传感器等…。第一章传感器技术基础1.3传感器的基本特性涵义：指传感器的输出-输入之间关系的特性。特征：是传感器的外部特性，但与其内部参数有密切关系。分类：分为静态特性和动态特性两种。指标：静态性能指标和动态性能指标两类。第一章传感器技术基础1.3.1传感器的静态特性涵义：是指被测量的各个值处于稳定状态（静态测量之下

5、）时，传感器的输出-输入关系特性。描述方法：静态数学模型。衡量指标：线性度，灵敏度，重复性，迟滞，零点漂移和温度漂移等。传感器本身的特点、被测量及外界条件都可能影响这些技术指标。第一章传感器技术基础静态数学模型在静态信号（不随时间变化的信号）下传感器的输出-输入量间的函数关系。一般可用下列多项式表示输出y与输入x特性。其表达式如下：a0—零位输出；a1—传感器线性灵敏度；a2，…，an—非线性项的待定常数。第一章传感器技术基础静态模型有三种特殊形式，其方程与图形如下：第一章传感器技术基础线性度定义：传感器输出量与输入量之间的实际

6、关系曲线偏离直线的程度，又称为非线性误差。可用下式表示：—输出量和输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差；—输出满量程值。第一章传感器技术基础线性度涵义如下图所示：第一章传感器技术基础灵敏度定义：稳态时，传感器输出增量Δy与输入增量Δx的比值。对于线性传感器，其灵敏度就是静态特性的斜率，如下页图（a）所示，即：而非线性传感器的灵敏度是一个变量，如下页图（b）所示，即用dy/dx表示传感器在某一工作点的灵敏度。第一章传感器技术基础第一章传感器技术基础y0xyy0(a)x0(b)ΔxΔyyK=Δy/Δx灵敏度定义重复性定义：传感器在

7、输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致的程度。如图所示：第一章传感器技术基础重复性可以用极限误差表示：—输出最大不重复误差—输出满量程值。不重复性误差属于随机误差，还可以用标准偏差计算：第一章传感器技术基础如果标准偏差σ服从高斯分布，则其可按贝塞尔公式计算：－测量次数；－某次测量值；－各次测量值的平均值，。第一章传感器技术基础迟滞定义：传感器在正向（输入量增大）行程和反向（输入量减小）行程期间，输出-输入特性曲线不重合程度，如图所示。第一章传感器技术基础对于输入信号，在连续增大的行程中，对应某一输出量为，在连续减

8、小过程中，对应于输出量为之间的差值叫滞环误差。该误差用表示为：在整个测量范围内的最大滞环误差用表示，它与满量程输出值的比值称为最大滞环率：第一章传感器技术基础分辨率定义：在规定的测量范围内所能检测输入量的最小变化量。稳定性分类：短期稳定性和长期稳定性；一般用长期