第一章 传感器的一般特性.ppt

传感器原理及应用,课程名称：传感器原理及应用,办公室：2号楼B311电话本门课程的特点：,1、是大三/四的专业课的基础,2、课程具有较强实践性,3、课程涉及的知识面广,4、是一门工程性、应用性都非常强的课程,课程特点,课程的重要性,1、传感器技术、通信技术、计算机技术是信息产业的三大支柱，它们分别是智能系统的“感官”、“神经”和“大脑”。2、传感器是测量装置和控制系统的首要环节。如果没有传感器对原始参数进行准确可靠的测量，就无法实现信号的转换和信息处理、无法完成最佳数据的显示和控制。,课程的重要性,课程教材和参考书,课程教材和参考书,教材：唐文彦主编传感器第4版机械工业出版社2010年,参考书：,1、强锡富主编，传感器第3版，机械工业出版社，2002年2、贾柏年主编.传感器技术（第三版）.东南大学出版社，2007年3、吴道悌主编,非电量电测技术（第二版），西安交通大学出版社，2001年4、彭军主编，传感器与检测技术，西安电子科技大学出版社，2003年5、周杏鹏主编，传感器与检测技术，清华大学出版社，2010年,课程要求,课程要求1、对课程的内容分“熟练掌握、掌握、理解、熟悉、了解”五个层次提出要求；2、对各类传感器的工作原理、基本结构、应用领域中较重要的敏感技术有相当的认识；3、在未来具体工作中，在传感器和执行器选择、使用、设计以及进一步深入研究方面具备良好的基础；4、在学习过程中，应当从应用的角度出发。,课程的考核方式,1、平时考核(作业、课堂回答问题、考勤)成绩，约占40%2、期末综合考试，约占60%,本课程总成绩的组成,一、传感器的作用传感器是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动控制（包括遥感、遥测、遥控)的主要环节，是信息的源头，又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。,绪论,0-1传感器的作用、定义与组成,传感器的应用领域,1、传感器在工业检测和自动控制系统中的应用,超声波检测,电容指纹识别,绪论,绪论,这种遥控器所利用的是一种肉眼看不见的红外光，又称为红外线。,电视机的遥控器中就是使用着光学传感器。,2、传感器与家用电器,这种麦克风是一种将声音信号转换为电信号的传感器。,唱卡拉OK时使用的麦克风，也是一种传感器。,绪论,绪论,这种温度室是一种将温度变化转换为电信号的传感器。,绪论,火灾报警器,绪论,机械鼠标的内部结构,绪论,传感器就是将光、声音、温度等物理量，转换成为能够用电子电路处理的电信号即电压与电流的器件。,绪论,3、汽车与传感器,绪论,汽车气囊的保护作用,绪论,辅助泊车传感器,双声纳,间隙检测声纳,后声纳,电源指示,转向指示,间隙警告ECU,间隙检测声纳,集成开关面板,多功能信息显示,多功能显示,侦测栅,主要功能是判断正前方及侧前方的障碍物,绪论,绪论,定位、地理信息,汽车行驶速度测量,绪论,4、传感器在机器人上的应用,触觉能力：主要指确定工作对象是否存在，以及它的尺寸大小和形状等。接近觉：主要用于探测机器人自身与周围物体之间相对位置或距离的传感器。接近觉界于触觉与视觉之间。视觉：孔、边、拐角的检测及工作对象形状的检测等。压觉：主要用于检测机器人与作业对象之间接触面的法向压力值的大小。滑觉：主要用于检测物体因自重相对于机器人手爪的滑移量的大小。,绪论,弧焊机器人,绪论,弧焊机器人,绪论,喷漆机器人,绪论,装配机器人,绪论,5、传感器在医疗及人体医学上的应用,医用传感器，是应用于生物医学领域的那一部分传感器，它所拾取的信息是人体的生理信息，而它的输出常以电信号来表现。人体生理信息有电信息和非电信息两大类，从分布来说有体内的（如血压等各类压力），也有体表的（如心电等各类生物电)和体外的(如红外、生物磁等）,绪论,6、传感器与环境保护,7、传感器与航空及航天,8、传感器与遥感技术,绪论,二、传感器的定义与组成1.定义能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。,依据我国国家标准GB/T7665-1987传感器通用术语,绪论,绪论,传感器（Transducer/Sensor）的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置”。,定义包含的意思：传感器是测量装置，能完成检测任务；它的输入量是某一种被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等。它的输出量是某种物理量，这种量应便于传输、转换、处理、显示等等，这种量不一定是电量，还可以是气压、光强等物理量，但主要是电物理量；输出与输入之间有确定的对应关系，且能达到一定的精度。,绪论,输出量为电量的传感器，一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。,敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。,转换元件：将敏感元件的输出转换成一定的电路参数。有时敏感元件和转换元件的功能是由一个元件（敏感元件）实现的。,基本转换电路：将敏感元件或转换元件输出的电路参数转换、调理成一定形式的电量输出。,图0-2气体压力传感器,绪论,0-2传感器的分类及要求、传感器的发展趋势,绪论,非电学量传感器电学量,绪论,1按被测物理量分类,常见的被测物理量,机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度,旋转角,转数,质量,重量,力,压力,真空度,力矩,风速,流速,流量;声:声压,噪声.磁:磁通,磁场.温度:温度,热量,比热.光：亮度，色彩,（一）传感器的分类,电学式、磁学式、光电式、电化学式等。,2按工作原理分类:,切削力测量应变片动圈式磁电传感器,绪论,绪论,能量转换型和能量控制型.,3按信号变换特征:,能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作.例如:热电偶温度计,压电式加速度计.能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化.例如:电阻应变片.,绪论,4按敏感元件与被测对象之间的能量关系:,物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.如:水银温度计.结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.例如:电容式和电感式传感器.,5按输出电信号类型分类,根据传感器输出电信号的类型不同，可以分为：,模拟量传感器数字量传感器开关量传感器。,如：接近开关是一种采用非接触式检测、输出开关量的传感器。,绪论,传感器的分类,绪论,1、下列测力传感器中，属于能量转换型传感器的是：（）A、自感式传感器；B、磁电感应式传感器；C、电容式传感器；D、应变电阻式传感器,练习题：,绪论,（二）传感器的一般要求各种传感器，由于原理、结构不同，使用环境、条件、目的不同，其技术指标也不可能相同。但是有些一般要求却基本上是共同的，包括：可靠性；静态精度；动态性能；灵敏度；分辨力；量程；抗干扰能力；能耗；成本；对被测对象的影响等。,绪论,二、传感器的发展方向,绪论,1.扩展测量范围,2.提高检测性能,3.提高传感器集成化及功能化的程度,4.传感器微型化,5.新领域、新原理的传感器，新型功能材料的开发,第一章传感器的一般特性,传感器：输入量电量传感器的一般特性：描述此种变换的输入与输出关系.输入量为常量或变化极慢时（慢变或稳定信）静特性.输入量随时间变化极快时（快变信号）动特性主要影响因素：传感器内部储能元件(电感、电容、质量块、弹簧等)影响。,第一章传感器的一般特性,1-1传感器的静态特性,第一章传感器概述,传感器的基本特性：传感器的输入输出关系特性。是传感器内部结构参数作用关系的外部表现。输入信号分为：稳态、动态对应传感器特性：静态特性、动态特性对传感器的要求：高精度信号（或能量）无失真转换反映被测量的原始特征,第一章传感器的一般特性,静态特性：传感器在被测量的各个值处于稳定状态时的输入输出关系,理想状态：线性关系,1、静态模型,实际状态：非线性关系,静态特性曲线：,a-零点输出，b-理论灵敏度，,第一章传感器的一般特性,一、传感器的静态特性,误差因素,多项式代数方程：,x-输入量y-输出量a0-零位输出a1-检测系统灵敏度a2an-非线性常数,非线性原因：,温度,湿度,压力,冲击,振动,磁场,电场,摩擦,间隙,松动,迟滞,蠕变,变形,老化,外界干扰,第一章传感器概述,传感器的静态特性是指在稳态条件下（传感器无暂态分量）用分析或实验方法所确定的输入输出关系。这种关系可依不同情况，用函数或曲线表示，有时也用数据表格来表示。,表征传感器静态特性的主要指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性等。,第一章传感器的一般特性,传感器的几个常用术语*测量范围：传感器能正常测量的最小输入量和最大输入量之间的范围。GBT7665-1987传感器通用术语指出:测量范围是指“在允许误差限内被测量值的范围”。“注：测量范围的最高、最低值分别称为测量范围的上限值、下限值。”,第一章传感器的一般特性,第一章传感器的一般特性,*量程：传感器测量范围上限值和下限值的代数差。例如：测量范围为0至100的量程为100;测量范围为20至100的量程为；测量范围为-20至100的量程为；,*满量程输出值：在规定条件下，传感器测量范围上限值和下限值所对应的输出值的代数差。例如：某位移传感器的输入值与输出值如下表：,输入值/mm,输出值/mV,1,15,5,25,10,20,30,1.50,3.51,6.02,8.53,11.04,13.47,15.98,求：满量程输出值。,第一章传感器的一般特性,传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性问题。在不考虑迟滞、蠕变、不稳定性等因素的情况下，其静特性可用下列多项式代数方程表示：,多项式代数方程：,x-输入量y-输出量a0-零位输出a1-检测系统灵敏度a2an-非线性常数,第一章传感器的一般特性,1.线性度,第一章传感器概述,传感器的理想输入输出特性应是线性的。,第一章传感器的一般特性,理想状态：线性关系,a-零点输出，b-理论灵敏度，,第一章传感器概述,线性度是以一定的拟合直线作基准与校准曲线作比较，其不一致的最大偏差与理论满量程输出值的百分比来进行计算：,式中：YFSymaxymin满量程输出,第一章传感器的一般特性,对于非理想直线特性的传感器，需要进行非线性校正，常采用以下方法。理论拟合：理论直线，与实测值无关端点连线拟合过零旋转拟合端点平移拟合平均选点拟合最小二乘拟合,第一章传感器概述,第一章传感器的一般特性,第一章传感器概述,（1）端点连线拟合,实际特性上分别对应于测量下限xmin和测量上限xmax的点A和B的连线称端点拟合直线。,特点：方法简单，但由于数据依据不充分，且计算的线性度值往往偏大，因此不能充分发挥传感器的精度潜力。,A,B,第一章传感器的一般特性,第一章传感器概述,（2）平均选点法,把传感器全量程内的所有校准数据，前后分成两组，分别求出两组的点系中心，这两上点系中心的连线，就是平均选点法的拟合直线。,特点：拟合精度较高，试验点在拟合直线两侧分布，数据处理不复杂。,把斜率和截距代入y=a+kx中即得到平均选点法拟合直线方程。,第一章传感器的一般特性,第一章传感器概述,（3）最小二乘法,把所有校准点数据都标在坐标图上，用最小二乘法拟合的直线y=a+kx，其校准点与对应的拟合直线的点之间的残差平方和为最小。,校准点,拟合直线,第一章传感器的一般特性,第一章传感器概述,特点：拟合精度高，计算复杂。,第一章传感器的一般特性,2迟滞,迟滞特性说明传感器加载（输入量增大）和卸载（输入量减小）输入输出特性曲线不重合的程度。,第一章传感器概述,产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等,第一章传感器的一般特性,第一章传感器概述,3重复性,重复性是指传感器输入按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。,第一章传感器的一般特性,第一章传感器概述,4灵敏度,5分辨力,分辨力是指传感器可能检测出被测输入量的最小增量。有时用该值相对量程之百分数表示，则成为分辨率。,第一章传感器的一般特性,应变式位移检测系统的灵敏度为100mV/(mmV)电源电压为1V时，每1mm的位移输出电压100mV,第一章传感器概述,6稳定性,稳定性指传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化，也称为长时间工作稳定性或零点漂移。,7温度稳定性,指传感器在外界温度变化时，输出量发生的变化，也称为温度漂移。,8抗干扰稳定性,指传感器对外界干扰的抵抗能力。,第一章传感器的一般特性,上文回顾,传感器的定义分类应用范围静态特性线性度迟滞性重复性灵敏度分辨率,第一章传感器的一般特性,一、填空题1、某位移传感器，在输入位移变化2mm时，输出电压变化有300mV，则其灵敏度为。2、传感器的输入输出特性指标可分为和动态特性指标两大类，线性度和灵敏度是传感器的指标，而频率响应特性是传感器的指标。3、在采用直线拟合线性化时，传感器输出输入的校正曲线与其拟合曲线之间的最大偏差，通常用相对误差L来表示，称为，即L=（Lmax/yFS）100%，其中Lmax为最大非线性误差，YFS为。4、在规定的测量范围内，传感器能检测到的最小的输入增量，当用与满量程的百分数表示时称为。,课堂练习：,第一章传感器的一般特性,二、判断题：1、传感器A采用端点连线法算得线性度为0.15%，传感器B采用最小二乘法算得线性度为0.18%，则可以肯定传感器A的线性度优于传感器B。（）2、重复性和迟滞都是反应传感器在正行程（输入量增大)中输出输入曲线不重合的程度的静态技术指标。（）,课堂练习：,第一章传感器的一般特性,三、选择题：1、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（）A、线性度越好；B、迟滞越小；C、重复性越好；D、分辨力越高,第一章传感器的一般特性,2、属于传感器静态特性指标的是A.固有频率B.临界频率C.阻尼比D.重复性,第一章传感器的一般特性,第一章传感器概述,1-2传感器的动态特性,一、概述,传感器的动态特性是指传感器对随时间变化的激励（输入）的响应（输出）特性。,第一章传感器的一般特性,当被测量（输入量、激励）随时间变化时，因系统总存在着机械的、电气的各种惯性，而使传感器或检测系统（仪器）不能实时无失真地反映被测量值，这个测量过程就成为动态测量。传感器的动特性是指在动态测量时，输出量与随时间变化的输入量的之间的关系。动态测量时，输出量与输入量之间，往往存在延时和失真，这就形成了动态测量误差。,为了便于求解和易于实现，工程上通常采用输入典型信号的方法进行分析。通常输入阶跃信号和正弦信号，阶跃信号侧重时域特性分析，正弦信号侧重频率特性分析。,1、传感器的数学模型,第一章传感器的一般特性,传感器或检测系统动态特性的数学模型，对于连续的时间系统主要有3种形式：时域分析用的微分方程；复频域分析用的传递函数；频域分析用的微分方程；,要精确地建立传感器(或测试系统)的数学模型是很困难的。在工程上总是采取一些近似的方法；忽略一些影响不大的因素，给数学模型的确立和求解都带来很多方便。通常认为可以用线性时不变系统理论来描述传感器的动态持性。从数学上可以用常系数线性微分方程表示传感器输出量y与输入量x的关系，这种方程的通式如下：,第一章传感器的一般特性,（1）时域分析用的微分方程,式中t为时间变量，和均为常数，此系统为线性定常系统。分子阶次mn最高阶次n为输出量最高阶导数的阶次，也确定系统的阶次是n阶系统。,第一章传感器的一般特性,设x(t)、y(t)的初始条件为零，对上式两边进行拉氏变换，得,这一比值W(s)就被定义为传感器的传递函数。,由此可求得初始条件为零的条件下输出信号拉氏变换Y(s)与输入信号拉氏变换X(s)的比值，即,第一章传感器的一般特性,（2）复频域分析用的传递函数,x(t)、y(t)的初始条件为零：若y(t)为时间变量t的函数，且当t0时，满足输入x(t)=0，输出y(t)=0，x(t)、y(t)对时间的各阶导数的初始值均为零的初始条件，则x(t)、y(t)的拉氏变换X(s)、Y(s)定义为,第一章传感器的一般特性,式中，s复变量，s=a+bj，a0,传递函数的特点：1）传递函数表示了系统本身的动态性能与输入量大小及性质无关。对于具体的系统，其传递函数不因输入的变化而不同，对任何一个输入都有确定的输出。2）相似系统。传递函数不拘泥于被描述系统物理结构而只反映动态性能。不同的物理系统，可以用相同的传递函数来描述，称为相似系统。3）传递函数可以有量纲，也可以无量纲。,第一章传感器的一般特性,4）传递函数是复变量s的有理分式。对于实际系统，分子阶次mn，分母最高阶次n为输出量最高阶导数的阶次，也确定系统的阶次n阶系统。,（3）频域分析用的频率响应函数,对于稳定的常系数线性系统，可用傅里叶变换代替拉氏变换，相应地有：,或,第一章传感器概述,第一章传感器的一般特性,即：传感器的频率响应函数，简称为频率响应或频率特性。频率响应函数是一个复数函数，它可以用指数形式表示:,传感器幅频特性,传感器相频特性,第一章传感器概述,称为传感器的动态灵敏度（或称增益）。,第一章传感器的一般特性,频率响应函数根据线性定常系统的同频性，如果输入信号为则输出信号为可得其中：称为测量系统的频率响应函数。即：,下页,上页,返回,为频率响应函数的相角，它表示了传感器或检测系统输出信号相对于输入信号初始相位的迁移量，也是的函数，所以也称为相频特性。是频率响应函数的模，为的函数，也是动态灵敏度，随着频率变化而变化，故称为幅频特性，与静态测量中灵敏度为常数有显著的区别。,下页,上页,返回,线性定常系统的有很多重要性质，特别是叠加性和频率保持特性，在工程测试中具有重要意义。例如当输入信号是由多个信号叠加而成的复杂信号，根据叠加性就可以把复杂信号的作用看成若干简单信号的单独作用之和，在分析常系数线性系统时，总可以将一个复杂的激励信号分解成若干个简单的激励，如利用傅里叶变换，将复杂信号分解成一系列谐波或分解成若干个小的脉冲激励然后求出这些分量激励的响应之和。就可以简化问题。又例如已知线性系统的输入频率，根据频率保持特性，可确定该系统输出信号中只有与输入同频率的成分才可能是该输入信号引起的输出，其他频率成分的输出都是噪声干扰，所以可以采用相应的滤波技术，在很强的噪声干扰下，把有用的信息提取出来。,第一章传感器概述,第一章传感器的一般特性,自学：线性定常系统及其主要性质在工程测试实践中，大多数传感器或检测系统属于线性时不变系统，又称线性定常系统。线性时不变系统的分析方法已形成了完整严密的体系，即使是一些非线性系统或时变系统，在限定条件下，它们也遵循线性时不变的规律。故下面重点讨论线性时不变系统的主要性质。,第一章传感器的一般特性,当系统的输入和输出之间关系可用常系数线性微分方程来描述时，则称该系统为线性时不变系统，也称为定常线性系统。即：（1.1）式中为时间变量，和均为常数。线性时不变系统具有以下主要性质：（1）叠加性设为输入，y(t)为输出，若,第一章传感器的一般特性,则（1.2）满足叠加原理，意味着作用于线性系统的各个输入所产生的输出是互不影响的，所以在分析有多个输入作用的系统输出时，可以分别求出在单个输入的作用下系统的输出，然后再进行叠加。（2）比例性（齐次性）设为输入，为输出，若，则对于任何一个常数，有（1.3）（3）微分性零初始条件下，系统对原输入微分的响应等于原输出的微分。即：对于为输入，为输出，若，则有：（1.4）,第一章传感器的一般特性,（4）积分性零初始条件下，系统对原输入积分的响应等于原输出的积分。即：为输入，为输出，若，则有：（1.5）（5）频率保持特性对于线性定常系统，若输入为某一频率的简谐（正弦或余弦）信号，则系统的稳态输出必定是与输入同频率的简谐信号，即，此规律称为频率保持特性。但其幅值和初相位将发生变化。,下页,上页,返回,第一章传感器的一般特性,第一章传感器概述,特性关系式：拉氏变换：变形：传递函数：,总结：,第一章传感器的一般特性,第一章传感器概述,傅里叶变换:,第一章传感器的一般特性,第一章传感器概述,1.一阶传感器,具有简单能量变换的传感器，其动态性能多数可用一阶微分方程来描述。,一阶传感器的微分方程的通式:,可以改写为:,第一章传感器的一般特性,二、应用,第一章传感器概述,可得到典型一阶传感器的频率特性:,一阶传感器的特征参数为。,结论：一阶频率特性具有最简单的形式，其特征参数用3dB频率c表示，且c=1/，,为传感器的时间常数；,越小，则3dB频率c,时间常数,越高，具有较宽,的工作频域，具有较好的动态响应；,频响函数,第一章传感器的一般特性,3dB频率：在处，输出输入的幅值之比降为原来的，20log0.707=-3dB,第一章传感器的一般特性,一阶传感器传递函数式中：T为时间常数，单位为秒。例如：液柱式水银温度计设为被测环境温度，为水银柱输出温度值，C表示热容量，R表示热阻，由热力学方程有：,第一章传感器的一般特性,令，两边同时作拉氏变换，整理得：,下页,上页,返回,第一章传感器的一般特性,一阶系统的频率响应函数为其幅频特性与相频特性分别为：其中负号表示输出信号滞后于输入信号。一阶系统奈氏图、伯德图分别如图1.7、图1.8所示；一阶系统的幅频、相频特性图如图1.9所示。,下页,上页,返回,第一章传感器的一般特性,由图1.9可见，一阶系统的幅频特性曲线随着的增加单调减小，衰减很快，所以一阶系统具有低通滤波的特性。在一阶系统特性中，应特别注意以下几点：,图1.7一阶系统奈氏图,图1.8一阶系统伯德图,下页,上页,返回,第一章传感器的一般特性,1）当激励频率远小于时，输出与输入的幅值几乎相等，接近1。当，系统相当于一个积分器。其中几乎与激励频率成反比，相位滞后近90。故一阶系统适合测试缓变或低频的被测量。2）时间常数T是反映一阶系统特性的重要参数，其值决定系统适用的频率范围。,下页,上页,返回,第一章传感器的一般特性,2.二阶传感器,第一章传感器概述,典型二阶传感器的微分方程通式为：,其频率特性：,其中，叫时间常数；，叫无阻尼自振角频率；，叫阻尼比；，叫静态灵敏度；,第一章传感器的一般特性,讨论：1、谐振频率：2、有阻尼、零阻尼、欠阻尼、临界阻尼、过阻尼：,幅频特性曲线出现峰值时的频率，只有，才有谐振。,第一章传感器概述,相频特性：,幅频特性：,第一章传感器的一般特性,二阶系统的传递函数为对输入阶跃信号x=A的响应函数可求得:,(1)欠阻尼情况：,(2)零阻尼情况：,第一章传感器的一般特性,(3)临界阻尼情况:,(4)过阻尼情况:,式中,第一章传感器的一般特性,图二阶系统对单位阶跃的响应,第一章传感器的一般特性,二阶传感器传递函数（1.11）式中：为系统的灵敏度；为系统的阻尼比；为系统的无阻尼固有频率。例如：RLC电路，输入为，输出为，根据电路基本定律，有,下页,上页,返回,第一章传感器的一般特性,上式两边同时作拉氏变换，并消去中间变量，得系统的传递函数为：,下页,上页,返回,第一章传感器的一般特性,二阶系统的频率响应函数由二阶系统的传递函数，可得二阶系统的频率响应函数为：相应的幅频特性和相频特性分别为：,第一章传感器的一般特性,相应的幅频、相频特性曲线的伯德图如下图所示。,图二阶系统伯德图,（a）幅频特性（b）相频特性,下页,上页,返回,第一章传感器的一般特性,二阶系统具有以下的特点：1）当时，；当，；2）影响二阶系统动态特性的参数是固有频率和阻尼比。其固有频率的选择应以工作频率范围为依据。在附近，系统幅频特性受阻尼比影响极大。时，系统发生共振，实际测量时，应该避免此情况。此时，在测定系统本身参数时，有重要的意义；3）段，很小，且和频率近似成正比增加。段，趋近于180，即输出信号几乎和输入反相。在区间，随频率的变化而剧烈变化，而且越小，变化越剧烈；4）二阶系统是一个振荡环节。从检测工作的角度来看，总希望检测系统在较宽的频带内由于频率特性不理想所引起的误差尽可能小。因此，要选择恰当的固有频率和阻尼比的组合，以获得较小的误差。,下页,上页,返回,第一章传感器的一般特性,在研究传感器时域动态特性时，为表征传感器的动态特性常用上升时间trs、响应时间tst、过调量c等参数来综合描述。,上升时间trs输出指示值从最终稳定值的5或10变到最终稳定值的95或90所需的时间；响应时间tst从输入量开始起作用到输出指示值进入稳定值所规定的范围内所需要的时间。最终稳定值的允许范围常取所允许的测量误差值zr，如tst=5S(2%)；过调量c输出第一次达到稳定值后又超出稳定值而出现的最大偏差。,第一章传感器概述,传感器的动态时域特征,第一章传感器的一般特性,三、实现不失真测量的条件如果一个检测系统，其输出和输入满足下列关系：其中都是常数，表明该系统输出的波形和输入的波形精确的一致，只是幅值放大了A倍和时间上延迟了，这种情况，被认为测试装置具有不失真测量的特性。对上式两边取拉氏变换，得故不失真测试装置的传递函数为（1.19）,第一章传感器的一般特性,频率响应函数为其幅频与相频特性分别为由此可见，要实现不失真检测，检测系统的幅频特性应为常数，相频特性应为线性。引起的失真称为幅值失真，与之间不满足线性关系引起的失真称为相位失真。,第一章传感器的一般特性,第一章传感器的一般特性,1-3传感器的标定与校准,一、概述：利用某种标准器具对新研制或生产的传感器进行全面的技术检定和标度，称为标定；对传感器在使用中或储存后进行的性能复测，称为校准。标定和校准的基本方法是：利用标准仪器产生已知的非电量，输入到待标定或校准的传感器中，然后将传感器输出量与输入的标准量作比较，获得一系列标定或校准数据或曲线。,二、传感器的标定,传感器的标定，就是通过试验确立传感器的输入量与输出量之间的关系。同时，也确定出不同使用条件下的误差关系。传感器标定含义：其一是确定传感器的性能指标；其二是明确这些性能指标所适用的工作环境。本章仅限于讨论第一个问题。传感器的标定方法：有静态标定和动态标定两种。标定系统如图所示。,标定装置,待标定传感器,标准传感器,输出量显示,输出量测量,第一章传感器的一般特性,1、静态标定指输入信号不随时间变化的静态标准条件下，对传感器的静态特性如灵敏度、非线性、滞后、重复性等指标的检定。2、动态标定对被标定传感器输入标准激励信号，测得输出数据，做出输出值与时间的关系曲线。由输出曲线与输入标准激励信