自动检测技术概述

1、自动检测技术概述返 回下一页自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页返 回下一页自动检测技术概述图1.1.1 测量系统的组成 上一页返 回下一页传感器测量电路输出单元被测量自动检测技术概述上一页返 回下一页自动检测技术概述上一页返 回下一页自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述敏感元件转换元件转换电路被测量电量上一页下一页返 回自动检测技术概述工作机理：物理型、化学型、生物型物理型传感器：物理基础的基本定律。场的定律、物质定律、守恒定律和统计定律构成原理结构型:物理

2、学中场的定律物性型:物质定律能量转换能量控制型能量转换型物理原理用 途： 位移、压力、振动、温度上一页下一页返 回自动检测技术概述 一、传感器技术的地位及作用一、传感器技术的地位及作用 传感器是通过敏感元件把外部信息按当量比例转换成电信号的一种重要的电自不见，它是信息产业种种要的新型元件之一。 新型传感器更是现代化传感技术和系统核心。 传感器技术与通信技术、计算机技术 共同构成信息产业的三大支柱。传感器技术已在世界各国的国民经济各个部门以及国防建设中得到了广泛应用。 二、传感器技术发展状况二、传感器技术发展状况 随着信息技术的迅速发展和应用普及世界上传感器的品种已经达到3万余种。研究、生产单位

3、有5000余家。 据瑞士研究公司Intechno的咨询报告“2008年的传感器市场”表明，全球的传感器市场每年将以5.3%的速度从1998年的325亿美元迅速增长到2003年的422亿美元，到2008年将达到500亿 。0.2.4 0.2.4 传感器的地位及目前发展状况传感器的地位及目前发展状况自动检测技术概述自动检测技术概述0.2.50.2.5我国传感器业的发展我国传感器业的发展自动检测技术概述自动检测技术概述0.2.60.2.6传感器技术及其产业的发展趋势传感器技术及其产业的发展趋势1.新材料、新功能的开发应用 2. 微机械加工工艺的发展 3.集成智能传感器的发展自动检测技术概述0.5 新

4、型传感器的重点开发领域新型传感器的重点开发领域自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述输出与输入间关系 静特性：输入量为常量，或变化极慢动特性：输入量随时间较快地变化时微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时，可得到（动特性的特例）表示传感器在被测量处于稳定状态时的输出输入关系希望输出与输入具有确定的对应关系，且呈线性关系。上一页下一页返 回自动检测技术概述一、一、线性度线性度二、二、灵敏度灵敏度三、三、迟滞迟滞四、四、重复性重复性五、五、零点漂移零点漂移六、六、温度漂移温度漂移上一页下一页返 回自动检测技术概述nnxaxaxaxaay332210输 出 量输 入 量零点输出理论灵敏度

5、非线性项系数直线拟合线性化 非线性误差或线性度%100)(MFSaxLLy最大非线性误差 满量程输出上一页下一页返 回自动检测技术概述： 理论拟合； 过零旋转拟合； 端点连线拟合； 端点连线平移拟合； 最小二乘拟合； 最小包容拟合上一页下一页返 回自动检测技术概述拟合直线为传感器的理论特性，与实际测试值无关。方法十分简单，但一般说 较大MaxLxyLmax上一页下一页返 回自动检测技术概述曲线过零的传感器。拟合时，使Max21LLLxyL2L1上一页下一页返 回自动检测技术概述xyLmax上一页下一页返 回自动检测技术概述Max312LLLLyxLmaxL1上一页下一页返 回自动检测技术概述b

6、kxy)(bkxyiiimin)(1212niiiniibkxy0)(22iiiixbkxyk0) 1)(22bkxybiii 22)(iiiiiixxnyxyxnk 222)(iiiiiiixxnyxxyxb上一页下一页返 回自动检测技术概述xy=kx+by上一页下一页返 回自动检测技术概述xyk表征传感器对输入量变化的反应能力上一页下一页返 回自动检测技术概述表征传感器对输入量变化的反应能力 (a) 线性传感器 (b) 非线性传感器 图 1.4.2 传感器的灵敏度 上一页下一页返 回自动检测技术概述%100)(21 (FSHMAXHy 正反行程间输出的最大差值。HMAX迟滞误差的另一名称叫

7、回程误差，常用绝对误差表示检测回程误差时，可选择几个测试点。对应于每一输入信号，传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为回程误差。上一页下一页返 回自动检测技术概述xHmaxY上一页下一页返 回自动检测技术概述正行程的最大重复性偏差反行程的最大重复性偏差1MaxR2MaxR%100)(MaxFSRRy取较大者为MaxR上一页下一页返 回自动检测技术概述xRmax1Rmax2y上一页下一页返 回自动检测技术概述%1000FSYY零漂 式中Y0最大零点偏差； YFS 满量程输出。上一页下一页返 回自动检测技术概述%100maxTYFS温漂 式中max 输出最大偏差；T 温度变化范围； YFS

8、 满量程输出。 上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述1)()()(sKsXsYsH上一页下一页返 回自动检测技术概述对于初始状态为零的传感器，当输入为单位阶跃信号时，X(s)=1/s,传感器输出的拉氏变换为sssXsHsY111)()()(te)s(YL)t ( y11则一阶传感器的单位阶跃响应为一阶传感器的时间常数越小越好上一页下一页返 回自动检测技术概述二阶传感器的传递函数为 2222)()()(nnnsssXsYsH式中 n 传感器的固有频率； 传感器的阻尼比。在单位阶跃信号作用下，传感器输出的拉氏变换为)2()()()(

9、222nnnssssXsHsY上一页下一页返 回自动检测技术概述对Y（s）进行拉氏反变换，即可得到单位阶跃响应。图1.4.6为二阶传感器的单位阶跃响应曲线。 传感器的响应在很大程度上取决于阻尼比和固有频率n 。在实际使用中，为了兼顾有短的上升时间和小的超调量，一般传感器都设计成欠阻尼式的，阻尼比一般取在0.60.8之间。带保护套管的热电偶是一个典型的二阶传感器。 上一页下一页返 回自动检测技术概述NoImage上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述零阶传感器的传递函数为KsXsYsH)()()(频率特性为KjH)(零阶传感器的输出

10、和输入成正比，并且与信号频率无关。因此，无幅值和相位失真问题，具有理想的动态特性。电位器式传感器是零阶系统的一个例子。在实际应用中，许多高阶系统在变化缓慢、频率不高时，都可以近似的当作零阶系统来处理。上一页下一页返 回自动检测技术概述将一阶传感器的传递函数中的s用j代替，即可得到频率特性表达式 1)(1)(jjH幅频特性 2)(11)(A相频特性 )()(arctg上一页下一页返 回自动检测技术概述NoImage(a) 幅频特性 (b) 相频特性 1.4.8 一阶传感器的频率特性时间常数越小，频率响应特性越好。当 1时，A ()1， ()，表明传感器输出与输入为线性关系，相位差与频率成线性关系

11、，输出 y ( t ) 比较真实地反映输入x ( t ) 的变化规律。因此，减小可以改善传感器的频率特性。上一页下一页返 回自动检测技术概述二阶传感器的频率特性表达式、幅频特性、相频特性分别为 1221)(nnjjH2122221)(nnA212)(nnarctg上一页下一页返 回自动检测技术概述NoImage图 1.4.9 二阶传感器的频率特性 上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术

12、概述上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述一阶传感器的单位阶跃响应函数为tety1)()(1lntyz则上式可变为tzNoImagez和时间t成线性关系，并且有=t /z 可以根据测得的y ( t ) 值作出z t曲线，并根据t /z的值获得时间常数 一阶传感器时间常数的求法 上一页下一页返 回自动检测技术概述二阶传感器（1）的单位阶跃响应为 )1arcsin1(sin1/1)(222tetyntnNoImage21eM1ln12M上一页下一页返 回自动检测技术概述如果测得阶跃响应的较长瞬变过程，则可利用任意两个过冲量Mi和Mi+n按式（1.5.6）求得阻尼比，其

13、中n是该两峰值相隔的周期数（整数）。 2224nnnniinMM ln当0.1时，以1代替，此时不会产生过大的误差（不大于0.6%）,则可用式(1.5.8)计算，即nMMnii2ln上一页下一页返 回自动检测技术概述若传感器是精确的二阶传感器，则n值采用任意正整数所得的值不会有差别。反之，若n取不同值获得不同的值，则表明该传感器不是线性二阶系统。根据响应曲线测出振动周期Td ，有阻尼的固有频率d为ddT12则无阻尼固有频率n为21dn上一页下一页返 回自动检测技术概述利用正弦输入，测定输出和输入的幅值比和相位差来确定传感器的幅频特性和相频特性，然后根据幅频特性，分别按下图求得一阶传感器的时间常

14、数和欠阻尼二阶传感器的固有频率和阻尼比。 NoImage由幅频特性求时间常数 欠阻尼二阶传感器的n和上一页下一页返 回自动检测技术概述 1.5.5 活塞压力计标定压力传感器的示意图1-标准压力表 2砝码 3活塞 4进油阀 5油杯 6被标传感器 7针形阀 8手轮 9手摇压力泵上一页下一页返 回自动检测技术概述NoImage 图 1.5.6 压力标定曲线 上述标定方法不适合压电式压力测量系统，因为活塞压力计的加载过程时间太长，致使传感器产生的电荷有泄漏，严重影响其标定精度。所以，对压电式测压系统一般采用杠杆式压力标定机或弹簧测力计式压力标定机。为了保证压力传感器的测量准确度，需定期检定，检定周期最长不超过一年。上一页下一页返 回自动检测技术概述上一页下一页返 回自动检测技术概述图 1.5.7 激波管标定装置系统原理框图1-高压室 2-低压室 3-膜片 4-侧面被标定的传感器 5-底面被标定的传感器 6、7-测速压力传感器8-测速前置级 9-数字频率计 10-测压前置级 11-记录装置 12-气源 13-气