自动检测技术基本概念.ppt

1、第一章 检测技术的基本概念,传感器的特性,当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静态特性；,当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。,传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。,传感器输出与输入关系可用微分方程来描述。理论上，将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时，即得到静态特性。因此，传感器的静态特性只是动态特性的一个特例。,取决于传感器本身，可通过传感器本身的改善来加以抑制，有时也可以对外界条件加以限制。,衡量传感器特性的主要技术指标,一、静态特性技术指标,1线性度 传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性。在不考虑迟滞、蠕变、不稳定性等因素的情况下，其静态特性可用下列多项式

2、代数方程表示： 式中：y输出量； x输入量； a0零点输出； a1理论灵敏度； a2、a3、 、 an非线性项系数。,静态特性曲线可实际测试获得。在获得特性曲线之后，可以说问题已经得到解决。但是为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系。这时可采用各种方法，其中也包括硬件或软件补偿，进行线性化处理。,y=a0+a1x+a2x2+a3x3+anxn,在采用直线拟合线性化时，输出输入的校正曲线与其拟合曲线之间的最大偏差，就称为非线性误差或线性度,通常用相对误差L表示： Lmax一最大非线性误差； yFS量程输出。,非线性偏差的大小是以一定的拟合直线为基准直线而得出来的。拟合直线不同，非线性误差也不

3、同。所以，选择拟合直线的主要出发点，应是获得最小的非线性误差。另外，还应考虑使用是否方便，计算是否简便。,理论拟合；端点连线平移拟合；端点连线拟合； 过零旋转拟合；最小二乘拟合； 最小包容拟合,一、静态特性技术指标,L=(Lmax/yFS)100%,直线拟合方法 a)理论拟合 b)过零旋转拟合 c)端点连线拟合 d)端点连线平移拟合,设拟合直线方程：,0,y,yi,y=kx+b,xI,最小二乘拟合法,最小二乘法拟合,y=kx+b,若实际校准测试点有n个，则第i个校准数据与拟合直线上响应值之间的残差为：,最小二乘法拟合直线的原理就是使 为最小值，即,i=yi-(kxi+b),对k和b一阶偏导数等

4、于零，求出a和k的表达式,一、静态特性技术指标,即得到k和b的表达式,将k和b代入拟合直线方程，即可得到拟合直线，然后求出残差的最大值Lmax即为非线性误差。,一、静态特性技术指标,2迟滞,0,y,x,Hmax,yFS,迟滞特性,式中 Hmax正反行程间输出的最大差值。,传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。迟滞特性如图所示，它一般是由实验方法测得。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示,即,一、静态特性技术指标,一、静态特性技术指标,3重复性,y,x,0,Rmax2,Rmax1,重复性是指传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。,重复性

5、误差也常用绝对误差表示。检测时也可选取几个测试点，对应每一点多次从同一方向趋近，获得输出值系列yi1，yi2，yi3，yin ，算出最大值与最小值之差或3作为重复性偏差Ri，在几个Ri中取出最大值Rmax 作为重复性误差。,Rmax1正行程的最大重复性偏差， Rmax2反行程的最大重复性偏差。,一、静态特性技术指标,4灵敏度与灵敏度误差,s=(k/k)100%,由于某种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵敏度误差用相对误差表示，即,可见，传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。对线性特性的传感器，其特性曲线的斜率处处相同，灵敏度k是一常数，与输入量大小无关。,K=y/x,传感器输出的变化量 y

6、与引起该变化量的输入变化量 x之比即为其静态灵敏度，其表达式为,一、静态特性技术指标,分辨力用绝对值表示,用与满量程的百分数表示时称为分辨率。在传感器输入零点附近的分辨力称为阈值。,5分辨力与阈值,分辨力是指传感器能检测到的最小的输入增量。有些传感器,当输入量连续变化时,输出量只作阶梯变化,则分辨力就是输出量的每个“阶梯”所代表的输入量的大小。,6稳定性,测试时先将传感器输出调至零点或某一特定点，相隔4h、8h或一定的工作次数后，再读出输出值，前后两次输出值之差即为稳定性误差。它可用相对误差表示,也可用绝对误差表示。,稳定性是指传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化，有时称为长时间工作稳定

7、性或零点漂移。,被测量随时间变化的形式可能是各种各样的，只要输入量是时间的函数，则其输出量也将是时间的函数。通常研究动态特性是根据标准输入特性来考虑传感器的响应特性。,二、传感器的动态特性,动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。,标准输入有三种：,正弦变化的输入 阶跃变化的输入 线性输入,1、与测量条件有关的因素 (1)测量的目的； (2)被测试量的选择； (3)测量范围； (4)输入信号的幅值，频带宽度； (5)精度要求； (6)测量所需要的时间。,三、传感器的选用原则,2、与传感器有关的技术指标 (1)精度； (2)稳定度； (3)响应特性； (4)模拟量与数字量； (5)输出幅

8、值； (6)对被测物体产生的负载效应； (7)校正周期； (8)超标准过大的输入信号保护。,三、传感器的选用原则,3、与使用环境条件有关的因素 (1)安装现场条件及情况； (2)环境条件(湿度、温度、振动等)； (3)信号传输距离； (4)所需现场提供的功率容量。,4、与购买和维修有关的因素 (1)价格； (2)零配件的储备； (3)服务与维修制度，保修时间； (4)交货日期。,三、传感器的选用原则,三、传感器的选用原则,三、传感器的选用原则,基本参数指标,环境参数指标,可靠性指标,其他指标,量程指标： 量程范围、过载能力等 灵敏度指标： 灵敏度、分辨力、满量程输出等 精度有关指标： 精度、误差、线性、滞后、重复性、灵敏度误差、稳定性 动态性能指标： 固定频率、阻尼比、时间常数、频率响应范围、频率特性、临界频率、临界速度、稳定时间等,温度指标： 工作温度范围、温度误差、温度漂移、温度系数、热滞后等 抗冲振指标： 允许各向抗冲振的频率、振幅及加速度、冲振所引入的误差 其他环境参数： 抗潮湿、抗介质腐蚀等能力、抗电磁场干扰能