第一章 传感器技术基础.

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1 第一章 传感器技术基础

2 第1章 传感器技术基础 传感器的一般数学模型 传感器的特性与指标 改善传感器性能的技术途径 传感器的标定与校准 4.1 1.2 4.2
传感器的一般数学模型 4.1 4.2 传感器的特性与指标 1.2 改善传感器性能的技术途径 4.3 传感器的标定与校准 4.4

3 第一节 传感器的一般数学模型 传感器的数学模型是指传感器的输入输出关系 传感器的静态模型： 动态模型 第1章 传感器技术基础
第一节 传感器的一般数学模型 传感器的数学模型是指传感器的输入输出关系 传感器的静态模型： y=a0+a1x+a2x2+…….+anxn 线性模型： y=a0+a1x或y=ax 动态模型 微分方程 传递函数

4 第二节 传感器的特性与指标 传感器的静态特性 第1章 传感器技术基础
第二节 传感器的特性与指标 传感器的静态特性 静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。也即当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系就称为静态特性。 其中误差因数就是衡量传感器静态特性的主要技术指标 线性度：Linearity 理论直线法 y=ax

5 第1章 传感器技术基础 回差（滞后、迟滞）Hysteresis 重复性 Repeatability 端点线法 最佳直线法 最小二乘法
端点线法 最佳直线法 最小二乘法 回差（滞后、迟滞）Hysteresis 请注意回差与线性度的区别 重复性 Repeatability 重复性反映传感器的重复精度，用统计特性表示

6 第1章 传感器技术基础 灵敏度 Sensitivity 分辨力（分辨率）Resolution 阈值 Threshold
灵敏度　Sensitivity 分辨力（分辨率）Resolution 意义：在规定测量范围内能测出的输入量的最小值 表示： 注意分辨力与精度和灵敏度不同 阈值 Threshold 意义从输出看能测出的输入量最小变化值，实际上是零位附近的分辨力

7 第1章 传感器技术基础 稳定性和温度稳定性 Stability 漂移 Drifting 意义：又称长期稳定性
稳定性和温度稳定性　Stability 意义：又称长期稳定性 表示：用输出值与起始标定之间的差异来表示，也常用有效期来表示 漂移　Drifting 意义：传感器不因输入的原因而发生的变化 零点漂移：时漂、温漂 灵敏度漂移

8 第1章 传感器技术基础 静态误差[精度] Precision 是评价传感器的综合性能指标 意义：传感器在满量程内任一点上与理论值的最大偏差
静态误差[精度]　Precision 是评价传感器的综合性能指标 意义：传感器在满量程内任一点上与理论值的最大偏差 一定置信概率下的极限偏差

9 传感器的动态特性 第1章 传感器技术基础 对数幅频特性 零阶环节（比例环节、无惯性环节） 一阶环节（惯性环节） 二阶环节
传感器的动态特性 对数幅频特性 将各种频率不同而幅值相等的正弦信号输入传感器，其它输出正弦信号的幅值、相位与输入信号频率之间的关系 零阶环节（比例环节、无惯性环节） 一阶环节（惯性环节） 二阶环节

10 第1章 传感器技术基础 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：
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、满量程输出、分辨力、输入输出阻抗等 精度方面的指标： 精度(误差)、重复性、线性、回差、灵敏度误差、阈值、稳定性、漂移、静态总误差等 动态性能指标： 固有频率、阻尼系数、频响范围、频率特性、时间常数、上升时间、响应时间、过冲量、衰减率、稳态误差、临界速度、临界频率等 温度指标： 工作温度范围、温度误差、温度漂移、灵敏度温度系数、热滞后等  抗冲振指标： 各向冲振容许频率、振幅值、加速度、冲振引起的误差等 其他环境参数： 抗潮湿、抗介质腐蚀、抗电磁场干扰能力等 工作寿命、平均无故障时间、保险期、疲劳性能、绝缘电阻、耐压、反抗飞弧性能等 使用方面： 供电方式(直流、交流、频率、波形等)、电压幅度与稳定度、功耗、各项分布参数等 结构方面： 外形尺寸、重量、外壳、材质、结构特点等 安装连接方面： 安装方式、馈线、电缆等

11 第三节 改善传感器性能的技术途径 传感器的误差来源
第1章 传感器技术基础 第三节 改善传感器性能的技术途径 传感器的误差来源 内部原因：感器内部产生的噪声包括敏感元件，转换元件和转换电路元件等产生的噪声以及电源产生的噪声。例如光电真空管放射不规则电子，半导体载流子扩散等产生的噪声。降低元件的温度可减小热噪声，对电源变压器采用静电屏蔽可减小交流脉动噪声等。

12 第1章 传感器技术基础 外部原因 从外部混入传感器的躁动哼，按其产生原因可分为机械噪声（如振动，冲击）、音响噪声、热噪声（如因热辐射使元件相对位移或性能变化）、电磁噪声和化学噪声等。对振动等机械噪声可采用防振台或将传感器固定在质量很大的基础台上加以抑制；而消除音响噪声的有效办法是把传感器用隔音器材围上或放在真空容器里；消除电磁噪声的有效办法是屏蔽和接地或使传感器远离电源线，或使输出线屏蔽，输出线绞拧在一起等。

13 改善传感器的技术途径 第1章 传感器技术基础 Ⅰ.结构、材料与参数的合理选择 Ⅱ.差动技术 Ⅲ.平均技术 Ⅳ.稳定性处理
改善传感器的技术途径 Ⅰ.结构、材料与参数的合理选择 Ⅱ.差动技术 Ⅲ.平均技术 Ⅳ.稳定性处理 Ⅴ.屏蔽、隔离与干扰抑制 Ⅶ.零示法、微差法与闭环技术 Ⅷ.补偿与校正 Ⅸ.集成化、智能化与信息融合

14 第四节 传感器的标定与校准 第1章 传感器技术基础
第四节 传感器的标定与校准 任何一种传感器在装配完后都必须按设计指标进行全面严格的性能鉴定。使用一段时间后（中国计量法规定一般为一年）或经过修理，也必须对主要技术指标进行校准试验，以便确保传感器的各项性能指标达到要求。 传感器标定就是利用精度高一级的标准器具对传感器进行定度的过程，从而确立器输出量和输入量之间的对应关系。同时也确定不同使用条件下的误差关系。 根据系统的用途输入可以是静态的也可以是动态的。因此传感器的标定有静态和动态标定二种。

15 静态标定 传感器的动态标定 第1章 传感器技术基础 用于确定传感器的动态性能，如固有频率和频响范围等、动态灵敏度等。
静态标定 传感器的动态标定 用于确定传感器的动态性能，如固有频率和频响范围等、动态灵敏度等。 传感器进行动态标定时，需有一标准信号对它激励，常用的标准信号有二类：一是周期函数，如正弦波等；另一是瞬变函数，如阶跃波等。 用标准信号激励后得到传感器的输出信号，经分析计算、数据处理、便可决定其频率特性，即幅频特性、阻尼和动态灵敏度等。