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第2章 傳感器的基本特性 傳感器的基本特性 傳感器的輸入 輸出關系特性 是傳感器內部結構參數(shù)作用關系的外部表現(xiàn)輸入信號分為 穩(wěn)態(tài) 動態(tài)對應傳感器特性 靜態(tài)特性 動態(tài)特性對傳感器的要求 高精度 信號 或能量 無失真轉換 反映被測量的原始特征 2 1傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性 在穩(wěn)態(tài)信號作用下的輸入 輸出關系 不含有時間變量 線性度靈敏度分辨率遲滯重復性漂移 2 1 1線性度 傳感器的輸入 輸出間成線性關系的程度非線性特性的線性化處理 2 1 2靈敏度 傳感器在穩(wěn)態(tài)信號作用下輸出量變化對輸入量變化的比值 2 1 3分辨率 分辨率是指傳感器能夠感知或檢測到的最小輸入信號增量 分辨率可以用絕對值或與滿量程的百分比來表示 2 1 4遲滯 在相同測量條件下 對應于同一大小的輸入信號 傳感器正 反行程的輸出信號大小不相等的現(xiàn)象產生原因 傳感器機械部分存在摩擦 間隙 松動 積塵等 2 1 5重復性 傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測試時所得輸入 輸出特性曲線一致的程度 2 1 6漂移 傳感器在輸入量不變的情況下 輸出量隨時間變化的現(xiàn)象產生原因 傳感器自身結構參數(shù)老化測試過程中環(huán)境發(fā)生變化 2 2傳感器的動態(tài)特性 是指傳感器對動態(tài)激勵 輸入 的響應 輸出 特性 即其輸出對隨時間變化的輸入量的響應特性一個動態(tài)特性好的傳感器 其輸出隨時間變化的規(guī)律 將能再現(xiàn)輸入隨時間變化的規(guī)律 即具有相同的時間函數(shù) 動態(tài)特性分析 2 2 1傳感器的數(shù)學模型 線性時不變系統(tǒng)理論來描述傳感器的動態(tài)特性用常系數(shù)線性微分方程 線性定常系統(tǒng) 表示傳感器輸出量與輸入量的關系 線性時不變系統(tǒng)有兩個重要的性質 疊加性如果則 頻率保持特性如果則 2 2 2傳遞函數(shù) 特性關系式 拉氏變換 變形 傳遞函數(shù) 2 2 3頻率響應函數(shù) 傅立葉變換得到頻率響應特性 指數(shù)表示 幅頻特性 相頻特性 2 2 4傳感器的動態(tài)特性分析 1 一階傳感器的頻率響應 2 二階傳感器的頻率響應 2 3傳感器的標定與校準 傳感器的標定是利用某種標準儀器對新研制或生產的傳感器進行技術檢定和標度 它是通過實驗建立傳感器輸入量與輸出量間的關系 并確定出不同使用條件下的誤差關系或測量精度 傳感器的校準是指對使用或儲存一段時間后的傳感器性能進行再次測試和校正 校準的方法和要求與標定相同 2 3 1靜態(tài)標定 傳感器的靜態(tài)標定是在輸入信號不隨時間變化的靜態(tài)標準條件下確定傳感器的靜態(tài)特性指標 如線性度 靈敏度 遲滯 重復性等 靜態(tài)標準是指沒有加速度 沒有振動 沒有沖擊 如果它們本身是被測量除外 及環(huán)境溫度一般為室溫 20 5 相對濕度不大于85 大氣壓力為7kPa的情形 2 3 2動態(tài)標定 動態(tài)標定主要是研究傳感器的動態(tài)響應特性 常用的標準激勵信號源是正弦信號和階躍信號 根據(jù)傳感器的動態(tài)特性指標 傳感器的動態(tài)標定主要涉及到一階傳感器的時間常數(shù) 二階傳感器的固有角頻率和阻尼系數(shù)等參數(shù)的確定