传感器原理及应用教程PPT.ppt

第2章传感器概述2.1传感器的组成和分类人体系统和机器系统比较眼（视觉）耳（听觉）鼻（嗅觉）皮肤（触觉）舌（味觉）4传感器是一个汇聚物理、化学、材料、电子、生物工程等多类型交叉学科，涉及传感检测原理、传感器件设计、传感器开发与应用的综合技术。传感器技术是构成现代信息技术三大支柱之一。工业生产智能建筑航空航天宇宙飞船HumanwithSensors传感器还渗透到海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其广泛的领域。从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。♦广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。♦狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。♦国家标准（GB7665-87）：对传感器（Transducer/Sensor）的定义：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。♦测量仪器一般由信号检测器件和信号处理两部分组成。这种能感应被测量的变化并将其转换为其他物理量变化的器件就是传感器。传感器定义有以下含义①它能完成检测任务，是由敏感元件和转换元件构成检测装置；②输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；③能按一定规律将被测量转换成电信号输出，输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量；④传感器的输出与输入之间存在确定的对应关系。按使用场合不同又称为：发送器、传送器、变送器、检测器、探头3、传感器的组成实际上，有些传感器很简单，有些则较复杂，大多数是开环系统，也有些是带反馈的闭环系统。4.传感器的分类②按被测量2.2传感器的特性与主要性能指标定义：传感器特性：指输入x（被测量）与输出y之间的关系静态特性：当输入量为常量，或变化极慢时的关系动态特性：当输入量随时间较快地变化时的关系1．测量范围和量程2．灵敏度与灵敏度误差22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。ΔLmax一最大非线性误差；yFS—满量程输出。4．迟滞5．重复性(Repeatability)♦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。♦被测量可能以各种形式随时间变化，只要输入量是时间的函数，则其输出量也将是时间的函数。其间的关系用动态特性方程描述。传感器动态特性可用下列微分方程描述1．零阶传感器动态特性指标2．一阶传感器动态特性指标对初始状态为零的传感器,当输入一个单位阶跃信号一阶传感器的单位阶跃响应信号为相应的响应曲线如图2-7所示。由图可见,传感器存在惯性,它的输出不能立即复现输入信号,而是从零开始,按指数规律上升,最终达到稳态值。理论上传感器的响应只在t趋于无穷大时才达到稳态值,但实际上当t=4τ时其输出达到稳态值的98.2%,可以认为已达到稳态。τ越小,响应曲线越接近于输入阶跃曲线,因此,τ值是一阶传感器重要的性能参数。35二阶传感器包含两个储能元件和一些耗能元件。如，由质量、弹簧和阻尼器构成的加速度传感器，可变电感、分布电容和匹配电阻构成的位移传感器，均为经典的二阶系统。传感器输入x(t)和输出y(t)由二阶微分方程相联系：2.4二阶传感器的阶跃响应其曲线如图,这是一衰减振荡过程,ξ越小,振荡频率越高,衰减越慢。4）ξ>1(过阻尼)：特征方程具有两个不同的实根杭州微图视觉科技有限公司赵工13858034978机器视觉系统工业相机传感器工业镜头2.2传感器的特性与主要性能指标定义：传感器特性：指输入x（被测量）与输出y之间的关系静态特性：当输入量为常量，或变化极慢时的关系动态特性：当输入量随时间较快地变化时的关系1．测量范围和量程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。ΔLmax一最大非线性误差；yFS—满量程输出。