第3章 传感器与检测系统基本特性（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学·2021）

传感器与检测技术 工程检测技术 第3章 传感器与检测系统基本特性 传感器 X1 . . . Xn Y1 . . . Yn Y=f(X) 工程检测技术 传感器的静态特性 工程检测技术 传感器的静态特性 传感器静态特性指标: 线性度 迟滞 重复性 分辨力 稳定性 温度稳定性 各种抗干扰稳定性等 工程检测技术 传感器的线性度 线性度δ= 最大偏差 量程 工程检测技术 传感器的线性度 图1-1 各种直线拟和方法 （a）理论拟合 （b）端点拟合 （c）独立拟合 （d）最小二乘法拟合 工程检测技术 传感器的线性度 拟合直线方程： 工程检测技术 传感器的线性度 例1.1 已知某传感器静态特性方程Y＝ex，试分别用 切线法、端基法及最小二乘法，在0＜x＜1范 围内拟合刻度直线方程，并求出相应的线性度。 工程检测技术 （1）切线法 拟合直线方程： 拟合直线为： 量程： 最大偏差： 非线性误差δ= 线性度： 工程检测技术 （2）端基法 拟合直线方程： 拟合直线为： 量程： 最大偏差： 非线性误差δ= 令： 得 线性度： 工程检测技术 （3）最小二乘法 工程检测技术 传感器的线性度 拟合直线为： 拟合直线方程： 最大偏差： 令： 得 工程检测技术 传感器的线性度 拟合直线为： 最大偏差： 令： 得 线性度： 工程检测技术 传感器的迟滞 图1-12 迟滞特性 工程检测技术 传感器的重复性 图1-13 重复特性 工程检测技术 传感器的灵敏度 工程检测技术 传感器的灵敏度 工程检测技术 传感器的分辨率与阈值 分辨率：传感器能检测到的最小输入增 量。它反映出传感器能够有效 分辨输入最小变化量的本领。 阈值：传感器输入零点附近的分辨率。 工程检测技术 传感器的动态特性 将传感器看作一个线性时不变系统，输入输出动态方程为： 传感器 X y 工程检测技术 传感器的动态特性 系统输出量的拉氏变换Y(s)与输入量的拉氏变换X(s)之比，用G(s)表示为 ： 工程检测技术 传感器的动态特性 图1-14 一阶系统的阶跃响应 图1-15 一阶系统伯德图 一阶(惯性)系统的动态响应 工程检测技术 传感器的动态特性 图1-15 一阶系统伯德图 一阶(惯性)系统的动态响应 当 =1 时，传感器的灵敏度下降了3分贝（即 =0.707k ）。取该频率为工作频带的上限，则一阶系统的上截止频率为 工程检测技术 传感器的动态特性 例1.2 某玻璃水银温度计微分方程式为： 式中，Q0为水银柱高度（m）；Qi为被测温度（℃）。试确定该温度计的时间常数和静态灵敏度系数。 将微分方程化为标准式 时间常数为τ =2s ，静态灵敏度系数为k=1×10-3m/℃ 工程检测技术 传感器的动态特性 图1-13 二阶系统的阶跃响应 二阶(振荡)系统的动态响应 无阻尼，欠阻尼，过阻尼，临界阻尼 工程检测技术 传感器的动态特性 上升时间tr 峰值时间tP 建立时间ts 瞬时过冲量MP 工程检测技术 传感器的动态特性 二阶系统的频率响应 工程检测技术 传感器的动态特性 图1-14 二阶系统的频率特性曲线 工程检测技术 传感器的发展趋势 1、小型化趋向 运用微机电技术（MEMS）,传感器体积不断减小 2、集成化和多功能化趋向 将敏感元件、转换单元和信号处理单元集成； 同时集成多种传感功能 3、图象化趋向 开始发展从一维、二维到三维空间的测量问题 4、智能化趋向 可完成自动补偿，自动调整和信号的识别等等 工程检测技术 传感器的发展趋势 飞机空速测量技术发展 工程检测技术 传感器的发展趋势 飞机空速测量技术发展 工程检测技术 传感器的发展趋势 国外飞机空速测量技术发展 工程检测技术 传感器的发展趋势 飞机空速测量技术发展 工程检测技术 $$