文档介绍：绪论
Ⅰ课程内容及学习重点
现代信息技术的基础有三个主要方面:
①信息采集——传感器技术;②信息传输——通信技术;③信息处理——计算机技术(包括软件和硬件)。传感器在信息系统中处于前端,它的性能如何将直接影响整个系统的工作状态与质量。
传感器的重要性还体现在各个学科的发展与传感器技术有十分密切的关系。例如:工业自动化、农业现代比、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输、家用电器等方面都与传感器技术密切相关。这些技术领域的发展都离不开传感器技术的支持,同时也是传感器技术发展的强大动力。离开传感器就没有我们今天的生活。
Ⅱ传感器的基本概念
一、传感器的定义及构成
传感器(Transducer/Sensor)的定义是:能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。
通常传感器由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件(Sensing element)是指传感器中能直接感受被测量的部分;转换元件(Transition element)是指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。
被测信息
敏感元件
转换元件
辅助电路
信号调理电路
输出信息
图 0-1 传感器构成框图
二、传感器的分类
(被测量量)的类型分类
⑴模拟式传感器;
⑵数字式传感器
(有源、无源)
⑴有源传感器(能量转换型传感器)
⑵无源传感器(能量控制型传感器)
三、传感器的数学模型
在静态信号(输入信号不随时间变化)的作用下,输出量Y与输入量X间的关系。(忽略蠕动、迟滞)一般可用多项式表示。
y = a0+a1x + a2x2 + a3x3 + ┅
a0 ━零位输出
a1 ━线性灵敏度
a2 ~ an ━非线性系数
2. 动态模型
在动态信号(输入信号随时间变化)的作用下,输出量Y与输入量X间的关系。可以用微分方程或系统函数(传递函数)来描述。
图 0-3 一阶传感器
a1
a0
b0 x(t) =F(t)
y(t)
阻尼系数
弹性系数
⑵传递函数
可用拉普拉斯变换表示系统的系统函数H(S )。
H(S )=
Y( S )
X( S )
=
anS n + an-1S n-1 + an-2S n-2+……+ a1S + a0
bmS m + bm-1S m-1 + bm-2S m-2+……+ b1S + b0
图 1-3 一阶传感器
a1
a0
b0 x(t) =F(t)
y(t)
四、传感器的基本特性
1. 静态特性
⑴线性度实际的输出——输入曲线与拟合曲线(工作曲线)间最大偏差的相对值EL即为线性度。
⑵灵敏度 Sn
Sn 的定义是输出增量与输入增量的比值。
⑶重复性 Ex (不重复性)
重复性 Ex 反映了传感器在输入量按同一方向(增或减)全量程多次测试时,所得到的特性曲线的不一致程度。
⑷迟滞现象(回差EH )
回差EH 反映了传感器的输入量在正向行程和反向行程全量程多次测试时,所得到的特性曲线的不重合程度。
⑸分辨率( △xmin )
在规定的测量范围内,传感器所能检测出输入量的最小变化值。
⑹稳定性
传感器在相当长的时间内仍保持其原性能的能力。
⑺漂移
传感器在外界的干扰下,输出量发生了与输入量无关的变化,主要有“零点漂移”和“灵敏度漂移”,这两种漂移又可分为“时间漂移——零点或灵敏度随时间而发生缓慢的变化”和“温度漂移——零点或灵敏度随环境温度的变化而改变”。
2. 动态特性
⑴频率响应
传感器的频率响应是指各种频率不同而幅值相同的正弦信号输入时,其输出的正弦信号的幅值、相位(与输入量间的相差)与频率之间的关系。即幅频特性和相频特性。
分析切入点:系统的传递函数。
⑵阶跃响应
给原来处于静态状态传感器输入阶跃信号,在不太长的一段时间内,传感器的输出特性即为其阶跃响应特性。
①一阶传感器的阶跃响应特性
t
s0
τ小
τ大
y
一阶传感器的阶跃响应特性
y
s0
2
1
ωnt
ξ=0
1
②二阶传感器的阶跃响应特性
随阻尼比的的不同,有三种不同的解。
第 1 章无源传感器
电阻式传感器
应变式电阻传感器
一、应变效应的理论基础
— dL/L、dA/A 在力的作用下的相互关系
二、电