传感器的基本概念.ppt

2.传递函数在分析、设计和应用传感器时，传递函数的概念非常有用。传递函数是输出量和输入量之间的数学表示。如果传递函数已知，那么由任一输入量就可求出相应的输出量。传递函数的定义是输出信号和输入信号之比。D（算子）——d/dt这种形式的传递函数对瞬变输入特别有用。对于线性系统，瞬变输入所产生的输出由于它只出现一次而不重复，通常直接表示为时间函数y(t)，它是这个传感器微分方程的解。第31页，讲稿共48页，2023年5月2日，星期三对y(t)进行拉氏变换的初始条件是t≤0，y(t)=0。这对于传感器被激励之前所有的储能元件如质量块、弹性元件、电气元件均符合上述初始条件。从上式可知，它与输入量无关，只与系统结构参数ai，bi有关。因此，可以简单而恰当地描述其输出与输入关系。只要知道Y(S)，X(S)，H(S)三者中任意两者，第三者便可方便地求出。这时可见，无需了解复杂系统的具体内容，只要给系统一个激励信号x(t)，使可得到系统的响应y(t)，系统特性就能被确定。y(t)的拉氏变换Y(S)和x(t)的拉氏变换X(S)的比为拉氏传递函数H(S)：第32页，讲稿共48页，2023年5月2日，星期三静态特性传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为静态特性。静态数学模型a0=0时，表示静态特性曲线通过原点。此时静态特性有四种典型情况：1.理想线性（图a）2.具有x奇次阶项的非线性（图b）3.具有x一次及偶次阶项的非线性（图c）4.具有x奇、偶次阶项的非线性（图d）第33页，讲稿共48页，2023年5月2日，星期三除图(a)为理想线性特性外（几乎每一种传感器都不具备如此特性，即都存在非线性），其余均为非线性关系。仅具有奇次方的多项式模型，图(b)，在原点附近一定范围内其本上是线性特性。在设计传感器时，应将测量范围选取在静态特性最接近直线的一小段，此时原点可能不在零点。以图（d）为例，如取ab段，则原点在c点。传感器静态特性的非线性，使其输出不能成比例地反映被测量的变化情况，而且对动态特性也有一定影响。因此在使用非线性传感器时，必须对传感器输出特性进行线性处理。第34页，讲稿共48页，2023年5月2日，星期三传感器的静态特性主要由下列几种性能指标来描述:1.线性度（非线性误差）2.灵敏度3.重复性4.迟滞（回差滞环）现象5.精确度（精度）6.分辨率7.稳定性8.漂移第35页，讲稿共48页，2023年5月2日，星期三关于传感器的基本概念第1页，讲稿共48页，2023年5月2日，星期三什么是传感器传感器是获取信息的工具。传感器（Transducer或Sensor），俗称探头，有时亦被称为换能器、变换器、变送器或探测器。是指那些对某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并按照一定规律转换成与之对应的有用输出信号的元器件或装置。第2页，讲稿共48页，2023年5月2日，星期三密封型压力变送器压阻式压力传感器电容式差压变送器旋转差动变压器电涡流传感器电感式接近开关第3页，讲稿共48页，2023年5月2日，星期三热电偶热敏电阻光敏电阻光敏三极管压电加速度传感器第4页，讲稿共48页，2023年5月2日，星期三旋转编码器激光位移传感器霍尔电压传感器超声物位开关第5页，讲稿共48页，2023年5月2日，星期三传感器的作用和地位作用：传感器位于系统之首，其作用相当于人的五官，直接敏感外界信息。是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动控制的主要环节，一切科学研究和生产过程要获取的信息，都要通过它转换成便于传输、处理、记录、显示和控制的可用信号（一般为电信号）。自动测控系统第6页，讲稿共48页，2023年5月2日，星期三地位：传感器技术与通信技术、计算机技术并列成为支撑整个现代信息产业的三大支柱。传感器技术是现代信息产业的源头，又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。如果没有先进的传感器技术，那么信息的准确获取就成为一句空话，通信技术和计算机技术就成了无源之水。“没有传感器技术就没有现代科学技术”的观点现在已为全世界所公认。科学技术越发