[醫(yī)藥衛(wèi)生]02傳感器的基本特性(已修改)
2025-01-16 11:52 本頁(yè)面
【正文】 第二章 傳 感 器 的基本特性 第二章 傳 感 器 的 基本特性 第一節(jié) 傳感器的靜態(tài)特性 第二節(jié) 傳感器動(dòng)態(tài)特性 本章小結(jié) 第二章 傳 感 器 的基本特性 傳感器的特性 是它轉(zhuǎn)換信息的能力和性質(zhì)。這種能力 和性質(zhì)常用傳感器的 輸入和輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系 來(lái)描述。 一個(gè)高質(zhì)量的傳感器，必需不失真地完成信號(hào)的轉(zhuǎn)換。 在選擇合適而有效的傳感器組建測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，除了需要了 解被測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)外，還需了解 傳感器的基本特性。 傳感器的輸入量可分為 靜態(tài) 和 動(dòng)態(tài) 兩大類(lèi)，所以 傳感 器的特性由 靜態(tài)特性 和 動(dòng)態(tài)特性 決定 。 第二章 傳 感 器 的基本特性 ? 傳感器特性主要是指輸出與輸入間的關(guān)系 ? 靜態(tài)特性： 輸入量為常量，或變化極慢 ? 動(dòng)態(tài)特性： 輸入量隨時(shí)間較快地變化時(shí) 傳感器輸出與輸入關(guān)系可用微分方程來(lái)描述。理論上，將微分方程中的一階及以上的微分項(xiàng)取為零時(shí)，即得到靜態(tài)特性。因此，傳感器的靜態(tài)特性只是動(dòng)態(tài)特性的一個(gè)特例。 第二章 傳 感 器 的基本特性 第一節(jié) 傳感器的靜態(tài)特性 定義： 人體的各被測(cè)信息處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，傳感器的輸入 量在較長(zhǎng)時(shí)間維持不變或發(fā)生極其緩慢的變化，這時(shí)傳感 器的輸出量與輸入量間的關(guān)系就是傳感器的 靜態(tài)特性 。 通常希望傳感器的輸出和輸入之間具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān) 系，這樣的傳感器才能如實(shí)反映待測(cè)的信息。 第二章 傳 感 器 的基本特性 1．理想情況下， 傳感器的 輸出量 y 與 輸入量 x 之 間為 線性關(guān)系，其靜態(tài)特性可表示為 y = a1 x ( 2 – 1 ) 若輸入分別為 x , x +Δx ，則對(duì)應(yīng)于兩者的 輸出差 Δ y 為 Δ y = a1 Δx ( 2 – 2 ) 具有這種特性的傳感器的數(shù)學(xué) 模型是一 線性方程 ，這種傳感 器稱(chēng)為 線性傳感器 。如圖所示 y x 0 第二章 傳 感 器 的基本特性 由 ( 2 – 1 )、 ( 2 – 2 )式， ΔxΔyxya1 ??為傳感器的 靈敏度 a1 —— 線性靜態(tài)特性的斜率 2． 實(shí)際傳感器 由于原理上和制作工藝上的原因，都有一定 程度的非線性特性，這時(shí)的靜態(tài)特性表達(dá)式常在線性項(xiàng) a1x 上迭加非線性項(xiàng)（ x 的高次項(xiàng)）。 第二章 傳 感 器 的基本特性 以電容式位移傳感器為例： 電容量 0dsε c ? 的電容器 的極板在工作點(diǎn) d0 附近產(chǎn)生位移 Δd 時(shí)，電容的變化量 Δc為 ?????????? 34023020d)(dεsd)(dεsΔddεsΔc( 2 – 3 ) 式中第 1項(xiàng)表示電容式位移傳感器的輸出量 Δc與位移 Δd 成正比，是這種傳感器的線性項(xiàng)，常數(shù) 是 靈敏度 。 第 2項(xiàng)以下是一些非線性項(xiàng)。 20εs/d第二章 傳 感 器 的基本特性 3． 傳感器的靜態(tài)特性 : 傳感器的輸入量 x 與輸出量 y 之間的關(guān)系通?？捎? 一個(gè)如下的多項(xiàng)式表示： y = a0 + a1x + a2x2 + … + anxn ( 2 – 4 ) —— 傳感器靜態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型 式中： a0 —— 輸入量 x 為零時(shí)的輸出量； a1 —— 線性項(xiàng)系數(shù)，表示傳感器的靈敏度； a a … 、 an—— 非線性項(xiàng)系數(shù)。 第二章 傳 感 器 的基本特性 討論： （ 1）當(dāng) a0 = a2 = a3 = 0 ，該式就是理想情況； （ 2）當(dāng) a 0≠0 ， a 1≠0 ， a2 = a3 = a4 = 0 ，該式仍表示 線性，這時(shí)直線不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，有一非零偏； y = a0 + a1x + a2x2 + … + anxn y = a1 x y = a0 + a1x 第二章 傳 感 器 的基本特性 （ 3）如果 非線性項(xiàng)只有 x 的 奇次項(xiàng) ，輸出 ——輸入關(guān)系曲 線如圖 21所示，在原點(diǎn)附近有 y ( x ) = y ( x ) 的 對(duì)稱(chēng)關(guān)系 ，且有足夠長(zhǎng)的線性段。 在實(shí)際應(yīng)用中，差動(dòng)式 傳感器就是將電器元件對(duì)稱(chēng) 排列，以消除電器元件的偶 次分量，使線性得到改善， 同時(shí)靈敏度提高一倍。 第二章 傳 感 器 的基本特性 （ 4）如果 只有 x 的 偶次項(xiàng) ，輸出 ——輸入關(guān)系曲線 不對(duì)稱(chēng) ， 如圖 21（ a）所示，且線性范圍較窄，所以傳感器設(shè) 計(jì)時(shí)少采用這種特性 。 第二章 傳 感 器 的基本特性 1． 測(cè)量范圍 2． 靈敏度 3． 線性度 4． 遲滯 5． 穩(wěn)定性 6． 重復(fù)性 7． 環(huán)境特性 衡量傳感器靜態(tài)特性品質(zhì)的指標(biāo) 第二章 傳 感 器 的基本特性 1 ．測(cè)量范圍 傳感器的 測(cè)量范圍 是指按其標(biāo)定的精確度可進(jìn)行測(cè)量 的被測(cè)量的變化范圍 ，而測(cè)量范圍的上線值 ymax與下限值 ymin 之差就是傳感器的 量程 ym ，即 ym = ymax ymin 例如某溫度計(jì)的測(cè)量范圍為 20 ~ 100?C，則其量程 ym = 100 ?C ( 20 ?C ) = 120 ?C 有的傳感器一旦過(guò)載（即被測(cè)量超出測(cè)量范圍）就將損 壞，而有的傳感器允許一定程度的過(guò)載，但過(guò)載部分不作為 測(cè)量范圍，這一點(diǎn)在使用中注意。 第二章 傳 感 器 的基本特性 靈敏度反映了傳感器對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度 ， 靈敏 度 k 值越大，表示傳感器越靈敏。線性傳感器的靈敏度 就是靜態(tài)特性曲線斜率。在整個(gè)測(cè)量范圍它是個(gè)定值。 而非 線性傳感器的靈敏度則是其特性曲線某點(diǎn)切線的斜 率。 靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。 其定義是 輸出量 的變化 Δy 與 輸入量的變化 Δx 之比。用 k 表示靈敏度，即 xyk??? （ 2 6
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