【正文】 139。 ● 采用電流源激勵(lì)，由于電阻相同，電流也相同，則在此種情況下，輸出電壓為： U=(I 激勵(lì)電流 I約為 30mA dR/R= ε * K=。 應(yīng)變效應(yīng)以靈敏系數(shù) K來(lái)描述： 其中： 應(yīng)變片輸出信號(hào)估算： 應(yīng)變 ε 約為 。 ② 噪聲作用下的模型 如果1 2 1 2,S S N N?? 1 1 20 1 0()02y S N Ny S X??? 結(jié)論： 對(duì)于由同一條件所引起的有規(guī)律的噪聲（環(huán)境溫度噪聲）， 則差動(dòng)系統(tǒng)有很好的補(bǔ)償作用。 ● 在系統(tǒng)總靈敏度一定的情況下，提高系統(tǒng)前面各元件的靈敏度，有利于減小后面元件中噪聲的影響。 S+△ S x y N 問(wèn)題： ①整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)與各環(huán)節(jié)性能指標(biāo)的關(guān)系？ ②各環(huán)節(jié)性能的運(yùn)籌？ 1 0 100SSXN??? ??靈 敏 度 擾 動(dòng) 模 型加 性 噪 聲 信 號(hào) 模 型① 1 1 0 1S S S?? 0 10 1 20 0 0() ny y y S S S S X? ? ? ? 1 1 0 1S S S??,2 20 2 0, n n nS S S S S S? ? ? ? 忽略靈敏度擾動(dòng)高階無(wú)窮小mn 0SS ? ? 120 1 0 2 0 0nny S S Sy S S S? ? ? ? ? 結(jié)論： 靈敏度變化所引起的相對(duì)誤差等于各個(gè)環(huán)節(jié)靈敏度誤差的代數(shù)和，這種誤差可以利用各環(huán)節(jié)靈敏度變化的符號(hào)不同而互相補(bǔ)償。 nn xaxaxaay ????? ?2210主要指標(biāo)： 靈敏度、 線性度、 遲滯、死區(qū)、重復(fù)性、 噪聲電平 、 分辨率、精度 傳感器的動(dòng)態(tài)特性 反映傳感器對(duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。 組成 敏感元件 （預(yù)變換器）、 轉(zhuǎn)換元件、測(cè)量電路 5 傳感器的基本特性 傳感器的靜態(tài)特性 ? 穩(wěn)態(tài)工作條件下的輸出 — 輸入關(guān)系。第一章 緒論 ? 傳感器與檢測(cè)技術(shù)的地位與作用 ? 傳感技術(shù)的內(nèi)涵及特征 ? 傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) ? 傳感器的定義與分類 ? 傳感器的基本特性 ? 傳感器性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 定義：傳感技術(shù)是利用功能材料從自然信源獲取信息 ，并對(duì)之進(jìn)行處理 （ 變換 ） 和識(shí)別的一門多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)與工程技術(shù) ， 它涉及材料科學(xué) 、 工藝技術(shù) 、 傳感器原理 、 信息處理和識(shí)別的規(guī)劃設(shè)計(jì) 、 開(kāi)發(fā) 、 制造 、 測(cè)試 、 應(yīng)用及評(píng)價(jià)改進(jìn)等活動(dòng) 。 4 傳感器的定義、組成與分類 定義 能感受（響應(yīng)）規(guī)定的被測(cè)量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)輸出的器件或裝置。 ? 穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)是指?jìng)鞲衅鞯妮斎肓亢愣ɑ蚓徛兓敵隽恳策_(dá)到相應(yīng)的穩(wěn)定時(shí)的工作狀態(tài)。 .2 頻率特性及其動(dòng)態(tài)品質(zhì)之間的關(guān)系 （ 1）一階傳感器 （ 2） 二階傳感器 （ 3）頻域性能指標(biāo) 通頻帶、工作頻帶、相位誤差 ● 時(shí)間常數(shù)： ● 延遲時(shí)間：達(dá)到穩(wěn)態(tài)值 50% ● 上升時(shí)間：達(dá)到穩(wěn)態(tài)值 90% ● 峰值時(shí)間： ● 響應(yīng)時(shí)間： ● 超調(diào)量： .3 時(shí)域響應(yīng)特性及其動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo) 6 傳感器性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 ? 直接變換型 ? 差動(dòng)型 ? 平衡型 — 含有反饋環(huán)節(jié) ? 冗余型 問(wèn)題的定義 結(jié)構(gòu)與傳感器抗干擾能力的關(guān)系？ 在此問(wèn)題定義下，設(shè)環(huán)境對(duì)傳感器的影響表現(xiàn)為靈敏度變化△ S和 — 個(gè)等效的噪聲 N 。 ② 110 1 2 0 2 3 1 2nnXNy y y S S S X S S S N???? ? ? ??第 個(gè) 變 換 元 件 的 輸 入 信 號(hào) 和 噪 聲 110 1 0 1y N Ny S X X?? 忽略mnNN ? 0 1 2 10 0 1 2 1nny N N N Ny X X X X??? ? ? ? ? 1 2 100 1 1 2 1 2 11 nnN N NNX S S S S S S????? ? ? ? ????? 結(jié)論： ● 由噪聲所引起的總誤差，等于各變換環(huán)節(jié)輸入端的噪信比的總和。 差動(dòng)型 問(wèn)題： 并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)？ ① 靈敏度變化 1 0 2 0()y S X S X? ? ? 當(dāng)12SS ?時(shí)，102y S X? 結(jié)論： 差動(dòng)系統(tǒng)的靈敏度是單個(gè)系統(tǒng)的兩倍。 1 金屬電阻應(yīng)變傳感器 應(yīng)變效應(yīng) 導(dǎo)體在機(jī)械變形時(shí)，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化的現(xiàn)象。 相對(duì)靈敏度 K約為 3左右； 比較大的 R=1000Ω 。 dR=3 Ω ,dU=dR*I= 恒電流激勵(lì) 恒電流激勵(lì)的特點(diǎn)是電流的大小與電阻的大小無(wú)關(guān) ●全橋電橋時(shí) R1變化為 R1+ΔR+ΔR t， R2變化為 R2ΔR+ΔR t， R3變化為 R3ΔR+ΔR t， R4變化為 R4+ΔR+ΔR t， R1=R2=R3=R4=R。 ΔR)/2 因此：全橋電橋和恒電流激勵(lì)方式可以抑制共模噪聲 差動(dòng)電橋（半橋線路） 計(jì)算條件： ●使 R 1 和 R 2 兩個(gè)橋臂為傳感元件工作臂，它們皆隨被測(cè)參數(shù)而變化，其增量符號(hào)彼此相反，即 R 1 變化為 R 1 + Δ R ， R 2 變化為 R 2 + Δ R ，從而構(gòu)成差動(dòng)結(jié)構(gòu)； ● R 3 ， R 4 不變； ● R 1 = R 2 =R 3 =R 4 = R o ； 當(dāng)被測(cè)量產(chǎn)生變化Δ R 時(shí)，有： RRURRRRRRRRRUUEEL2)(433211???????????? 電橋輸出靈敏度： 21L EUURRUS ??? 從上式可以看出： ●橋路輸出電壓 U L 與傳感元件電阻的相對(duì)變化之間成線性關(guān)系； ●與單臂工作情況相比，半橋線路的輸出為單臂工作輸出的兩倍； 2 . 4 單臂應(yīng)變電橋的特性 計(jì)算條件： ● 電橋工作臂 R 1 為電阻傳感元件，隨被測(cè)量變化的增量為Δ R ，即 R 1 =R 10 + Δ R ； ● R 2 ， R 3 ， R 4 均為固定不變的電阻橋臂； ● 初始狀態(tài)電橋處于平衡狀態(tài)，輸出電壓為零。)1( ??? 電橋輸出靈敏度： ELUUnnRRUS2139。 非線性誤差 : )111(22111239。 ● 橋路輸出電壓 UL 與傳感元件電阻相對(duì)變化之間是線性關(guān)系。 金屬電阻應(yīng)變片的物理尺寸受到制約 金屬絲電阻應(yīng)變片的靈敏度 K大約只有 2，最大不過(guò)幾十，這使得應(yīng)變片的輸出信號(hào)太過(guò)微弱，給信號(hào)的放大也帶來(lái)了一定程度的困難。 半導(dǎo)體壓阻效應(yīng) 當(dāng)固體材料在某一方向承受應(yīng)力時(shí)，其電阻率（或電阻）發(fā)生變化的現(xiàn)象。 缺點(diǎn)： 這種方法在應(yīng)變片上制作和安裝，使得加工工藝較為復(fù)雜，高精度不易獲得。 ● 使電橋的四個(gè)橋臂為傳感元件工作臂，它們皆隨被測(cè)參數(shù)而變化； ● R R4的增量和 R R3的增量符號(hào)彼此相反。 ?KIRRIU L 0????靈敏度溫度漂移補(bǔ)償 ① 恒壓源激勵(lì)時(shí)，串聯(lián)二極管進(jìn)行補(bǔ)償 原理 : 二極管的溫度特性為負(fù)（溫度每升高1℃ ，正向壓降要減小 ），當(dāng)溫度上升時(shí)，電橋兩端激勵(lì)電壓提高，使等效靈敏度不變。 缺點(diǎn)： 二極管的數(shù)量只能是整數(shù)，因此補(bǔ)充總是不完全或者是過(guò)補(bǔ)償 。 使電阻 )( TR 與靈敏度系數(shù) )( TK 的乘積為常數(shù)，?)()( TKTIRU ? ，使得電路具有自補(bǔ)償特性。工作時(shí)， 根據(jù)此曲線對(duì)應(yīng)變片實(shí)際測(cè) 出的輸出值進(jìn)行修正。目前大多數(shù)智能儀表的溫度補(bǔ)償均采用這種方法。 1 原理 ①電與磁之間的相互作用、相互轉(zhuǎn)換的物理現(xiàn)象。 eL= Ldi/dt L = N2/RM ③ 通過(guò)測(cè)量感生電動(dòng)勢(shì)來(lái)測(cè)量電感值，進(jìn)而測(cè)量運(yùn)動(dòng)的位移、速度以及加速度。 ： 空氣磁導(dǎo)率 ： 鐵芯相對(duì)磁導(dǎo)率 恒流源激勵(lì) 非線性，一般不采用 00 0 0 0 02323, ( )1()1 1 1 111( 1 )[ 1 ( ) ( ) ]( 1 ) ( 1 ) ( 1 )[ 1 ( ) ( ) ]( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ??? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?E E E EU I w L U I w L L I w L I w LL L L L LLLK K K K