(3.1.2)--3.1.2传感器的性能指标.pdf

安全监测监控技术传感器的性能指标一、传感器的静态特性传感器所测量的物理量有两种基本形式一种是稳态(静态或准静态)的形式，即信号不随时间变化(或变化很缓慢)；另一种是动态(周期变化或瞬态)的形式，即信号随时间变化。传感器必须具有良好的静态和动态特性，才能完成对信号(或能量)的无失真转换。一、传感器的静态特性传感器在被测物理量各值处于稳定状态时的输出-输入关系称为静态特性。衡量传感器静态特性的主要指标有线性度、灵敏度、精度、分辨率和迟滞等。传感器的静态特性传感器的静态特性一、传感器的静态特性(一一)线性度线性度(非线性误差非线性误差)如果传感器理想的输出(y)-输入(x)关系是一条直线，即y=aox，那么这种关系称为线性输出-输入关系。但是实际上，许多传感器的输出-输入关系为非线性，只能用如下多项式来逼近：y=f(x)=ao+a1x+a2x*+anx式中x输入信号；y输出信号；a1传感器线性灵敏度；a2，an非线性系数，对于已知的输出-输入特性曲线，二次项以及二次项以上的非线性系数可忽略为零。ao零位输出；一、传感器的静态特性(二二)灵敏度灵敏度传感器的灵敏度是指达到稳定工作状态时，输出变化量y与引起此变化的输入变化量x之比。线性传感器校准曲线的斜率就是灵敏度k。(三三)精度精度传感器的精度指测量结果的可靠程度，它是以给定的准确度表示重复某个读数的能力，其误差越小，传感器精度越高。传感器的精度A表示传感器在规定条件下允许的最大绝对误差xmx相对于传感器满量程输出的百分数，可表示为一、传感器的静态特性(二二)灵敏度灵敏度传感器的灵敏度是指达到稳定工作状态时，输出变化量y与引起此变化的输入变化量x之比。线性传感器校准曲线的斜率就是灵敏度k。(三三)精度精度maxF.S100%xAy=式中xmx测量范围内允许的绝对误差；yF.s传感器满量程输出。一、传感器的静态特性(四四)最小检测量和分辨率最小检测量和分辨率最小检测量是指传感器能确切反映被测量的最低极限量。最小检测量越小，表示传感器检测t微量的能力越高。由于传感器的最小检测量M易受噪声的影响，所以一般用相当于噪声电平若干倍的被测量为最小检测量，用公式表示为M=CN/k式中C系数(一般取 15)；N噪声电平；K传感器的灵敏度一、传感器的静态特性(五五)迟滞迟滞迟滞是指在相同工作条件下做全测量范围校准时，在同一校准中对应同一输入量的正行程和反行程，其输出值间的最大偏差。其数值用最大偏差或最大偏差的一半与满量程输出的百分比表示。二、传感器的动态特性除了静态特性之外，传感器的动态特性也影响到其检测误差。传感器的动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的相应特性。动态特性好的传感器，其输出量随时间变化的曲线与被测量在同一时间变化的曲线一致或相近。实际被测量随时间变化的形式可能是各种各样的，根据哪种变化的形式来判断一个传感器动态特性的好坏呢？实际研究中，通常根据“标准”输人特性来考虑传感器的相应特性。标准输入有两种，即正弦变化和阶跃变化。传感器的动态分析和动态标定都以这两种标准状态输入为依据。二、传感器的动态特性二、传感器的动态特性在研究传感器的动态特性时，通常以正弦变化或阶跃变化信号作为输入的激励信号来考察传感器的输出响应，当输人信号随时间变化时，输出信号能迅速准确地反映输入信号幅度的大小和波形的变化，这样的传感器可以看成是理想的传感器。但实际的传感器测试系统总是存在着诸如弹性、惯性、阻尼等元件，使得输出、输入之间不是简单的跟随关系，还与输出量的变化速度和加速度等有关，因而精确地建立传感器数学模型是困难的。为了便于分析和处理传感器的动态特性，工程上总是采取一些近似的方法，即忽略一些影响不大的因素，以给数学模型的建立和求解带来方便。通常可以用线性时不变系统来描述传感器的动态特性，即以常系数线性微分方程建立传感器输出量y和输入量x工之间的数学关系。二、传感器的动态特性三、提高传感器性能的方法(一一)合理选择结构、材料与参数合理选择结构、材料与参数决定传感器性能的技术指标很多，要求一个传感器具有全面良好的性能指标，不仅给设计、制造造成困难，而且在实用上也没有必要。根据实际的需要与可能，在确保主要指标实现的基础上，放宽对次要指标的要求，以求得高的性能价格比。在设计、制造传感器时，合理选择结构、材料与参数是保证具有良好性能价格比的前提。由于传感器种类繁多，要列出可以用来全面衡量传感器性能统一的指标很困难。迄今，国内外还是采用罗列若干基本参数和比较重要的环境参数的方法来作为检验。使用和评价传感器的依据。三、提高传感器性能的方法(一一)合理选择结构、材料与参数合理选择结构、材料与参数三、提高传感器性能的方法(二二)采用线性化技术采用线性化技术简化理论分析和设计计算：便于标定和数据处理；便于刻度、制作、安装调试，并能提高精度水平；可不用非线性补偿环节。只有当传感器的输入与输出具有线性关系时，才能保证无失真的复现。实际上，传感器的线性特性很难做到。所以，人们要通过各种方法来完成输入输出特性的线性化，以改善传感器的性能。要求传感器具有线性输出特性的优越性在于要求传感器具有线性输出特性的优越性在于三、提高传感器性能的方法(三三)平均技术平均技术通用的平均技术有误差平均处理和数据平均处理三、提高传感器性能的方法a误差平均处理。利用n个传感器单元同时感受被测量体，因而其输出是这些单元输出的总和，假如将每一个单元可能带来的误差0均视为随机误差，根据误差理论，总的误差将减小为：=士0/n1/2误差平均对由于工艺缺陷造成的随机误差有较好的弥补作用。b数据平均处理。在相同条件下和测量重复n次或进行n次采样，然后进行数据处理，随机误差也将按上式减小n倍。对于带有微机芯片的智能化传感器尤为方便。三、提高传感器性能的方法三、提高传感器性能的方法(四四)采用补偿与校正技术采用补偿与校正技术有时传感器的误差规律过于复杂，采用一定的技术措施后仍难以满足要求或虽然可以满足要求，但因价格昂贵或技术过分复杂而无现实意义。这时可以找出误差的方向和数值，采用修正的方法加以补偿和校正。三、提高传感器性能的方法(五五)采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施传感器可以视为一个复杂的输入系统，除能敏感有用信号外，还能敏感外界其他无用信号，即干扰信号而造成误差。消除或削弱干扰的方法可以从以下两个方面考虑：减小传感器对干扰的灵敏度；降低外界干扰对传感器作用的实际功率。对电磁干扰可以采用屏蔽、隔离、滤波等措施；其他干扰要采取相应的隔离措施或者在变换为电量后对干扰进行分离或抑制减小其影响。谢谢观看！