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传感器的特性

菜鸟
2017-12-08 13:44:38    评分

    应用传感器时,要根据其特性与性能指标选用。传感器的各种特性一般是根据输入和输出的对应关系来描述的。传感器在稳态(静态或准静态)信号作用下,输入和输出的对应关系称为静态特性;在动态(周期或暂态)信号作用下,输入和输出的对应关系称为动态特性。

  一、传感器的静态特性

  1.灵敏度与信噪比(S/N)

  灵敏度是描述传感器的输出量(一般为电学量)对输入量(一般为非电学量)敏感程度的特性参数。其定义为:传感器输出量的变化值与相应的被测量(输入量)的变化值之比,用公式表示为

  

gooxian-灵敏度

   可见,传感器校准曲线的斜率即为灵敏度。对线性传感器来说,灵敏度是一个常数;非线性传感器的灵敏度则随输入量变化。

   选用传感器首要考虑的是灵敏度,如果达不到测量时所必须的灵敏度,这种传感器不能采用。但灵敏度高的传感器不一定是最好的传感器,这是因为它易受噪声的影响。除环境噪声外,还有来自传感器本身输出的噪声,必须用信号与噪声的相互关系全面来衡量传感器。传感器输出信号中的信号分量与噪声分量的平方平均值之比,称为信噪比(S/N)。S/N 小,信号与噪声就难以分清;若S/N =1,就完全分辨不出信号与噪声,因此,S/N 至少也要大于10。

   2.线性度

   理想的传感器输出与输入呈线性关系。然而,实际的传感器即使在量程范围内,输出与输入的线性关系严格来说也是不成立的,总存在一定的非线性。线性度是评价非线性程度的参数。其定义为:传感器的输出 输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比,称为该传感器的非线性误差或称线性度,也称非线性度。通常用相对误差表示其大小:

gooxian-相对误差

   如图4.1所示。非线性误差大小是以一拟合直线或理想直线作为基准直线计算出来的,基准直线不同,所得出的线性度就不一样。因而不能笼统地提线性度或非线性误差,必须说明其所依据的基准直线。按照所依据的基准直线的不同,有理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性度。

gooxian-非线性误差说明


      传感器  http://www.gooxian.com/

  3.灵敏度界限(阈值)

   输入改变 Δx时,输出变化 Δy;Δx变小,Δy也变小。但是一般来说,Δx 小到某种程度,输出就不再变化了,这时的 Δx叫做灵敏度界限。

  存在灵敏度界限的原因有两个,一个是输入的变化量通过传感器内部被吸收,因而反映不到输出端上去,另一个是传感器输出存在噪声。灵敏度界限也叫灵敏阈、门槛灵敏度或阈值。

   4.迟滞差

   输入逐渐增加到某一值,与输入逐渐减小到同一输入值时的输出值不相等,叫迟滞现象。迟滞差表示这种不相等的程度,其值以满量程的输出yFS 的百分数表示。

gooxian-迟滞差

   如图4.2所示,Δmax =y2 -y1。这样输入和输出的关系就不是一一对应了,因此要尽量选用迟滞差小的传感器。

 

gooxian-迟滞曲线

   5.稳定性

   稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。

   理想特性的传感器是加相同大小输入量时,输出量总是大小相同。然而,实际上传感器特性随着时间而变化,因此,对于相同大小输入量,其输出量是变化的。稳定性一般以室温条件下经过一规定时间间隔后,传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异来表示,有时也用标定的有效值来表示。

   二、传感器的动态特性

   大多数情况下传感器的输入信号是随时间变化的,这时要求传感器时刻精确地跟踪输入信号,按照输入信号的变化规律输出信号。当传感器输入信号的变化缓慢时,是容易跟踪的,但随着输入信号的变化加快,传感器随动跟踪性能会逐渐下降。输入信号变化时,引起输出信号也随之变化,这个过程叫做响应。动态特性就是指传感器对于输入量随时间变化的响应程度,也称为响应特性。动态特性是传感器的重要特性之一。研究传感器动态特性的方法是:当输入信号是阶跃函数时,用瞬态响应法,即用时域范围内,响应曲线的上升时间、响应时间、过调量等参数作为评定指标;当输入信号是正弦函数时,用频率响应法,其重要指标是频带宽度(带宽),带宽是指增益变化不超过某一规定分贝值的频率范围。





关键词: 传感器     特性    

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