传感器动态特性与静态特性的区别
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传感器动态和静态主要技术指标技术指标是表征一个产品性能优劣的客观依据。
看懂技术指标,有助于正确选型和使用该产品。
传感器的技术指标分为静态指标和动态指标两类。
静态指标主要考核被测静止不变条件下传感器的性能,具体包括分辨力、重复性、灵敏度、线性度、回程误差、阈值、蠕变、稳定性等。
动态指标主要考察被测量在快速变化条件下传感器的性能,主要包括频率响应和阶跃响应等。
由于传感器的技术指标众多,各种资料文献叙述角度不同,使得不同人有不同的理解,甚至产生误解和歧义。
为此,以下针对传感器的几个主要技术指标进行解读:1、分辨力与分辨率:定义:分辨力(ResoluTIon)是指传感器能够检测出的被测量的最小变化量。
分辨率(ResoluTIon)是指分辨力与满量程值之比。
解读1:分辨力是传感器的最基本的指标,它表征了传感器对被测量的分辨能力。
传感器的其他技术指标都是以分辨力作为最小单位来描述的。
对于具有数显功能的传感器以及仪器仪表,分辨力决定了测量结果显示的最小位数。
例如:电子数显卡尺的分辨力是0.01mm,其示指误差为±0.02mm。
解读2:分辨力是一个具有单位的绝对数值。
例如,某温度传感器的分辨力为0.1℃,某加速度传感器的分辨力是0.1g等。
解读3:分辨率是与分辨力相关而且极为相似的概念,都表征了传感器对被测量的分辨能力。
二者主要区别在于:分辨率是以百分数的形式表示传感器的分辨能力,它是相对数,没有量纲。
例如上述温度传感器的分辨力为0.1℃,满量程为500℃,则其分辨率为0.1/500=0.02%。
2、重复性:定义:传感器的重复性(Repeatability)是指在同一条件下、对同一被测量、沿着同一方向进行多次重复测量时,测量结果之间的差异程度。
也称重复误差、再现误差等。
解读1:传感器的重复性必须是在相同的条件下得到的多次测量结果之间的差异程度。
如果测量条件发生变化,测量结果之间的可比性消失,不能作为考核重复性的依据。
广义传感器:指能感知某一物理量、化学量或生物量等信息,并能将之转化为可加以利用的信息的装置。
狭义传感器:指能感知规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
传感器结构图:传感器的特性:对传感器的输出量与输入量之间对应关系的描述。
静态特性:输入量恒定或缓慢变化时的传感器的特性。
动态特性:输入量变化较快时的传感器的特性。
性能指标:灵敏度、线性度、迟滞、重复性和漂移等。
灵敏度:输出量增量△y 与相应的输入量增量△x 之比。
灵敏度越大表示传感器越灵敏。
线性度:传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。
拟合直线:用一条直线近似地代表实际曲线的一段,使传感器输入输出特性线性化,所采用的直线称为拟合直线。
线性度定义:在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值ΔL max 与满量程输出值Y FS 之比。
线性度也称为非线性误差,用γL 表示。
线性度与拟合直线的选取有关;通常用最小二乘法求取拟合曲线。
迟滞:输入量正行程及输入量反行程变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象 迟滞差值:同一大小的输入信号正反行程输出的信号的差值。
迟滞误差:传感器在全量程范围内最大的迟滞差值ΔH max 与满量程输出值Y FS 之比称为迟滞误差,又称回差或变差,用γH 表示。
重复性:传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时,所得特性曲线不一致的程度。
漂移:在输入量不变的情况下,传感器输出量随着时间变化的现象。
产生原因:传感器自身结构参数;周围环境温度漂移:动态特性:输入量变化较快时的传感器的特性;动态误差:实际输出与理想输出之间的差异;(实际输出不仅是输入的函数也是时间的函数) 一阶系统(惯性系统):x y S ∆∆=%100max ⨯∆±=FS L Y L γ%100FSmax H ⨯∆=Y H γ20FS Y t y y t ξ-=∆)()()(t kx t y dtt dy =+τ)()()(001t x b t y a dt t dy a =+时间常数τ具有时间的量纲,反映传感器的惯性的大小。
传感器有很多特性,所谓特性也就是传感器所独有的性质,压力传感器作为传感器中最普遍的一种传感器也有很多特性,压力传感器的特性一般可分为静态特性和动态特性。
压力传感器的静态特性是指对静态的输入信号,压力传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。
因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即压力传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。
表征压力传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。
所谓动态特性,是指压力传感器在输入变化时,它的输出的特性。
在实际工作中,压力传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。
这是因为压力传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者。
最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以压力传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。
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1.传感器定义,重要性P1-P2 +PPT传感器的定义:能感受或响应规定的测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。
重要性:各个学科的发展与传感器技术有十分密切的关系。
例如:工业自动化、农业现代比、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输、家用电器等方面都与传感器技术密切相关。
这些技术领域的发展都离不开传感器技术的支持,同时也是传感器技术发展的强大动力。
离开传感器就没有我们今天的生活。
2.医用传感器定义。
PPT能够感知多数为非电量的生物信息并将其转换成电学量的器件或装置。
3.为何转换成电信号P2 +PPT反映生命的信息绝大多数属于非电量,其放大和处理是十分困难的。
而医学传感器把生物信号换成电信号,经放大器及预处理器进行信号放大和预处理,然后经A/D转换器进行采样,将模拟信号转变为数字信号,输入计算机,然后通过各种数字信号处理算法进行信号分析处理,得到有意义的结果4.传感器,换能器,执行器的关系传感器:这种装置用来感知被监测系统的参数,它能把特定的被测参数的信息(包括物理量、化学量和生物量等)按一定规律转换为某种便于处理,易于传输的信号(如电信号、光信号等)。
换能器:它是一种装置,这种装置可将能量从一个域(如电能)变换到另一个域(如超声波),反之亦然。
推广来讲,它可将能量从一种类型转变成另一种类型。
因此对transducer确切翻译应为换能器。
执行器:它也是一种装置,这种装置接收电能后可对系统状态施加影响,如电机(它可施加扭矩)、水泵(它施加压力或改变流体速度)、电动移动工作台等。
5.医疗哪三个环节需要传感器,举例诊断(心音、血压、脉搏、呼吸、体温等信息)、治疗(自动呼吸机、电子价值)、监护(监视体温、脉搏、动脉压、静脉压、呼吸和心电等一系列参数的而变化情况),三个环节都离不开传感器。
6.传感器的基本分类一.传感器按其敏感的工作原理,可以分为物理型、化学型和生物型三大类。
传感器的特性传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系。
通常把传感器的特性分为两种:静态特性和动态特性。
静态特性是指输入不随时间而变化的特性,它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。
动态特性是指输入随时间而变化的特性,它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。
一般来说,传感器的输入和输出关系可用微分方程来描述。
理论上,将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时,即可得到静态特性。
因此传感器的静特性是其动特性的一个特例。
传感器除了描述输入与输出量之间的关系特性外,还有与使用条件、使用环境、使用要求等有关的特性。
1传感器的静特性传感器的输入-输出关系:输入(外部影响:冲振、电磁场、线性、滞后、重复性、灵敏度、误差因素)—传感器—输出(外部影响:温度、供电、各种干扰稳定性、温漂、稳定性(零漂)、分辨力、误差因素)。
人们总希望传感器的输入与输出成唯一的对应关系,而且最好呈线性关系。
但一般情况下,输入输出不会完全符合所要求的线性关系,因传感器本身存在着迟滞、蠕变、摩擦等各种因素,以及受外界条件的各种影响。
传感器静态特性的主要指标有:线性度、灵敏度、重复性、迟滞、分辨率、漂移、稳定性等。
2传感器的动特性动特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。
很多传感器要在动态条件下检测,被测量可能以各种形式随时间变化。
只要输入量是时间的函数,则其输出量也将是时间的函数,其间关系要用动特性来说明。
设计传感器时要根据其动态性能要求与使用条件选择合理的方案和确定合适的参数;使用传感器时要根据其动态特性与使用条件确定合适的使用方法,同时对给定条件下的传感器动态误差作出估计。
总之,动特性是传感器性能的一个重要方面,对其进行研究与分析十分必要。
总的来说,传感器的动特性取决于传感器本身,另一方面也与被测量的形式有关。
(1)规律性的:1)周期性的:正弦周期输入、复杂周期输入;2)非周期性的:阶跃输入、线性输入、其他瞬变输入(2)随机性的:1)平稳的:多态历经过程、非多态历经过程;2)非平稳的随机过程。
传感器期末考试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 传感器的静态特性不包括以下哪项?A. 线性度B. 灵敏度C. 响应时间D. 分辨率2. 传感器的动态特性主要描述的是传感器对快速变化的输入信号的响应能力,以下哪项不是动态特性的指标?A. 频率响应B. 相位延迟C. 温度系数D. 瞬态响应3. 温度传感器中,热电偶的工作原理是基于哪种效应?A. 热电效应B. 光电效应C. 霍尔效应D. 压电效应4. 在压力传感器中,应变式压力传感器的工作原理是基于哪种物理效应?A. 热电效应B. 压电效应C. 应变效应D. 磁电效应5. 光电传感器中,光电二极管的工作原理是基于哪种效应?A. 光电效应B. 热电效应C. 霍尔效应D. 压电效应6. 电容式传感器的灵敏度与哪些因素有关?A. 介电常数B. 电极面积C. 电极间距D. 所有以上因素7. 以下哪种传感器不适合用于测量非常小的位移?A. 电感式传感器B. 电容式传感器C. 光电式传感器D. 应变式传感器8. 霍尔传感器的输出电压与以下哪项无关?A. 磁场强度B. 霍尔元件的温度C. 霍尔元件的厚度D. 霍尔元件的电阻率9. 光纤传感器的工作原理是基于哪种效应?A. 光电效应B. 光纤的折射率变化C. 光纤的干涉效应D. 光纤的散射效应10. 以下哪种传感器不适合用于测量液体的流速?A. 电磁流量计B. 超声波流量计C. 涡街流量计D. 热电偶温度传感器二、填空题(每空1分,共20分)1. 传感器的静态特性包括线性度、灵敏度、________、________和稳定性。
2. 动态特性的指标包括频率响应、相位延迟、瞬态响应和________。
3. 热电偶的工作原理是基于________效应,而光电二极管的工作原理是基于________效应。
4. 应变式压力传感器的工作原理是基于________效应,而电容式传感器的灵敏度与介电常数、电极面积和________有关。
1、静态特性指传感器本身具有的特征特点。
研究的几个主要指标有:线性度、精度、重复性、温漂等,通俗讲就是:非线性误差大小、线性误差大小如何、多次应用好坏、受温度变化误差大小等等。
2、动态特性指传感器在应用中输入变化时,它的输出的特性。
用它对某些标准输入信号的响应来表示,即自控理论中的传递函数。
实际工作中,便于工程项目中的采集、控制。
3、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。
理想的情况是不论什么时候,传感器的特性参数都不随时间变化。
但实际上,随着时间的推移,大多数传感器的特性会发生改变。
这是因为敏感器件或构成传感器的部件,其特性会随时间发生变化,从而影响传感器的稳定性。
4、线性度通常情况下,传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。
在实际工作中,为使仪表具有均匀刻度的读数,常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度的一个性能指标。
拟合直线的选取有多种方法。
如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线,此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。
5、重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。
各条特性曲线越靠近,说明重复性越好,随机误差就越小。
6、灵敏度灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。
它是输出一输入特性曲线的斜率。
如果传感器的输出和输入之间显线性关系,则灵敏度S是一个常数。
否则,它将随输入量的变化而变化。
灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。
例如,某位移传感器,在位移变化1mm时,输出电压变化为200mV,则其灵敏度应表示为200mV/mm.当传感器的输出、输入量的量纲相同时,灵敏度可理解为放大倍数。
7、分辨力分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。
也就是说,如果输入量从某一非零值缓慢地变化。
1、什么是传感器的静态特性?它有哪些性能指标? 如何用公式表征这些性能指标?2、什么是传感器的动态特性? 其分析方法有哪几种?3、什么是传感器的静特性?主要指标有哪些?有何实际意义?4、什么是传感器的基本特性?传感器的基本特性主要包括哪两大类?解释其定义并分别列出描述这两大特性的主要指标。
(要求每种特性至少列出2种常用指标)1、 答:传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入-输出关系。
静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中不含有时间变量。
传感器的静态特性的性能指标主要有: ① 线性度:非线性误差maxL FSL 100%Y γ∆=±⨯ ② 灵敏度:yn xd S=d③ 迟滞:max HFSH 100%Y γ∆=⨯ ④ 重复性:maxRFSR 100%Y γ∆=±⨯⑤ 漂移:传感器在输入量不变的情况下,输出量随时间变化的现象。
2、答:传感器的动态特性是指传感器对动态激励(输入)的响应(输出)特性,即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。
传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。
知识点:传感器的动态特性 3、答:传感器的静态特性是当其输入量为常数或变化极慢时,传感器的输入输出特性,其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。
传感器的静特性由静特性曲线反映出来,静特性曲线由实际测绘中获得。
通常人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。
知识点:传感器的静态特性 4、答:传感器的基本特性是指传感器的输入-输出关系特性。
传感器的基本特性主要包括静态特性和动态特性。
其中,静态特性是指传感器在稳态信号作用下的输入-输出关系,描述指标有:线性度(非线性误差)、灵敏度、迟滞、重复性和漂移;动态特性是指传感器对动态激励(输入)的响应(输出)特性,即其输出对随时间变化的输入量的响应特性,主要描述指标有:时间常数、延迟时间、上升时间、峰值时间、响应时间、超调量、幅频特性和相频特性。
传感器的动态特性
所谓动态特性,是指传感器在输入变化时,它的输出的特性。
在实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。
这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者。
最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。
db(decibel,分贝)是一个纯计数单位,本意是表示两个量的比值大小,没有单位
对于功率,db=10*lg(a/b)。
对于电压或电流,db=20*lg(a/b)。
-3=10*lg(x)
x=0.5(8-20hz)
刹那是指一个心念起动的极短时间即为一“念”,20念为一瞬,20瞬为一弹指,20弹指为一罗预,20罗预为一须臾,30须臾为一昼夜,如此算来,一刹那就是0.018秒。
传感器的静态特性
传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。
因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。
表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。
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