传感器的标定重点

武汉理工大学机电工程学院
第12章 传感器的标定
2. 静态特性标定系统 对传感器进行静态特性标定，首先要建立标定系统。一般组成： (1) 被测物理量标准发生器。如测力机、活塞式压力计、恒温 源等。 (2) 被测物理量标准测试系统。如标准力传感器、压力传感器、 标准长度——量规等。 (3) 被标定传感器所配接的信号调节器和显示、记录器等配接 仪器精度应是己知的，也作为标准测试设备。
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第12章 传感器的标定 比较法的原理简单、操作方便，对设备精度要求较低， 所以应用很广。
上图为一个用比较法标定振动传感器的示意图，将相同的运动 加在两个传感器上，比较它们的输出。在比较法中，标准传感 器是关键部件，因此它必须满足如下要求：灵敏度精度优于 0.5%，并具有长期稳定性，线性好；横向灵敏度比小于2.5%； 对环境的响应小，自振频率尽量高。
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第12章 传感器的标定
一阶传感器只有时间常数 一个参数， 二阶传感器则有固有频率 n 和阻尼比 两个参数。 传感器动态特性标定方法： 1. 阶跃响应法 对于一阶传感器，简单的方法就是测得阶跃响应之后，传感器 输出值达到最终稳定值的63.2%所经历的时间，即时间常数。 备注：为获得较可靠的结果，应记录下整个响应期间传感器的 输出值，然后利用下述方法来确定时间常数。
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第12章 传感器的标定
复现表 12-1 中这些基准点的方法是用一个内装有参考材料的 密封容器，将待标定的温度传感器的敏感元件放在伸入容器中 心位置的套管中。然后加热，使温度超过参考物质的熔点，待 物质全部熔化。随后冷却，达到三相点 ( 或凝固点 ) 后，只要同 时存在固、液、气三态或 ( 固、液态 ) 约几分钟，温度就稳定下 来，并能保持规定值不变。 对于定义固定点之间的温度，ITS-1990国际温标把温度分为4 个温区，各个温区的范围、 (1) 0.65～5.0 K间为3He或4He (2) 3.0～24.5561 K间为3He或4He (3) 13.8033 K～961.78℃ (4) 961.78℃以上为光学或光电高温计。 以上有关标准测温仪器的分度方法以及固定点之间的内插公式， ITS-1990国际温标都有明确的规定，可参考ITS-1990标准文本。

传感器选用的一般原则现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。

当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。

测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。

1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。

因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。

在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。

2、灵敏度的选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。

因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。

但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。

因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂扰信号。

传感器的灵敏度是有方向性的。

当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。

3、频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。

传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。

在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差。

y a1 x a3 x 3 a5 x 5 具有这种特性的传感器，在靠近原点的相当大范
X

2．非线性特性的“线性化”
在实际使用非线性特性传感器时，如果非线性项次不 高，在输入量不大的条件下，可以用实际特性曲线的切线 或割线等直线来近似地代表实际特性曲线的一段，如图所 示，这种方法称为传感器的非线性特性的线性化。所采用 的直线称为拟合直线。
X

2.2.3频率响应函数
初始值均为零时，输出的傅立叶变换和输入的傅立叶变 换之比，是在频域中对系统传递信息特性的描述 傅立叶变换
Y j bm j bm1 j b1 j b0 H j n n1 X j an j an1 j a1 j a0
H j
K
2 1 ( ) 2 j( ) 0 0
K
H j
1 ( ) 4 ( )
这些函数有：传递函数、频率响应函数和脉冲 响应函数等。
X

2.2.2算子符号法与传递函数
1.算子符号法
dny d n1 y dy d mx d m1 x dx an n an1 n1 a1 a0 y bm m bm1 m1 b1 b0 x dt dt dt dt dt dt
1 d2 y
2 0 dt2
K1 2 d y y 2 F t KF t 0 d t 0
1 2 2 s s 1 ys KF s 2 0 0
H s s2
2 0


K 2 s
0
1
X

y a1 x ； （1）理想线性特性见图（a）。当 a0 a2 a3 a n 0 时， （2）输出----输入特性方程仅有奇次非线性项如图（c）所示，即

传感器标定实验方案
传感器标定实验方案主要包括以下步骤：
1. 实验准备：准备好需要标定的传感器设备，以及标定所需的辅助设备和工具，如计算机、数据采集卡、标定板等。

2. 确定标定参数：根据传感器的工作原理和应用需求，确定需要标定的参数，如灵敏度、非线性误差、温度漂移等。

3. 搭建标定系统：将传感器与数据采集卡连接，将标定板放置在传感器的测量范围内，确保传感器与标定板之间的距离和角度等条件满足标定要求。

4. 数据采集：通过数据采集卡采集传感器输出的原始数据，同时记录标定板的真实值，可以使用不同的标定板数据，以覆盖不同工作范围和条件。

5. 数据处理：对采集到的数据进行处理，包括滤波处理、数据对齐、数据校正等，得到传感器的标定数据。

6. 标定方法选择：根据传感器的特性和标定参数的要求，选择合适的标定方法，如线性回归、多项式拟合、曲线拟合等。

7. 标定曲线拟合：对处理后的数据进行曲线拟合，得到传感器的标定曲线，可以使用数学工具或专业的标定软件进行拟合。

8. 标定结果评估：对标定曲线进行评估，包括拟合误差、残差分析等，判断标定结果的精度和可靠性。

9. 标定参数提取：从标定曲线中提取所需的标定参数，如灵敏度、偏移量、非线性误差等。

10. 标定结果验证：使用独立的测试数据对标定结果进行验证，评估标定结果的准确性和稳定性。

11. 标定报告撰写：根据实验结果撰写标定报告，包括实验目的、实验过程、数据处理方法、标定结果和分析等内容。

12. 标定结果应用：将标定结果应用到实际工程中，对传感器的测量数据进行修正和校准，提高传感器的测量精度和可靠性。