传感器复习2010

复习1分辨力和阈值△xmax△ymax△yx0在传感器的全部工作范围都能产生可观测的输出量变化的最小输入量变化。复习2灵敏度:传感器在静态工作条件下，其单位输入所产生的输出，称为灵敏度，或更严格地说为静态灵敏度。oxyyxyxyxyx(a)(b)o复习3线性度:传感器的输入输出校准曲线与所选定的参考直线之间的偏离程度。绝对线性度•端基线性度•平移端基直线•最小二乘线性度：•零基线性度理论直线实际特性曲线量程△Ymaxxy0理论线性度复习4零漂:零点时漂、零点温漂、灵敏度漂移xy0零漂灵敏度漂移复习5传感器的动态特性传感器(H)tjAex)(tjBey两种标准输入：正弦输入：频率响应特性（稳态响应、频域响应）阶跃输入：时间响应（瞬态响应）复习6一阶系统及其幅相特性B/Aφωτ大τ小一阶系统时间响应t0yAτ=0.1τ=0.5当t=τ时y=0.632A时间常数τ，决定响应速度1)()(2kjxyAB幅频响应特性：)(tan1相频响应特性：复习7说明：①τ越大，B/A衰减越快，幅值误差越大。②φ与τ有关，τ↑→φ↑→输出信号延迟时间越长→达到稳定所需时间越长。③时间常数越小，系统频率响应越好。ωτ＜＜1时，B/A（ω）≈κ，φ（ω）≈ωτ复习8二阶传感器202202)(11:AB幅频响应))(1)(2arctan(:200相频响应复习9说明：㈠阻尼比对传感器频率特性影响很大。，ω/ω0=1处增益最大，称为谐振。特别在ζ→0处，增益→∞㈡时，不出现谐振，增益随ω/ω0提高而单调下降。㈢ζ越大，相位差滞后变化越平缓。当ω=ω0时，φ（ω0）=-900与ζ无关。㈣一般取ζ=0.6～0.8，ω/ω0=3～5可得较小的动态误差。2/12/1复习10二阶系统的阶跃响应曲线ξ=2ξ=1ξ=0.2ξ=0.4ω0tB/A10.50复习11频域性能指标通频带ω：幅值衰减3db（B/A=0.707)时所对应的频率范围。工作频带ωg1或ωg2：幅值误差为±5%或±10%所对应的频率范围。相位误差：在工作频带范围内，传感器实际输出与输入间的相位误差。复习12频域的各项动态性能指标0.7070.951.21.11.050.9ω0ωbωg2ωg11.0A(ω）ω通频带ωb工作频带ωg1或ωg2复习13时域性能指标时间常数τ：输出值上升到稳态值的63%所需的时间。上升时间tr：输出值从稳态值的10%上升到90%所需的时间。响应时间t2或t5：输出值到达稳态值的98%或95%所需的时间。超调量σ：%100)()()(yytyp复习14时域性能指标0.110.90.63y(tp)t2或t5tptrτ0.50ty时间常数τ上升时间tr响应时间t2或t5超调量σσ容许误差：一般为±2%或±5%复习15第4章应变式传感器工作原理电阻应变效应电阻应变片的结构、应变片的类型、应变片的主要参数横向效应与横向灵敏度电阻应变片的动态响应特性电桥原理单臂电桥、差动电桥、全桥误差及其补偿（桥路补偿方法）温度误差及其补偿常用应变式传感器的分析应变式力传感器应变式压力传感器复习16电阻应变效应：金属导体的电阻值随其机械变形而发生变化的现象。dRdRxx2dRdRkxx121/0应变灵敏系数：xxxkdRdR01)21(yxldlrdr//泊松关系：复习17横向灵敏度及横向效应FF应变片横向灵敏系数应变片轴向灵敏系数横向灵敏度：::)1(yxxxyyxxkkCkkkRR复习18应变片的类型金属丝式应变片：制作简单、性能稳定。金属箔式应变片：利用照相制版或光刻技术，将厚约为0.003～0.01mm的金属箔片制成敏感栅金属薄膜应变片：金属薄膜应变片是是采用真空蒸发或真空沉积等方法，在薄的绝缘基片上形成厚度在0.1μm以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅半导体应变片：采用半导体材料制作，利用压阻效应复习19温度误差及其补偿一、产生原因：⑴敏感栅的金属电阻本身随温度发生变化⑵试件材料与应变材料的线膨胀系数不同引起应变片附加形变二、温度补偿方法1、桥路补偿法①工作应变片贴在试件上，补偿片贴在补偿件上，补偿件不受力，并接入电桥相邻臂。②工作片、补偿片贴在同一试件上，但补偿片不受力作用。③工作片、补偿片贴在同一试件上，但两者感受的应变符号相反。2、应变片自补偿法:①适用于某一种试件材料的自补偿应变片②双金属敏感栅自补偿片（组合式自补偿应变片）③双金属半桥片3、热敏电阻补偿法复习20二、应变片可测频率的估算1、正弦应变波：Lx1x20x＝0sin2x复习21)2/()2/(LxLxtt，应变片所在的区间：2/2/0)2sin(1LxLxpttdxxL:为内测得的平均应变应变片在基长pL:为应变波幅测量误差e1sintLLetp复习22电桥原理及电阻应变片桥路一、电桥原理：1、不平衡直流电桥R1R2R3R4USCUsr)(4111RRUUsckUUsc41复习23R1-△R1R2-△R2R3R4USCUsr差动电桥：相邻桥臂，电阻一个增加、一个减少)(412211RRRRUUsc）（则：，若：212121412121UURRUURRRRRRsc复习24R1+△R1R2-△R2USCUsrR3-△R3R4+△R4全桥：四臂都是应变片，且相邻电阻变化相反RRUkURRRRRRRRUUsc)(41)(41432144332211复习25应变式力传感器1、柱式弹性元件FESFELL'复习26悬臂梁式弹性元件等截面悬臂梁等强度悬臂梁bhEFlE626bhFlE复习27第5章电容式传感器电容式传感器的工作原理及其分类电容式传感器的特点及抗干扰问题电容式传感器的测量电路电容式传感器的应用复习28工作原理及其分类),,(SfC变间隙电容传感器：非线性、测小位移，变面积电容传感器：线性、测较大位移变介电常数电容传感器：测液位fIUCS、、测量电路被测物理量,,复习29特点与应用•高阻抗：C小，容抗大，•小功率：C极小•易受干扰、需放大、寄生电容影响。•结构简单、非接触。•灵敏度高、分辨率高。•动态响应好。•测液位、测物位•测微位移•测压力、力、加速度复习30)11(000CC非线性分析：200001CC则：0001CC：略去二次方以上高次项10若：复习31差动电容结构001AC002AC0402000212CCo灵敏度提高一倍o非线性减小复习32寄生电容的干扰及抗干扰寄生电容：电容器极板与周围物体之间产生电容联系。寄生电容不稳定→传感器输出不稳定→产生干扰措施：对传感器及其引线进行屏蔽：•采用屏蔽电缆•壳体接地。电缆寄生电容问题（屏蔽）电缆寄生电容：100pf/m•电缆位置、形状改变，使传感器极不稳定。复习33解决方法：将调理电路与传感器装入壳体中，构成整体式传感器。采用“驱动电缆技术”：等电位屏蔽法1：1测量线路条件：交流放大器放大倍数为1、相移为零无穷大的输入阻抗，C=0内屏蔽与引线之间处于等电位，两者之间没有电容联系。外屏蔽仍起屏蔽作用。复习34变压器电桥放大器相敏解调滤波器E1E2C1C2I1I2IfZfECCCCUsc21210EUscSCSC21复习35差动脉冲宽度调制线路R双稳Q态触S发器QA1A2USCUC1C2D1R1R2D2ABMN复习36运放式线路xxFSCcccjcjZZUU00111KCxC0UUSCIXI0按理想运算放大器的条件：复习37例：自动平衡电桥分析某油量表工作原理复习38第6章变磁阻式传感器电感式传感器结构与工作原理类型与特点非线性与差动电感传感器差动变压器式传感器结构与工作原理输出特性与零位输出相敏解调电涡流传感器工作原理测量电路应用复习39§6.1电感式传感器l2S2S1线圈铁芯衔铁δUsrmFRR202SWL复习40小气隙电感传感器与小气隙电容传感器的比较相同之处：表示形式电容器有电场边界问题，电感有磁场边界问题输入较小位移量不同之处：电容小，抗干扰能力差；电感大，抗干扰能力强电容激励频率很高；电感激励频率低电容高阻抗、电感输出信号有零位输出包含高次谐波电容传感器的动态响应好，电感传感器的动态响应不好。复习41电感传感器类型、特点自感式电感传感器可分为变间隙型、变面积型和螺管型三种类型。变间隙型灵敏度较高,但非线性误差较大,且制作装配比较困难.变面积型灵敏度较前者小,但线性较好,量程较大.螺管型灵敏度较低,但量程大且结构简单易于制作和批量生产,是使用最广泛的一种电感式传感器.复习42二、差动式电感传感器UsrUscδ1δ2两只完全对称的简单电感传感器合用一个活动衔铁上、下两个导磁体几何尺寸、形状、材料完全相同上、下两个的线圈电气参数（R、L、W）完全相同。复习43UsrUsc差动式螺管型电感传感器复习44§6.2差动变压器式传感器一、工作原理和结构abcdc’d’VV’VVVout铁芯线圈组合衔铁复习45输出特性⑴等效电路~~UsrR1R21R22UscL1L21L22e21e22M1M2L1、R1:初级线圈电感与电阻L21、L22、R21、R22：次级线圈电感与电阻复习46USCδe11e22复习47零位电压产生的原因基波分量因素差动式导磁体的几何尺寸不对称线圈电气参数不相等衔铁不在中间位置高次谐波分量因素导磁体饱和，工作在磁化曲线的非线性段在电源中含有高次谐波线圈寄生电容、线圈与外壳之间的分布电容的影响复习48后果与措施后果：降低精度与分辨率易使放大器提早饱和措施：工艺制作上保证对称性（结构上的对称）采用补偿方法,在传感输出回路中串、并联电阻、电容器件以达到次级线圈的感应电压的相位、幅值变化补偿。一般原则：串联电阻可以减少零位电压、实现调零并联电容可以改变零位电压的相位消除基波高次谐波正交分量选用合适的测量电路，如采用整流电路，相敏检波电路等。复习49§6.3电涡流传感器一、工作原理IH1H2线圈通入交变电流I，在线圈的周围产生交变的磁场H1位于该磁场中的金属导体上产生感应电动势并形成涡流涡流也产生相应的磁场H2，H2与H1方向相反H2的作用引起线圈等效阻抗、等效电感等发生相应的变化复习50二、电涡流等效电路分析UsrR1L1R2L2I1I2M02222121111jwLIRIjwMIUjwMIjwLIRIsr复习51被测体对电涡流测量的影响被测体是传感器的组成部分被测导体的电导率越高，灵敏度越高磁性体的灵敏度比非磁性体降低一般采用较高的激励频率。镀层对测量有影响。对被测体的大小有要求。复习52测量电路调幅式测量电路：输出电压的频率f始终恒定，称为定频调幅式调频测量电路调频鉴幅式：频率始终等于谐振频率，幅值始终为谐振曲线峰值直接频率输出:鉴频器将调频信号转换为电压输出。复习53应用转速测量计数测厚度探伤测振动测温测位移复习54发射线圈ω1和接收线圈ω2分别放在被测材料G的上下低频(音频范围)电压e1加到