传感器原理与检测技术：第2章 传感器的基本特性.ppt

传感器是现代科技领域不可或缺的关键元件，它用于检测各种物理、化学和生物信号，并将这些信号转化为可被电子设备处理的电信号。传感器的基本特性决定了其性能优劣和应用范围，主要包括静态特性和动态特性。 传感器的静态特性描述了在稳态输入信号作用下，传感器的输出与其输入之间的关系。主要静态特性参数有： 1. **线性度**：指传感器的输出与输入之间是否保持线性关系。非线性特性可以通过线性化处理改善。 2. **灵敏度**：定义为输出变化量与输入变化量的比例，反映了传感器对输入变化的敏感程度。 3. **分辨率**：传感器能够分辨的最小输入信号变化，通常以绝对值或相对于满量程的百分比表示。 4. **迟滞**：同一输入信号下，正向和反向行程输出的不同，源于传感器内部的摩擦和其他机械效应。 5. **重复性**：多次测量同一输入时，输出特性曲线的一致性，衡量传感器的稳定性和一致性。 6. **漂移**：在输入恒定的情况下，传感器输出随时间的漂移，可能由结构老化或环境变化引起。 传感器的动态特性涉及其对随时间变化的输入信号的响应。动态特性分析通常采用时域和频域方法，如阶跃响应和频率响应分析。动态特性的好坏直接影响传感器测量的实时性和准确性。例如，通过阶跃响应可以了解延迟时间、上升时间、响应时间和超调量，而频率响应则关注幅频特性和相频特性。 在数学建模方面，理想情况下，传感器的动态特性应能立即无失真地响应输入变化。然而，实际传感器往往包含弹性、惯性、阻尼等元素，导致其动态响应与输入不完全同步。线性时不变系统理论常用于描述传感器动态特性，通过常系数线性微分方程表示输入与输出的关系。传递函数和频率响应函数是分析这种动态特性的关键工具，它们揭示了传感器内部结构参数对外部输入的响应特性。 传递函数是拉普拉斯变换后得到的系统特性，仅依赖于系统参数，反映了输入信号如何经过系统内部转化成为输出。频率响应函数则是通过傅立叶变换得到，展示了传感器对不同频率输入的响应，对于分析传感器的频率选择性和稳定性至关重要。 掌握传感器的静态和动态特性以及相关的数学模型，对于理解和优化传感器性能、进行精确的标定与校准，以及在实际应用中选择合适的传感器至关重要。在设计和使用传感器时，必须考虑这些特性，以确保测量结果的准确性和可靠性。