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第二章 、传感器的基本特性ppt课件

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传感器技术完整ppt课件

传感器技术完整ppt课件

作用：将被测量转换成电信号,传送给测试系统中的后续环节。
最新课件
2
激励装置
被测 对象
传 感 器
信号 调理
信号 处理
显示 纪录
观察者
反馈、控制
简单测试系统(红外体温)
复杂测试系统(振动测量)
最新课件
3
3. 传感器的构成
（1）组成：振动膜片、刚 性极板、电源和负载电阻
（2）原理 ： 振膜—一次敏感元件 电容器—敏感元件
最新课件
15
（3）分辨力：测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量。 通常是以最小单位输出量所对应的输入量来表示。 数字测试系统－－输出显示系统的最后一位 模拟测试系统－－输出指示标尺最小分度值的一半
（4）回程误差：同一输入量的两条定度曲线之差的最大值 hi max 与标称的输出范围A之比。
即 回程误差 ＝hi max 100% A
A()
1
0
()
1 2
0
1t0
2t0
－t0
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30
A()
1
0
()
0
4
例2:已知系统的输入 x(t)co 1 ts co 2ts，判断是否失真。
例3:已知系统的输入 x(t)cos0t ，判断是否失真。
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31
电阻式传感器
一、变阻式传感器 1.结构：
R l
A
R kl x
S
dR dx
3.类型：半导体应变式传感器、扩散型压阻式传感器
最新课件
37
三、应变片的应用 1.直接测定结构的应变或应力。 2.作为传感器的测量参数。
四、转换电路
应变 R 电压或电流的变化

传感器原理与应用课件 第2章 传感器的特性及标定

传感器原理与应用课件 第2章 传感器的特性及标定
温度测量：用于测量环境温 度、设备温度等
温度补偿：用于补偿温度对 测量结果的影响
温度校准：用于校准其他传 感器的测量结果
温度监测：用于监测食品、 药品等物品的温度变化
流量传感器应用
工业生产：用于测量液体、气体的流量，如石油、天然气、水等 环保监测：用于监测污水、废气排放，确保环保达标 医疗设备：用于监测血液、尿液等液体的流量，辅助诊断和治疗 汽车电子：用于监测燃油、冷却液等液体的流量，确保车辆正常运行
Part Four
传感器应用实例
压力传感器应用
汽车领域：用于监测轮胎压力、发动机油压等 医疗领域：用于监测血压、呼吸压力等 工业领域：用于监测液压系统、气压系统等 航空航天领域：用于监测飞行器气压、发动机压力等
温度传感器应用
温度报警：用于监测高温、 低温等异常情况
温度控制：用于控制加热、 制冷等设备
标定误差处理：选 择合适的标定方法、 优化标定参数、消 除环境干扰等
标定实例
温度传感器：通过测量温度变化，确定传感器的灵敏度和精度 压力传感器：通过测量压力变化，确定传感器的灵敏度和精度 加速度传感器：通过测量加速度变化，确定传感器的灵敏度和精度 湿度传感器：通过测量湿度变化，确定传感器的灵敏度和精度
位移传感器应用
工业自动化：用于控制机械设备的 位置和速度
汽车电子：用于检测汽车的行驶速 度和位置
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
医疗设备：用于测量患者的生理参 数，如血压、体温等
航空航天：用于测量飞行器的位置 和姿态
THANKS
汇报人：
重复性与灵敏度
重复性：传感器在相同条件下多次测量同一物理量的能力 灵敏度：传感器对被测量变化的响应能力 影响因素：温度、湿度、压力等环境因素 提高方法：选择合适的传感器材料和结构，优化信号处理算法

第2章 生物医学传感器基础课件

第2章 生物医学传感器基础课件
第2章 生物医学传感器基础
• E 0 是金属浸在含有该金属离子有效浓度 为lmol/L的溶液中达到平衡时的电极电位, 称为这种金属的标准电极电位（表3.2 ）
• 可看出 E 0 值远远大于所有生物电位信号 的大小。
• E 0 与金属以离子形态转入溶液的能力K 以及温度T有关系。
第2章 生物医学传感器基础
第2章 生物医学传感器基础
• 图 电极－溶液界面的平衡电位
锌电极放入含Zn2＋的溶液 中，锌电极中Zn2＋进入溶 液中，在金属上留下电子
带负电，溶液带正电。
进入水中的正离子和带负 电的金属彼此吸引,使大多 数离子分布在靠近金属片 的液层中,形成的电场,阻 碍Zn2＋进一步迁移最终达 到平衡。
此时金属与溶液之间形成电荷 分第2布章 产生物生医学一传感定器的基础电位差。
第2章 生物医学传感器基础
一、电极的基本概念
• 生物电是生物体最基本的生理现象，各种生物 电位的测量都要用电极；给生物组织施加电剌 激也要用电极
• 电极实际上是把生物体电化学活动而产生的离 子电位转换成测量系统的电位
• 电极起换能器作用，是一种传感器
• 电流在生物体内是靠离子传导的,在电极和导
线中是靠电子传导的,在电极和溶液界面上则
＋
-
-
-
＋
-
生物电检测电极示意图 第2章 生物医学传感器基础
生物电测量的等效电路
第2章 生物医学传感器基础
• 医用电极按工作性质可分为检测电极和 刺激电极两大类：
• 检测电极是敏感元件,用来测定生物电位的。 需用电极把这个部位的电位引导到电位测量 仪器上进行测量,这种电极称为检测电极。
• 剌激电极是对生物体施加电流或电压所用的 电极。剌激电极是个执行元件。

传感器的特性

传感器的特性

理想情况仅含有一次项，希望表达式仅含奇次项， 偶次项和零次项消除。传感器在结构上采用差动式结构
可实现。
y1 a0 a1 x a2 x 2 an x n y2 a0 a1 x a2 x 2 (1) n an x n y y1 y2 2(a1 x a3 x 3 ) 表达式中消除了零次项 和偶次项，提高了灵敏 度， 减小了非线性。
传感器非线性大小评定方法
静特性曲线可通过实际测试获得。 首先在标准工作
状态下，用标准仪器设备对传感器进行标定（测
试），得到其输入输出实测曲线，即校准曲线，然 后作一条理想直线，即拟合直线，校准曲线与拟合 直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比，称 为传感器的非线性误差（或线性度） 在采用直线拟合线性化时，传感器的输出输入校正 曲线与其拟合曲线间最大偏差与满量程输出值的百 分比称为线性度或非线性误差，通常用相对误差表 示。
A X ’ ）1 X ’ 求得A， （ X Y
进而求得（ a0 , a1 am ) 计算机求解。
分辨力可用绝对值表示，也可用与满量程的百 分数表示。
数字式传感器一般用分辨力为输出的数字指示 值最后一位数字。 7、温度稳定性
温度稳定性又称温漂，表示温度变化时传感 器输出值的偏离程度，一般以温度变化1℃输出 最大偏差与满量程的百分比表示
为了减小动态误差和扩大频率响应范围, 一般 是提高传感器固有频率ωn。而固有频率ωn与传 感器运动部件质量m和弹性敏感元件的刚度k 有关, 即ωn =（k/m）1/2。增大刚度k和减小质 量m可提高固有频率, 但刚度k增加, 会使传感 器灵敏度降低。所以在实际中, 应综合各种因 素来确定传感器的各个特征参数。
传感器与检测技术

《传感器的基本概念》课件

《传感器的基本概念》课件
传感器的基本概念
随着科技的发展，传感器变得越来越普遍。但你真的知道传感器是什么吗？ 本课件将介绍传感器的基本概念，分类，工作Байду номын сангаас理，应用，发展趋势，以及 选择和使用传感器的技巧。
什么是传感器？
传感器的定义
传感器是一种将一种物理量转换成为可供测量或处理并输入电子设备或计算机之中的信号的 元件。
传感器的作用
传感器可以对物理量进行检测和测量，充分了解和利用事物的内部变化。
传感器的分类
1
基本分类
电气传感器、光学传感器、力学传感器、热学传感器等
2
实现分类
电阻型传感器、电容型传感器、电感型传感器等
传感器的工作原理
传感器的本质原理
转换被测量物理量的信号为电信号，输出到显示屏 或电脑上。
常见的传感器工作原理
利用电磁波、声波、热辐射等对物体进行探测。
• 精度 • 响应速度 • 可靠性
2
使用传感器的技巧
• 正确安装 • 校正 • 维护
总结
1 传感器的重要性
传感器可以提高生产效率、降低成本、改善生活质量。
2 传感器的未来前景
随着技术的发展，传感器将会更加先进、更加广泛地应用在各个领域。
参考文献
相关书籍
• 《传感器与信号处理》 • 《传感器技术与应用》 • 《现代传感器技术与应用》
相关论文
• 《基于传感器的智能安全监测系统》 • 《传感器在智能家居的应用研究》 • 《传感器在环境保护中的应用》
传感器的应用
工业应用
• 智能制造 • 环境保护 • 交通运输
生活应用
• 智能家居 • 健康追踪 • 机器人
传感器的发展趋势
发展历程

第二章传感器的特性21传感器的静态特性

第二章传感器的特性21传感器的静态特性
传感器对各种外界干扰的抵抗能力。 是反映传感器在规定时间(t)内是否正常工作的一种综 合性质量指标。
l 可靠度R(t) ： 完成规定功能的概率P(T>t)
l 可靠寿命：年，月 l 失效率 (t) 在t时刻后单位时间发生失效的概
率
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2.2 传感器的动态特性
传感器对随时间变化的输入量的响应特性（测量 值大小、变化规律）
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标定系统组成
标定系统框图
传感器标定时，所用测量设备的精度至少要比待标 定传感器的精度高一个数量级。
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为了保证各种被测量量值的一致性和准确性，很多 国家都建立了一系列计量器具(包括传感器)检定的组织 和规程、管理办法。我国由国家计量局、中国计量科学 研究院和部、省、市计量部门以及一些大企业的计量站 进行制定和实施。国家计量局(1989年后由国家技术监 督局)制定和发布了力值、长度、压力、温度等一系列计 量器具规程，并于1985年9月公布了《中华人民共和国 计量法》，其中规定：计量检定必须按照国家计量检定 系统表进行。计量检定系统表是建立计量标准、制定检 定规程、开展检定工作、组织量值传递的重要依据。
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静态标定的目的是确定传感器静态特性指标，如 线性度、灵敏度、滞后和重复性等。传感器的静态 特性是在静态标准条件下标定的。
静态标准条件 所谓静态标准条件主要包括没有加速度、振动、冲 击及环境温度一般为室温 (20℃±5℃) 、相对湿度不 大于85%、大气压力(101±7)kPa 等条件。
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传感器的标定有两层含义： § 确定传感器的性能指标 § 明确这些性能指标所适用的工作环境

传感器基本知识上

传感器基本知识上

（五）. 分辨率（△xmin ）、阈值
分辨力：在规定的测量范围内，传感器所
能检测出输入量的最小Dx变min 值
.
分辨率：相对与输入的满量程的相对值表示
。即
Dxmin 100% X FS
xFS —— 输入量的满量程值
数字传感器的分辨力可用输出数字指示值最后一位所代表的输入量。
（五）. 分辨率（ △xmin ）、阈值
说明：1、分辨力 --- 是绝对数值，如
重复性是体现传感器的精密程度 指标之一
反映误差分散的程度
传感器为何会产生重复性误差？
传感器机械部分的磨损、间隙、松动
敏感元件内摩擦、积尘
辅助电路老化和漂移 注意
不重复性误差一般属于随机误差性质,反映的是测量 结果偶然误差大小，而不表示与真值之间的差别，有时 重复性很好但可能偏离真值。不重复性误差可以通过校 准测得。
（三）. 重复性 Ex
重复性 Ex 反映了传感器在输入量按同一方
向（增或减）做全量程多次测试时，所得到的
特性曲线的不一致程度。
Ex

Dmax yFS
100% (2.7)
Y
Δ max─ 最大不重复误差
Dmn Dmax {Dm1 ...Dmi ...Dmn }
YFS 满量程输出值
Dm2 Dm1
（四）.迟滞现象（回差EH ）
回差EH 反映了传感器的输入量在正向行程
和反向行程全量程多次测试时，所得到的
特性曲线的不重合程度。
y
EH

Emax


Dm yFS
100% (2.9)
y FS
Dm
迟滞是由于磁性材料的磁化 和材料受力变形，机械部分存在 （轴承）间隙、摩擦、（紧固件） 松动、材料内摩擦、积尘等造成 的。

《传感器基础培训》课件

《传感器基础培训》课件
测试方法
根据性能指标制定相应的测试方法，包括静态测试和动态测试，以及 长期稳定性和可靠性测试。
结果分析
对测试结果进行分析和比较，找出传感器性能的优缺点，提出改进措 施和建议，为进一步优化提供依据。
05
传感器在物联网中的应 用
物联网中的传感器节点
传感器节点是物联网感知层的重要组成部分，能够感知、采集并处理物体信息。
环境监测
传感器用于监测环境参数，如 温度、湿度、压力、气体等， 为环境保护和治理提供数据支
持。
传感器的发展趋势
微型化
随着微电子技术的发展 ，传感器逐渐向微型化 方向发展，便于集成和
携带。
智能化
传感器与微处理器结合 ，实现智能化检测和数 据处理，提高测量精度
和可靠性。
多功能化
传感器逐渐向多功能化 方向发展，能够同时检 测多种参数，满足复杂
应用需求。
网络化
传感器与物联网技术结 合，实现远程监控和数 据传输，提高信息共享
和协同能力。
02
传感器的原理与技术
传感器的物理原理
传感器的工作原理
传感器是一种能够感知物理、化学或 生物量并将其转换为电信号的装置。 这些电信号可以被进一步处理、记录 或用于控制目的。
传感器的分类
传感器的基本组成
传感器通常由敏感元件和转换元件组 成，敏感元件负责感知被测量，而转 换元件则将感知到的量转换为电信号 。
根据工作原理和应用领域，传感器可 以分为多种类型，如电阻式、电容式 、电感式、磁阻式、光电式等。
传感器的信号处理技术
信号调理
信号调理是传感器信号处理的重 要环节，它包括放大、滤波、隔 离、线性化等操作，以减小噪声 、提高信噪比、增强信号的稳定

《传感器检测技术》PPT课件

《传感器检测技术》PPT课件

响
应特性：
➢ 除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变化的，输 出信号一定不会与输入信号有相同的时间函数，这种输入输 出之间的差异就是动态误差；
➢ 传感器输出对时间变化的输入量的响应既反映了传感器的 动态特性。
➢一般用传感器对于标准动态输入信号的响应来衡量传感器 的动态特性。标准动信号为正弦信号、阶跃信号和单位脉冲 信号。
环境影响量指由外界坏境变化而引起的示值变化量。由两个因素构成，一个 是零漂、二是灵敏度漂移。表示环境影响量时，必须同时写出示值偏差及 造成这一偏差的影响因素。
例： 0.1A/U ( 表5% 示电)源电压变化5%时，将引起示值变化0.1uA.
例：某数字式液位计的使用说明书上注明该产品为数 字面板表，它的量程为0-10m（从面板表上可以看到， 事实上只能显示9.99m,属于3位表），非线性训差为 1.5%，使用环境温度为0-30度，温漂为0.001m/度， 请确定该产品是否能满足满度相对误差不大于2.0%的 要求。
在下图中，弹簧管将压力转换为角位 移α
2021/6/10
29
弹簧管放大图
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿 条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生 角位移。
2021/6/10
30
其他各种弹性敏感元件
在上图中的各种弹性元件也能将压力转 换为角位移或直线位移。
2021/6/10
31
压力传感器的外形及内部结构
34
测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参 量转换成易于处理的电压、电流或频率量。
2021/6/10
在左图中，当 电位器的两端加上 电源后，电位器就 组成分压比电路， 它的输出量是与压 力成一定关系的电 压Uo 。

《传感器课件》课件

《传感器课件》课件

纳米传感器
探索纳米级传感器在材料科学和环境监测中的 应用。
智能传感器
探究智能传感器的概念和未来发展趋势。
七、传感器实验及应用案例

传感器实验介绍
介绍一些有趣的传感器实验，让学生亲自动手。
传感器应用案例分析
分析一些真实的传感器应用案例，探索其实际价值。
八、总结
1 传感器发展历程回顾
回顾传感器技术的发展历程和里程碑事件。
1 传感器网络简介
了解传感器网络及其在物 联网中的作用。
2 传感器网络通信协议
探究常用的传感器网络通 信协议。
3 传感器网络应用场景
观察传感器网络在不同场 景中的应用案例。
六、传感器未来发展方向
生物传感器
展望生物传感器在医疗和健康领域的前景。
机器视觉传感器
了解机器视觉传感器在自动化和智能工业中的 重要性。
深入了解传感器的工作原理和基本原理。
二、主要传感器类型
温度传感器
介绍温度传感器及其在各个领域中的应用。
湿度传感器
探究湿度传感器的特点和应用场景。
压力传感器
了解压力传感器的原理及其在工业环境中的应用。
光电传感器
详细介绍光电传感器的工作原理和使用方式。
三、传感器测量精度分析
1
精度定义及分类
澄清什么是精度，并了解传感器精度的分类。
2
误差消除方法
探索如何减少或消除传感器测量中的误差。
3
传感器校准技术
介绍传感器校准的方法和流程。
四、传感器接口技术
模拟信号输出
了解传感器通过模拟信号进行 输出的技术。
数字信号输出
探究传感器通过数字信号进行 输出的方法。
串行通信接口
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Ytf Xt
✓ 用频域法表示为：
YjfXj
.
26
➢ 动态特性是指传感器输出对随时间变化的输入
量的响应特性：
➢一个动态特性好的传感器, 其输出将再现输入量 的变化规律, 即具有相同的时间函数。
➢实际上除了具有理想的比例特性外, 输出信号将 不会与输入信号具有相同的时间函数,这种输出与 输入间的差异就是所谓的动态误差。
ΔLmax x
.
11
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④端点连线平移拟合
▪ 在端点连线拟合基础上使直线平移，移动距离 为原先的一半 L2L1L3LMax y ΔLmax
ΔL1 x
.
12
返回
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⑤ 最小二乘拟合
ykxb
i yi(kixb)
n
n
原理: 2i yi(kixb)2min
i1
i1
k
2 i2 (yi ki xb ) (xi)0
传感器的非线性误差通常用相对误传差感表器示实：际特性曲
线与拟合直线之间
L
Lmax Y
100%
FS
的最大偏差 Y
Y=kx+b
线性度 Yi
传感器满量程输出
Lmax X
.
Xi
6
.
7
直线拟合线性化
▪ 出发点： 获得最小的非线性误差
拟合方法： ①理论拟合； ②过零旋转拟合； ③端点连线拟合； ④端点连线平移拟合； ⑤最小二乘拟合；
传感器基本特性
▪ 主要内容
➢ 传感器静态特性 ➢ 传感器动态特性
.
1
传感器基本特性
被测量x
y
传感器
测量电路
输出单元
▪ 传感器的基本特性—传感器输入与输出之间的关系。
▪ 传感器测量的参数X一般有两种形式
➢ 快变信号（动态信号）
X随时间变化时X-Y的特性
➢ 慢变信号（稳态信号）
X不随时间变化时X-Y的特性
b
2 i2 (yi ki xb ) (1 )0
knnxixyii2(
xi yi xi)2
b
xi2 yi xi xiyi n xi2( xi)2
.
13
结论！
▪ 即使是同类传感器, 拟合直线不同, 其线性 度也是不同的。 选取拟合直线的方法很多, 用最小二乘法求取的拟合直线的拟合精度 最高。
.
8
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①理论拟合
拟合直线为传感器的理论特性，与实际测试值无关。 方法十分简单，但一般说 LMax 较大
y
ΔLmax
x
.
9
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②过零旋转拟合
曲线过零的传感器。拟合时，使 L1L2 LMax y
ΔL1 ΔL2
x
.
10
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③端点连线拟合
▪ 把输出曲线两端点的连线作为拟合直线 y
这种热惯性是热电偶固有的, 这种热惯性决定了热电偶 测量快速温度变化时会产生动态误差。
影响动态特性的“固有因素”任何传感器都有, 只不过 它们的表现形式和作用程度不同而已。
.
29
动态特性除了与传感器的固有因素有关之外, 还与传感器 输入量的变化形式有关。也就是说,我们在研究传感器动态 特性时, 通常是根据不同输入变化规律来考察传感器的响 应的。
.
21
零点漂移
▪ 传感器在输入为零时的输出量，（长时间工作 稳定性、零点漂移）
零漂＝
Y0 100% YFS
式中 ΔY0 ——最大零点偏差； YFS ——满量程输出。
.
22
温度漂移
▪ 传感器在外界温度变化时输出量的变化
温漂＝ max 100% YFST
式中 Δmax —— 输出最大偏差； ΔT —— 温度变化范围； YFS —— 满量程输出。
.
14
迟滞
输入量增大
❖ 传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不
重合的现象称迟滞。
输入量减小
.
15
❖ 迟滞误差一般由满量程输出的百分数表示：
H H m ax/Y F S 100%
Hmax Y2Y1 为正、反 行程输出值间的最大差值
例：一电子秤
增加砝码 10g —— 50g —— 100g —— 200g 电桥输出 0.5 mv --- 2mv --- 4mv --- 10mv 减砝码输出 1 mv --- 5mv --- 8mv --- 10mv
• 对线性传感器灵敏度是直线的斜率：S = Δy/Δx • 对非线性传感器灵敏度为一变量： S = dy/dx
.
19
稳定性
❖ 在规定工作条件范围和规定时间内，传感器性 能保持不变的能力
例：
闪烁探测器8小时长期稳定性测量散点图
.
20
▪ 稳定性表示
➢ 一般用重复性的数值和观测时间的长短表示
➢ 例如，某传感器输出电压值每小时变化1.5mV， 则稳定度可表示为1.5mV/h。
.
27
例：动态测温
• 设环境温度为T0 ,水槽中水的温度为T,而且 T ＞T0 传感器突然插入被测介质中；
• 用热电偶测温,理想情况测试曲线T是阶跃变化的；
热电偶Leabharlann 环境温度T0 ℃ T ＞To
水温T℃
• 实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过程
.
28
造成热电偶输出波形失真和产生动态误差的原因, 是因 为温度传感器有热惯性（由传感器的比热容和质量大小决 定）和传热热阻, 使得在动态测温时传感器输出总是滞后 于被测介质的温度变化。
▪ 其中： x — 输入量， Y — 输出量； a0 — x = 0 时的输出值 a1 — 理想灵敏度 a2, a3…..an —— 非线性项系数
.
4
传感器静态特性
▪ 静态特性指标：
➢ 线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定 性、零漂、温漂。
.
5
线性度
❖ 输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。
.
16
重复性
❖ 传感器输入量按同一方向作多次测量时，输 出特性不一致的程度。
.
17
重复性误差用最大重复偏差表示：
rR
Rmax10% 0 YFS
❖ 属于随机误差，可用标准偏差表示：
rR
(2~3)10% 0
YFS
σmax —— 最大标准差； （2～3）—— 置信度；
.
18
灵敏度
❖在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值
动态特性 静态特性
.
2
传感器静态特性
▪ 当输入量（X）为静态（常量）或变化缓慢的 信号时（如温度、压力），讨论传感器输入输
出关系称静态特性。
▪ 静态特性可以用函数式表示为
Y f X
Y a 0 a 1 x 1 a 2x2 La nxn
.
3
传感器静态特性可以用多项式表示：
Ya 0 a 1x1 a 2x2 La nxn
.
23
其它特性指标
❖ 分辨率—— 传感器能够检测到的最小输入增量；
❖ 阈值——输入小到某种程度输出不再变化的X值； ❖ 门槛灵敏度—— 指输入零点附近的分辨能力。
.
24
.
25
传感器动态特性
➢ 当输入量随时间变化时,如 :加速度、振动等 ➢ 这时被测量是时间的函数，或是频率的函数。
✓ 用时域法表示成：