第八章 光电传感器及其应用
§８－１ 传感器及其特性
一． 传感器的组成： 被测量 图8-1传感器组成方块图 二．传感器的分类 Ｐ１１３表７－１ 分类法 按输入分 种 类 位移、速度、加速度，温度 压力、电流、电压传感器 按工作原应变式、电容式、电感理分 按输出分 式、压电式、光电式 模拟式、数字式 输出为模拟量、数字量
以工作原理命名 说 明 以被测物理量命名 敏感元件 传感元件 信号转换电路 三．传感器的一般特性
（一）．静态特性：线性度、灵敏度、迟滞、重复性 １） 线性度：传感器的输入——输出是线性关系。
１．优点如下：
①． 简化理论分析及设计计算； ②． 方便仪器定标和数据处理；
③． 使仪表度盘均匀刻度，工艺性好，精度高。 ④． 避免了非线性补偿。
２．只含有奇次非线性的传感器线性特性好（线性范围大）。
实际传感器一般为非线性，可表示为多项式（不考虑迟滞、蠕变）：
y=a0+a1x+ a2x2+??+ anxn
不考虑零位输出a0
① 当仅有偶次非线性项（图b） y= a1x＋a２x+ a４x+??
没对称性，零位附近线性范围窄，很少采用。 ② 当仅有奇次非线性项（图c）
y=a1x＋a3x+ a5x5+??
y(-x)＝－〔a1x＋a3x+ a5x5+??〕=- y(x) 关于原点对称，零位附近线性范围宽，较多使用。
２
４
3
3
y y o 8-2 (b) x o 8-2(c) x 图8-2 传感器的静态特性
例如：差动传感器就有较宽的线性范围。 差动传感器一边的输出为：
y１=a0+a1x+ a2x2+??+ anxn (例: sinθ) 另一边的反向输出为：
y２=a0－a1x+ a2x2+??+(-1) anxn (例: -sinθ) 差动输出为：
y= y１－y２=2(a1x＋a3x+ a5x5+?? ) (例: 2sinθ) 仅含有奇次非线性项，有较宽的线性范围。 ３．线性度（误差）
e1=±
3
n
?maxYFS100℅
Δmax : 最大非线性绝对误差； yFS ：输出满量程。 y yFS Δmax y FS 图8-3 输入—输出特性的非线性 y Δmax o xm x o xm x ２） 灵敏度 Ｓn=
dy dxdy =y/x=a1 即斜率 dxdy差动传感器：Ｓn= =d(y１-y２)/ dx=2 a1 比一般传感器
dx对线性传感器: Ｓn=
的灵敏度高一倍。
３） 迟滞：正、反工作行程工作曲线不一致。 y Δmax yFS e2=±
?maxYFS100℅
o 输出最大误差与满量程之比。
xm x 图8-5 滞环特性示意图 ４） 重复性： 按同一方向作全量程多次测量，曲线不一致。
原因同上，有随机性。
定义： 不重复性为输出最大不重复误差与满量程之比。
e3=±(Δmax/yFS)·100℅ Δmax=（2～3）·σ
_n(yi?y)2σ=? 贝塞尔公式 i?1n?1y σ为标准偏差。 式中： yi—— 测量值 n — 测量次数
_ y— 算术平均值
yFS Δmax1 o xm Δmax2 x 图8-6 重复性
（二）、传感器的动态特性 1．
对阶跃信号的响应
① 上升时间trs
从指示输出最终值的
5﹪（a点）到90﹪（b点）所
需的时间。 ② 响应时间tst
从输入量开始作用到输出量进入稳定范围的时间。
③ 过调量（超调量）C
输出量达到稳定值后又超出的最大偏差。
a o t trs tst 图8-8 阶跃响应特性 y c ±r b 2. 对正弦输入的响应
用幅频、相频特性、传递函数描述动态特性。