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传感器术语,技术指标详解

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概述
 
本教程的每一个教程将通过解释理论和给出实际的例子来教你一个特定的测量应用的主题。本教程将涵盖传感器和与之相关的术语。
 
目录表
 
灵敏度
 
范围
 
精度
 
分辨率
 
准确度
 
偏移量
 
线性度
 
滞后现象
 
响应时间
 
动态线性
 
1。灵敏度
 
 
 
传感器的灵敏度被定义为输出特性曲线的斜率(图1中的DY/DX),或者更一般地说,物理参数的最小输入,将产生可检测的输出变化。在一些传感器中,灵敏度被定义为产生标准化输出变化所需的输入参数变化。在其他方面,它被定义为输入参数的给定变化的输出电压变化。例如,一个典型的血压传感器可以具有一个灵敏度等级。
10 mV/V/ mm Hg;也就是说,每激发电压的伏特和施加压力的每毫米汞柱都会有10 mV的输出电压。


灵敏度误差
 
灵敏度误差(如图1中的虚线所示)与特征曲线的理想斜率背离。例如,上面讨论的压力传感器可以具有7.8 mV/V/mm Hg的实际灵敏度,而不是10 mV/V/mm Hg。

2。范围
 
 
 
传感器的范围是可测量的应用参数的最大值和最小值。例如,给定的压力传感器可以具有-400至+400 mm Hg的范围。或者,正范围和负范围常常是不相等的。例如,特定的医用血压传感器被指定为具有最小(真空)极限的-50 mm Hg(图1中的Ymin)和最大(压力)限制为+450 mm Hg(图1中的YMAX)。顺便说一下,这个规范是常见的,这也是医生和护士在试图通过动脉线抽取血液而不注意系统中的液体龙头的位置时有时会破坏血压传感器的原因之一。小型注射器可以在封闭系统上施加巨大的真空。



图1。理想曲线和灵敏度误差。

动态范围
 
动态范围是传感器从最小到最大的总范围。也就是说,在图1中,rDyn=yMAX -L ymin。

3。精度
 
 
精密度的概念是指测量的再现性程度。换句话说,如果精确测量相同的值多次,理想的传感器每次都会输出完全相同的值。但是实际传感器输出的值相对于实际的正确值以某种方式分布。例如,假设精确的150 mm Hg的压力被施加到传感器。即使施加的压力不变,来自传感器的输出值也会有很大的变化。当真值和传感器的平均值不在一定的距离之内时,在精度问题上会出现一些微妙的问题。
 
(例如,正态分布曲线的1-S范围)。
4.分辨率
 
该规范是可在输出信号中检测到的输入参数的最小可检测增量变化。分辨率可以表示为读数的比例或绝对值。
 
 
5.准确性
 
传感器的精度介于实际值(必须通过主要或次要标准测量)和传感器输出端的指示值之间。同样,准确度可以表示为满量程的百分比或绝对值。
 
 
6.抵消
 
下面给出实际输出值的值和输出值的单个值的值。在b而不是零的Y轴(输出)将是相同的。而实际曲线将介于最低温度和最高温度限制取决于样品和电极的温度。



图2。典型的pH电极特性曲线显示温度敏感性。

7.线性
 
换能器的线性度表示传感器的实际测量曲线偏离理想曲线的程度。图3显示了理想或最小二乘拟合线与实际线性度之间有些夸大的关系通常用非线性来指定,非线性定义为:
 
其中:
 
非线性(%)是非线性的百分比
Din(max)是最大输入偏差
INf.s.是最大的满量程输入
 
由公式6-1定义的静态非线性通常受环境因素的影响,包括温度,振动,声学噪声水平和湿度。重要的是要知道条件在什么条件下是有效的并且偏离线性。
 
 
8.滞后
 
换能器应该能够改变变化的方向;滞后是衡量这一属性的标准。图4显示了典型的滞后曲线。请注意,更改的方向很重要。从较高值(点Q或零)接近固定输入值(图4中的点B)。注意,输入值可以由F(X)1,F(X)2或F(X)3表示,这取决于前一个值 - 显然是滞后引起的误差。


图3。理想曲线与实测曲线呈线性误差。


图4。迟滞曲线

9.响应时间
 
发生输入参数更改时,传感器不会更改输出状态。 相反,它希望在称为响应时间的一段时间内切换到新状态(图5中的Tr)。 响应时间可以确定为传感器输出从其先前状态变为正确新值的容差范围内的最终值所需的时间。 该概念通常小于系统的响应时间(T)。
 
图5中的曲线显示了两种类型的响应时间。 在图5a中,曲线表示在输入参数的突然正向步进 - 函数变化之后的响应时间。 图5b中所示的形式是衰减时间(与Tr区分的Td,它们并不总是相同)。




图5。(a)上升时间定义;(b)下降时间定义。


10.动态线性
 
传感器的动态线性度衡量其跟随输入参数的快速变化的能力。幅度失真特性,相位失真特性和响应时间对于确定动态线性非常重要。给定低滞后系统(总是可取的),幅度响应由下式表示:
F(X)= aX + bX2 + cX3
+ dX4 +•••+ K(6-2)
 
在公式6-2中,项F(X)是输出信号,而X项表示输入参数及其谐波,K是偏移常数(如果有的话)。由传感器动作产生的谐波落入与输入参数的动态作用产生的自然谐波相同的频带。所有连续波形由基本正弦波及其谐波的傅里叶级数表示。在任何非正弦波形中(包括物理参数的时变变化)。存在的谐波希望受到传感器动作的影响。





图6。输出与输入信号曲线显示(a)二次误差;(b)三次误差。

校准曲线非线性的性质(图6)说明了存在哪些谐波。 在图6a中,校准曲线(如虚线所示)是不对称的,因此仅存在奇次谐波项。 假设F(x)= mx + K的理想曲线的形式,公式6-2变为对称情况:
F(X)= aX + bX2 + cX4 +•••+ K(6-3)
 
在另一种类型的校准曲线中(图6b),指示值关于理想的mx + K曲线是对称的。 在这种情况下,F(X)= -F(-X),等式6-2的形式为:
F(X)= aX + bX3 + cX5 +•••+ K(6-4)
 
现在我们想看看一些策略和信号处理标准。



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