老王大講堂(序):連接一切的不是微信,而是傳感器
2、傳感器的技術(shù)指標(biāo):
本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/267642.htm實(shí)際的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中,需要對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制,而要達(dá)到比較優(yōu)良的控制性能,則必須要求傳感器能夠?qū)崟r(shí)感知被測(cè)量量的變化,并不失真地將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電量,這種要求主要取決于傳感器的基本特性,通常把傳感器的特性分為兩種:靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。
1) 傳感器的靜態(tài)特性
靜態(tài)特性是指輸入不隨時(shí)間而變化的特性,它表示傳感器在被測(cè)量量處于穩(wěn)定狀態(tài)下輸入輸出的關(guān)系。
我們肯定特別希望傳感器的輸入與輸出成唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系,而且最好呈線性關(guān)系,但現(xiàn)實(shí)沒(méi)有這么美好,一般情況下,輸入輸出不會(huì)完全符合所要求的線性關(guān)系,因傳感器本身存在著遲滯、蠕變、摩擦等各種因素,以及受外界條件的各種影響。傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有:線性度、靈敏度、重復(fù)性、遲滯、分辨率、漂移、穩(wěn)定性等,這些技術(shù)參數(shù)決定著傳感器的合理選型,之后會(huì)做詳細(xì)介紹。
2) 傳感器的動(dòng)態(tài)特性
動(dòng)態(tài)特性是指輸入隨時(shí)間而變化的特性,它表示傳感器對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。
也很多傳感器要在動(dòng)態(tài)條件下測(cè)量,被測(cè)量量可能以各種形式隨時(shí)間變化。只要輸入量是時(shí)間的函數(shù),則其輸出量也將是時(shí)間的函數(shù),其關(guān)系要用動(dòng)特性來(lái)說(shuō)明。設(shè)計(jì)傳感器時(shí),要根據(jù)其動(dòng)態(tài)性能要求和使用條件來(lái)選擇合理的方案以及確定合適的參數(shù);使用傳感器時(shí),要根據(jù)其動(dòng)態(tài)特性和使用條件確定合適的使用方法,同時(shí)要對(duì)給定條件下的傳感器動(dòng)態(tài)誤差進(jìn)行估計(jì)??偟膩?lái)說(shuō),傳感器的動(dòng)態(tài)特性取決于傳感器本身,也與被測(cè)量的形式有關(guān)。
傳感器選用哪家強(qiáng)?
當(dāng)進(jìn)行一個(gè)具體的測(cè)量工作時(shí),我們首先要考慮采用何種傳感器,這自然需要分析多方面的因素之后。因?yàn)?,即使是測(cè)量同一物理量,也有多種原理的傳感器可供選用,哪一種原理的傳感器更為合適,要根據(jù)被測(cè)量量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮一些具體問(wèn)題:量程的大小,被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求,測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式,信號(hào)的引出方法,有線或是非接觸測(cè)量,傳感器的來(lái)源,國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口,價(jià)格能否承受,抑或是自行研制等諸如此類。
考慮上述問(wèn)題之后一般就能確定選用何種類型的傳感器,之后再考慮的就是傳感器的具體性能指標(biāo)。
1. 靈敏度的選擇
通常,在傳感器的線性范圍內(nèi),希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí),對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才更大,有利于信號(hào)處理。還有一點(diǎn)需要注意,傳感器的靈敏度高,與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入,也會(huì)被放大系統(tǒng)放大,影響測(cè)量精度。因此,要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比,盡量減少?gòu)耐饨缫氲母蓴_信號(hào)。
此外,傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量,而且對(duì)其方向性要求較高,則應(yīng)選擇其它方向靈敏度較小的傳感器;如果被測(cè)量是多維向量,則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。
2. 頻率響應(yīng)特性
傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量量的頻率范圍,必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真。實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有一定的延遲,我們希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)越高,可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就越寬。
在動(dòng)態(tài)測(cè)量中,應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性,以免產(chǎn)生過(guò)大的誤差。
3. 線性范圍
傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。理論上講,在此范圍內(nèi),靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬,則其量程越大,并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí),當(dāng)傳感器的種類確定以后,我們首先要看其量程是否滿足要求。
但實(shí)際上,任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性,其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí),在一定的范圍內(nèi),可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的,這會(huì)給測(cè)量帶來(lái)極大的方便。
4. 穩(wěn)定性
傳感器使用一段時(shí)間后,其性能保持不變的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外,主要是傳感器的使用環(huán)境。因此,要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性,傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。
在選擇傳感器之前,應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查,并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器,或采取適當(dāng)?shù)拇胧?,減小環(huán)境的影響。
傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo),在超過(guò)使用期后,在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定,以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。
在某些要求傳感器能長(zhǎng)期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場(chǎng)合,所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格,要能夠經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)。
5. 精度
精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo),它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高,其價(jià)格越昂貴,因此,傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以,不必選得過(guò)高。這樣就可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜的。
如果測(cè)量目的是定性分析的,選用重復(fù)精度高的傳感器即可,不宜選用絕對(duì)量值精度高的;如果是為了定量分析,必須獲得精確的測(cè)量值,就需選用精度等級(jí)能滿足要求的傳感器。
對(duì)某些特殊使用場(chǎng)合,無(wú)法選到合適的傳感器,則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器,自制傳感器的性能要能滿足使用要求。
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