传感器的标定
传感器的标定
武汉理工大学机电工程学院
第12章 传感器的标定
2. 静态特性标定系统 对传感器进行静态特性标定，首先要建立标定系统。一般组成： (1) 被测物理量标准发生器。如测力机、活塞式压力计、恒温 源等。 (2) 被测物理量标准测试系统。如标准力传感器、压力传感器、 标准长度——量规等。 (3) 被标定传感器所配接的信号调节器和显示、记录器等配接 仪器精度应是己知的，也作为标准测试设备。
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第12章 传感器的标定 比较法的原理简单、操作方便，对设备精度要求较低， 所以应用很广。
上图为一个用比较法标定振动传感器的示意图，将相同的运动 加在两个传感器上，比较它们的输出。在比较法中，标准传感 器是关键部件，因此它必须满足如下要求：灵敏度精度优于 0.5%，并具有长期稳定性，线性好；横向灵敏度比小于2.5%； 对环境的响应小，自振频率尽量高。
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第12章 传感器的标定
一阶传感器只有时间常数 一个参数， 二阶传感器则有固有频率 n 和阻尼比 两个参数。 传感器动态特性标定方法： 1. 阶跃响应法 对于一阶传感器，简单的方法就是测得阶跃响应之后，传感器 输出值达到最终稳定值的63.2%所经历的时间，即时间常数。 备注：为获得较可靠的结果，应记录下整个响应期间传感器的 输出值，然后利用下述方法来确定时间常数。
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第12章 传感器的标定
复现表 12-1 中这些基准点的方法是用一个内装有参考材料的 密封容器，将待标定的温度传感器的敏感元件放在伸入容器中 心位置的套管中。然后加热，使温度超过参考物质的熔点，待 物质全部熔化。随后冷却，达到三相点 ( 或凝固点 ) 后，只要同 时存在固、液、气三态或 ( 固、液态 ) 约几分钟，温度就稳定下 来，并能保持规定值不变。 对于定义固定点之间的温度，ITS-1990国际温标把温度分为4 个温区，各个温区的范围、 (1) 0.65～5.0 K间为3He或4He (2) 3.0～24.5561 K间为3He或4He (3) 13.8033 K～961.78℃ (4) 961.78℃以上为光学或光电高温计。 以上有关标准测温仪器的分度方法以及固定点之间的内插公式， ITS-1990国际温标都有明确的规定，可参考ITS-1990标准文本。
压力传感器的标定注意事项
压力传感器的标定注意事项压力传感器是一种用于测量物体压力的装置，广泛应用于生产和科学研究领域。
但是，在使用压力传感器之前，需要进行标定，以确保其准确可靠的测量结果。
以下是关于压力传感器标定的注意事项。
1. 校准点的选择校准点的选择是标定过程中最关键的一步。
需要根据传感器的规格、使用场景以及测量范围等因素来确定校准点。
一般情况下，校准点应该覆盖传感器的整个测量范围，并且包括最低和最高的测量值。
2. 校准设备的选择校准设备的选择直接影响到标定的准确性。
因此，需要选择符合传感器规格要求的校准设备。
同时，校准设备的精度也应该高于传感器的精度。
3. 校准方法的选择校准方法包括静态校准和动态校准两种。
静态校准是在固定的环境下进行的，适用于测量静态压力的场景，如容器内部的压力。
动态校准则是在实际工作环境下进行的，适用于测量动态压力的场景，如流体管道内的压力。
4. 校准程序的执行在进行标定之前，需要准备好校准程序，并按照程序的要求执行。
校准程序应包括校准点的选择、校准设备的设置、标定数据的记录等步骤。
在执行过程中，需要注意数据的准确性和记录的完整性。
5. 校准结果的分析标定结束后，需要对校准结果进行分析。
分析应包括测量误差的计算、校准曲线的绘制等步骤。
同时，需要将标定结果记录在标定证书上，以备将来参考使用。
压力传感器的标定是保证其测量准确性的重要步骤。
在标定过程中，需要注意校准点的选择、校准设备的选择、校准方法的选择、校准程序的执行以及校准结果的分析等问题。
只有在标定过程中注意这些问题，才能确保传感器的准确可靠性。
传感器的标定方法
传感器的标定方法传感器标定是指通过一系列实验和技术手段，对传感器进行参数的测量和调整，以确保传感器输出与被测量的物理量之间的准确关系。
传感器标定方法多种多样，根据不同的传感器类型和应用领域有所差异。
下面将介绍一些常见的传感器标定方法。
1. 建模法标定：建模法是一种常用的传感器标定方法，它通过将传感器的输入和输出建立数学模型，通过实验测量和数据拟合得到模型的参数，从而实现传感器的标定。
常用的建模方法有线性回归、多项式拟合、神经网络等。
例如，在温度传感器中，可以通过将温度传感器输入的电压信号与温度之间建立线性或非线性关系的模型进行标定。
2. 标准物质法标定：标准物质法是一种传感器标定的重要方法，它通过使用已知浓度的标准物质来对传感器进行标定。
例如，气体传感器可以使用标准气体品，电导传感器可以使用标准电解液，光学传感器可以使用标准光源等。
通过将传感器输出与标准物质的浓度进行比较，可以计算传感器的灵敏度、零点漂移等参数。
3. 对比法标定：对比法是一种通过将待标定传感器与已标定的传感器进行比较来进行标定的方法。
例如，压力传感器可以使用静水压力来进行对比标定，通过将待标定传感器与已标定传感器同时暴露在相同的静水压力下，比较两者的输出信号差异，可以得到待标定传感器的准确度。
4. 自标定法标定：自标定法是一种能够实时对传感器进行标定的方法，它利用传感器本身的特性和内部结构来实现标定。
例如，加速度传感器可以通过自标定法来校准，它通过检测传感器在不同加速度条件下的输出信号，得到传感器的灵敏度和零点偏移，并进行自动校正。
5. 外部参考法标定：外部参考法是一种使用外部参考量对传感器进行标定的方法。
例如，使用GPS 定位系统对地磁传感器进行标定，通过将传感器所在位置的真实地磁场与传感器输出信号进行比较，可以得到传感器的准确度和校准系数。
总之，传感器标定是确保传感器输出与被测量物理量之间准确关系的重要步骤。
在进行传感器标定时，需要选择合适的标定方法，并根据具体需求和应用场景进行操作。
传感器的标定
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11.4.2 激波管标定法
一、激波管标定装置工作原理：
激波管标定装置系统组成：
➢ 激波管：产生激波的核心部分
➢ 入射激波测速系统
➢ 标定测量系统：由被标定传感器4，5，电荷放大器10及记忆
示波器11等组成。被标定传感器既可以放在侧面位置上，也可以放 在底端面位置上。从被标定传感器来的信号通过电荷放大器加到记 忆示波器上记录下来，以备分析计算，或通过计算机进行数据处理， 直接求得幅频特性及动态灵敏度等。
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11.4.2 激波管标定法
三、误差分析
➢ 测速系统的误差 ➢ 激波速度在传播过程中的衰减误差 ➢ 破膜和激波在端部的反射引起振动造成的
误差
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第11章 本章要点
传感器的静态特性标定
➢ 静态标准条件
所谓静态标准是指没有加速度、振动、冲击（除非这些参数 本身就是被测物理量）及环境温度一般为室温（20±5℃）， 相对温度不大于85%，大气压力为7kPa的情况。
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11.1 传感器的静态特性标定
静态特性标定的方法
➢ 将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距点；
➢ 根据传感器量程分点情况，由小到大逐渐一点一点的 输入标准量值，并记录下与各输入值相对的输出值；
➢ 将输入值由大到小一点一点的减少下来，同时记录下 与各输入值相对应的输出值；
➢ 按前两步所述过程，对传感器进行正、反行程往复循 环多次测试，将得到的输出--输入测试数据用表格列 出或画成曲线；
11.1 传感器的静态特性标定
静态标准条件
传感器的标定..课件
智能化标定
自动化标定
通过智能化技术实现传感 器自动标定，减少人工干 预和操作成本。
数据驱动标定
利用大量传感器数据通过 机器学习算法进行自动标 定和校准。
在线标定
在传感器工作过程中进行 实时标定，提高传感器性 能和稳定性。
标准化发展
制定统一标准
推动制定全球统一的传感器标定标准和规范，促 进传感器产业的发展。
多参数标定能够更全面地描述传感器特性的多参数性，提高标定 的精度和可靠性，但计算复杂度更高，需要更多的计算资源和时 间。
03
传感器标定实验
实验设备与环境
传感器标定设备
包括传感器标定架、数据采集系 统、计算机等。
环境要求
实验室应保持恒温、恒湿，避免 外界干扰，确保实验结果的准确 性。
实验步骤
准备工作
动调整传感器的性能参数，以适应环境变化。
06
传感器标定未来发展与展望
新技术应用
01
02
03
人工智能技术
利用人工智能算法对传感 器数据进行处理和分析， 提高标定精度和效率。
物联网技术
通过物联网技术实现传感 器远程标定和数据传输， 降低成本和提高灵活性。
虚拟现实技术
利用虚拟现实技术模拟传 感器工作环境，进行传感 器性能测试和标定。
温度补偿
通过测量传感器在不同温度下 的性能参数，对其进行温度补 偿，以提高测量精度。
噪声抑制
采用滤波器等方法抑制传感器 输出信号中的噪声，提高测量
信号的信噪比。
02
传感器标定原理
线性标定原理
线性标定是指通过已知的标准量对传感器的输出进行标定，以确定其输入与输出之 间的线性关系。
线性标定通常使用最小二乘法或多项式拟合等方法，通过一系列已知的标准量对传 感器的输出进行线性回归分析，得到输入与输出之间的线性方程。
传感器标定技术
传感器标定技术
对于车辆上⾯安装的各个传感器，需要统⼀到车体坐标系，为了测量⽅便，我们先以车头为原点，建⽴笛卡尔坐标系。
标定步骤如下：
1，以其中⼀个传感器为基础，最好选择⼀条有车道线的地⽅，车辆以车道线平齐。
2，以车道线为基础，在车辆正前⽅放置标定物，在单个传感器的可视化图中，此标定物体应该为中⼼位置。
如果不在中⼼，可以调整⼀下，保证在中⼼位置。
3，以此传感器为基础，将其他传感器的数据也合并到该传感器的可视化图中。
4，最后⼀步，将gps和传感器坐标标定到统⼀坐标。
⼀般，我们会选取⼀条长直道，然后在此直道上，采集轨迹，然后将标定物放置在车道正中间，调整障碍物的标定参数，使得物体在轨迹的正中间。
前向传感器：
对于⼀般的传感器，⽐如四线激光雷达：
最后的⼀条线，根据⾼度，⼀般保证 20-30m左右即可，或者⽔平安装。
0.45m : tan89.2 * 0.45 = 32m.
雷神16线：
⼤概是 5m左右。
第11章 传感器的标定讲解
第11章 传感器的标定
传感器的静态特性标定
1.静态标定条件
（205）℃；≤85%RH；（76060）mm汞柱
2.标定仪器设备（标准量具）精度等级的确定
●标准量具的精度等级比被标定传感器至少高一个等级； ●附加设备又必须比标准量具至少高一个等级。
3.静态特性标定方法——比较法
●创造一个静态标准条件； ●选择标准量具； ●标定步骤： 全量程等间隔分点标定； 正、反行程往复循环一定次数逐点标定（输入标准量，测试 传感器相应的输出量）； 列出传感器输出-输入数据表格或绘制输出-输入特性曲线； 数据处理获取相应的静态特指标。
F P S
定
§11-2 压力传感器的动态标定
传感器的动态特性取决于什么？
传感器的动态模型，即阶数以及τ，ξ,ω等
幅频特性、相频特性
阶跃响应
各种已知频率的正 弦信号激励试验
阶跃信号激励试验
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这种方法的缺点是标定频率低(低于500 Hz)， 标定装置制作困难，应用受到限制。
气压表 泄气门 膜片 侧面被标定的传感器 底面被标定的传感器 高压室 低压室 测速压力传感器 测速 前置级 数字 频率计 测压 前置级 记录 装置
§11-2 压力传感器的动态标定
气源
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第11章 传感器的标定
激波管法
原理：标定时根据要求对高、低 压室充以不同的压缩空气，低压 室一般为一个大气压力，对高压 室则充以高压气体。当高、低压 室的压力差达到一定值时膜片破 裂，高压气体迅速膨胀冲入低压 室,从而形成激波。 这个激波的波阵面压力保持恒定， 接近理想的阶跃波，并以超音速 冲向被标定的传感器。
第11章 传感器的标定
1. 实验确定一阶传感器时间常数的方法
气体传感器的标定方法
气体传感器的标定方法引言：随着工业发展的进步，气体传感器在环境监测、工业安全和生活领域扮演着越来越重要的角色。
而气体传感器的准确性和精度则直接影响到监测结果和操作安全。
因此，对气体传感器进行准确的标定具有重要意义。
本文将介绍几种常见的气体传感器标定方法，以帮助读者更好地理解和应用。
一、零点标定零点标定是指在无气体浓度时对传感器进行调零的过程。
通过零截距校准的方式，将传感器输出调整为零，以消除传感器在无气体条件下的偏移误差。
零点标定的一种常见方法是采用清洁空气进行零点校准。
将传感器置于干净的环境中，确保传感器与空气充分接触，根据测量结果调整传感器输出值。
此外，还可以使用零气瓶或者干燥氮气进行零点校准，以提高标定的准确性。
二、满量程标定满量程标定指在气体传感器所能测量的最高浓度范围内进行的标定过程。
通过调整传感器灵敏度和增益，确保传感器可以准确地测量较高浓度的气体。
满量程标定可以通过标准气体浓度样品来进行。
将传感器置于所需浓度的标准气体环境中，通过根据标准值与传感器输出值之间的差异，调整传感器的增益，使其在满量程范围内具有更高的准确性。
三、多点标定除了零点和满量程标定外，多点标定是一种更全面、更准确的标定方法。
该方法通过在不同浓度下进行标定，生成气体浓度与传感器输出值之间的关系曲线。
从而实现在各种浓度下的精确测量。
多点标定的关键在于选择合适的浓度点，这些点应涵盖整个测量范围并均匀分布。
一般来说，三至五个浓度点是比较常见的选择。
四、应用案例以下是一个气体传感器标定的应用案例：假设我们使用一种CO2传感器，在环境监测中为了确保室内空气质量安全。
首先，我们进行零点标定，将传感器放置在干净的空气中，并调整传感器输出值为零。
接下来，我们选择三个浓度点（500ppm、1000ppm、2000ppm）进行多点标定。
按照标准的浓度值提供气体样品，并记录传感器相应的输出值。
最后，根据采集到的数据，我们可以通过插值方法绘制气体浓度与传感器输出值之间的关系曲线，从而实现对CO2浓度的准确测量。
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标定曲线：试验求得的传感器输入量与输出量之间的关系曲线（输出特性 曲线）。 标定方法： 利用已知的标准值输入到待标定的传感器中，传感器得到相应的输出 量，将输出量与输入的标准量绘制成曲线即得标定曲线。按传感器的种类 和使用情况不同，其标定方法也不同。荷重、应力、压力传感器等的静标 定方法是利用压力试验机进行标定；它们更精确的标定则是在压力试验机 上用专门的荷载标定器标定；位移传感器的标定则是采用标准量块或位移 标定器。 标定要求： ● 标定应该在与其使用条件相似的状态下进行； ● 增加重复标定的次数，以提高测试精度； ● 传感器需定期标定，一般以一年为期； ● 对重要的试验，需在试验前后的标定误差，在允许的范围内。
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选用传感器的基本原则： 1）根据实际需要，保证主要的参数。 2）不必盲目追求单项指标的全面优异，主要 关心其稳定性和变化规律性。 与传感器特性有关的是传感器系统性能的综合 评价与标定。传感器的标定就是通过试验确 立传感器的输入与输出量之间的关系和不同 使用条件下的误差关系。它的标定有静态标 定和动态标定两种，静态标定就是确定传感 器静态指标，主要是线性度、灵敏度、滞迟 和重复性。
3
习 题
第十三章第1、2题（p276）
1
传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。 所谓静态标准是指没有加速度、振动、冲击(除非 这些参数本身就是被测物理量)及环境温度一般为 室温(20±5℃)、相对湿度不大于85％，大气压力 为标准大气压的情况。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。 传感器的动态标定主要是研究传感器的动态响 应．而与动态响应有关的参数，一阶传感器只有一 个时间常数τ、二阶传感器则有固有频率ωn和阻尼 比ζ两个参数; 动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数，如 频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。有时， 根据需要也要对横向灵敏度、温度响应、环境影响 等进行标定。