传感器技术-第9章 误差修正技术
传感器原理及应用课后习题
习题集1.1 什么是传感器？1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。
1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。
1.4 传感器如何分类？1.5传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？1.6传感器的线性度是如何确定的？电阻应变式传感器3.1 何为电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？3.2 什么是应变片的灵敏系数？它与金属电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？3.3 金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？半导体应变片灵敏系数范围是多少，金属应变片灵敏系数范围是多少？为什么有这种差别，说明其优缺点。
3.4 一应变片的电阻R=120Ω，灵敏系数k =2.05，用作应变为800/m m μ的传感元件。
求：①R ∆和/R R ∆；② 若电源电压U =3V ，初始平衡时电桥的输出电压U 0。
3.5 在以钢为材料的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R 1和R 2（如图3-28a 所示），把这两应变片接入电桥（见图3-28b ）。
若钢的泊松系数0.285μ=，应变片的灵敏系数k =2，电桥电源电压U =2V ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R 1的电阻变化值。
试求：①轴向应变；②电桥的输出电压。
3.6 图3-31为一直流电桥，负载电阻R L 趋于无穷。
图中E=4V ，R 1=R 2=R 3=R 4=120Ω，试求：① R 1为金属应变片，其余为外接电阻，当R 1的增量为ΔR 1=1.2Ω时，电桥输出电压U 0=? ② R 1、R 2为金属应变片，感应应变大小变化相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U 0=? ③ R 1、R 2为金属应变片，如果感应应变大小相反，且ΔR 1=ΔR 2 =，电桥输出电压U 0=?电容式传感器4.1 如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？4.2 差动式变极距型电容传感器，若初始容量1280C C pF ==，初始距离04mm δ=，当动极板相对于定极板位移了0.75mm δ∆=时，试计算其非线性误差。
传感器与检测技术基础
转换元件 它是将敏感元件输出的非电信号直接转换为电信号，或直接将被测非电信号转换为电信号(如应变式压力传感器的电阻应变片，它作为转换元件将弹性敏感元件的输出转换为电阻)。 转换电路 它能把转换元件输出的电信号转换为便于显示、处理和传输的有用信号。
传感器的分类 传感器技术是一门知识密集型技术。
1.2 测量误差与准确度
3)恰为第n位单位数字的0.5，则第n位为偶数或零时就舍去，为奇数时则进1。 (2)参加中间运算的有效数字的处理 1)加法运算：运算结果的有效数字位数应与参与运算的各数中小数点后面的有效位数相同。 2)乘除运算：运算结果的有效数字位数，应与参与运算的各数中有效位数最小的相同。 3)乘方及开方运算：运算结果的有效数字位数比原数据多保留一位。 4)对数运算：取对数前后有效数字位数应相同。 2.测量数据的处理 常用的数据处理方法有列表法、图示法、最小二乘法线性拟合。
列表法 列表法是把被测量的数据列成表格，可以简明地表示有关物理量之间的对应关系，便于随时检查测量结果是否合理，及时发现和分析问题。
01
图示法 图示法是用图形或曲线表示物理量之间的关系，它能更直观地表示物理量之间的变化规律，如递增或递减。
02
最小二乘法线性拟合 图示法虽然能很直观方便地将测量中的各种物理量之间的关系、变化规律用图像表示出来，但是，在图像的绘制上往往会引起一些附加的误差。
1.1 传感器简述
1.1 传感器简述
1)超调量σ：传感器输出超出稳定值而出现的最大偏差，常用相对于最终稳定值的百分比来表示。 2)延滞时间td：阶跃响应达到稳态值的50%所需要的时间。 3)上升时间tr：传感器的输出由稳态值的10%变化到稳态值的90%所需的时间。 4)峰值时间tp：传感器从阶跃输入开始到输出值达到第一个峰值所需的时间。 5)响应时间ts：传感器从阶跃输入开始到输出值进入稳态值所规定的范围内所需的时间。 (2)频率响应法 频率响应法是从传感器的频率特性出发研究传感器的动态特性。
光电传感器应用技术答案
光电传感器应用技术答案【篇一：传感器课后答案】是传感器？传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
1.2传感器的共性是什么？传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。
1.3传感器由哪几部分组成的？由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。
1.4传感器如何进行分类？（1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。
（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。
（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。
（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。
（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。
1.5传感器技术的发展趋势有哪些？（1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？（1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制 (5)稳定性处理第2章传感器的基本特性2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。
主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。
2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。
常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。
三轴磁航向传感器的全姿态误差补偿
计算与测试三轴磁航向传感器的全姿态误差补偿袁智荣(西北工业大学三六五所,陕西西安710072)摘 要:通过对三轴磁航向测量原理及误差形成原因的分析,提出了一套快速有效的补偿办法。
实验结果表明,采用自动罗差补偿方法,可将全姿态磁航向的测量误差在20°情况下修正到1°以内,在工程引用中得到了满意的效果。
关键词:磁航向;误差;罗差中图分类号:TP202 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2003)09-0034-03All status error compensation about three axism agnetic heading sensorYUAN Zhi-rong(The365th I nst,N orthw estern Polytechnic U niversity,Xi’an710072,China)Abstract:Through analysing the reason about three axis magnetic heading measured principle and error,a fast and effective method about compensation is brought forward.The experimental result indicats the all status error about magnetic heading measure is corrected less than1degree from20degree by automatism compass error compensatory method,this has gained the satisfactory effect in engineering adduction.key w ords:magnetic heading;error;compass error0 引 言众所周知,捷联式三轴磁传感器的罗差修正是一项极烦琐的工作,许多科研工作者通过努力,取得了显著的成绩,使用泊森(Porsen)[1]公式虽然具有较高的补偿准确度,但是求取系数的方法仍然比较麻烦,需要外加测试程序,对操作人员要求比较高,相对工作量也大,不适于批量作业。
《传感器应用技术》教案.
《传感器应用技术》教案.编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（《传感器应用技术》教案.）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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第 1 单元（Unit) 第 1 周（Week) 2 学时(Periods) 单元标题 (Title) ：课程教育教学地点（Place) ：教学目标 (Teaching Target) ：1、让学生了解什么是传感器应用技术2、检测技术的应用领域3、了解本课程的性质和课程安排4、掌握一般的学习方法教学方法（Teaching Approaches) ：通过图片展示传感器应用技术的应用及作用教学材料及工具 (Teaching Materials ＆ Aids）：多媒体课件、课本、传感器实训台考核与评价方式 (Testing & Evaluating Mode)：提问主要教学内容及过程Main Teaching Contents & Procedures一、什么是传感器应用技术？定义：检测是利用各种物理、化学效应,选择合适的方法与装置,将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性与定量结果的过程.自动检测的内容包括：●信息提取(提取有用信息）●信息转换(转换成易于处理的电信号）●信息处理 (将得到的信息进行数字运算、Ａ／Ｄ转换等处理）二、传感器应用技术在机电一体化系统中的地位1、机电一体化技术相关专业机械技术机械技术是机电一体化的基础。
信息处理技术信息处理技术包括信息的交换存取运算判断和决策。
实现信息处理的主要工具是计算机,因此信息处理技术与计算机技术是密切相关的。
误差及其计算
给出测量范围即知被测量的上、下限和量程， 但仅知道量程，却无法判断测量范围。
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2019/12/27传知万物 感创未来
动态特性——响应时间
响应时间
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误差及其计算
2传0知1万9/物12/感2创7未传来知万物 感创未来
用来表示仪表或装置能够检测被测量的最小量变化的性能指标。 分辨力：输入量从某个任意值（非零值）缓慢增加，直到可以测量
到输出的变化为止，此时的输入量的变化量即分辨力。 即传感器能检测出被测信号的最小变化量。（传感器能检测出的输 入量的最小变化量） 分辨率：以最大量程的百分数表示，即：
最小输入量/输入最大量程×100% • 一般模拟式仪表的分辨力规定为最小刻度分格值的一半 • 数字式仪表的分辨力为最后一位的一个字。
二、测量误差
测量误差：检测结果和被测量的客观真值之间存在的差 别。
只能根据需要和可能将误差限制在一定范围内，而不可能完全消除。 测量误差的主要来源：工具误差、环境误差、方法误差、人员误差 测量误差的分类
– 按误差的表示方法分：绝对误差、相对误差 – 按误差出现的规律分：系统误差、随机误差、粗大误差 – 按被测量与时间的关系分：静态误差、动态误差
未来常州信息职业技术学院传知万物感创未来什么是传感器信息传送信息获取信息处理感官神经大脑肢体通信技术传感器技术计算机技术执行机构未来常州信息职业技术学院传知万物感创未来自动检测系统的组成传感器测量电路电源指示仪记录仪数据处理仪器未来常州信息职业技术学院传知万物感创未来检测系统基本特性静态特性当被测量不随时间变化或变化很慢时可以认为检测系统的输入量和输出量都和时间无关表示它们之间关系的是一个不含时间变量的代数方程在这种关系基础上确定的检测装置性能参数称为静态特性
电流互感器参数校验与误差分析
电流互感器参数校验与误差分析电流互感器是电力系统中常用的一种仪器，其主要作用是将高电流转换为低电流，方便测量和保护设备的使用。
然而，随着使用时间的增长和环境条件的变化，电流互感器的参数可能会发生漂移，导致测量误差的增加。
因此，对电流互感器进行定期的参数校验和误差分析是非常重要的。
一、电流互感器参数校验1. 校验原理电流互感器的主要性能参数包括变比、一次二次侧短路阻抗和一次二次侧漏抗。
校验的目的是通过对这些参数进行测量和比较，判断电流互感器的准确性和稳定性。
2. 校验方法常用的电流互感器校验方法包括比较法和计算法。
比较法是将待测电流互感器与已知准确参数的标准电流互感器进行连接，通过测量二者的输出信号，推导出待测电流互感器的参数。
计算法则是基于电流互感器的结构和传感器材料特性的数学计算方法，通过对已知参数进行计算，得到待测电流互感器的参数。
一般而言，比较法的精度相对较高，但需要使用标准仪器设备；计算法则更加简便，但准确度相对较低。
3. 校验设备和仪器在电流互感器的参数校验中，常用的设备和仪器有标准电流互感器、比较电桥、电源频率特性测量仪等。
标准电流互感器作为参照和比较的标准，必须具备稳定的性能和准确的参数。
比较电桥是用于测量待测电流互感器和标准电流互感器之间电压或电流差异的仪器，其灵敏度和精度决定了校验的准确性。
电源频率特性测量仪则用于验证电流互感器在不同频率下的性能。
二、误差分析1. 误差来源电流互感器的测量误差主要来自多个方面，包括电压降、温度变化、漏磁和负载变化等。
电压降是指一次侧电压和二次侧电压之间的差异，通常由电流互感器的内阻引起。
温度变化会影响电流互感器的线性度和零点漂移。
漏磁则是由于电流互感器的结构和工艺问题导致的，通常会引起漏电流的增加。
负载变化是指一次侧负载和二次侧负载之间的差异，会导致输出信号的波形畸变。
2. 误差评定误差评定是根据校验结果和实际工作要求，对电流互感器的误差进行分析和判断。
DS3仪表说明
▲在连接和断开数字传感器时需断开仪表电源，严禁带电操作。
▲
第三节自动查看/修改数字传感器通讯地址
对于安装好的秤，如果要查看某安装位置传感器的通讯地址，可将仪表的标定开关拨到标定位置，按如下方式操作：
1、按【地址】，仪表显示【AdF 0】；按【1】，按【输入】，仪表显示【noLoAd 】。
2、此时使秤台处于空秤状态，等到秤台稳定后，按【输入】确认，仪表显示【 ----- 】表示开始确认零点。
（注：满量程值加上9个分度值为系统的超载报警值）
例如：30000
7
按[输入]
[ noLoAd]
零位确认，此时秤上无货物，并等稳定标志符亮按[输入]。
8
按[1][0][0]
[0][0]
按[输入]
按[检查]
[ AloAd1]
[10000 ]
加载砝码例如：10000
等稳定标志符亮后
如需非线性修正(二点标定)，则按
通讯地址也是XK3190-DS3用来标识角位和准确提示出错传感器的依据。
数字传感器在出厂时一般已按组编好通讯地址且做好标识，若存在没有编注地址或地址有重复的传感器，可下一节的操作方法进行设置。
第二节手动查看/修改数字传感器通讯地址：
将仪表的标定开关拨到标定位置，按下面步骤操作：
1、把一只数字传感器与仪表连接好，按【地址】，仪表显示【AdF0】(注3-2-1)；再按【输入】，仪表先显示【-----】开始扫描，然后显示【ad **】(注3-2-2),“**”为该传感器的原通讯地址。（如不需修改，按【称重】退出）
3、确认完毕后，仪表显示【nn–00】，进入查看/修改某角位的传感器通讯地址的状态。
4、把重物（也可以用1至多个人代替）加载到要查看/修改的传感器上，“nn”显示位置就显示出当前传感器的通讯地址（注3-3-1）。此时如要修改，输入新地址后按【输入】确认即可（注3-3-2）。
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9.1.1 系统误差的数字修正方法 9.1.2 随机误差的数字滤波方法
1
误差来源有以下几方面：
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检测系统本身的误差 (a)工作原理上，如传感器或电路的非线性的输入、 输出关系； (b)机械结构上，如阻尼比太小等； (c)制造工艺上，如加工精度不高，贴片不准，装配 偏差等； (d)功能材料上，如热胀冷缩，迟滞，非线性等。
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外界环境影响 例如，温度，压力和湿度等的影响。
人为因素 操作人员在使用仪表之前，没有调零、校正； 读数误差等。
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误差分类：
从时间角度，把误差分为静态误差和动态误差。 静
系统误差是指在相同条件下，多次测量同一量时，其 大小和符号保持不变或按一定规律变化的误差。 动态误差是指检测系统输入与输出信号之间的差异。
(z '；t) f 1 (z '；t)
z (z '；t) f 1 (z '；t) x (9．1．2)
即误差修正模型的输出z与被测非电量x成线性关系,
且与各环境参数无关。
只要使误差修正模型 (z '；t) f 1 (z '；t)
，
即可实现传感器静态误差的综合修正。
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由于产生动态误差的原因不同，动态误差又可分为 第一类和第二类。
第一类动态误差：因检测系统中各环节存在惯性、 阻尼及非线性等原因，动态测试时造成的误差。
第二类误差：因各种随时间改变的干扰信号所引起 的动态误差。
针对不同的误差，有不同的修正方法；就是对同一 误差，也有多种修正方法。
通常传感器模型及其反函数是复杂的，难以用数学式子描述。 但是，可以通过实验测得传感器的实验数据集 ：
{( xi；ti；z ' ) R k2：i 1,2,..., n}, ti (t1i , t2i ,..., tki )T
根据前向神经网络具有很强的输入、输出非线性映射能力的特点， 以实验数据集的和为输入样本，及对应的为输出样本， 对神经网络进行训练，使神经网络逐步调节各个权值自动实现
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3．非线性特性的校正方法
传感器和自动检测系统的非线性误差(或称线性度)是一 种系统误差，是用其输入、输出特性曲线与拟合直线之 间最大偏差与其满量程输出之比来定义的。P17
拟合直线：依据若干实验数据，利用一定的数学方法得 到的直线。当采用的数学方法不同时，拟合直线不同， 以此为基准得出的线性度也不同。
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归一化处理
因神经网络学习时，加在输入端的数据太大， 会使神经元节点迅速进入饱和，导致网络出现 麻痹现象。此外，由于在神经网络中采用S型 函数，输出范围为(0，1)，且很难达到0或1。 故在学Di' 习 (之Di 前 D，i min应) /(对Di m数ax 据Di进min行) 归一化(处9．理1．。3)
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输入 、输出关系呈线性的优点： 可用线性叠加原理，分析、计算方便； 输出信号的处理方便，只要知道输出量的起始值和 满量程值，就可确定其余的输出值，刻度盘可按线 性刻度； 在工业过程控制中常用的电动单元组合仪表，由于 单元之间用标准信号联系，要求仪表具有线性特性。
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非线性校正方法
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9.1.1 系统误差的数字修正方法
1. 利用校正曲线修正系统误差 2．用神经网络修正系统误差 3．非线性特性的校正方法
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1.利用校正曲线修正系统误差 查表法 通过实验校准(或称标定)来获得系统的校准曲线(输
入、输出关系曲线)。 校准：在标准状况下，利用一定等级的标准设备，
其内容，即为被测量经修正过 的值。
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内插方法（分段直线拟合）
(A)对于值介于两个校准点yi与yi+1之间时，可以按最 邻近的一个值yi或yi+1去查找对应的值，作为最后的 结果。这个结果带有误差。
(B) 利用分段直线拟合来提高准 Xi+1
确度。校准点之间的内插，最简
Do' 0.9(Do Do min ) /(Do max Do min ) 0.05 (9．1．4)
式中，Di、Do分别是欲作为神经网络输入、输出样本的原始数据
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建立神经网络误差修正模型的步骤：
取传感器原始实验数据。 由式(9.1.3)变换原始数据和，式(9.1.4)变换原始数据，
为系统提供标准的输入量，测试系统的输出。
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(1)在整个量程范围内，选多点 测试；在每个点上，测试多次，
由此得出系统的输入、输出数 据; (2)列成表格或绘出曲线;(3) 将曲线上各校准点的数据存入 存 储 器 的 校 准 表 格 中 ;(4) 在 实 际测量时，测一个值，就到微
处理器去访问这个地址，读出
得训练神经网络的输入、输出样本对。 确定神经网络输入、输出端数量、各层节点数、和的值。
网络输入端数量与输入层节点数量相同，等于环境参数 个数加1。输出端数量与输出层节点数均为1。隐层节点 数根据被测非电量、环境参数及传感器输出之间的关系 的复杂程度而定，关系复杂取多些，反之取少些。和一 般取0～1。 训练神经网络得到误差修正模型。
利用校准曲线用查表法作修正；
利用分段折线法进行校正； 用整段高次多项式近似; 神经网络的方法。
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(1) 整段校正法
整段校正法也称整段多项式近似法，其核心问题 是多项式的生成，即直接利用非线性方程进行校 正。
由标定传感器所得到的实测数据来推出反映输入、 输出关系的多项式，并要求这个多项式的次数尽 量低、与实际特性的误差尽量小。这实质上是个 曲线拟合问题。
单的是线性内插。
x
x xi
xi1 yi1
x y
(
y
yi
)
xi
yi
y Yi+1
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2．用神经网络修正系统误差
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传感器模型 z ' f (x；t) 环 境 参 数 t (t1, t2 ,..., tk )T
x f 1 (z '；t)
误差修正模型的输出 z (z '；t)