传感器概述

传感器简介

• 传感器：能够感受被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
  • 敏感元件：传感器中能直接感受或响应被测量的部分
  • 转换元件：传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。
  • 信号变换电路，如模数转换器。
    

传感器的特性

• 传感器特性：指输入x（被测量）与输出y之间的关系。
• 静态特性：当输入量为常量，或变化极慢时的关系。
• 动态特性：当输入量随时间较快地变化时的关系。

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• 静态特性：被测量的值处于稳定状态时的输出/输入关系；即不随时间变化；
• 衡量静态特性的主要指标：线性度，灵敏度，迟滞和重复性等，还有分辨率，漂移等。

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线性度

• 传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。
• 静态特性曲线可通过实际测试获得。在实际使用中，为了标定和数据处理的方便, 总是希望得到线性关系，因此引入各种非线性补偿环节。
  
  
• 实际曲线与理想曲线之间的偏差称为传感器的非线性误差。

灵敏度

• 灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标，其定义是在稳态下输出量增量Δy与输入量的增量Δx之比
  
• 灵敏度表示单位输入量的变化所引起的传感器输出量的变化。灵敏度S越大，表示传感器越灵敏。

迟滞

• 传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出/输入特性曲线不重合的现象称为迟滞
• 迟滞差值：正反行程的差值
• 迟滞误差：传感器在全量程范围内最大差值ΔHmax与满量程输出值之比。
  

重复性

• 重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。
• 重复性误差属于随机误差。传感器输入、输出不重复的原因与迟滞产生的原因基本相似。重复性误差可用正反行程的最大偏差表示：
  

传感器的动态特性

• 传感器的动态特性：指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。传感器的动态特性往往可以从时域和频域两个方面采用瞬态响应法和频率响应法来分析。
  • 被测量可能以各种形式随时间变化，只要输入量是时间的函数，则其输出量也将是时间的函数。其间的关系用动态特性方程描述。
  • 它依赖于传感器本身的测量原理、结构，取决于系统内部机械的、电气的、磁性、光学的等各种参数，而且这个特性本身不因输入量、时间和环境条件的不同而变化。
  • 使用传感器时，根据动态特性及使用条件确定使用方法，同时估计给定条件下传感器动态误差、响应速度(延迟时间)和动态灵敏度

步进电动机

• 步进电动机是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制电机，常作为数字控制系统中的执行元件。
  
• 步进电机主要由两部分构成：定子和转子，它们均由磁性材料构成。以三相为例其定子和转子上分别有六个、四个磁极。
  
  

步进电机的工作原理

• 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。
• 三相单三拍的特点：
  1. 每来一个电脉冲，转子转过30°。此角称为步距角，用$0_s$表示
  2. 转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。
     
• 三相绕组的通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A共六拍
  
  
  
  
• 总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为15°.