傳感器的直線性：傳感器的線性特征（Sensor Linearity）

傳感器是一種線性設(shè)備。只要象素未被填滿，只要傳感器接收的光子量加倍，它的輸出也會(huì)以倍數(shù)增加。

傳感器的線性特征（Sensor Linearity）

　　傳感器是一種線性設(shè)備。只要象素未被填滿，只要傳感器接收的光子量加倍，它的輸出也會(huì)以倍數(shù)增加。然而，人的視覺使非線性的，我們?cè)凇皠?dòng)態(tài)范圍”的章節(jié)已經(jīng)談過，在昏暗的環(huán)境中把光亮程度加倍和在明亮的環(huán)境中把光亮程度加倍，前者的效果會(huì)比后者明顯得多，因?yàn)槲覀兊囊曈X愿意把“影子”看得更光和把“高光”看得更暗。

　　左圖為傳感器的線性反映，右圖為人類視覺的非線性反映（動(dòng)力曲線約為0.45）。例如傳感器測量為“127”的值，人的肉眼會(huì)認(rèn)為是“186”。
　　假如我們讓感應(yīng)器曝光直到象素達(dá)到最大容量，那么最光亮的象素會(huì)輸出一個(gè)為254的數(shù)值（255被省略）。現(xiàn)在我們把入光量平分，即象素將會(huì)輸出一個(gè)為127的數(shù)值。這意味著最光點(diǎn)用完了可表示光亮程度的255級(jí)色調(diào)的一半，而偏偏人的視覺在這個(gè)最光點(diǎn)時(shí)是最不敏感的。因此，能夠表示光亮度最低（最暗）的色調(diào)級(jí)數(shù)只剩下很少。我們平時(shí)看到的RAW格式圖像通常偏暗（柱狀圖向左邊靠）就是這個(gè)原因。
　　圖中紅色曲線表示傳感器的線性特征，綠色曲線表示人類視覺的非線性特征。由圖中可看出，傳感器測量出數(shù)值為127的光亮度，人的肉眼會(huì)認(rèn)為光亮度為186。藍(lán)色曲線是一條典型的調(diào)整曲線——用以補(bǔ)償紅綠曲線的差異，壓縮動(dòng)態(tài)范圍，使人類能在顯示器或打印照片中看到光亮程度“正常”的照片。
　　因此，數(shù)碼相機(jī)都會(huì)利用調(diào)整曲線來消除原始數(shù)據(jù)和視覺特征的差距。為了滿足人們的視覺非線性特征，照相機(jī)會(huì)把更多的色調(diào)級(jí)數(shù)分配到昏暗的區(qū)域，把更少的色調(diào)級(jí)數(shù)分配到光亮區(qū)域。
　　數(shù)碼照相機(jī)和RAW轉(zhuǎn)換器有時(shí)候也會(huì)不加修正地使用一種S型曲線以壓縮動(dòng)態(tài)范圍，滿足人類肉眼視覺特征的需要，方便人們觀看屏幕和打印出來的照片。
本文來自：網(wǎng)易
 

傳感器的直線性：傳感器的線性范圍和穩(wěn)定性

【廣州蘭瑟電子】介紹傳感器的線性范圍和穩(wěn)定性
1、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。以理論上講，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量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后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)給測量帶來極大的方便。
2、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瑴p小環(huán)境的影響。
傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，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期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長時(shí)間的考驗(yàn)。

傳感器的直線性：干貨｜帶你認(rèn)識(shí)基本的傳感器特性參數(shù)

傳感器的關(guān)鍵性能參數(shù)有多種，其中最為基本的特性參數(shù)有：量程、靈敏度、線性度、遲滯、重復(fù)性、精度、分辨率、零點(diǎn)漂移、帶寬，本文將對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行一一介紹。
量程
每個(gè)傳感器都有自身的測量范圍，被測量處在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，傳感器的輸出信號(hào)才是有一定的準(zhǔn)確性的。
傳感器的量程XFS、滿量程輸出值YFS、測量上限Xmax、測量下限Xmin的關(guān)系見下圖。
靈敏度
傳感器的靈敏度是指其輸出變化量ΔY與輸入變化量ΔX的比值，可以用k表示。對(duì)于一個(gè)線性度非常高的傳感器來說，也可認(rèn)為等于其滿量程輸出值YFS與量程XFS的比值。
靈敏度高通常意味著傳感器的信噪比高，這將會(huì)方便信號(hào)的傳遞、調(diào)理及計(jì)算。
線性度
傳感器的線性度又稱非線性誤差，是指傳感器的輸出與輸入之間的線性程度。理想的傳感器輸入-輸出關(guān)系應(yīng)該是呈線性的，這樣使用起來才最為方便。但實(shí)際中的傳感器都不具備這種特性，只是不同程度的接近這種線性關(guān)系。
實(shí)際中有些傳感器的輸入-輸出關(guān)系非常接近線性，在其量程范圍內(nèi)可以直接用一條直線來擬合其輸入-輸出關(guān)系。有些傳感器則有很大的偏離，但通過進(jìn)行非線性補(bǔ)償、差動(dòng)使用等方式，也可以在工作點(diǎn)附近一定的范圍內(nèi)用直線來擬合其輸入-輸出關(guān)系。
選取擬合直線的方法很多，上圖表示的是用最小二乘法求得的擬合直線，這是擬合精度最高的一種方法。實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的偏差稱之為傳感器的非線性誤差δ,其最大值與滿量程輸出值YFS的比值即為線性度γL。
遲滯
當(dāng)輸入量從小變大或從大變小時(shí)，所得到的傳感器輸出曲線通常是不重合的。也就是說，對(duì)于同樣大小的輸入信號(hào)，當(dāng)傳感器處于正行程或反行程時(shí)，其輸出值是不一樣大的，會(huì)有一個(gè)差值ΔH，這種現(xiàn)象稱為傳感器的遲滯。
產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象的主要原因包括傳感器敏感元件的材料特性、機(jī)械結(jié)構(gòu)特性等，例如運(yùn)動(dòng)部件的摩擦、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間隙、磁性敏感元件的磁滯等等。
遲滯誤差γH的具體數(shù)值一般由實(shí)驗(yàn)方法得到，用正反行程最大輸出差值ΔHmax的一半對(duì)其滿量程輸出值YFS的比值來表示。
重復(fù)性
一個(gè)傳感器即便是在工作條件不變的情況下，若其輸入量連續(xù)多次地按同一方向（從小到大或從大到小）做滿量程變化，所得到的輸出曲線也是會(huì)有不同的，可以用重復(fù)性誤差γR來表示。
重復(fù)性誤差是一種隨機(jī)誤差，常用正行程或反行程中的最大偏差ΔYmax的一半對(duì)其滿量程輸出值YFS的比值來表示。
精度
在測試測量過程中，出現(xiàn)誤差是不可避免的。誤差主要有系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差這兩種。
引起系統(tǒng)誤差的原因諸如測量原理及算法固有的誤差、儀表標(biāo)定不準(zhǔn)確、環(huán)境溫度影響、材料缺陷等，可以用準(zhǔn)確度來反映系統(tǒng)誤差的影響程度。
引起隨機(jī)誤差的原因有：傳動(dòng)部件間隙、電子元件老化等，可以用精密度來反映隨機(jī)誤差的影響程度。
精度則是一種反應(yīng)系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合指標(biāo)，精度高意味著準(zhǔn)確度和精密度都高。
一種較為常用的評(píng)定傳感器精度方法是用線性度、遲滯和重復(fù)性這三項(xiàng)誤差值的方根來表示。
分辨率
傳感器的分辨率代表它能探測到的輸入量變化的最小值。比如一把直尺，它的最小刻度為1mm，那么它是無法分辨出兩個(gè)長度相差小于1mm的物體的區(qū)別的。
有些采用離散計(jì)數(shù)方式工作的傳感器，例如光柵尺、旋轉(zhuǎn)編碼器等，它們的工作原理就決定了其分辨率的大小。有些采用模擬量變化原理工作的傳感器，例如熱電偶、傾角傳感器等，它們?cè)趦?nèi)部集成了A/D功能，可以直接輸出數(shù)字信號(hào)，因此其A/D的分辨率也就限制了傳感器的分辨率。
有些采用模擬量變化原理工作的傳感器，例如電流傳感器、電渦流位移傳感器等，其輸出為模擬信號(hào)，從理論上來講它們的分辨率為無限小。但實(shí)際上，當(dāng)被測量的變化值小到一定程度時(shí)，其輸出量的變化值和噪聲是處于同一水平的，已沒有意義了，這也相當(dāng)于限制了傳感器的分辨率。
零點(diǎn)漂移
在傳感器的輸入量恒為零的情況下，傳感器的輸出值仍然會(huì)有一定程度的小幅變化，這就是零點(diǎn)漂移。引起零點(diǎn)漂移的原因有很多，比如傳感器內(nèi)敏感元件的特性隨時(shí)間而變化、應(yīng)力釋放、元件老化、電荷泄露、環(huán)境溫度變化等。其中，環(huán)境溫度變化引起的零點(diǎn)漂移是最為常見的現(xiàn)象。
帶寬
在實(shí)際應(yīng)用中，大量的被測量是時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信號(hào)，比如電流值的變化、物體位移的變化、加速度的變化等。這就要求傳感器的輸出量不僅要能夠精確地反映被測量的大小，還要能跟得上被測量變化的快慢，這就是指傳感器的動(dòng)態(tài)特性。
從傳遞函數(shù)的角度來看，大多數(shù)傳感器都可以簡化為一個(gè)一階或二階環(huán)節(jié)，因此，通常可以用帶寬來大概反映出其動(dòng)態(tài)特性。
如下圖所示，在傳感器的帶寬范圍內(nèi)，其輸出量的幅值在一定范圍內(nèi)有個(gè)小幅變化（最大衰減為0.707）。因此，當(dāng)輸入值做正弦變化時(shí)，通常認(rèn)為輸出值是可以正確反映輸入值的，但是當(dāng)輸入值變化的頻率更高時(shí)，輸出值將會(huì)產(chǎn)生明顯的衰減，導(dǎo)致較大的測量失真。
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傳感器的直線性：直線傳感器

直線位移傳感器的功能在于把直線機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。為了達(dá)到這一效果，通常將可變電阻滑軌定置在傳感器的固定部位，通過滑片在滑軌上的位移來測量不同的阻值。傳感器滑軌連接穩(wěn)態(tài)直流電壓，允許流過微安培的小電流，滑片和始端之間的電壓，與滑片移動(dòng)的長度成正比。

目錄

什么是直線傳感器
直線傳感器工作原理
直線傳感器作用

什么是直線傳感器
將傳感器用作分壓器可最大限度降低對(duì)滑軌總阻值精確性的要求，因?yàn)橛蓽囟茸兓鸬淖柚底兓粫?huì)影響到測量結(jié)果。直線位移傳感器也叫電子尺，實(shí)際上就是一個(gè)滑動(dòng)變阻器。

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

通用型直線位移傳感器設(shè)計(jì)參數(shù)
耐磨壽命: >100x106 次
線性精度誤差:<0.05% 重復(fù)性誤差: <0.005mm 最大移動(dòng)速度: 10m/s 沖擊系數(shù): IEC 68-2-29:1968 50g 振動(dòng)系數(shù): IEC 68-2-6:1982 20g 最大容許電壓: DC60V/5Kω～ 20Kω；DC36V/2Kω～4Kω；DC24V/1Kω 溫漂系數(shù): <1.5ppm/℃ 型號(hào)簡介： 拉桿式 通用拉桿導(dǎo)電塑膠膜系列，有效行程 75mm～1250mm，兩端均有 4mm 緩沖行程，精度 0.05%～0.04%FS。外殼表面陽極處理，防腐蝕；內(nèi)置導(dǎo)電塑料測量單元，無溫漂，壽命長；具有自動(dòng)電氣接地功能。密封等級(jí)為 IP67，DIN 標(biāo)準(zhǔn)插頭插座，可以適用在大多數(shù)通用場合；拉桿球頭具有 0.5mm 自動(dòng)對(duì)中功能，允許極限運(yùn)動(dòng)速度為 10m/s。 滑動(dòng)式 通用滑塊導(dǎo)電塑膠膜系列，有效行程 75mm～3000mm，兩端均有 4mm 緩沖行程，精度 0.05%～0.02%FS。外殼表面陽極處理，防腐蝕；內(nèi)置導(dǎo)電塑料測量單元，無溫漂，壽命長；具有自動(dòng)電氣接地功能。密封等級(jí)為 IP54（向下安裝時(shí)為 IP57），DIN 標(biāo)準(zhǔn)插頭插座，可以適用在大多數(shù)通用場合，特別是長度方向受到限制，對(duì)中較困難的場合；拉桿配合球頭具有 10mm 自動(dòng)校正功能，允許極限運(yùn)動(dòng)速度為 10m/s。 使用要求： 供電電壓要穩(wěn)定 工業(yè)電源要求±0.1%的穩(wěn)定性，比如基準(zhǔn)電壓 10V，允許有±0.01V 的波動(dòng)，否則，會(huì)導(dǎo)致顯示的圈套波動(dòng)。如果這時(shí)的顯示波動(dòng)幅度不超過波動(dòng)電壓的波動(dòng)幅度，位移傳感器電子尺就屬于正常。     防止靜電干擾 靜電干擾和調(diào)頻干擾很容易使電子尺顯示數(shù)字跳動(dòng)。設(shè)備的強(qiáng)電線路與電子尺的信號(hào)線分開線槽。電子尺應(yīng)使用強(qiáng)制接地支架，且使電子尺外殼（可測量端蓋螺絲與支架之間的電阻，應(yīng)小于 1ω電阻）良好接地，信號(hào)線使用屏蔽線，且在電箱的一端應(yīng)予將屏蔽線接地。靜電干擾時(shí)，一般萬用表的電壓測量非常正常，但就是顯示數(shù)字跳動(dòng)；高頻器干擾時(shí)其現(xiàn)象也一樣。驗(yàn)證是不是靜電干擾，用一段電源線將電子尺的封蓋螺絲與機(jī)器上某一點(diǎn)金屬短接即可，只要一短接，靜電干擾立即消除。但高頻干擾就難以用上述辦法消除，而且機(jī)器手、變頻器多出現(xiàn)高頻干擾，可以用停止機(jī)械手或變頻節(jié)電器的辦法驗(yàn)證。 [3]       不能接錯(cuò)三條線 “1”、“3”線是電源線，“2”是輸出線，除電源線（“1”、“3”線）可以調(diào)換外，“2”線只能是輸出線。上述線一旦接錯(cuò)，將出現(xiàn)線性誤差大，出現(xiàn)控制非常困難,控制精度差，容易顯示跳動(dòng)等現(xiàn)象。     電源容量要充足 如果電源容量太小，容易發(fā)生如下情況：合模運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致射膠電子尺顯示跳動(dòng)，或熔膠運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致合模電子尺的顯示波動(dòng)。特別是電磁閥驅(qū)動(dòng)電源于電子尺供電電源在一起時(shí)容易出現(xiàn)上述情況，嚴(yán)重時(shí)可以用萬用表的電壓檔測量到電壓的波動(dòng)。如果在排除了靜電干擾、高頻干擾，對(duì)中性不好的情況下仍不能解決問題，也可以懷疑是電源的功率偏小。   安裝對(duì)中性要好 角度容許±12°誤差，平行度容許±0.5mm，如果角度誤差和平行度誤差都偏大，就會(huì)導(dǎo)致顯示數(shù)字跳動(dòng)。在這種情況下，一定要對(duì)角度和平行度的調(diào)整。       防止短路 位移傳感器電子尺工作過程中,有規(guī)律的在某一點(diǎn)顯示數(shù)據(jù)跳動(dòng)或不顯示數(shù)據(jù),這種情況就要檢查連接線絕緣是否有破損并與機(jī)器的金屬外殼有規(guī)律的接觸引發(fā)的對(duì)地短路。     避免老化 對(duì)于使用時(shí)間很久的電子尺，密封老化，可能有很多雜質(zhì)，并有油、水混合物，影響電刷的接觸電阻，導(dǎo)致顯示數(shù)字跳動(dòng)，可以認(rèn)為是位移傳感器電子尺本身的早期損壞。 直線傳感器工作原理 工作原理： 直線位移傳感器的功能在于把直線機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。為了達(dá)到這一效果，通常將可變電阻滑軌定置在傳感器的固定部位，通過滑片在滑軌上的位移來測量不同的阻值。傳感器滑軌連接穩(wěn)態(tài)直流電壓，允許流過微安培的小電流，滑片和始端之間的電壓，與滑片移動(dòng)的長度成正比。將傳感器用作分壓器可最大限度降低對(duì)滑軌總阻值精確性的要求，因?yàn)橛蓽囟茸兓鸬淖柚底兓粫?huì)影響到測量結(jié)果。 直線傳感器作用 通用型應(yīng)用領(lǐng)域 1、 KTC、KTM、LS 拉桿結(jié)構(gòu)是一般通用結(jié)構(gòu)，配合可選拉球萬向頭或魚眼萬向頭，可以減少因安裝的非對(duì)中性而帶來的不良影響；適用于注塑機(jī)，紡織機(jī)械，木工機(jī)械等。 2、 KPC、KPM 兩端固定帶絞接運(yùn)動(dòng)型，適合擺動(dòng)的，傳感器本體無法固定的測量系統(tǒng)中,傳感器會(huì)隨著測量運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)； 3、 KTF、KFM 滑塊型適應(yīng)最小安裝長度尺寸的應(yīng)用，配合加長臂，可以消除安裝的非對(duì)中的不良影響； 4、 KTR 型是一款微型自恢復(fù)式拉桿結(jié)構(gòu)，無需牽引安裝； 5、 KPF 型法蘭面固定結(jié)構(gòu)更可以檢測腔體內(nèi)部位移。