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，它的輸出也會以倍數增加。

傳感器的線性特征（Sensor Linearity）

　　傳感器是一種線性設備。只要象素未被填滿，只要傳感器接收的光子量加倍，它的輸出也會以倍數增加。然而，人的視覺使非線性的，我們在“動態范圍”的章節已經談過，在昏暗的環境中把光亮程度加倍和在明亮的環境中把光亮程度加倍，前者的效果會比后者明顯得多，因為我們的視覺愿意把“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（動力曲線約為0.45）。例如傳感器測量為“127”的值，人的肉眼會認為是“186”。
　　假如我們讓感應器曝光直到象素達到最大容量，那么最光亮的象素會輸出一個為254的數值（255被省略）。現在我們把入光量平分，即象素將會輸出一個為127的數值。這意味著最光點用完了可表示光亮程度的255級色調的一半，而偏偏人的視覺在這個最光點時是最不敏感的。因此，能夠表示光亮度最低（最暗）的色調級數只剩下很少。我們平時看到的RAW格式圖像通常偏暗（柱狀圖向左邊靠）就是這個原因。
　　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，傳感器測量出數值為127的光亮度，人的肉眼會認為光亮度為186。藍色曲線是一條典型的調整曲線——用以補償紅綠曲線的差異，壓縮動態范圍，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，數碼相機都會利用調整曲線來消除原始數據和視覺特征的差距。為了滿足人們的視覺非線性特征，照相機會把更多的色調級數分配到昏暗的區域，把更少的色調級數分配到光亮區域。
　　數碼照相機和RAW轉換器有時候也會不加修正地使用一種S型曲線以壓縮動態范圍，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：網易
 

傳感器的直線性：傳感器的線性范圍和穩定性

【廣州蘭瑟電子】介紹傳感器的線性范圍和穩定性
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，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，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。
但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。
2、穩定性
傳感器使用一段時間后，其性能保持不變的能力稱為穩定性。影響傳感器長期穩定性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環境。因此，要使傳感器具有良好的穩定性，傳感器必須要有較強的環境適應能力。
在選擇傳感器之前，應對其使用環境進行調查，并根據具體的使用環境選擇合適的傳感器，或采取適當的措施，減小環境的影響。
傳感器的穩定性有定量指標，在超過使用期后，在使用前應重新進行標定，以確定傳感器的性能是否發生變化。
在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩定性要求更嚴格，要能夠經受住長時間的考驗。

傳感器的直線性：干貨｜帶你認識基本的傳感器特性參數

傳感器的關鍵性能參數有多種，其中最為基本的特性參數有：量程、靈敏度、線性度、遲滯、重復性、精度、分辨率、零點漂移、帶寬，本文將對這些參數進行一一介紹。
量程
每個傳感器都有自身的測量范圍，被測量處在這個范圍內時，傳感器的輸出信號才是有一定的準確性的。
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。對于一個線性度非常高的傳感器來說，也可認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，這將會方便信號的傳遞、調理及計算。
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-輸出關系應該是呈線性的，這樣使用起來才最為方便。但實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系。
實際中有些傳感器的輸入-輸出關系非常接近線性，在其量程范圍內可以直接用一條直線來擬合其輸入-輸出關系。有些傳感器則有很大的偏離，但通過進行非線性補償、差動使用等方式，也可以在工作點附近一定的范圍內用直線來擬合其輸入-輸出關系。
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
當輸入量從小變大或從大變小時，所得到的傳感器輸出曲線通常是不重合的。也就是說，對于同樣大小的輸入信號，當傳感器處于正行程或反行程時，其輸出值是不一樣大的，會有一個差值ΔH，這種現象稱為傳感器的遲滯。
產生遲滯現象的主要原因包括傳感器敏感元件的材料特性、機械結構特性等，例如運動部件的摩擦、傳動機構間隙、磁性敏感元件的磁滯等等。
遲滯誤差γH的具體數值一般由實驗方法得到，用正反行程最大輸出差值ΔHmax的一半對其滿量程輸出值YFS的比值來表示。
重復性
一個傳感器即便是在工作條件不變的情況下，若其輸入量連續多次地按同一方向（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有不同的，可以用重復性誤差γR來表示。
重復性誤差是一種隨機誤差，常用正行程或反行程中的最大偏差ΔYmax的一半對其滿量程輸出值YFS的比值來表示。
精度
在測試測量過程中，出現誤差是不可避免的。誤差主要有系統誤差和隨機誤差這兩種。
引起系統誤差的原因諸如測量原理及算法固有的誤差、儀表標定不準確、環境溫度影響、材料缺陷等，可以用準確度來反映系統誤差的影響程度。
引起隨機誤差的原因有：傳動部件間隙、電子元件老化等，可以用精密度來反映隨機誤差的影響程度。
精度則是一種反應系統誤差和隨機誤差的綜合指標，精度高意味著準確度和精密度都高。
一種較為常用的評定傳感器精度方法是用線性度、遲滯和重復性這三項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長度相差小于1mm的物體的區別的。
有些采用離散計數方式工作的傳感器，例如光柵尺、旋轉編碼器等，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，它們在內部集成了A/D功能，可以直接輸出數字信號，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，從理論上來講它們的分辨率為無限小。但實際上，當被測量的變化值小到一定程度時，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，這也相當于限制了傳感器的分辨率。
零點漂移
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有一定程度的小幅變化，這就是零點漂移。引起零點漂移的原因有很多，比如傳感器內敏感元件的特性隨時間而變化、應力釋放、元件老化、電荷泄露、環境溫度變化等。其中，環境溫度變化引起的零點漂移是最為常見的現象。
帶寬
在實際應用中，大量的被測量是時間變化的動態信號，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態特性。
從傳遞函數的角度來看，大多數傳感器都可以簡化為一個一階或二階環節，因此，通常可以用帶寬來大概反映出其動態特性。
如下圖所示，在傳感器的帶寬范圍內，其輸出量的幅值在一定范圍內有個小幅變化（最大衰減為0.707）。因此，當輸入值做正弦變化時，通常認為輸出值是可以正確反映輸入值的，但是當輸入值變化的頻率更高時，輸出值將會產生明顯的衰減，導致較大的測量失真。
舉報/反饋

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械位移量轉換成電信號。為了達到這一效果，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。傳感器滑軌連接穩態直流電壓，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滑軌總阻值精確性的要求，因為由溫度變化引起的阻值變化不會影響到測量結果。直線位移傳感器也叫電子尺，實際上就是一個滑動變阻器。

（圖片來源于網絡）

通用型直線位移傳感器設計參數
耐磨壽命: >100x106 次
線性精度誤差:<0.05% 重復性誤差: <0.005mm 最大移動速度: 10m/s 沖擊系數: IEC 68-2-29:1968 50g 振動系數: IEC 68-2-6:1982 20g 最大容許電壓: DC60V/5Kω～ 20Kω；DC36V/2Kω～4Kω；DC24V/1Kω 溫漂系數: <1.5ppm/℃ 型號簡介： 拉桿式 通用拉桿導電塑膠膜系列，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；內置導電塑料測量單元，無溫漂，壽命長；具有自動電氣接地功能。密封等級為 IP67，DIN 標準插頭插座，可以適用在大多數通用場合；拉桿球頭具有 0.5mm 自動對中功能，允許極限運動速度為 10m/s。 滑動式 通用滑塊導電塑膠膜系列，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；內置導電塑料測量單元，無溫漂，壽命長；具有自動電氣接地功能。密封等級為 IP54（向下安裝時為 IP57），DIN 標準插頭插座，可以適用在大多數通用場合，特別是長度方向受到限制，對中較困難的場合；拉桿配合球頭具有 10mm 自動校正功能，允許極限運動速度為 10m/s。 使用要求： 供電電壓要穩定 工業電源要求±0.1%的穩定性，比如基準電壓 10V，允許有±0.01V 的波動，否則，會導致顯示的圈套波動。如果這時的顯示波動幅度不超過波動電壓的波動幅度，位移傳感器電子尺就屬于正常。     防止靜電干擾 靜電干擾和調頻干擾很容易使電子尺顯示數字跳動。設備的強電線路與電子尺的信號線分開線槽。電子尺應使用強制接地支架，且使電子尺外殼（可測量端蓋螺絲與支架之間的電阻，應小于 1ω電阻）良好接地，信號線使用屏蔽線，且在電箱的一端應予將屏蔽線接地。靜電干擾時，一般萬用表的電壓測量非常正常，但就是顯示數字跳動；高頻器干擾時其現象也一樣。驗證是不是靜電干擾，用一段電源線將電子尺的封蓋螺絲與機器上某一點金屬短接即可，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，而且機器手、變頻器多出現高頻干擾，可以用停止機械手或變頻節電器的辦法驗證。 [3]       不能接錯三條線 “1”、“3”線是電源線，“2”是輸出線，除電源線（“1”、“3”線）可以調換外，“2”線只能是輸出線。上述線一旦接錯，將出現線性誤差大，出現控制非常困難,控制精度差，容易顯示跳動等現象。     電源容量要充足 如果電源容量太小，容易發生如下情況：合模運動會導致射膠電子尺顯示跳動，或熔膠運動會導致合模電子尺的顯示波動。特別是電磁閥驅動電源于電子尺供電電源在一起時容易出現上述情況，嚴重時可以用萬用表的電壓檔測量到電壓的波動。如果在排除了靜電干擾、高頻干擾，對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，就會導致顯示數字跳動。在這種情況下，一定要對角度和平行度的調整。       防止短路 位移傳感器電子尺工作過程中,有規律的在某一點顯示數據跳動或不顯示數據,這種情況就要檢查連接線絕緣是否有破損并與機器的金屬外殼有規律的接觸引發的對地短路。     避免老化 對于使用時間很久的電子尺，密封老化，可能有很多雜質，并有油、水混合物，影響電刷的接觸電阻，導致顯示數字跳動，可以認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械位移量轉換成電信號。為了達到這一效果，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。傳感器滑軌連接穩態直流電壓，允許流過微安培的小電流，滑片和始端之間的電壓，與滑片移動的長度成正比。將傳感器用作分壓器可最大限度降低對滑軌總阻值精確性的要求，因為由溫度變化引起的阻值變化不會影響到測量結果。 直線傳感器作用 通用型應用領域 1、 KTC、KTM、LS 拉桿結構是一般通用結構，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中性而帶來的不良影響；適用于注塑機，紡織機械，木工機械等。 2、 KPC、KPM 兩端固定帶絞接運動型，適合擺動的，傳感器本體無法固定的測量系統中,傳感器會隨著測量運動而運動； 3、 KTF、KFM 滑塊型適應最小安裝長度尺寸的應用，配合加長臂，可以消除安裝的非對中的不良影響； 4、 KTR 型是一款微型自恢復式拉桿結構，無需牽引安裝； 5、 KPF 型法蘭面固定結構更可以檢測腔體內部位移。