《传感器原理及应用》课程PPT教学课件（现代传感技术）第15讲 薄膜传感器的应用、新型传感器在几何量测量中的应用

第四节薄膜传感器的应用 概述 液晶显示器(LCD)特点: 优点:功耗低、平面、体轻、无辐射 缺点:低遥特性差(反应尉间长)。 反应时间与液晶盒两端电压以及材料的粘 度有关,而二者又与温度有关。 在0度以下,反应时间会大大降低,使显示 迟缓。 最佳解决方法:控制液晶盒的温度恒定

第四节 薄膜传感器的应用 一、概述 液晶显示器（LCD）特点： 优点：功耗低、平面、体轻、无辐射。 缺点：低温特性差（反应时间长）。 反应时间与液晶盒两端电压以及材料的粘 度有关，而二者又与温度有关。 在0度以下，反应时间会大大降低，使显示 迟缓。 最佳解决方法：控制液晶盒的温度恒定

●反应时间与温度的关系 1000 100 100 10 off 40 80 温度T/℃ 图87反应时间与温度的关系 注:1cp=103Pas

⚫ 反应时间与温度的关系：

温度的测量 ●控制液晶盒的温度恒定-热加固 测温方法: 选用P薄膜热电阻为传感器,其特点: 1)体积小 2)动态响应好,精度高,稳定性好。 测量电路采用电流放大型电桥电路

二、温度的测量 ⚫ 控制液晶盒的温度恒定-热加固 ⚫ 测温方法： 选用Pt薄膜热电阻为传感器，其特点： 1）体积小 2）动态响应好，精度高，稳定性好。 测量电路采用电流放大型电桥电路

Rf ORI OR R A b R b4R R 2 R 图8-8温度测量放大器电路 a)温度测量电路b)节点及其支路电流 若R1=R2=R3=R;电阻相对变化率8=△R/R0 则:Uo=RUδ/2R(δ<<1,R<<Rf (8-34)

若R1=R2=R3=R；电阻相对变化率δ=△R/R0 则：Uo=RfUδ/2R（ δ＜＜1，R＜＜ Rf） （8-34）

Pt00的参数见下表 表8-3钟电阻的热电参数 温度几-60-50-40-30-201-10010 1-0.390-0.190-0.1590-0.190-0.01-0.400.000.09 混度几2030405060708090 810.0871117810500.9590480510.3120.356 温度1010120130140150160 80.3891.210.45410.5310.54301910.667

Pt100的参数见下表

在(-20-20℃)以外,δ较大,则: 非线性测量误差 Rfus △Uo=- (8-35) 2R(6+2) el=△Uo/Uo×100%=6/(6+2)×100% 例R=100;Rf1k;U=15V;则: 在(-4040℃)内,非线性误差小于0.07V 实际系统中,根据式8-34计算结果列表存在 计算机内存中根据测量的结果Uo查表得 到温度值

在(-20~20℃)以外, δ 较大,则: 非线性测量误差: Rf U δ2 △Uo=--------------- (8-35) 2R(δ+2) e1=△Uo/Uo×100%=δ/(δ+2) ×100% 例:R=100; Rf=1k; U=1.5V;则: 在(-40~40℃)内,非线性误差小于0.07V. 实际系统中,根据式8-34计算结果列表,存在 计算机内存中,根据测量的结果Uo查表得 到温度值

数据融合 测量结果具有等精度的正态分布特性 ●一般的提高测量结果准确性的方法: 1)中值滤波 2)平均值滤波 3)递推滤波 这里介绍基于多传感器测量的算术平均值 与递推估计的数据融合方法

三、数据融合 ⚫ 测量结果具有等精度的正态分布特性。 ⚫ 一般的提高测量结果准确性的方法： 1）中值滤波 2）平均值滤波 3）递推滤波 这里介绍基于多传感器测量的算术平均值 与递推估计的数据融合方法

设6支传感器(S1~S6),测量温度对应 的电压值为U1U6。 ●分为两组:1组:U1,U2,U3 平均值U1=(U1+U2+U3)/3(8-37) 2组:U4,U5,U6 平均值U2=(U4+U5+U6)/(8-38) 则各组的均方根误差分别为1和a2,见书 中式8-39,8-40。 测量结果的数据融合值Uo为:

⚫ 设6支传感器（S1~S6），测量温度对应 的电压值为U1~U6。 ⚫ 分为两组：1组：U1，U2，U3 平均值Ū1=（U1+U2+U3）/3 （8-37） 2组： U4，U5，U6 平均值Ū2=（U4+U5+U6）/3 （8-38） 则各组的均方根误差分别为σ1和 σ2，见书 中式8-39，8-40。 测量结果的数据融合值Uo为：

2 012 0= U1+ U2(8-41) 012+22 012+02 基于上述数据融合的测量结果,可达到较 精确的测量结果。 结合控制理论(如PID、模糊控制),可 以对液晶屏的温度进行很好的控制

σ22 σ12 Uo= ------------ Ū1 +----------- Ū2 （8-41） σ1 2+σ2 2 σ1 2+σ2 2 基于上述数据融合的测量结果，可达到较 精确的测量结果。 结合控制理论（如PID、模糊控制），可 以对液晶屏的温度进行很好的控制

控制结果曲线: 液晶屏温度 加热时间/min 环境温度 温控时间/min 图8-9温度的实际控制结果 a)温度过渡过程实测曲线b)环境温度及其变化对温度控制的影响 A一环境温度为-43.1℃时B一环境温度为-222℃时C环境温度为0℃时

控制结果曲线：