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首页 第2章传感器的基本特性 -电子教案

第2章传感器的基本特性 -电子教案.ppt

第2章传感器的基本特性 -电子教案

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2019-06-15 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第2章传感器的基本特性 -电子教案ppt》,可适用于综合领域

传感器原理及应用第章  传感器的基本特性第章传感器基本特性概述:传感器一般要变换各种信息量为电量描述这种变换的输入与输出关系表达了传感器的基本特性。对不同的输入信号输出特性是不同的对快变信号与慢变信号由于受传感器内部储能元件(电感、电容、质量块、弹簧等)的影响反应大不相同。快变信号考虑输出的动态特性即随时间变化的特性慢变信号研究静态特性即不随时间变化的特性。传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器静态特性当输入量(X)为静态(常量)或变化缓慢的信号时(如温度、压力)讨论传感器的静态特性输入输出关系称静态特性。静态特性可以用函数式表示为静态特性包括:线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器静态特性()线性度传感器静态特性和输入输出关系可以用多项式表示:其中:X输入量Y输出量ax=时的输出值a理想灵敏度a,a…an非线性项系数传感器原理及应用传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器静态特性传感器的非线性误差(线性度)通常用相对误差表示:第章传感器基本特性传感器静态特性各种直线拟合方法传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器静态特性()迟滞传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象称迟滞。传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器静态特性()迟滞迟滞误差一般由满量程输出的百分数表示:∆Hmax=YY为正、反行程输出值间的最大差值例:一电子秤增加砝码gggg电桥输出mvmvmvmv减砝码输出mvmvmvmv传感器原理及应用传感器原理及应用第章传感器基本特性()重复性传感器静态特性传感器输入量按同一方向作多次测量时输出特性不一致的程度。属于随机误差可用标准偏差表示:或用最大重复偏差表示:σmax最大标准差(~)置信度第章传感器基本特性传感器静态特性()重复性传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器静态特性()灵敏度在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值对线性传感器灵敏度是直线的斜率:S=ΔYΔX对非线性传感器灵敏度为一变量:S=dydx传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器静态特性()稳定性表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力例:闪烁探测器小时长期稳定性测量散点图传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器静态特性()分辨率和阈值分辨率传感器能够检测到的最小输入增量阈值输入小到某种程度输出不再变化的X值门槛灵敏度指输入零点附近的分辨能力。当输入的变化量被传感器内部噪声吸收时将反映不到输出传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器动态特性当输入量随时间变化时,如:加速度、振动等讨论传感器的动态特性。这时被测量是时间的函数或是频率的函数。用时域法表示成:用频域法表示为:传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器动态特性动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的响应特性:除理想状态多数传感器的输入信号是随时间变化的输出信号一定不会与输入信号有相同的时间函数这种输入输出之间的差异就是动态误差传感器输出对时间变化的输入量的响应既反映了传感器的动态特性。传感器原理及应用传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器动态特性例:动态测温设环境温度为T,水槽中水的温度为T,而且T>T传感器突然插入被测介质中用热电偶测温,理想情况测试曲线T是阶跃变化的实际热电偶输出值是缓慢变化存在一个过渡过程传感器原理及应用第章传感器基本特性() 传递函数传感器动态特性当输入量随时间变化时略去影响小的因素假设传感器输入、输出在线性范围变化它们的关系可用高阶常系数线性微分方程表示:式中:Y输出X输入ai、bi为常数第章传感器基本特性传感器动态特性时两边取拉氏变换将实函数变换到复变函数传感器原理及应用传感器动态特性时两边取拉氏变换将实函数变换到复变函数第章传感器基本特性传感器动态特性传感器的传递函数:传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器动态特性)一阶系统的动态响应(惯性系统)一阶系统传递函数时间常数静态灵敏度传递函数可简化为:传感器原理及应用传感器原理及应用第章传感器基本特性一阶传感器的阶跃响应(瞬态响应)传感器动态特性由拉氏反变换得到单位阶跃响应信号为:第章传感器基本特性传感器动态特性一阶传感器的阶跃响应讨论:暂态响应是指数函数输出曲线逐渐达到稳定理论上t∞时才能达到稳定当t=τ时即达到稳定值的可见时间常数τ越小越好是反映一阶传感器的重要参数实际运用时t=τ时工程上认为已达到稳定由曲线看出它与动态测温相似所以动态测温是典型的一阶系统。传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器动态特性一阶传感器的阶跃响应传感器原理及应用传感器原理及应用第章传感器基本特性一阶传感器的频率响应传感器动态特性输入正弦信号拉氏变换后第章传感器基本特性传感器动态特性一阶传感器的频率响应反变换后得出输出的振幅和频率变化特性输出Y(t)有个两部分瞬态响应成分、稳态响应成分瞬态响应随时间t逐渐消失。传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器动态特性忽略瞬态响应稳态响应整理后为:幅频特性:相频特性:传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器动态特性讨论: 一阶系统在时间常数τ<<才近似零阶系统特性A(ω)≈k,φ(ω)≈输出y(t)反映输入x(t)当τ=时传感器灵敏度下降了dB如果灵敏度下降到db时的频率为工作频率上限则:上限频率为WH=τ所以时间常数τ越小WH越高工作频率越宽响应越好另外ωτ<<时输入输出关系接近线性输出较真实反映输入变化。传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器动态特性()二阶系统的动态响应(振动系统)二阶系统传递函数无阻尼固有频率阻尼比静态灵敏度传感器原理及应用传感器原理及应用第章传感器基本特性二阶传感器的阶跃响应传感器动态特性输入阶跃信号时拉氏变换为输出拉氏变换第章传感器基本特性传感器动态特性二阶传感器的阶跃响应反变换为:式中:传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器动态特性传感器原理及应用用y(t)作图不同阻尼比ξ值曲线形式不同第章传感器基本特性传感器动态特性传感器原理及应用一阶、二阶两条典型的阶跃响应曲线第章传感器基本特性传感器动态特性讨论:根据阻尼比ξ大小可分四种情况:ξ=零阻尼等幅振荡产生自激永远达不到稳定ξ<欠阻尼衰减振荡达到稳定时间随ξ下降加长ξ=临界阻尼响应时间最短ξ>过阻尼稳定时间较长。实际取值稍有一点欠阻尼调整,ξ取过冲量不太大稳定时间不太长。传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器动态特性二阶传感器的频率响应一个起始静止的二阶系统,输入正弦信号,频率为ω时输出拉氏变换为:传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器动态特性二阶传感器的频率响应幅频特性相频特性传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器动态特性讨论:当ξ<(或ξ<),且ωn>>ω时幅值A(ω)≈φ(ω)≈ 当ξ<,且=ω(ωωn=)时在ωωn=附近有个峰值会产生共振相位差传感器固有频率ωn至少应大于被测信号频率的倍ωn≥(~)ω保证增益避免共振。传感器原理及应用第章传感器基本特性传感器动态特性传感器原理及应用幅频特性相频特性第章传感器基本特性本章小结:传感器的静态特性指标包括:线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性。传感器的动态特性参数有:瞬态响应特性频率响应特性。分别讨论一阶传感器、二阶传感器的传递函数、传感器幅频特性、相频特性。传感器原理及应用第章传感器基本特性本章要点:检测系统只着重输入和输出关系的传递函数表示方法系统方程式状态变量是一次的系统尤其系统都是常数的系统叫线性常系数系统我们课程以后讨论的都是以线性常系数系统为对象。一阶系统状态变量是一个二阶系统状态变量是两个一般情况下有n个状态变量的系统叫n阶系统。传感器原理及应用

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