第一章传感器动态特性2011年7.ppt

 传感器原理与应用  二 传感器的动态特性 描述传感器对随时间变化的输入量的响应特性 传感器简化模型 传感器的数学模型 常系数线性传感器微分方程： 传感器常见的动态输入： 传感器动态响应特性的主要指标 脉冲响应函数 h(t) 传递函数 H(S) 频率响应函数 H（jω） 阶跃响应函数 ｇ(t) 对任意输入的响应函数 y（t） 脉冲响应函数h(t) 对任意输入的响应y（t）: y（t）= x（t）* h（t） 传递函数: 频率响应函数: 幅频特性 A（jω）= |H(jω)| = [(Re H(jω))2 +(Im H(jω)2）]1/2 A（jω）：输入信号频率变化时，输出信号幅值与输入 信号幅值之比（动态灵敏度）。 相频特性 Φ（jω）= arctan [Im H(jω) /Re H(jω)] Φ（jω）：传感器输出信号相位与输入信号频率的关系 H(S)与H(jω) ● H(jω) 反映传感器在正弦型信号激励下的稳态响应。 H(S)反映传感器在正弦型信号激励下的瞬态加稳态响应。 ● 可认为 H(jω)是 H(S)的特例。 ● 传感器多用H(jω)来描述。 零阶传感器的频响特性和阶跃响应 幅频特性与相频特性分析 幅频特性：当ω = 时，A（ ω ）= 0.707（-3dB） 时间常数τ越小，传感器的频率特性越好 过渡带衰减速率 -20dB/10 oct 二阶传感器对不同频率输入信号的响应： ω/ω01时， A（ω）→ 1，测量动态参数与静态特性是一致的。 一般地，ω/ω01时， A（ω）→ 0，传感器无响应。 一般地，二阶传感器A（ω）工作段： ξ= 0.6 —— 0.7 ； ω/ ω0 ≤0.5 —— 0.6 （一）与测量条件有关的因素 (1)被测量的选择 (2)测量范围 (3)被测量频带宽度 (4)精度要求 (5)测量所需要的时间 （6）传感器工作方式（接触与非接触测量、破坏与 非破坏性测量、在线与非在线测量等） （二）与传感器有关的主要技术指标 (1) 精度 (2) 灵敏度、非线性、滞后 (3) 稳定度（温度、时间 (4) 量程 (5) 频率响应特性 (6) 对被测物体产生的负载效应 (7) 过载能力 （ 三）与使用环境条件有关的因素 (1) 安装现场条件及情况 (2) 环境条件(湿度、温度、振动等) (3) 信号传输距离 (4) 所需现场提供的功率容量 四 传感器的标定 静态标定：检验传感器静态特性 静态灵敏度、非线性、迟滞等 动态标定：检验传感器动态特性 动态灵敏度、幅频特性、相频特性等 3）ξ1（过阻尼）： 2) ξ=1 (临界阻尼)： 上两式表明，ξ≥1时，传感器阶跃响应不再振荡，而是由两个一阶阻尼环节组成，临界阻尼时两个时间常数相同，过阻尼时两个时间常数不同。 ● 零阶传感器—— 输入无论随时间怎样变化，其输出总与输入成确定比例关系，在时间上不滞后，幅角等于零 。动态特性理想。 ● 一阶传感器—— 时间常数τ越小，传感器的频率特 性越好。幅频特性过渡带衰减速率-20dB/10 oct。 对阶跃信号响应：初值为0，随时间推移y接近于1， 当t=τ时，g =0.63 。 时间常数τ值决定传感器的响应速度。 各阶传感器的动态响应总结 ● 二阶传感器，兼顾过冲量δm、稳定时间tω的 要求，在ξ＝0.6～0.7，可获得较合适的综合特性。 幅频特性过渡带衰减速率-40d