第二章传感器特性分析08.pptVIP

第2章 传感器的特性分析 2.1 传感器静态特性 2.2 传感器的动态特性 2.3　传感器无失真测量条件 2.4　传感器的标定 2.1 传感器的静态特性 传感器的静态特性可以用一组性能指标来描述，如灵敏度、 迟滞、线性度、重复性和漂移等。 2.1.1 线性度 输出与输入之间数量关系的线性程度 为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系，因此引入各种非线性补偿环节 非线性误差 设拟合直线方程： 即得到k和b的表达式 2.1.2 灵敏度 灵敏度 如何确定灵敏度 与灵敏度紧密相关的是量程范围，当线性范围一定时，传感器的灵敏度越高，干扰噪声越大， 2.1.3 迟滞 2.1.4 重复性 2.1.5 漂移 输入量不变的情况下，输出量随着时间变化，此现象称为漂移。 产生漂移的原因有两个方面： 一是传感器自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等） 温度漂移主要表现为温度零点漂移和温度灵敏度漂移 温度漂移通常用传感器工作环境温度偏离标准环境温度（一般为20℃）时的输出值的变化量与温度变化量之比(ξ)来表示 2.2 传感器的动态特性 只要输入量是时间的函数，则其输出量也将是时间的函数，其间的关系要用动特性来说明。 2.2.1 传感器的动态特性研究方法 2.2.2　频率响应特性 1）一阶传感器的频率响应 2） 二阶系统 二阶传感器的频率响应 (a) 幅频特性； (b) 相频特性 固有频率设计 可见传感器的频率响应特性好坏主要取决于传感器的固有频率ωn和阻尼比ξ。 通常固有频率ωn至少应为被测信号频率ω的（3～5）倍， 即ωn≥（3～5）ω。 为了减小动态误差和扩大频率响应范围，一般是提高传感器固有频率ωn， 2. 2 . 3 传感器的瞬态响应－时域 1）一阶传感器的单位阶跃响应 一阶传感器单位阶跃响应 一阶传感器的单位阶跃响应 (2） 二阶传感器的单位阶跃响应 二阶传感器单位阶跃响应 3) 传感器的时域动态性能指标 二阶系统单位阶跃响应 求解方法 2.3　传感器无失真测量条件 要求： 频率特性好，灵敏度高，响应快，时间滞后小 输出y(t)、输入x(t)满足 对于一阶系统，时间常数越小越好。 对于二阶系统，特性曲线上有两个频段值得注意： 1）　ω＜0.3ωn范围 φ(ω)的数值较小，且相频特性接近直线 A(ω)在该频率范围内的变化不超过10%。 2）　ω＞(2.5-3)ωn范围 φ(ω)接近180°，且随ω变化甚小。在实际测试或数据处理中，用减去固定相位差或把测量信号反相180°，则相频特性基本满足不失真测量条件。 2.4　传感器的标定 静态特性标定： 　校准条件、仪器的精度等级； 　标定方法：循环多次、数据处理 动态特性标定＝求特性参数 一、与测量条件有关的因素 (1)测量的目的； (2)被测试量的选择； (3)测量范围； (4)输入信号的幅值，频带宽度； (5)精度要求； (6)测量所需要的时间。 二、与传感器有关的技术指标 (1)精度； (2)稳定度； (3)响应特性； (4)模拟量与数字量； (5)输出幅值； (6)对被测物体产生的负载效应； (7)校正周期； (8)超标准过大的输入信号保护。 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。 设传感器的静态灵敏度k=1， 写出它的传递函数为 对初始状态为零的传感器，若输入一个单位阶跃信号，即 t≤0 t0 由试验求出 由公式 计算 设传感器的静态灵敏度k=1，其二阶传感器的传递函数为 传感器输出的拉氏变换为 已知：衰减周期、超调量 求解：固有频率、阻尼比 周期 最大超调量出现时间 波形不失真，满足： 幅频特性 相频特性 如测振传感器标定 绝对标定法 比较标定法 测试系统的标定 2.5 传感器的选用原则 四、与购买和维修有关的因素 (1)价格； (2)零配件的储备； (3)服务与维修制度，保修时间； (4)交货日期。 基本参数指标 环境参数指标 可靠性指标 其他指标 量程指标： 量程范围、过载能力等 灵敏度指标： 灵敏度、分辨力、满量程输出等 精度有关指标： 精度、误差、线性、滞后、重复性、灵敏度误差、稳定性 动态性能指标： 固定频率、阻尼比、时间常数、频率响应范围、频率特性、临界频率、临界速度、稳定时间等 温度指标： 工作温度范围、温度误差、温度漂移、温度系数、热滞后等 抗冲振指标： 允许各向抗冲振的频率、振幅及加速度、冲振所引入的误差 其他环境参数： 抗潮湿、抗介质腐蚀等能力、