第2章传感器的基本特性.ppt

第2章 传感器的基本特性 第2章 传感器基本特性 概 述： 概 述： 2.1 传感器静态特性 （1）线性度 2.1 传感器静态特性 2.1 传感器静态特性 （2）迟滞 （3）重复性 （4）灵敏度 （5）稳定性 （6）分辨率和阈值 2.2 传感器动态特性 2.2 传感器动态特性 2.2 传感器动态特性 （1）? 传递函数 2.2 传感器动态特性 2.2 传感器动态特性 2.2 传感器动态特性 2.2 传感器动态特性 2.2 传感器动态特性 （2）一阶系统的动态响应（惯性系统） 一阶系统传递函数 一阶传感器的阶跃响应（瞬态响应） 2.2 传感器动态特性 2.2 传感器动态特性 一阶传感器的频率响应 一阶传感器的频率响应 2.2 传感器动态特性 2.2 传感器动态特性 （3）二阶系统的动态响应（振动系统） 二阶系统传递函数 二阶传感器的阶跃响应 二阶传感器的阶跃响应 2.2 传感器动态特性 2.2 传感器动态特性 2.2 传感器动态特性 二阶传感器的频率响应 二阶传感器的频率响应 二阶传感器的频率响应 2.2 传感器动态特性 2.2 传感器动态特性 2.2 传感器动态特性 本章要点： 2.2 传感器动态特性 传感器原理及应用 第2章 传感器基本特性 讨论：? 一阶系统在时间常数τ 1才近似零阶系统特性， A（ω）≈k,φ（ω）≈0; 输出y(t)反映输入x(t)变化; 当τ= 1 时，传感器灵敏度下降了3dB，如果灵敏度下降到 3db时的频率为工作频率上限，则：上限频率为ωH=1/τ， 所以时间常数τ越小，ωH越高工作频率越宽，响应越好； 一阶系统的动态响应主要取决 于时间常数τ，减少τ可改善 传感器的频率特性，加快响应 过程。 传感器原理及应用 第2章 传感器基本特性 2.2 传感器动态特性 无阻尼固有频率 静态灵敏度 阻尼比 传感器原理及应用 第2章 传感器基本特性 2.2 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 二价系统 传感器原理及应用 第2章 传感器基本特性 2.2 传感器动态特性 反变换求出输出函数为： 式中： 传感器原理及应用 第2章 传感器基本特性 用 y(t)作图，不同阻尼比ξ值曲线形式不同 传感器原理及应用 第2章 传感器基本特性 讨论： 根据阻尼比ξ大小可分四种情况： 1.ξ=0,零阻尼,等幅振荡，产生自激永远达不到稳定； 2.ξ1,欠阻尼,衰减振荡,达到稳定时间随ξ下降加长； 3.ξ=1,临界阻尼，响应时间最短； 4.ξ1,过阻尼，稳定时间较长。 实际取值稍有一点欠阻 尼调整,ξ取0.6—0.8 过冲量不太大，稳定时 间不太长。 传感器原理及应用 第2章 传感器基本特性 一阶、二阶两条典型的阶跃响应曲线 传感器原理及应用 第2章 传感器基本特性 2.2 传感器动态特性 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： 二价系统 式中，ωn传感器的固有频率， ω信号频率 传感器原理及应用 第2章 传感器基本特性 2.2 传感器动态特性 拉氏反变换为： 传感器原理及应用 第2章 传感器基本特性 2.2 传感器动态特性 幅——频特性 相——频特性 传感器原理及应用 第2章 传感器基本特性 幅——频特性 相——频特性 传感器原理及应用 第2章 传感器基本特性 当ξ1(或ξ0.707),且ωnω时， 幅值A(ω) ≈ 1，φ（ω）≈ 0； ? 当ξ1, 且ωn=ω(ω/ωn=1)时，在ω/ωn=1附 近有个峰值，会产生共振，相位差900-1800； 传感器固有频率ωn至少应大于被测信号频率ω 的3～5倍,ωn≥(3～5)ω，保证增益避免共振。 二阶传感器的动态特性主要决定传感器的固有频 率ωn和阻尼系数ξ。 讨论： 传感器原理及应用 第2章 传感器基本特性 影响传感器动态特性的主要参数是： 时间常数τ，τ越小响应越快，频带越宽； 传感器固有频率ωn ，选择在（3～5）ω（信号）； 阻尼比ξ，选择在0.6～0.8，原则是过冲不太大， 稳定时间不太长。 * 传感器原理及应用 传感器原理及应用 主要内容 2.1 传感器静态特性 2.2 传感器动态特性 传感器原理及应用 第2章 传感器基本特性 传 感 器 被 测 对 象 控制器 被测量 可用信号 信 号 处 理 显 示 记 录 自动控制系统示意框图 传感器原理及应用 传感器一般要变换各种信息量为电量，对不同的输 入信号，输出特性是不同的，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， 对快变信号与慢变信号，反应大不相同。 第2章 传感器基本特