chapter1 传感器的一般特性090908.ppt

二阶传感器的数学模型 二阶传感器的微分方程系数除a2,a1,a0,b0 外，其它均为零，因此方程: 用算子D表示: K为静态灵敏度系数； ?0= 无阻尼系数固有频率； ? ＝ 为阻尼比。 传递函数 在分析、设计和应用传感器时，传递函数的概念非常有用。它的另一个作用是在方框图中作表示系统动态特性的图示符号。 传递函数是输出信号与输入信号之比。 这种形式的传递函数对瞬变输入特别有用。 开环检测系统框图 开环检测系统框图 被测量 电量 K2 电量 记录 运动笔 被测量 记录 运动笔 闭环检测系统框图 传感器的动态响应及动态性能指标 频域指标： 通频带、工作频带、相位误差等 时域指标： 一阶传感器：时间常数 二阶传感器：上升时间、稳定时间、超调量等 一阶传感器的阶跃响应 由图看出，随着时间的推移，y越来越接近1。 在一阶延迟系统中，?是决定响应速度的重要参数。 t=?时，?＝0.37 t=3?时，?＝0.05 t=5?时，?＝0.007 0.63 1 ?小 t y ?大 ?1 ?2 ? 二阶传感器的阶跃响应 t y 1 0.9 0.5 0.1 tr tp 检测系统动态性能指标 (1)时间常数τ：输出值上升到稳态值y(∞)的63％所需的时间。 (2)上升时间tr：输出值从稳态值y(∞)的10%上升到90%所需的时间。 (3)响应时间ts：输出值达到稳态值的y(∞)的95%“或98%所需的时间。 (4)超调量σ：通常用过渡过程中超过稳态值的最大值ΔA(过冲)与稳态值之比的百分数表示。 传感器的概念 定义 组成 分类 静态特性 线性度 灵敏度 精确度 重复性 迟滞等 动态特性 时间常数 阻尼比 本章小结 第*页 * 工作机理 结构型：主要是通过机械结构的几何形状或尺寸的变化，将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测信号。 物性型：利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量，它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。 复合型：将中间转换环节与物性型敏感元件复合而成的传感器。 1.2 传感器的一般特性 传感器的特性是指输入与输出之间的关系 1.2.1 静态特性 当输入量是常量(稳定状态的信号或变化及其缓慢的信号)时，输入与输出间的关系。 1.2.2 动态特性 当输入量随时间变化时，输入与输出间的关系(动态量指周期信号、瞬变信号或随机信号) 1.2.1 传感器的静态特性 静态标准条件 1.没有加速度、振动、冲击 （除非这些参数本身就是被测量）； 2.环境温度一般为20?5℃； 3.相对湿度不大于85％； 4.大气压力为101327?7800Pa(760 ?60mmHg); 1.2.1 传感器的静态特性 对传感器的一般要求 由于各种传感器的原理、结构、使用环境、条件、目的的不同，其技术指标也不可能完全相同，但是有些基本要求却是共同的。 (1)可靠性 (2)精度 (3)抗干扰能力 (4)通用性 (5)低成本 (6)低能耗 传感器输入输出作用图 1.2.1 传感器的静态特性 传感器的描述方法 传感器作为感受被测量信息的器件，希望它按照能按照一定的规律输出有用信号。 因此需要研究描述传感器的方法，来表示其输出——输入关系及特性，以便用理论指导其设计、制造、校准与使用。 最有效的描述方法是传感器的数学模型。 数学模型 传感器可用来检测不随时间变化的静态量和随时间变化的动态量。 应该用带随机变量的非线性微分方程作为数学模型。但这样在数学研究很困难。 常把传感器的静态特性和动态特性分开来考虑。 根据输入信号的性质，传感器有静态模型和动态模型两种。 方程式 Y=a0+a1X+a2X2+…… + anXn 各项系数不同，决定特性曲线的具体形式。 (1)理想线性： Y=a1X (2)具有X奇次阶项的非线性方程： Y=a1X+a3X3+ a5X5 + …… (3)具有X偶次阶项的非线性方程: Y=a1X+a2X2+ a4X4 + …… (4)具有X奇、偶次阶项的非线性方程： Y=a1X+a2X2 +a3X3+ a4X4 + a5X5 + …… 线性化 静态特性曲线可实际测试获得。 为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系，采用硬件和软件的补偿进行线性化处理。 在非线性误差不太大的情况下，采用直线拟合的方法线性化。 在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程（Ful