检测系统的特性与技术指标.ppt

第2章 检测系统的特性与技术指标  2.1 检测系统的静态特性 2.1.1 静态模型  2.1 检测系统的静态特性  2.1 检测系统的静态特性 2.1.2 静态特性指标  2.1 检测系统的静态特性  2.1 检测系统的静态特性  2.1 检测系统的静态特性  2.1 检测系统的静态特性  2.1 检测系统的静态特性  2.1 检测系统的静态特性  2.2 检测系统的动态特性 2.2.1 动态模型  2.2 检测系统的动态特性  2.2 检测系统的动态特性 二阶系统：  2.2 检测系统的动态特性  2.2 检测系统的动态特性 2.2.2 动态特性  2.2 检测系统的动态特性  2.2 检测系统的动态特性  2.2 检测系统的动态特性  2.2 检测系统的动态特性  2.2 检测系统的动态特性  2.2 检测系统的动态特性  2.2 检测系统的动态特性  2.2 检测系统的动态特性  2.3 检测系统的不失真条件 * * 静态模型、静态特性指标 2.2检测系统的动态特性 动态模型、动态特性 2.1 检测系统的静态特性 传感器典型环节动态特性分析 2.3检测系统的不失真条件 静态特性：检测系统在被测量处于稳定状态时的输入输出关系 检测系统 输入量x 输出量y 理想状态： 实际状态： a --- 零点输出 b --- 理论灵敏度 线性关系 非线性关系 x y a O 非线性原因： (结构原理性原因除外) 误差因素 检 测 系 统 输入 x 输入 y = f(x) 温度 湿度 压力 冲击 振动 磁场 电场 摩擦 间隙 松动 迟滞 蠕变 变形 老化 外界干扰 线性度 回程误差 分辨力 重复性 灵敏度 线性度: 检测系统输入输出曲线与理想直线的偏离程度 相对误差 输出值与理想直线的最大偏差值 理论满量程输出值 理想直线： 亦称非线性误差 定义: 表达: x y Δ 拟合直线 一般不存在或很难获得准确结果 利用测量数据，通过计算获得 获取拟合直线方法： (c) 最小二乘法： 计算：有n个测量数据: (x1,y1), (x2,y2), … , (xn,yn)， (n2) 残差：?i = yi – (a + b xi) 残差平方和最小：??2i=min 使得正负偏差相等 (a) 端点连线法： 检测系统输入输出曲线的两端点连线 特点： x y Δ 算法： 简单、方便，偏差大，与测量值有关 (b)端点连线平移法： 精度高，计算法 算法： 特点： 算法： 特点：精度高 x y Δ Δ 简单实用 回程误差 检测系统在正行程和反行程的输入输出曲线不重合的程度 相对误差 ?Hmax：正反行程输出值的最大偏差 定义： 亦称空程误差、滞后 算法： 分辨力: 能够检测出的被测量的最小变化量 2、分辨率 --- 是相对数值： 定义： 1、分辨力 --- 是绝对数值，如 0.01mm，0.1g，10ms 说明： 表征测量系统的分辨能力 能检测的最小被测量的变换量相对于满量程的百分数，如： 0.1%, 0.02% 3、阈值 --- 在系统输入零点附近的分辨力 重复性 同一条件下，对同一被测量，同一方向，多次重复测量，差异程度 对同一被测量值：各次测量数值的偏差程度 重复性是检测系统最基本的技术指标，是其他各项指标的前提和保证 测量数据的分散性 重复性误差：随机误差 标准差?：?大，则分散性大；反之亦然 计算：贝塞尔公式 yi---测量输出值，i=1,2,…,n y---输出值的平均值 对不同被测数值：各次测量曲线的偏差程度 灵敏度 测量系统在稳态下输出量的增量与输入量的增量之比 斜率： a. 线性检测系统：灵敏度为常数； 例：间隙式平板电容传感器 定义： b. 非线性检测系统：灵敏度为变数 说明： (灵敏度系数) 灵敏度 双曲线、非线性 动态特性：检测系统在被测量随时间变化的条件下输入输出关系 微分方程： 根据相应的物理定律（如牛顿、能量守恒、基尔霍夫电路定律等），用线性常系数微分方程表示系统的输入x与输出y关系 ai、b j(i,j=0,1,…)：系统结构特性参数，常数，n =m， n称为系统的阶次。常见为零阶、一阶、二阶系统 零阶系统：例电位计、电子示波器 一阶系统： 例: 无质量单自由度振动系统、无源积分电路、 液柱式温度计 例：弹簧质量阻尼系统，RLC振荡电路，动圈式仪表 传递函数： 利用拉氏变换，将微分方程转换成为复数域的数学模型，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比： 频率响应函数： 将传递函数中的拉普拉斯算子S用 jω 代替即可 冲激与阶跃响应函数： 见《信号与