[理学]第2章 传感器的基本特性new.ppt

2.2 传感器动态特性 一阶传感器的传递函数 幅频特性： 相频特性： 将式中的s用 代替： 一阶传感器的频率响应 2.2 传感器动态特性 讨论：? 一阶系统在 才近似零阶系统特性， ; 输出y(t)反映输入x(t); 当 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 ，所以时间常数τ越小， 越高工作频率 越宽，响应越好； 另外， 时，输入输出关系接近线性，输出 较真实反映输入变化。 二阶传感器的频率响应 2.2 传感器动态特性 二阶传感器的传递函数 将式中的s用 代替： 二阶传感器的频率响应 2.2 传感器动态特性 幅频特性 相频特性 2.2 传感器动态特性 讨论： 当ξ1(或ξ0.707),且ωnω时， 幅值A(ω) ≈ 1，φ（ω）≈ 0； ? 当ξ1, 且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 的3—5倍ωn≥（3～5）ω，保证增益避免共 振。 2.2 传感器动态特性 幅频特性 相频特性 本章小结： 1.传感器的静态特性指标包括：线性度、迟滞、 重复性、灵敏度、稳定性。 2.传感器的动态特性参数有：瞬态响应特性，频 率响应特性。 3.分别讨论一阶传感器、二阶传感器的传递函数、 传感器幅频特性、相频特性。 中国矿业大学计算机学院 第2章 传感器的基本特性 主要内容 2.1 传感器静态特性 2.2 传感器动态特性 概 述： 传感器一般要变换各种信息量为电量，描述这种变换的输入与输出关系表达了传感器的基本特性。对不同的输入信号，输出特性是不同的，对快变信号与慢变信号，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，反应大不相同。 快变 信号考虑输出的动态特性即随时间变化的特性； 慢变 信号研究静态特性，即不随时间变化的特性。 2.1 传感器静态特性 当输入量（X）为静态（常量）或变化缓慢的信 号时（如温度、压力），讨论传感器的静态特 性，输入输出关系称静态特性。 静态特性可以用函数式表示为 静态特性包括： 灵敏度、迟滞、重复性、线性度、稳定性 1 、灵敏度 2.1 传感器静态特性 在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值 对线性传感器灵敏度是直线的斜率：S = ΔY/ΔX 对非线性传感器灵敏度为一变量： S = dy/dx 2、线性度 传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。 2.1 传感器静态特性 从传感器的性能看，希望具有线性关系，但实际遇到的 传感器大多为非线性。 2.1 传感器静态特性 传感器的非线性误差（线性度）通常用相对误差 表示： —— 最大非线性绝对误差 —— 满量程输出 —— 线性度 Y X Yi Xi Lmax Y=kx+b 2.1 传感器静态特性 各种直线拟合方法 3 、迟滞 传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不 重合的现象称迟滞。 2.1 传感器静态特性 2 、迟滞 迟滞误差一般由满量程输出的百分数表示： 2.1 传感器静态特性 例：一电子秤 增加砝码 10g —— 50g —— 100g —— 200g 电桥输出 0.5 mv --- 2mv --- 4mv --- 10mv 减砝码输出 1 mv --- 5mv --- 8mv --- 10mv 为正、反 行程输出值间的最大差值 3 、重复性 2.1 传感器静态特性 传感器输入量按同一方向作多次测量时， 输出特性不一致的程度。 属于随机误差可用标准偏差表示： 或用最大重复偏差表示： σmax —— 最大标准差； （2—3）—— 置信度； 3 、重复性 2.1 传感器静态特性 5 、稳定性 2.1 传感器静态特性 表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力 例： 闪烁探测器8小时长期稳定性测量散点图 6 、分辨率和阈值 2.1 传感器静态特性 分辨率 —— 传感器能够检测到的最小输入增量； 阈值 —— 输入小到某种程度输出不再变化的X值； 门槛灵敏度—— 指输入零点附近的分辨能力。 当输入的变化量被传感器内部噪声吸收时将反映不到输出 2.2 传感器动态特性 当输入量随时间变化时,如 :加速度、振动等， 讨论传感器的动态特性。