《传感器》课件_第1章_传感器技术基础.ppt

当ζl，ωωn时：A(ω)l，幅频特性平直，输出与输入为线性关系；φ(ω)很小，φ(ω)与ω为线性关系。此时，系统的输出y(t)真实准确地再现输入x(t)的波形，这是测试设备应有的性能。结论：为了使测试结果能精确地再现被测信号的波形，在传感器设计时，必须使其阻尼比ζ1，固有频率ωn至少应大于被测信号频率ω的(3-5)倍，即ωn≥(3-5)ω。另外，当被测信号为非周期信号，可将其分解为各次谐波，使传感器的固有频率ωn不低于输入信号谐波中最高频率ωmax的(3-5)倍，以保证动态测试精度。第1章传感器技术基础实践证明，如果被测信号的波形与正弦波相差不大，则被测信号谐波中最高频率ωmax可以用其基频(2-3)倍代替。这样，选用和设计传感器时，保证传感器固有频率ωn不低于被测信号基频的10倍即可。从上面分析可知：为了减小动态误差和扩大频响范围，一般是提高传感器的固有频率。第1章传感器技术基础3）频率响应特性指标①频带传感器增益保持在一定值内的频率范围，即对数幅频特性曲线上幅值衰减3dB时所对应的频率范围，称为传感器的频带或通频带，对应有上、下截止频率。②时间常数τ用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性，τ越小，频带越宽。③固有频率ωn二阶传感器的固有频率ωn表征了其动态特性。第1章传感器技术基础(2)传感器的时域分析法在研究传感器的动态特性时,有时需要从时域中对传感器的响应和过渡过程进行分析。这种分析方法是时域分析法。传感器对所加激励信号响应称瞬态响应。常用激励信号有阶跃函数、斜坡函数、脉冲函数等。下面以传感器的单位阶跃响应来评价传感器的动态性能指标。第1章传感器技术基础1)一阶传感器的单位阶跃响应一阶传感器的传递函数：对初始状态为零的传感器,当输入一个单位阶跃信号0t≤01t0时,由于x(t)=1(t),x(s)=,传感器输出的拉氏变换为Y(s)=H(s)X(s)=x(t)=一阶传感器的单位阶跃响应信号为：y(t)=1-e-第1章传感器技术基础由图可见,传感器存在惯性,它的输出不能立即复现输入信号,而是从零开始,按指数规律上升,最终达到稳态值。理论上传感器的响应只在t趋于无穷大时才达到稳态值,但实际上当t=4τ时其输出达到稳态值的98.2%,可以认为已达到稳态。τ越小,响应曲线越接近于输入阶跃曲线,因此,τ值是一阶传感器重要的性能参数。第1章传感器技术基础2)二阶传感器的单位阶跃响应二阶传感器的传递函数:二阶传感器的单位阶跃响应：传感器输出的拉氏变换:二阶传感器对阶跃信号的响应取决于阻尼比ξ和固有频率ωn。固有频率ωn由传感器主要结构参数所决定,ωn越高,传感器的响应越快。第1章传感器技术基础图为二阶传感器的单位阶跃响应曲线。阻尼比ξ直接影响超调量和振荡次数。ξ=0,为临界阻尼,超调量为100%,产生等幅振荡,达不到稳态。ξ1,为过阻尼,无超调也无振荡,但达到稳态所需时间较长。ξ1,为欠阻尼,衰减振荡,达到稳态值所需时间随ξ的减小而加长。ξ=1时响应时间最短。但实际使用中常按稍欠阻尼调整,ξ取0.6～0.8为最好。第1章传感器技术基础3)瞬态响应特性指标①时间常数τ,一阶传感器时间常数τ越小,响应速度越快。②上升时间,传感器输出值由稳态值的10%达到稳态值的90%所需时间。③响应时间,传感器输出值达到允许误差范围±Δ%所需时间。④超调量,传感器输出超过稳态值的最大值。第1章传感器技术基础第1章传感器技术基础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、满量程输出、分辨力、输入输出阻抗等精度方面的指标：精度(误差)、重复性、线性、回差、灵敏度误差、阈值、稳定性、漂移、静态总误差等动态性能指标：固有频率、阻尼系数、频响范围、频率特性、时间常数、上升时间、响应时间、超调量、稳态误差、临界频率等温度指标：工作温度范围、温度误差、温度漂移、灵敏度温度系数、热滞后等??