第2章传感器的性能与评价讲述.pptVIP

* * 频响特性与动态品质评价 （2）一阶传感器的幅频、相频特性 典型一阶传感器的频率特性为：H(j?)=A/(1+ j??) 相应的幅频和相频特性为： 一阶频率特性有最简形式，其特征参 数可用3 dB频率?c表示，即：?c=1/?。 此处??称为传感器的时间常数。 可见，? 越小，3dB频率?c越高，动态 响应越好(时间常数越小，响应越快)。 * * 频响特性与动态品质评价 （3）二阶传感器的幅频、相频特性 具有阻尼、质量和弹簧的单自由度二阶系统的频率特性为 式中，频率比?=?/?0，?0= 为系统无阻尼时的固有频率； 为阻尼比系数。 求得幅频特性和相频特性为 * * 频响特性与动态品质评价 （3）二阶传感器的幅频、相频特性 频率特性与无阻尼固有频率?0（??=1处）和阻尼比系数?有关，谐振峰大小和谐振频率?n随??变化。 结论：可用?0和?评估二阶系统的频率特性，相同?下的?0越大(固有频率越高)，其动态性越好；确定的固有频率下?=0.707时，幅频特性平坦区最宽，0.707称最佳阻尼比。 二阶系统频率特性 * * 时域响应与动态品质评价 （1）时间响应特性与动态品质的关系 动态输出含两个分量，第一个像静态特性一样与输入保持确定关系；第二个是输入引起的暂态分量，即动态误差。 暂态分量反映传感器中储能过程和消耗（摩擦等）过程之间的动态平衡关系。以阶跃函数为输入，可观察此关系。 下图为零初始条件下的阶跃响应曲线，其中y(∞)表暂态结束后的稳态值，它与输入x(t)的关系由静态特性确定。 暂态分量的影响只在前沿部分显现，传感器的动态品质可用阶跃响应的前沿部分的某些特征来表示。 * * 时域响应与动态品质评价 （1）时间响应特性与动态品质的关系 阶跃响应曲线 * * 时域响应与动态品质评价 （1）时间响应特性与动态品质的关系 时间常数?。传感器输出值由零上升到稳定值的63.2％所需要的时间。 上升时间tr。响应从最初稳态值的5％或10％上升，第一次达稳态值的90％或95%所需的时间。 响应时间ts。输入量开始起作用到输出进入规定的稳定值范围所需的时间，一般与规定误差一同给出。 超调量σp。指输出第一次达到稳定值又超出稳定值而出现的最大偏差，用相对稳定值的百分比来表示，如?p=ym/y(?)为20％。 峰值时间tp。传感器输出值由零上升超过稳定值，到达第一个峰值所需要的时间。 * * 时域响应与动态品质评价 （2）单调变化的阶跃响应 多个惯性环节组成的开环系统的阶跃响应呈单调变化，可用上升时间或阶跃响应时间或稳定时间之一描述其性能。 对简单的只有一个惯性环节的系统，只给出时间常数，即可完全确定阶跃响应： 可见，? 越小，响应时间和稳定时间 越短，动态性能越好。??变小意味着 频带变宽，响应时间变短。 一阶系统的阶跃响应 * * 时域响应与动态品质评价 （3）典型的二阶系的阶跃响应 二阶系统的传递函数为 二阶系统的阶跃响应曲线如图，?=0.707的曲线表临界阻尼状态。临界阻尼有最小稳定时间，??越 小上升时间越短。从响应时间看，临界 阻尼并非最佳状态。分析表明：??越小 则瞬时过冲量越大，因此实际中一般选 ??为0.5~0.7，以便能在允许过冲量条件 下得到最小的响应时间。较小的??有较 宽的3 dB带宽，故上升时间与带宽有关。 二阶系统的阶跃响应 * * 2.5 传感器的标定 1）基本概念 标定：利用已知量输入传感器，测量其相应输出量，进而 得到传感器输出?输入特性的过程。 校准：传感器使用或存储后的性能复测。校准与标定本质 相同。 目的：通过实验和实验数据处理得到传感器数学模型及性 能指标。 标定系统：标定实际是针对整个传感器系统的实验，需构 建相应系统。 传感器的标定过程及系统结构 * * 标定的一般步骤 ①确定一个表达传感器输入?输出信号关系的数学模型； ②设计一个标定实验，对传感器施加输入，测量相应输出；其中需特别注意控制其他信号[q(t)]的影响； ③用回归分析法处理标定实验所得数据，确定步骤①中数学模型的参数及测量误差； ④对模型进行分析，确定其是否合适。如不合适，则需修正或考虑新的数学模型。 标定分类：按参考基准不同分类(技术基准、已标传感器) 绝对标定- 将传感器输出与真实的固定输入相比较； 相对标定- 将传感器输出与已标定的传感器输出相比较。 * * 实际标定操作时需考虑的共性问题 传感器系统每个模块的标准特性参数； 标定系统的可操作性； 标定系统的成本； 标定工艺的人工成本； 标定数据的整理及传感器系统软硬件调整方案。 静态标定与动态标定 静态标定是评定传感器指标的基本方式，传感器的大部分技术参数都是通过静态标定取得的。