传感器与检测技术第一、二章剖析.pptVIP

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2017-06-30 发布于湖北
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传感器与检测技术第一、二章剖析.ppt

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传感器与检测技术第一、二章剖析

⑴ 一阶传感器的单位阶跃响应设x ( t )、y ( t ) 分别为传感器的输入量和输出量，均是时间的函数，则一阶传感器的传递函数为式中 τ——时间常数； K——静态灵敏度。由于在线性传感器中灵敏度K为常数，在动态特性分析中，K只起着使输出量增加K倍的作用。讨论时采用 K=1。上一页下一页返回对于初始状态为零的传感器，当输入为单位阶跃信号时， X(s)=1/s,传感器输出的拉氏变换为则一阶传感器的单位阶跃响应为一阶传感器的时间常数τ越小越好上一页下一页返回 ⑵ 二阶传感器的单位阶跃响应二阶传感器的传递函数为式中 ωn—— 传感器的固有频率； ζ—— 传感器的阻尼比。在单位阶跃信号作用下，传感器输出的拉氏变换为上一页下一页返回对Y（s）进行拉氏反变换，即可得到单位阶跃响应。图1.4.6为二阶传感器的单位阶跃响应曲线。传感器的响应在很大程度上取决于阻尼比ζ和固有频率ωn 。在实际使用中，为了兼顾有短的上升时间和小的超调量，一般传感器都设计成欠阻尼式的，阻尼比ζ一般取在0.6~0.8之间。带保护套管的热电偶是一个典型的二阶传感器。上一页下一页返回 ⑶ 瞬态响应特性指标时间常数τ是描述一阶传感器动态特性的重要参数，τ越小，响应速度越快。二阶传感器阶跃响应的典型性能指标可由图1.4.7表示，上一页下一页返回各指标定义如下： ① 上升时间tr 输出由稳态值的10%变化到稳态值的90%所用的时间。 ② 响应时间ts 系统从阶跃输入开始到输出值进入稳态值所规定的范围内所需要的时间。 ③ 峰值时间tp 阶跃响应曲线达到第一个峰值所需时间。 ④ 超调量σ 传感器输出超过稳态值的最大值ΔA，常用相对于稳态值的百分比σ表示。上一页下一页返回 2. 频率响应特性传感器对正弦输入信号的响应特性频率响应法是从传感器的频率特性出发研究传感器的动态特性。（1）零阶传感器的频率特性（2）一阶传感器的频率特性（3）二阶传感器的频率特性（4）频率响应特性指标上一页下一页返回（1）零阶传感器的频率特性零阶传感器的传递函数为频率特性为零阶传感器的输出和输入成正比，并且与信号频率无关。因此，无幅值和相位失真问题，具有理想的动态特性。电位器式传感器是零阶系统的一个例子。在实际应用中，许多高阶系统在变化缓慢、频率不高时，都可以近似的当作零阶系统来处理。上一页下一页返回 ⑵ 一阶传感器的频率特性将一阶传感器的传递函数中的s用jω代替，即可得到频率特性表达式幅频特性相频特性上一页下一页返回 (a) 幅频特性 (b) 相频特性 1.4.8 一阶传感器的频率特性时间常数τ越小，频率响应特性越好。当ωτ 1时，A (ω)≈1，Φ (ω)≈ωτ，表明传感器输出与输入为线性关系，相位差与频率ω成线性关系，输出 y ( t ) 比较真实地反映输入x ( t ) 的变化规律。因此，减小τ可以改善传感器的频率特性。上一页下一页返回 ⑶ 二阶传感器的频率特性二阶传感器的频率特性表达式、幅频特性、相频特性分别为上一页下一页返回图 1.4.9 二阶传感器的频率特性上一页下一页返回 ⑷ 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。上一页下一页返回 1.5 传感器的标定和校准传感器的标定是通过试验建立传感器输入量与输出量之间的关系。同时，确定出不同使用条件下的误差关系。传感器的标定工作可分为如下几个方面， 1. 新研制的传感器需进行全面技术性能的检定，用检定数据进行量值传递，同时检定数据也是改进传感器设计的重要依据； 2. 经过一段时间的储存或使用后对传感器的复测工作。上一页下一页返回传感器的标定静态标定: 目的是确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。动态标定: 目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有