传感器检测技术第三章(09级).ppt

2）二阶系统 称重(应变片) F 加速度 压电式传感器 幅频、相频曲线 二阶系统伯德图 二阶系统的特性： －低通特性 －频率响应与阻尼比ζ有关 －频率响应与固有频率ω0有关：固有频率越高，保持动态误差在一定范围内的工作频率范围越宽，反之越窄。 对二阶系统通常推荐采用阻尼比ζ＝0.7左右，且可用频率在0～0.6ω0范围内变化，测试系统可获得较好的动态特性，其幅值误差不超过5％，同时相频特性接近于直线，即测试系统的动态特性误差较小。 在动态测试时，必须了解测试系统的可用频率范围——与允许的幅值误差ε和阻尼比ζ有关。 ——允许的幅值误差ε越小，其可用频率范围越窄；反之，其可用频率范围越宽。 ——ζ＝0.7左右时，也有较宽的可用频率范围。 选择、设计测试系统时尤为重要！ 不同阻尼比对可用频率范围的影响 【例1】有一二阶系统，已知其固有频率1000Hz，阻尼比ζ＝0.7，若用它测量频率分别为600Hz和400Hz的正弦信号时，问输出与输入的幅值比和相位差各为多少？ 解：按定义 测量频率为400Hz的信号其幅值误差和相位误差较小 【例2】有两个结构相同的二阶系统，其固有频率相同，但两者阻尼比不同，一个是0.1，另一个是0.65，若允许的幅值误差10％，问它们的可用频率范围是多少？ 解：求二阶系统的可用频率范围，实际上就是求幅频特性曲线与A(ω)＝1±ε两根直线的交点的横坐标。 1）将A(ω)＝1.1和ζ＝0.1代入幅频特性公式，可得 2）将A(ω)＝1.1和ζ＝0.65代入幅频特性公式，方程无实数解，即两者无交点。 3）将A(ω)＝0.9和ζ＝0.1代入公式，得 4）将A(ω)＝0.9和ζ＝0.65代入公式，得 对ζ＝0.1二阶系统，其可用频率范围为0～0.304ω0；对ζ＝0.65二阶系统，可用频率范围为0～0.815ω0 ；可见阻尼比ζ影响二阶系统的可用频率范围。 3、常见测试系统的阶跃响应 阶跃响应简单易行，只需产生一个阶跃信号，再测量系统输出即可。 ——实用（在工程中，对系统的突然加载或者突然卸载都视为对系统施加一阶跃输入 ） 输入x(t)=u(t)，则X(s)=1/s 即输出 Y(s)=H(s)/s y(t) 1）一阶系统 阶跃响应（指数曲线）的变化率取决于时间常数?。 ?越小，响应速度越快，达到稳态的时间越短。 时间常数?越小，动态误差也越小，所以尽可能采用?值小的测试系统。 2）二阶系统 阻尼比ζ不同其阶跃响应不同，通常取ζ1 有阻尼振荡频率 当ζ＝0 系统以?0产生无衰减的正弦振荡 当ζ?0，随着t增大至? 系统产生?d衰减振荡 无阻尼振荡频率 不同阻尼比时的单位阶跃响应曲线 精密度高 准确度较高 精确度高 精度（精确度）、精密度与准确度 精度反映了测试系统中系统误差和随机误差的综合影响 f) 稳定性和漂移（drift） 稳定性是指系统在一定工作条件下，当输入量不变时，输出量随时间变化的程度。稳定性也叫漂移。 产生漂移的原因：一是系统自身结构参数的变化，另一个是周围环境的变化（如温度、湿度等）对输出的影响。最常见的漂移是温漂，即由于周围的温度变化而引起输出的变化，进一步引起系统的灵敏度发生漂移，即灵敏度漂移。 漂移通常表示为在相应条件下的示值变化。例如： ?=1.3mV/8h表示每8小时电压波动1.3mV。 ?=0.02mA/?C表示温度变化1?C电流变化0.02mA。 g) 分辨率（Resolution ） 指能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量，表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。 对于数字式仪表而言，输入量连续变化时，输出量作阶梯变化，一般可以认为该输出显示标尺的最后一位所表示的数值就是它的分辨力，例如数字式温度计的温度显示为180.6℃，则分辨力为0.1℃； 对于模拟式仪表，即输出量为连续变化的装置，分辨力是指测试装置能显示或记录的最小输入增量，一般为最小分度值的一半。 h) 可靠性（reliability） 是评定测试装置无故障工作时间长短的指标。 1）平均无故障时间（MTBF） 常用指标： 2）可信任概率p 3）故障率或失效率（λ） ，例如：λ=0.03/kh 4）有效度或可用度（A） ：A=MTBF/(MTBF+MTTR) 2、静态特性的标定 测试装置本身存在某些随机因素时，可在相同条件下进行多次重复测量，求同一输入条件下的平均值，作静态特性曲线。 有回差的测试装置，正行程和反行程组成一个循环。相同条件下多次循环测量，求出平均值，得到正反行程的静态特性曲线。 静态标定:在规定的标准工作条件下，用实验方法求测试系统的静态特性曲线的过程。 静态标定步骤