传感器动态响应.ppt

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1、第二章、测试系统特性机械测试技术本章学习要求：1.了解测试系统特性对测量结果的影响2.了解测试系统特性的测量方法静态模型、静态特性指标§2.2动态特性动态模型、动态特性§2.1静态特性传感器典型环节动态特性分析第二章测试系统特性§2.1静态特性§2.1.1静态模型静态特性：检测系统在被测量处于稳定状态时的输入输出关系测试系统输入量x输出量y理想状态：实际状态：a---零点输出b---理论灵敏度线性关系非线性关系xyaO非线性原因：(结构原理性原因除外)误差因素检测系统输入x输入y=f(x)温度湿度压力冲击振动磁场电场摩擦间隙松动迟滞蠕变变形老化外界干扰§2.1静

2、态特性§2.1静态特性§2.1.2静态特性指标线性度回程误差分辨力漂移灵敏度(1)线性度:检测系统输入输出曲线与理想直线的偏离程度相对误差B:输出值与理想直线的最大偏差值A:理论满量程输出值理想直线：亦称非线性误差定义:(non-linearity)表达:拟合直线一般不存在或很难获得准确结果利用测量数据，通过计算获得§2.1.2静态特性指标获取拟合直线方法：(b)最小二乘法：计算：有n个测量数据:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)，(n>2)残差：i=yi–(a+bxi)残差平方和最小：2i=min(a)端点连线法：检测系统输入输出曲线的两

3、端点连线特点：xyΔ算法：简单、方便，偏差大，与测量值有关算法：特点：精度高§2.1.2静态特性指标(2)灵敏度测量系统在稳态下输出量的增量与输入量的增量之比斜率：a.线性检测系统：灵敏度为常数；定义：b.非线性检测系统：灵敏度为变数说明：(灵敏度系数)(sensitivity)灵敏度的单位取决于输入、输出量的单位§2.1.2静态特性指标§2.1.2静态特性指标(3)回程误差检测系统在正行程和反行程的输入输出曲线不重合的程度.相对误差Hmax：正反行程输出值的最大偏差定义：亦称空程误差、滞后(hysteresis)算法：(4)分辨力:能够检测出的被测量的最小变

4、化量2、分辨率---是相对数值：定义：1、分辨力---是绝对数值，如0.01mm，0.1g，10ms，……说明：表征测量系统的分辨能力(resolution)能检测的最小被测量的变换量相对于满量程的百分数，如：0.1%,0.02%漂移：测量装置的测量特性随时间的缓慢变化。在规定条件下，对一恒定输入在规定时间内的输出变化，称为点漂。标称范围最低值处的点漂，称为零点漂移，简称零漂。(5)漂移漂移通常表示为在相应条件下的示值变化。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。课后作业测力传感器的标定

5、数据如下表所示，求传感器的灵敏度，线性度误差和回程误差。拉力P(N)01020304050403020100应变ε(με)076152228310400330252168842复习提纲测量方法分类误差的分类与表示方法精度的概念不确定度的含义测试系统静态特性指标有哪些§2.2.1动态模型动态特性：测试系统在被测量随时间变化的条件下输入输出关系(1)微分方程：根据相应的物理定律（如牛顿定律、能量守恒定律、基尔霍夫电路定律等），用线性常系数微分方程表示系统的输入x与输出y关系的数字方程式ai、bi(i=0,1,…)：系统结构特性参数，常数，系统的阶次由输出量最高微分阶

6、次决定。常见为0阶、一阶、二阶系统优点：概念清晰，输入-输出关系明了，可区分暂态响应和稳态响应缺点：求解方程麻烦，传感器调整时分析困难2.2测试系统动态特性(2)传递函数：利用拉氏变换，将微分方程转换成为复数域的数学模型，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比：傅氏变换拉氏变换优点：直观的反映了系统对不同频率成分输入信号的扭曲情况，可由实验测得。2.2测试系统动态特性优点：简单，信号发生器，双踪示波器就可以缺点：效率低2.2测试系统动态特性案例：音响系统性能评定y(t)=x(t)*h(t)Y(f)=X(f)H(f)改进：白噪声输入，测量输出，再求输出频谱。白噪声

7、：在所有频率成分处X(f)=12.2测试系统动态特性§2.2.2动态特性过程：激励：暂态过程（输出量由一个稳态到另一个稳态的过渡过程）稳态过程（输出量达到稳定的状态）信号----正弦信号、阶跃信号、脉冲信号2.2测试系统动态特性(1)频率响应特性：输入：输出：频率响应特性输入量：输出量：频率响应函数：系统频率特性：稳态输出与输入幅值之比和两者相位差是输入频率的函数：幅--频、相—频正弦信号---一系列，频率不同，幅值相等正弦信号---观察：幅值、相位、频率(稳态)2.2测试系统动态特性幅频特性：幅值比与频率关系A(ω)：输出幅值与静态幅值比---系统的动态灵敏度

8、（增益）相频特性：相位与