传感器与检测技术的理论基础PPT电子课件教案-第2章 传感器的基本特性参考.ppt

2.2 传感器动态特性 两边取拉氏变换，将实函数变换到复变函数 时 2.2 传感器动态特性 传感器的传递函数： 2 、一阶系统的动态响应（惯性系统） 2.2 传感器动态特性 一阶系统传递函数 静态灵敏度 时间常数 传递函数可简化为： 一阶传感器的阶跃响应（瞬态响应） 2.2 传感器动态特性 由拉氏反变换得到单位阶跃响应信号为： 一阶系统 2.2 传感器动态特性 讨论： 暂态响应是指数函数，输出曲线逐渐达到稳定； 理论上t—∞时才能达到稳定，当t=τ时即达到 稳定值的63.2%，可见时间常数τ越小越好，是 反映一阶传感器的重要参数； 实际运用时t = 4τ时工程上认为已达到稳定； 由曲线看出它与动态测温相似，所以动态测温 是典型的一阶系统 。 一阶传感器的阶跃响应 2.2 传感器动态特性 一阶传感器的阶跃响应 一阶传感器的频率响应 2.2 传感器动态特性 输入正弦信号 拉氏变换后 一价系统 一阶传感器的频率响应 2.2 传感器动态特性 反变换后得出输出的振幅和频率变化特性 输出Y(t)有个两部分，瞬态响应成分、稳态响应成分，瞬态响应随时间t逐渐消失。 2.2 传感器动态特性 忽略瞬态响应，稳态响应整理后为： 幅——频特性： 相——频特性： 2.2 传感器动态特性 讨论：? 一阶系统在时间常数τ 1才近似零阶系统特性， A（ω）≈k,φ（ω）≈0; 输出y(t)反映输入x(t); 当τ= 1 时，传感器灵敏度下降了3dB，如果灵敏度 下降到3db时的频率为工作频率上限，则：上限频率 为WH=1/τ，所以时间常数τ越小，WH越高工作频率 越宽，响应越好； 另外，ωτ 1 时，输入输出关系接近线性，输出 较真实反映输入变化。 3 、二阶系统的动态响应（振动系统） 2.2 传感器动态特性 二阶系统传递函数 无阻尼固有频率 静态灵敏度 阻尼比 二阶传感器的阶跃响应 2.2 传感器动态特性 输入阶跃信号时拉氏变换为 输出拉氏变换 二价系统 二阶传感器的阶跃响应 2.2 传感器动态特性 反变换为： 式中： 2.2 传感器动态特性 用 y(t)作图，不同阻尼比ξ值曲线形式不同 2.2 传感器动态特性 一阶、二阶两条典型的阶跃响应曲线 2.2 传感器动态特性 讨论： 根据阻尼比ξ大小可分四种情况： 1.ξ=0，零阻尼等幅振荡，产生自激永远达不到 稳定； 2.ξ1，欠阻尼衰减振荡达到稳定时间随ξ下降 加长； 3.ξ=1临界阻尼，响应时间最短； 4.ξ1过阻尼，稳定时间较长。 实际取值稍有一点欠阻尼调整,ξ取0.6—0.8 过冲量不太大，稳定时间不太长。 二阶传感器的频率响应 2.2 传感器动态特性 一个起始静止的二阶系统,输入正弦信号,频率为ω时输出拉氏变换为： 二阶传感器的频率响应 2.2 传感器动态特性 幅——频特性 相——频特性 2.2 传感器动态特性 讨论： 当ξ1(或ξ0.707),且ωnω时， 幅值A(ω) ≈ 1，φ（ω）≈ 0； ? 当ξ1, 且=ω(ω/ωn=1)时，在ω/ωn=1附 近有个峰值，会产生共振，相位差900-1800； 传感器固有频率ωn至少应大于被测信号频率 的3—5倍ωn≥（3～5）ω，保证增益避免共 振。 2.2 传感器动态特性 幅——频特性 相——频特性 本章小结： 1.传感器的静态特性指标包括：线性度、迟滞、 重复性、灵敏度、稳定性。 2.传感器的动态特性参数有：瞬态响应特性，频 率响应特性。 3.分别讨论一阶传感器、二阶传感器的传递函数、 传感器幅频特性、相频特性。 本章要点： 1.检测系统只着重输入和输出关系的传递函数 表示方法； 2.系统方程式状态变量是一次的系统，尤其系统 都是常数的系统叫线性常系数系统，我们课程 以后讨论的都是以线性常系数系统为对象。 3.一阶系统状态变量是一个，二阶系统状态变量 是两个，一般情况下，有n个状态变量的系统 叫n阶系统。 中国矿业大学计算机学院 传感器概论 第2章 传感器的基本特性 主要内容 2.1 传感器静态特性 2.2 传感器动态特性 概 述： 传感器一般要变换各种信息量为电量，描述这种变换的输入与输出关系表达了传感器的基本特性。对不同的输入信号，输出特性是不同的，对快变信号与慢变信号，由于受传感器内部储能元件（电感、电容、质量块、弹簧等）的影响，反应大不相同。 快