检测技术与传感器基本特性精选文档.ppt

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1、检测技术与传感器基本特性本讲稿第一页，共二十二页2.1 静态特性及性能指标静态特性及性能指标2.1.1 静态（标度）特性静态（标度）特性静态测量：测量过程中被测量保持恒定不变（即静态测量：测量过程中被测量保持恒定不变（即dx/dt=0系统系统处于稳定状态）时的测量。处于稳定状态）时的测量。静态特性（标度特性）：在静态测量中，检测系统的输入静态特性（标度特性）：在静态测量中，检测系统的输入输出特性。输出特性。a0 检测系统的零位值检测系统的零位值a0,a1,an 标定系数标定系数本讲稿第二页，共二十二页图图 211 线性检测系统的静态特性线性检测系统的静态特性注意注意：检测系统的静态特性是在静态

2、标准条件下进行：检测系统的静态特性是在静态标准条件下进行校准（标定）的。校准（标定）的。没有加速度、振动、冲击；环境温度，相对湿度，大气压力本讲稿第三页，共二十二页1、测测量范量范围围和量程和量程 测测量范量范围围：（：（xmin，xmax）xmin检测检测系系统统所能所能测测量到的最小被量到的最小被测输测输 入量（下限）入量（下限）xmax检测检测系系统统所能所能测测量到的最大被量到的最大被测输测输 入量（上限）。入量（上限）。量程：量程：2.1.2 静态性能指标静态性能指标本讲稿第四页，共二十二页2、灵敏度（注意量纲）、灵敏度（注意量纲）图图 212 检测系统的灵敏度检测系统的灵敏度串联串

3、联检测系统在静态测量时，输出量的增量与输入量的增量之比的极限值。检测系统在静态测量时，输出量的增量与输入量的增量之比的极限值。本讲稿第五页，共二十二页3、分辨力与分辨率、分辨力与分辨率 分辨力：能引起分辨力：能引起输输出量出量发发生生变变化化时输时输入量的最入量的最小小变变化量化量 。分辨率：全量程中最大的分辨率：全量程中最大的即即与与满满量程量程L之比的百分数。之比的百分数。4、精度（详见第三章）、精度（详见第三章）本讲稿第六页，共二十二页图图213 线性度线性度5、线性度、线性度检测系统实际测得的输入检测系统实际测得的输入-输出特性曲线与其拟合直线之间的最输出特性曲线与其拟合直线之间的最大

4、偏差与满量程输出比值的百分数大偏差与满量程输出比值的百分数本讲稿第七页，共二十二页图图 214 迟滞特性迟滞特性6、迟滞性、迟滞性检测系统输入量由小增大（正行程），继而由大减小（反行程）检测系统输入量由小增大（正行程），继而由大减小（反行程），对应于同一输入量，输出量往往有差别，这种差别称为迟滞，对应于同一输入量，输出量往往有差别，这种差别称为迟滞（误差）。（误差）。输出值在正反行程的最大差值本讲稿第八页，共二十二页稳定性：在一定工作条件下，保持输入信号不变时，输出稳定性：在一定工作条件下，保持输入信号不变时，输出 信号随时间或温度的变化而出现缓慢变化的程度。信号随时间或温度的变化而出现缓慢变

5、化的程度。时漂：时漂：在输入信号不变的情况下，检测系统的输出随着时在输入信号不变的情况下，检测系统的输出随着时 间变化的现象。间变化的现象。温漂：温漂：随着环境温度变化的现象（通常包括零位温漂、灵随着环境温度变化的现象（通常包括零位温漂、灵 敏度温漂）。敏度温漂）。7、稳定性与漂移、稳定性与漂移本讲稿第九页，共二十二页动态测量：测量过程中被测量随时间变化时的测量。动态测量：测量过程中被测量随时间变化时的测量。动态特性：检测系统动态测量时的输出输入特性。动态特性：检测系统动态测量时的输出输入特性。2.2 动态特性及性能指标动态特性及性能指标频率响应分析法频率响应分析法以正弦信号作为系统的输入；以

6、正弦信号作为系统的输入；瞬态响应分析法瞬态响应分析法以阶跃信号作为系统的输入。以阶跃信号作为系统的输入。常用实验的方法：常用实验的方法：本讲稿第十页，共二十二页2.2.1 传递函数传递函数线线性系性系统统的微分方程（数学模型表达式）的微分方程（数学模型表达式）线线性系性系统统的的传递传递函数函数令令 可得到可得到检测检测系系统统的的频频率特性率特性：相频特性幅频特性本讲稿第十一页，共二十二页一一、零、零阶阶系系统统1、系、系统统方程：方程：或或 2、传递传递函数：函数：3、频频率特性：率特性：4、幅、幅频频特性：特性：5、相、相频频特性：特性：零阶系统零阶系统是一个与时间和频率无关的系统，输出

7、量的幅值与输入量的是一个与时间和频率无关的系统，输出量的幅值与输入量的幅值成确定的比例关系，通常称为比例系统或无惯性系统。幅值成确定的比例关系，通常称为比例系统或无惯性系统。本讲稿第十二页，共二十二页图图211 一阶系统幅频及相频特性曲线一阶系统幅频及相频特性曲线1.微分方程微分方程2.传递函数传递函数二二、一阶系统、一阶系统时间常数静态灵敏度本讲稿第十三页，共二十二页4.幅频特性幅频特性5.相频特性相频特性3.频率特性频率特性本讲稿第十四页，共二十二页三、二阶系统三、二阶系统1、微分方程、微分方程系统的静态灵敏度系统的静态灵敏度系统的固有频率系统的固有频率系统的阻尼比系统系统的阻尼比系统本讲

8、稿第十五页，共二十二页3、频率特性、频率特性4、幅频特性、幅频特性5、相频特性、相频特性2、传递函数、传递函数 本讲稿第十六页，共二十二页图图 222 二二阶阶系系统统的的频频率率特特性性本讲稿第十七页，共二十二页2.2.2 阶跃响应和时域动态性能指标阶跃响应和时域动态性能指标一、一、检测系统的阶跃响应检测系统的阶跃响应阶跃输阶跃输入响入响应应：1、零阶系统的阶跃响应、零阶系统的阶跃响应 幅幅值为值为的的阶跃阶跃信号。信号。2、一阶系统的阶跃响应、一阶系统的阶跃响应一阶系统的稳态输出为一阶系统的稳态输出为本讲稿第十八页，共二十二页图图 223 一阶一阶.二阶系统的阶跃响应二阶系统的阶跃响应一一

9、阶阶系系统统在在阶跃输阶跃输入下的入下的归归一化（即一化（即）阶跃阶跃响响应应曲曲线线 本讲稿第十九页，共二十二页一阶系统在阶跃输入下的相对动态误差为一阶系统在阶跃输入下的相对动态误差为一一阶阶系系统统在在时时即即变变成零成零阶阶系系统统，零，零阶阶系系统统在在阶跃输阶跃输入下的入下的。相对动态误差相对动态误差3、二阶系统的阶跃响应、二阶系统的阶跃响应（1）当）当即无阻尼即无阻尼时时，特点：特点：输输出量出量围绕稳态值围绕稳态值作等幅振作等幅振荡荡，振，振荡频荡频率是系率是系统统的固有的固有频频率率。本讲稿第二十页，共二十二页图图224 二阶系统的时域特性指标二阶系统的时域特性指标本讲稿第二十一页，共二十二页2.2.3 正弦响应和频域动态性能指标正弦响应和频域动态性能指标2.2.4 无失真检测条件无失真检测条件图图 225 谐波失真与输入幅值的关系谐波失真与输入幅值的关系本讲稿第二十二页，共二十二页