检测技术与传感器,基本特性

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章,检测系统的基本特性,2.1,静态特性及性能指标,2.1.1,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,dx/dt,=0,系统处于稳定状态）时的测量。,静态特性（标度特性）：在静态测量中，检测系统的输入输出特性。,a,0,检测系统的零位值,a,0,a,1,a,n,标定系数,图,2,1,1,线性检测系统的静态特性,注意,：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。,没有加速度、振动、冲击；环境温度，相对湿度，大气压力,1,、测量范围和量程,测量范围,：（,x,min,，,x,max,）,x,min,检测系统所能测量到的最小被测输,入量（下限）,x,max,检测系统所能测量到的最大被测输,入量（上限）。,量程：,2.1.2,静态性能指标,2,、灵敏度（注意量纲）,图,2,1,2,检测系统的灵敏度,串联,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。,3,、分辨力与分辨率,分辨力：能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量 。,分辨率：全量程中最大的,即,与满量程,L,之比的百分数。,4,、精度（详见第三章）,图,2,1,3,线性度,5,、线性度,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大偏差与满量程输出比值的百分数,图,2,1,4,迟滞特性,6,、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），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）。,输出值在正反行程的最大差值,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。,时漂：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。,温漂：随着环境温度变化的现象（通常包括零位温漂、灵,敏度温漂）。,7,、稳定性与漂移,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。,2.2,动态特性及性能指标,频率响应分析法,以正弦信号作为系统的输入；,瞬态响应分析法,以阶跃信号作为系统的输入。,常用实验的方法：,2.2.1,传递函数,线性系统的微分方程（数学模型表达式）,线性系统的传递函数,令 可得到检测系统的频率特性,：,相频特性,幅频特性,一,、零阶系统,1,、系统方程：,或,2,、传递函数：,3,、频率特性：,4,、幅频特性：,5,、相频特性：,零阶系统,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。,图,2,1,1,一阶系统幅频及相频特性曲线,1.,微分方程,2.,传递函数,二、一阶系统,时间常数,静态灵敏度,4.,幅频特性,5.,相频特性,3.,频率特性,三、二阶系统,1,、微分方程,系统的静态灵敏度,系统的固有频率,系统的阻尼比系统,3,、频率特性,4,、幅频特性,5,、相频特性,2,、传递函数,图,2,2,2,二阶系统的频率特性,2.2.2,阶跃响应和时域动态性能指标,一、检测系统的阶跃响应,阶跃输入响应,：,1,、零阶系统的阶跃响应,幅值为,的阶跃信号。,2,、一阶系统的阶跃响应,一阶系统的稳态输出为,图,2,2,3,一阶,.,二阶系统的阶跃响应,一阶系统在阶跃输入下的归一化（即,）阶跃响应曲线,一阶系统在阶跃输入下的相对动态误差为,一阶系统在,时即变成零阶系统，零阶系统在阶跃输入下的,。,相对动态误差,3,、二阶系统的阶跃响应,（,1,）当,即无阻尼时，,特点：输出量,围绕稳态值,作等幅振荡，振荡频率是系统的固有频率,。,图,2,2,4,二阶系统的时域特性指标,2.2.3,正弦响应和频域动态性能指标,2.2.4,无失真检测条件,图,2,2,5,谐波失真与输入幅值的关系,