第03章+检测系统分析

第三章 测量系统分析二、检测系统性能- 基本特性、功能、技术指标、性能 /价格比- 常量输入下系统的性能指标静态特性- 灵敏度、不确定度、输入范围、分辨力等- 决定系统能不能进行所需的检测和完成所需检测的程度动态特性 - 动态或变态信号输入下，与系统频率响应有关的特性检测系统常用技术性能指标 输入量性能指标：量程、测量范围、过载能力等 静态特性指标：线性度、迟滞、重复性、准确度、灵敏度、分辨率、阈值、稳定性、漂移等 动态特性指标：时间常数、上升时间、响应时间、过冲量、阻尼率、固有频率、频率特性、频响范围、稳态误差、临界速度、采样频率等 对环境和配接要求：工作温度范围、温度误差、温度漂移、灵敏度温度系数、热滞后、抗潮湿、抗介质腐蚀、抗电磁干扰能力、抗冲振要求等 可靠性指标：平均寿命、平均无故障工作时间、故障率、疲劳性能、绝缘耐压、耐温、保险期、时间稳定性、抗过载能力等 经济指标：性能 /价格比1）基本功能特性 - 决定系统的工作能力1、静态特性：2）精度特性 - 决定系统的在什么程度上完成所需的检测 测量范围（ Range）：系统实现不失真测量时的最大输入信号范围上限值、下限值 分辨力（ Resolution） 动态范围（ Dynamic Range）跨度与绝对分辨力之比 - 系统对输入信号大小的综合检测能力 跨度（ Span）： - 测量范围上限与下限的算术差值测量范围的导出量（下限为零时）线性检测装置 - 常数； 非线性检测装置 - 变量输出量与输入量为同一量纲 - 放大比 /放大倍数 灵敏度（ Sensitivity）：系统输出信号的变化相对于输入信号变化的比值 k =dy/dx能使系统输出发生变化所对应的最小的输入变化量绝对值 - ；相对值 - 满刻度（ Full Scale）的百分比分贝数表示- 常量 /缓慢变化的输入情况下的输出特性200 800C、 5mm- 测量值与被测量真值之差 - 准确度 非线性（ Non-linearity）a) 最小二乘直线：标定值相对于该直线的误差平方和最小b) 端点连线：连接最大与最小标定值的直线 - 端基直线参考直线非线性误差 - 实测曲线偏离理想直线的程度 示值误差（ error） 重复性（ Repeatability）外界条件不变的情况下，对同一被测量多次重复测量时测量值之间的分散性 - 精密度理想检测系统 - 输出与输入 - 比例关系： y(t)=kx(t)实际检测装置 - 输出与输入不是理性的线性关系误差测量值真实值表示：实际测得的输入 输出特性曲线（标定曲线）与其拟和直线之间的最大偏差与检测装置满量程输出范围之比： e =m/yFS1 - 标定曲线2 - 拟和直线 死区（ Dead band） 漂移（ Drift） - 稳定性 回程误差（ Hysteresis）当系统输出信号不发生变化时所对应的输入信号的变化范围- 系统元件的摩擦及空程等现象引起的- 迟滞 /滞后误差正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间 - 检测装置输入 输出曲线的不重合程度外界条件不变 - 同一大小的输入信号 - 正反行程的输出信号数值不相等产生：检测装置中的弹性元件、机械传动中的间隙和内摩擦、磁性材料的磁滞 - 实验确定- 满量程输出 yFS的百分比表示输入不变的情况下，检测装置的输出随时间变化的趋势温度的漂移（温漂）：灵敏度的温漂、零位的温漂 - 定量表示2、动态特性 - 变化 /动态信号动态测量 - 被测量本身随时间变化，而测量系统又能准确的跟随被测量的变化而变化例：弹簧秤的力学模型动态信号 - 幅值、时间、空间 /频率- 由系统元件的机械、物理及光、电、磁等特性决定- 静止物理模型m - 被测物体质量k - 弹簧弹性系数m=ky/g“动态模型 ” - 停止振动之前测量重量x - 托盘和被测物体的位移M - 托盘的质量微分方程（运动方程）动态特性 - 输入与输出在幅值与频率上的相互关系y - 弹簧变形量y - 指针的位移m - 未知数t 时刻的输出信号 - t 时刻之前的输入对系统作用影响的综合傅立叶变换 - 频率域检测过程- 输出对于输入的频率响应 被检测信号1）检测系统的频率响应输出 - 输入与系统自身特性的卷积：Y()、 X()、 H() - 输入、输出、系统在频率域中的特性 H() - 系统幅频响应特性； () - 系统相频响应特性带宽（ Band width） - 系统动态特性的技术指标（工作频率范围）- 检测系统的适用频率范围 - 检测装置能够保证它的有关性能指标- 灵敏度、非线性等h(t), H(w)检测系统x(t), X(w) y(t), Y(w)检测系统的自身特性 检测系统输出信号三部分 :- 相当于一个匀速加载过程统计意义 - 概率分布、均值与方差等表示 2）典型动态输入信号 正弦信号A - 振幅（常数） 阶跃信号 斜坡信号载荷由 A0瞬时加载到 A并维持在这个水平 随机信号 2 f - 角频率3）系统的频率特性分析与比较 零阶系统数学表达式零阶系统、一阶系统、二阶系统 - 各种系统的基本环节- 系统静态灵敏度频率特性幅频、相频特性曲线 一阶系统微分方程物理意义- 时间常数- 静态灵敏度- 归一化处理频率响应函数幅频、相频特性- 决定系统工作频率范围 二阶系统微分方程归一化- 系统固有频率- 系统阻尼比标准传递函数- 决定系统带宽幅频、相频特性 分辨力系统的性能指标、价格 - 性能 /价格比1、检测系统性能的综合评估重视指标：能干些什么？能在什么程度上干些什么？二、检测系统性能的综合评价与标定 工作 /检测范围 工作频率 精度 /重复性 工作环境与寿命 成本与价格宽工作范围 - 大的跨度和高分辨力（动态范围）一阶系统 - 时间常数；二阶系统 - 固有频率精度高、重复性误差小 - 结果可靠系统正常运行的工作条件 - 温度、相对湿度、振动、噪声环境等满足检测要求 - 价格越低越好其他 - 软硬件操作方便；软件分析处理功能；接口；安全；容错能力；兼容性；延续性；售后服务确定检测系统误差 /确定检测特性的所有操作检测系统 - 定量的数据或描述标定 - 定量描述的误差2、检测系统的标定 标准系统比较式 标准被测量比较式1）标定方式：相同条件下 - 被标定系统与已知的标准系统 - 同一被测量 - 比较输出结果 - 确定被标定系统误差被标定系统 - 已知的标准量（长度 /重量等）检测结果比较 - 偏差为系统误差标准仪器 /标准被测量 - 标准追搠性用户 - 厂家 -