医用传感器第二章动静态特性

1、医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院第二章第二章 传感器的基本特性传感器的基本特性 为了掌握和使用传感器，必须事先充分了解传感器的特性。传感器的特性是指它转换信息的能力和性质。这种能力和性质常是用传感器的输入和输出的对应关系来描述。由于传感器的输入量可分为静态和动态两大类，所以传感器的特性常从静态特性和动态特性两方面来讨论医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院静态特性： 人体的各被测信息处于稳定状态时，传感器的输入量在较长时间维持不变或发生极其缓慢的变化，则这时传感器的输出量与输入量之间的关系就是传感器的静态特性。动态特性： 当被测输入

2、量是一个随时间变化的动态量时，传感器的输出与输入信号的关系，称为传感器的动态特性。 评价一个传感器的优劣，必须从其静态和动态两方面的特性来衡量。医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院静态测静态测量量 医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院 对缓慢变化的对象进对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。行测量亦属于静态测量。最高、最低最高、最低温度计温度计医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院 动态测量动态测量 地震测量地震测量振动波形振动波形医用传感

3、器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院.55331xaxaxay.4422xaxayxay1nnxaxaxaay.2210医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院.55331xaxaxayxay1.4422xaxaynnxaxaxaay.2210医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院1. 测量范围测量范围和灵敏度和灵敏度xyKdxdyK 非线性传感器非线性传感器XY00 xdydxdyS/dxxyyK0线性传感器线性传感器XY00 x0y0/ xySy医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院%1

4、00max SFLyLe医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院 序序号号 方方法法名名称称 拟拟合合直直线线 特特点点 （1） 理理论论直直线线法法 理理论论特特性性线线， 与与测测量量值值无无关关 简简单单、方方便便， 非非线线性性误误差差大大。 （2） 端端点点线线法法 校校准准曲曲线线端端点点连连线线 简简单单， 非非线线性性误误差差大大 （3） “最最佳佳直直线线”法法 与与正正、反反行行程程校校准准曲曲线线的的正正、负负偏偏差差相相等等且且最最小小 精精度度高高， 求求解解复复杂杂 （4） 最最小小二二乘乘法法 与与校校准准曲曲线线的的残残差差平平方方和和

5、最最小小 精精度度高高，普普遍遍推推荐荐的的方方法法 医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院3. 迟滞迟滞%100max SFHyHe医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院4. 重复性重复性niiyny11%100max SFRyemax1)(12nyynii贝赛尔公式：贝赛尔公式：医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院xbdtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111.微分方程微分方

6、程0., 0210mbbbb其中医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院xbyadtdyadtydadtydannnnnn001111.xbyadtdya001xbyadtdyadtyda001222xbya00医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院kydtdycdtyxdm22)(2222dtxdmkydtdycdtydmmakydtdycdtydm2222dtxda 医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院0)()(dtetysYtS0)(0tyt时，当为角频率是收敛因子，拉氏变换自变量其中,jsxbdtdxb

7、dtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111.医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院xbxbxbxbyayayayammmmnnnn0)1(1)1(1)(0)1(1)1(1)(.)().()().(01110111sXbsbsbsbsYasasasammmmnnnn0)()()(dtetytyLsYtS0)()()(dtetxtxLsXtS01110111.)()()(asasasabsbsbsbsXsYsHnnnnmmmm医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院01110111.)()

8、()(asasasabsbsbsbsXsYsHnnnnmmmm H(s)X(s)Y(s)医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院)(.)()()()(211sHsHsHsHsHnniiH1(s)H2(s)Hn(s)n个环节串联个环节串联n个环节并联个环节并联H1(s)H2(s)Hn(s)niisHsH1)()()(.)()(21sHsHsHn医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院 微分方程是在时间域描述系统动态性能的数学模型，在给定外作用及初始条件下，求解微分方程可以得到系统的输出响应。这种方法比较直观，但是如果系统的结构改变或某个参数变化

9、时，就要重新列写并求解微分方程，不便于对系统的分析和设计。 传递函数不仅可以表征系统动态性能，而且可以用来研究系统的结构或参数变化对系统性能的影响。 微分方程和传递函数对比：医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院 瞬态过程，指系统在典型输入信号作用下，系统输出量从初始状态到最终状态的响应过程。瞬态过程除提供系统稳定性的信息外，还可以提供响应速度及阻尼情况等信息。 稳态过程，指系统在经典输入信号作用下，当时间t趋于无穷时，系统输出量的表现方式。它表征系统输出量最终复现输入量的程度，提供系统有关稳态误差的

10、信息，用稳态性能描述。 瞬态过程(响应)与稳态过程(响应)医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院3. 传感器的动态响应分析传感器的动态响应分析xbyadtdya00101aa00abK Kxydtdy)()() 1(sKXsYssKsXsYsH1)()()(1)瞬态响应瞬态响应 (2)稳态响应稳态响应医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院jKjXjYjH1)()()(1)()(2KA幅频特性：幅频特性：)()( arctg相频特性：相频特性：时，当1)(,)(KA)(医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院)(t

11、x, 0, 10t0t医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院)1 (/teKAy)(tx0, 0t0, tAKAeKAy632. 0)1 ()(1时，当tKxydtdy医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院%1002nnnaaa%100cssssye医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院2. 频率响应频率响应tXxsin)sin(tYyxbdtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111.医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院)()()()()(jXjYRejXjYImarctg01110111)(.)()()(.)()()()()(ajajajabjbjbjbjXjYjHnnnnmmmmjjtjtjeAeXYXeYejXjYjH)()()()()(XYjHA)()(医用传感器Medical sensor首都医科大学生物医学工程学院ka