检测系统特性指标

静态模型、静态特性指标第三章检测系统的特性与技术指标§3.2动态特性动态模型、动态特性§3.1静态特性传感器典型环节动态特性分析1检测系统的静态特性§3.1.1静态模型静态特性：检测系统在被测量处于稳定状态时的输入输出关系检测系统输入量x输出量y理想状态：实际状态：a---零点输出b---理论灵敏度线性关系非线性关系xyaO2检测系统的静态特性非线性原因：(结构原理性原因除外)误差因素检测系统输入x输入y=f(x)温度湿度压力冲击振动磁场电场摩擦间隙松动迟滞蠕变变形老化外界干扰3检测系统的静态特性§3.1.2静态特性指标

线性度回程误差分辨力重复性灵敏度4检测系统的静态特性(1)线性度:检测系统输入输出曲线与理想直线的偏离程度相对误差输出值与理想直线的最大偏差值理论满量程输出值理想直线：亦称非线性误差定义:(non-linearity)表达:xyΔ拟合直线一般不存在或很难获得准确结果利用测量数据，通过计算获得5检测系统的静态特性获取拟合直线方法：(c)最小二乘法：计算：有n个测量数据:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)，(n>2)残差：i=yi–(a+b

xi)残差平方和最小：2i=min使得正负行程的非线性偏差相等且最小(a)端点连线法：检测系统输入输出曲线的两端点连线特点：xyΔ算法：简单、方便，偏差大，与测量值有关(b)最佳直线法：精度最高，计算法（迭代、逐次逼近）算法：特点：算法：特点：精度高xyΔΔ简单实用，三点作图法（两高一低/两低一高）6检测系统的静态特性(2)回程误差检测系统在正行程和反行程的输入输出曲线不重合的程度相对误差Hmax：正反行程输出值的最大偏差定义：亦称空程误差、滞后(hysteresis)算法：7检测系统的静态特性(3)分辨力:能够检测出的被测量的最小变化量2、分辨率---是相对数值：定义：1、分辨力---是绝对数值，如0.01mm，0.1g，10ms，……说明：表征测量系统的分辨能力(resolution)能检测的最小被测量的变换量相对于满量程的百分数，如：0.1%,0.02%3、阀值---在系统输入零点附近的分辨力8检测系统的静态特性(4)重复性同一条件下，对同一被测量，同一方向，多次重复测量，差异程度对同一被测量值：各次测量数值的偏差程度重复性是检测系统最基本的技术指标，是其他各项指标的前提和保证测量数据的分散性重复性误差：随机误差标准差：大，则分散性大；反之亦然计算：贝塞尔公式yi---测量输出值，i=1,2,…,ny---输出值的平均值对不同被测数值：各次测量曲线的偏差程度(repeatability)9检测系统的静态特性(5)灵敏度测量系统在稳态下输出量的增量与输入量的增量之比斜率：a.线性检测系统：灵敏度为常数；例：间隙式平板电容传感器定义：b.非线性检测系统：灵敏度为变数说明：(灵敏度系数)(sensitivity)灵敏度双曲线、非线性10检测系统的动态特性§3.2.1动态模型动态特性：检测系统在被测量随时间变化的条件下输入输出关系(1)微分方程：根据相应的物理定律（如牛顿定律、能量守恒定律、基尔霍夫电路定律等），用线性常系数微分方程表示系统的输入x与输出y关系的数字方程式ai、bi(i=0,1,…)：系统结构特性参数，常数，系统的阶次由输出量最高微分阶次决定。常见为O阶、一阶、二阶系统优点：概念清晰，输入-输出关系明了，可区分暂态响应和稳态响应缺点：求解方程麻烦，传感器调整时分析困难11检测系统的动态特性O阶系统：例电位计、电子示波器一阶系统：例:无质量单自由度振动系统、无源积分电路、液位温度计12检测似系统库的动宏态特规性二阶返系统正：13检测径系统塌的动受态特撑性(2轮)治传递谱函数：利用担拉氏浇变换交，将叉微分科方程血转换迅成为套复数赔域的遗数学重模型假，输孤出量歇的拉样氏变鲁换与限输入虫量的遵拉氏旱变换魔之比助：优点识：表示拘了传揭感器春本身可特性捎，与沙输入会输出膜无关纳，可堤通过破实验鬼求得14检测酸系统鸣的动泼态特翠性§览3.2柱.2傅动态助特性过程：激励船：暂态唤过程纯（输艘出量劫由一晚个稳致态到吃另一才个稳评态的都过渡毙过程丝式）稳态叛过程四（输胃出量菜达到浊稳定闷的状碎态）信号潜--惰--纪正弦国信号马、阶份跃信恭号、辩线性确信号洁、脉闷冲信解号15检测絮系统赴的动腾态特羊性(1愁)频率轻响应抄特性：输入探：输出插：频率顿响应顶特性输入探量：输出庆量：频率富响应争函数死：系统佩频率倡特性崖：稳态予输出吹与输固入幅怜值之游比和风两者兽相位戏差是冷输入竟频率折的函舟数：幅-吐-频、相—该频正弦支信号模--坚-一渣系列船，频叶率不扮同，龙幅值蚀相等正弦沙信号咐--娇-观雨察：插幅值滥、相砖位、锐频率(稳涝态)16检测捆系统安的动善态特正性典型早的对扣数幅扣频特油性曲朽线：理想嫩幅频薪特性壶：相频虫特性齿：相频特性幅频特性幅频症特性鞠：频响绳范围婚：幅值植比与说频率渐关系0d新B水耽平线听（幅锣值不隔变）误差鸡3印dB蛛对应冶的频杂率范啊围通频招带、碧频带筐、工董作频壶带相位邻与频绕率的佛关系A(ω)骆：输吹出幅葛值与铁静态剪幅值室比梅--日-逼系统炕的动态违灵敏训度（增汗益）17检测堵系统百的动省态特伴性(2棍)检测乌系统巧的阶捏跃响婚应特案性：输入：阶沸跃信在号输出：阶次跃响掠应时间奴常数：上升别时间Tr：响应邮时间Ts：超调娇量a1：衰减齿率：稳态等误差ess：系统选输出革值上扰升到熊稳态国值yc的6瞎3.芹2%淹所需跪的时师间传感犹器输晕出从牲稳态袜值yc的1枝0%帽上升粉到9烧0%抵所需铺时间输出虏值达杆到允胡许范涉围贸%的所延需时纠间响应边曲线激第一都次超寻过稳躁态值畏yc的峰两高：引yma匀x-yc相邻递两个团波峰破（或描波谷深）高度度下亿降的楚百分鼠数无限掘长时归间后厚，传世感器肾稳态吉值与煤目标闹值偏吐差的合相对跌误差18§限3.2洋.3携典型箭检测演系统牢的动忌态特牛性a)零阶喘系统：微分扰方程缘瑞：特点：a)笛属呜于静微态环仇节：d)耕实朱际零住阶环牙节：成缓慢永变化炸，频台率较测低被--升-状近似羊零阶站环节c)伪与荷时间师无关岩，与锹频率征无关刺，无设滞后欠，无惯享性理想渣环节静态浩灵敏钟度系结数b)井输多出氧输入又称师：比喊例环总节幅频团特性阿：相频生特性堤：实例：电位符计式天角位侮移传模感器微分萍方程眉：静态忌灵敏贿度系亡数：UEU0θ19检测任系统帜的动标态特栏性b)一阶抱系统：微分窃方程仓：时间回常数静态磨灵敏附度幅频锄特性预：相频齿特性涝：幅频娘特性瞎和相爆频特殿性由对数橡图（闹伯德闭图）侍：失真<宴<1眼/宴时：A()缴=K(薄)麦=0零阶无滞载后<猜<1刘/1键0窄时：>楼1/叫时渡：A()绞(救)柏幅值要衰减相位桃滞后20检测栗系统床的动柜态特绕性输入悄阶跃恋信号许：一阶础环节泡微分郑方程劈燕：t=刃2号：ed=1雕3.圾5%久；动态疲误差丧：特点：实例询：动态主响应赞特性破主要暂取决揭于时阶间常间数；阶跃犯响应：t=另3被：ed=5在%；t=墨5蕉：ed=0括.7碰%；小阶跃办响应译迅速截止与频率羞高惯性汁小惯性课环节运动惯方程叉：带阻藏尼弹帐簧测抽力传欺感器时间词常数顺：静态片灵敏赏度系羞数：k-抖弹簧塑刚度c-进阻尼测系数21检测杂系统献的动捡态特非性c)二阶族环节：微分统方程盯：固有铜频率阻尼供比幅频淹特性杠：相频煌特性烈：幅频前特性瞎与相赶频特妇性嗽伯德修图：当/地n<<俩1时：较红小时：A()刘K镜，宾(辉)现0A()忘随川出现滋较大愈波动怕0.诵7时：A亮()痛平坦贸段最劲宽，蒸(毙)棚接近槽斜直朗线A()袜<0隙衰唱减近似冷零阶当/奔n>0依.3袋时：与阻订尼有印关当=0罩时，球A(n)埋=宋,锦附近淹谐振较剪大时：22检测秆系统塘的动证态特排性输入当>滋1时：应用肆实例：当<追1时：当安=1源时：无过齿冲