傳感器與檢測(cè)技術(shù)基本概論

傳感器與檢測(cè)技術(shù)基本概論第1頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與儀表高群gaoqun06@163.com課程郵箱：用戶名（自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)）：zdjcjs1234@163.com密碼（山東工商學(xué)院）：sdgsxy1234第2頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三人用手取書(shū)的反饋控制系統(tǒng)用軟硬件模擬人用手取書(shū)的反饋控制系統(tǒng)第3頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的總體框圖待檢測(cè)物理量傳感器電路信號(hào)信號(hào)調(diào)理電路A/D數(shù)字信號(hào)合適的電壓或電流信號(hào)CPU鍵盤(pán)設(shè)定顯示控制空調(diào)的顯示和鍵盤(pán)第4頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2006全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目

－－液位自動(dòng)控制裝置

基本要求

通過(guò)鍵盤(pán)可以設(shè)定B瓶里的液位（0-25cm內(nèi)的任意值），并通過(guò)控制電磁閥使B瓶的液位達(dá)到設(shè)定值。液位誤差不超過(guò)±0.3cm。液位超過(guò)25cm或液位低于2cm時(shí)發(fā)出警報(bào)。顯示器能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前液位狀態(tài)和瓶?jī)?nèi)液體重量，以及閥門(mén)狀態(tài)。第5頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第6頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三液位傳感器采用無(wú)補(bǔ)償型壓力傳感器MPX10，它是一種離子注入式X型硅壓力傳感器，壓力測(cè)量范圍為0-10KPa，線性度是±1%，滿量程電壓35mv，零點(diǎn)偏移量（Offset）為0～35mV，靈敏度3.5mv/kPa，破碎壓力100KPa，不帶溫度補(bǔ)償。它能提供一個(gè)精確的、直接與外加壓力成正比的線性電壓輸出，是標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)補(bǔ)償型壓力傳感器.

第7頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2010山東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目

－－F題

宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)

【本科組】一、任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)（低成本），系統(tǒng)應(yīng)用于學(xué)生宿舍，能自動(dòng)監(jiān)視宿舍內(nèi)的安全情況，有異常情況發(fā)生時(shí)能立即發(fā)出報(bào)警和求助信息。二、要求1.基本要求（1）實(shí)現(xiàn)人體檢測(cè)與聲光報(bào)警功能。（2）實(shí)現(xiàn)煙霧檢測(cè)與聲光報(bào)警功能。（3）用鍵盤(pán)輸入密碼完成報(bào)警系統(tǒng)的解警等工作狀況。（4）實(shí)現(xiàn)異地監(jiān)控。（5）能反映宿舍內(nèi)人員的進(jìn)出情況及人數(shù)的記錄。（6）宿舍無(wú)人時(shí)提示鎖門(mén)。2.發(fā)揮部分（1）人體檢測(cè)范圍5米左右。（2）能記錄最近幾天的宿舍安防情況。（3）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，可在監(jiān)控點(diǎn)監(jiān)控多個(gè)宿舍。（4）能檢測(cè)本宿舍貴重物品的進(jìn)出情況。熱釋電紅外人體傳感器煙霧傳感器熱釋電傳感器加上一個(gè)菲涅爾透鏡，增加感應(yīng)距離第8頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三“飛思卡爾杯”全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)競(jìng)賽光電組—紅外車(chē)比賽的賽道“山商迅雷”隊(duì)的“牛車(chē)”“山商迅雷”隊(duì)的“眼睛”—RPR220第9頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三“飛思卡爾杯”全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)競(jìng)賽光電組的高級(jí)車(chē)—激光車(chē)激光車(chē)傳感器第10頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三“飛思卡爾杯”全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)競(jìng)賽攝像頭車(chē)攝像頭車(chē)傳感器測(cè)速碼盤(pán)測(cè)速用的編碼器第11頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三“飛思卡爾杯”全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)競(jìng)賽電磁車(chē)電磁車(chē)傳感器—高精度電容和電感賽道中心黑色線下鋪設(shè)有直徑0.1-0.8mm漆包線，其中通有20KHz，100mA的交變電流。頻率范圍20K±1K，電流范圍(100±20mA)。第12頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三★學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)。其中授課：40學(xué)時(shí)；實(shí)驗(yàn)：8學(xué)時(shí)★成績(jī)考核分三部分：考試、實(shí)驗(yàn)、平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定：本門(mén)課程的總成績(jī)＝期末考試成績(jī)×70%+實(shí)驗(yàn)成績(jī)×15%+平時(shí)成績(jī)×15%★期末考試方式：閉卷考試平時(shí)成績(jī)包括平時(shí)作業(yè)、上課情況第13頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第1章傳感器與檢測(cè)技術(shù)基本概論

1.0緒言1.1

傳感器的基本概論

1.2

檢測(cè)系統(tǒng)的靜態(tài)特性與性能指標(biāo)

1.3

檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與性能指標(biāo)

第14頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三檢測(cè)技術(shù)在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用為了了解某一生產(chǎn)（比如葡萄酒和化工）過(guò)程或試驗(yàn)的進(jìn)展情況，我們必須對(duì)能表征它們特征、狀態(tài)的各物理量進(jìn)行測(cè)量，比如電壓、電流、溫度、壓力、流量、液位、成分等。通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的大小、變化速度、變化方向等進(jìn)行監(jiān)督和控制，就能使生產(chǎn)或試驗(yàn)過(guò)程處于最佳的狀態(tài)。1.0緒言第15頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三檢測(cè)技術(shù)這門(mén)學(xué)科涉及的內(nèi)容必須弄清楚物理原理（傳感器的傳感原理），被測(cè)量的一般是非電量：熱工參數(shù)中的溫度、壓力、流量、液位等；機(jī)械量參數(shù)中的尺寸、位移、速度、加速度等；物性參數(shù)中的酸堿度、濕度、成分含量等。進(jìn)行非電量電量的轉(zhuǎn)換。對(duì)轉(zhuǎn)換的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，便于傳輸和處理。研究在終端的接受方式和顯示方式。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的誤差進(jìn)行分析。第16頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.1.1傳感器的定義1.1傳感器的概論第17頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.1.2傳感器及檢測(cè)系統(tǒng)的組成傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和其他輔助元件組成。敏感元件：感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的其他量的元件。變換元件：又稱傳感元件，將敏感元件感測(cè)到的物理量轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)（大多數(shù)情況下是電量信號(hào)）。

有的傳感器可以明顯的分為敏感元件和變換元件，比如膜片和應(yīng)變片組成的壓力傳感器；有的傳感器的敏感元件同時(shí)又是變換元件，比如熱電偶、熱電阻等。信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路：把傳感器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄和控制的信號(hào)。敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路被測(cè)量電量第18頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、按被測(cè)量分類(lèi)：1.1.3傳感器的分類(lèi)電工量：電壓、電流、電功率、電阻、電容、頻率、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁通密度等；熱工量：溫度、熱量、比熱、熱流、熱分布，壓力、壓差、真空度，流量、流速，物位、液位、界面等；機(jī)械量：位移、形狀，力、應(yīng)力、力矩，重量、質(zhì)量，轉(zhuǎn)速、線速度，振動(dòng)、加速度、噪聲等；物性和成分量：氣體成分、液體成分、固體成分、酸堿度、鹽度、濃度、粘度、粒度、密度、比重等；光學(xué)量：光強(qiáng)、光通量、光照度、輻射能量等；狀態(tài)量：顏色、透明度、磨損量、裂紋、缺陷、泄漏、表面質(zhì)量等。第19頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、按測(cè)量原理分類(lèi)：電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、超聲波式傳感器、磁敏式傳感器等。傳感器的測(cè)量原理都是基于物理、化學(xué)、生物等各種效應(yīng)和定律。這種分類(lèi)方法可以從原理上認(rèn)識(shí)輸入與輸出之間的關(guān)系。3、按信號(hào)變換特征分類(lèi)：結(jié)構(gòu)型：通過(guò)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換，比如電容式傳感器。物性型：利用傳感器材料本身物理屬性的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換，比如壓電式傳感器、熱電阻溫度傳感器等。4、按能量關(guān)系分類(lèi)：能量轉(zhuǎn)換型（有源）：傳感器直接使用被測(cè)對(duì)象輸入的能量工作，比如熱電偶、光電池等。能量控制型（無(wú)源）：傳感器從外部獲得能量工作，比如電阻式傳感器、電感式傳感器等。第20頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.1.4傳感器技術(shù)的發(fā)展方向1、測(cè)量?jī)x器向高精度和多功能發(fā)展。2、參數(shù)測(cè)量與數(shù)據(jù)處理向自動(dòng)化方向發(fā)展。3、傳感器向智能化、集成化、微型化、量子化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。4、開(kāi)展極端測(cè)量。第21頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.2檢測(cè)系統(tǒng)的基本概論一、概念1、檢測(cè)：利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等各方面的有關(guān)信息通過(guò)檢查與測(cè)量的方法賦予定性或定量結(jié)果的過(guò)程。2、自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)：能自動(dòng)完成整個(gè)檢測(cè)處理過(guò)程的技術(shù)稱為自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)。第22頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成信息獲取轉(zhuǎn)換顯示和處理（信號(hào)檢出部分）（信號(hào)變換部分）（分析處理部分、通信接口及總線）第23頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（1）傳感器

傳感器是檢測(cè)系統(tǒng)與被測(cè)對(duì)象直接發(fā)生聯(lián)系的器件或裝置。它的作用是感受指定被測(cè)參量的變化并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成一個(gè)相應(yīng)的便于傳遞的輸出信號(hào)。傳感器在檢測(cè)系統(tǒng)中占有重要的位置，它獲取信息的正確與否決定了檢測(cè)系統(tǒng)的精度。第24頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理在檢測(cè)系統(tǒng)中的作用是對(duì)傳感器輸出的(微弱)信號(hào)進(jìn)行檢波、轉(zhuǎn)換、濾波、放大等，以方便檢測(cè)系統(tǒng)后續(xù)處理或顯示。例如，工程上常見(jiàn)的熱電阻型數(shù)字溫度檢測(cè)（控制）儀表其傳感器Pt100輸出信號(hào)為熱電阻值的變化，為便于后續(xù)處理，通常需設(shè)計(jì)一個(gè)四臂電橋，把隨被測(cè)溫度變化的熱電阻阻值轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；由于信號(hào)中往往夾雜著50Hz工頻等噪聲電壓，故其信號(hào)調(diào)理電路通常包括濾波、放大、線性化等環(huán)節(jié)。對(duì)信號(hào)調(diào)理電路的一般要求是：(1)能準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換、穩(wěn)定放大、可靠地傳輸信號(hào)；

(2)信噪比高，抗干擾性能要好。第25頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（3）數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集在檢測(cè)系統(tǒng)中的作用是對(duì)信號(hào)調(diào)理后的連續(xù)模擬信號(hào)離散化并轉(zhuǎn)換成與模擬信號(hào)電壓幅度相對(duì)應(yīng)的一系列數(shù)字信息，同時(shí)以一定的方式把這些轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)及時(shí)傳遞給微處理器或依次自動(dòng)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常以各類(lèi)模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器為核心，輔以模擬多路開(kāi)關(guān)、采樣/保持器、輸入緩沖器、輸出鎖存器等組成。第26頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（4）信號(hào)處理信號(hào)處理模塊是現(xiàn)代檢測(cè)儀表、檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和各種控制的中樞環(huán)節(jié)，其作用與功能和人的大腦相類(lèi)似?，F(xiàn)代檢測(cè)儀表、檢測(cè)系統(tǒng)中的信號(hào)處理模塊通常以各種型號(hào)的單片機(jī)、微處理器為核心來(lái)構(gòu)建，對(duì)高頻信號(hào)和復(fù)雜信號(hào)的處理有時(shí)需增加數(shù)據(jù)傳輸和運(yùn)算速度快、處理精度高的DSP或直接采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。第27頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（5）信號(hào)顯示通常人們都希望及時(shí)知道被測(cè)參量的瞬時(shí)值、累積值或其隨時(shí)間的變化情況；因此，各類(lèi)檢測(cè)儀表和檢測(cè)系統(tǒng)在信號(hào)處理器計(jì)算出被測(cè)參量的當(dāng)前值后通常均需送各自的顯示器作實(shí)時(shí)顯示。顯示器是檢測(cè)系統(tǒng)與人聯(lián)系的主要環(huán)節(jié)之一，顯示器一般可分為模擬式、數(shù)字式和屏幕式三種。第28頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（6）信號(hào)輸出在許多情況下，檢測(cè)儀表和檢測(cè)系統(tǒng)在信號(hào)處理器計(jì)算出被測(cè)參量的瞬時(shí)值后除送顯示器進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示外，通常還需把測(cè)量值及時(shí)傳送給控制器或其它執(zhí)行器、打印機(jī)、記錄儀等，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)或?qū)崿F(xiàn)打印（記錄）輸出。檢測(cè)儀表和檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)輸出通常為經(jīng)D/A變換和放大后的4～20mA的模擬電壓、開(kāi)關(guān)量、脈寬調(diào)制PWM、串行數(shù)字通信和并行數(shù)字輸出等多種形式，需根據(jù)測(cè)控系統(tǒng)的具體要求確定。第29頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（7）輸入設(shè)備輸入設(shè)備是操作人員和檢測(cè)儀表或檢測(cè)系統(tǒng)聯(lián)系的另一主要環(huán)節(jié)，用于輸入設(shè)置參數(shù)、下達(dá)有關(guān)命令等。最常用的輸入設(shè)備是各種鍵盤(pán)、撥碼盤(pán)、條碼閱讀器等。最簡(jiǎn)單的輸入設(shè)備是各種開(kāi)關(guān)、按鈕。

檢測(cè)技術(shù)是儀器儀表的技術(shù)基礎(chǔ)。第30頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、檢測(cè)系統(tǒng)的作用1、檢測(cè)技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著極其重要的地位。2、檢測(cè)是科學(xué)研究的基礎(chǔ)。3、現(xiàn)在出現(xiàn)了“信息處理能力發(fā)達(dá)，檢測(cè)功能不足”的局面，新型傳感器有待進(jìn)一步發(fā)展。四、檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展1、檢測(cè)方法的推進(jìn)。2、檢測(cè)儀器與計(jì)算機(jī)技術(shù)的集成。第31頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.3傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性一、傳感器的數(shù)學(xué)模型概述（參考《自控原理》的知識(shí)）1、靜態(tài)模型輸入信號(hào)不隨時(shí)間變化情況下，傳感器輸出量與輸入量之間的函數(shù)關(guān)系。一般可用多項(xiàng)式來(lái)表示。2、動(dòng)態(tài)模型輸入信號(hào)為隨時(shí)間變化的量，傳感器輸出量與輸入量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。一般可用微分方程或傳遞函數(shù)來(lái)表示。第32頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三測(cè)量?jī)x表測(cè)量的量一般有兩種形式：一種是穩(wěn)定的，不隨時(shí)間變化或變化及其緩慢，稱為靜態(tài)信號(hào)；一種是隨時(shí)間變化的，稱為動(dòng)態(tài)信號(hào)。因此，測(cè)量?jī)x表的特性通常分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性兩大類(lèi)。二、檢測(cè)系統(tǒng)的靜態(tài)特性與性能指標(biāo)靜態(tài)檢測(cè)是指測(cè)量時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)不隨時(shí)間變化或變化很緩慢。靜態(tài)檢測(cè)時(shí)，系統(tǒng)所表現(xiàn)出的響應(yīng)特性稱為靜態(tài)響應(yīng)特性。第33頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、線性度（非線性誤差）非線性誤差是衡量實(shí)際特性偏離線性程度的指標(biāo)，它取實(shí)際值與理論值之間的絕對(duì)誤差的最大值和儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)。線性度儀器的量程輸出與理論最大偏差第34頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、靈敏度靈敏度指輸出的增量與輸入的增量之比，即：

線性系統(tǒng)的靈敏度S為常數(shù)，即輸入輸出關(guān)系直線的斜率，斜率越大，其靈敏度就越高。非線性系統(tǒng)的靈敏度S是變量，是輸入輸出關(guān)系曲線的斜率，輸入量不同，靈敏度就不同，通常用擬合直線的斜率表示系統(tǒng)的平均靈敏度。要注意靈敏度越高，就越容易受外界干擾的影響，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越差，測(cè)量范圍相應(yīng)就越小。第35頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、重復(fù)性重復(fù)性表示檢測(cè)系統(tǒng)在輸入量按同一方向做全程多次測(cè)量時(shí)，所得的特性曲線不一致性的程度。第36頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4、遲滯（變差、回程誤差）遲滯特性表示檢測(cè)系統(tǒng)在正(輸入量增大)、反（輸入量減?。┬谐讨休敵鲚斎肭€不重合的現(xiàn)象稱為遲滯。式中△Hmax—正反行程間輸出的最大差值。遲滯特性如圖所示，它一般是由實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得。遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示,即0yx⊿HmaxyFS遲滯特性第37頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5、精確度（精度）相關(guān)的概念：精密度：測(cè)量?jī)x表輸出值的分散性，是隨機(jī)誤差大小的標(biāo)志。正確度：它說(shuō)明儀表輸出值與真值的偏離程度，是系統(tǒng)誤差大小的標(biāo)志。精確度：它是精密度和準(zhǔn)確度兩者的總和，精確度高表示精密度準(zhǔn)確度都比較高。第38頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三以射擊為例，加深對(duì)三個(gè)概念的理解。(a)準(zhǔn)確度高，精密度低；(b)準(zhǔn)確度低，精密度高；(c)精確度高第39頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6、分辨力

能引起輸出變化的輸入量的最小變化量，表示檢測(cè)系統(tǒng)或儀表裝置分辨輸入量微小變化的能力。當(dāng)被測(cè)量變化量小于分辯力時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)輸入量的變換沒(méi)有任何反應(yīng)。7、漂移漂移指檢測(cè)系統(tǒng)隨時(shí)間的慢變化。在規(guī)定條件下，對(duì)于一個(gè)恒定的輸入在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的輸出在標(biāo)稱范圍最低值處的變化，稱為零點(diǎn)漂移，簡(jiǎn)稱零漂。溫度變化引起的漂移叫溫漂。第40頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性——測(cè)量裝置對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。了解和掌握測(cè)量裝置動(dòng)態(tài)特性的目的：(1)根據(jù)信號(hào)頻率范圍及測(cè)量誤差的要求確定測(cè)量裝置。(2)已知測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性，估算可測(cè)量信號(hào)的頻率范圍與對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)誤差。第41頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三n=1——一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)n=2——二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)特點(diǎn)：(1)H(s)與輸入無(wú)關(guān)，只反映系統(tǒng)的特性。一、傳遞函數(shù)1、傳遞函數(shù)H(s)：——初始條件為零時(shí)，系統(tǒng)輸出的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比（式3-1）。

第42頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(2)H(s)與具體的物理結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān),只反映系統(tǒng)的響應(yīng)特性。(3)H(s)對(duì)任一具體的輸入都唯一給出相應(yīng)的輸出及其量綱。(4)H(s)中的分母完全由系統(tǒng)（包括研究對(duì)象和測(cè)量裝置）的結(jié)構(gòu)確定，分子與輸入（激勵(lì)）點(diǎn)的位置、所測(cè)變量及測(cè)點(diǎn)布置等情況有關(guān)。2、頻率（響應(yīng)）特性測(cè)量裝置的頻率響應(yīng)特性H(jω)——在初始條件為零的條件下，系統(tǒng)輸出y(t)第43頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、常見(jiàn)測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型1、一階系統(tǒng)—慣性環(huán)節(jié)（非周期環(huán)節(jié)）如:液柱式溫度計(jì)、RC低通濾波器、彈簧-阻尼系統(tǒng)等。(1）一階系統(tǒng)的微分方程

例:彈簧-阻尼系統(tǒng)如下頁(yè)圖3-5所示的傅氏變換Y(jω)與輸入量x(t)的傅氏變換X(jω)之比。第44頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三令則：kc

y(t)（位移）

x(t)（力）圖3-5彈簧—阻尼系統(tǒng)第45頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(2）一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（3）一階系統(tǒng)的頻率特性2.二階系統(tǒng)—振蕩環(huán)節(jié)如:質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)、RLC電路、動(dòng)圈式儀表。τ—時(shí)間常數(shù)，由系統(tǒng)的固有屬性—結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。第46頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三令——系統(tǒng)的靜態(tài)靈敏度。

——阻尼率；——系統(tǒng)的固有頻率；

上式變?yōu)閗cy(t)

x(t)m（1）二階系統(tǒng)的微分方程如圖3-6有一質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)第47頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（3）二階系統(tǒng)的頻率特性三、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)1．階躍響應(yīng)1）一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)第48頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三輸入階躍信號(hào)當(dāng)A=1時(shí)，輸入為單位階躍信號(hào)（函數(shù)）。微分方程的解為（令S=1）①y(t)為一指數(shù)曲線。②y(0)=0,y(∞)=1。③在0到∞的時(shí)間范圍內(nèi)，總存在過(guò)渡響應(yīng)動(dòng)誤差。④τ↑，曲線趨于1的時(shí)間越y(tǒng)(t)tτ2τ3τ10τ小τ大0.63長(zhǎng)，輸出與輸入差異越大。t=3τ或4τ為響應(yīng)時(shí)間.第49頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2）二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)(如圖3-7所示)（微分方程）0<ξ<1（欠阻尼狀態(tài)）ξ=1（臨界阻尼狀態(tài)）ξ>1（過(guò)阻尼狀態(tài)）

第50頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三階躍響應(yīng)性質(zhì)：①響應(yīng)曲線形狀三種（如圖3-7）。②響應(yīng)曲線形狀取決于ξ，ξ通常設(shè)計(jì)在0.6～0.8之間。③響應(yīng)速度隨固有頻率的變化而不同,當(dāng)ξ一定，ωn越大，響應(yīng)速度越快。第51頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖3-7二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)第52頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3）二階系統(tǒng)時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)(如圖3-8）①延遲時(shí)間td——單位階躍響應(yīng)曲線達(dá)到其終值的50%所需的時(shí)間。②上升時(shí)間tr——單位階躍響應(yīng)曲線從其終值的10%上升到終值的90%所需的時(shí)間。③峰值時(shí)間tp

——單位階躍響應(yīng)曲線從零開(kāi)始超過(guò)其穩(wěn)態(tài)值而達(dá)到第一個(gè)峰值所需的時(shí)間。第53頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖3-8二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)1.00trtdtptsMp允許誤差0.05或0.02第54頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三④響應(yīng)時(shí)間ts(如圖3-8）——單位階躍響應(yīng)曲線達(dá)到并保持在響應(yīng)曲線終值允許的誤差范圍內(nèi)所需的時(shí)間。⑤超調(diào)量Ｍ％

——單位階躍響應(yīng)曲線的最大值與響應(yīng)曲線終值的差值對(duì)終值之比的百分?jǐn)?shù)。２.頻率響應(yīng)１）一階系統(tǒng)第55頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期三輸入正弦信號(hào)x(t)=x