檢測系統(tǒng)特性指標(biāo)

靜態(tài)模型、靜態(tài)特性指標(biāo)第三章檢測系統(tǒng)的特性與技術(shù)指標(biāo)§3.2動態(tài)特性動態(tài)模型、動態(tài)特性§3.1靜態(tài)特性傳感器典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性分析1檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性§3.1.1靜態(tài)模型靜態(tài)特性：檢測系統(tǒng)在被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸入輸出關(guān)系檢測系統(tǒng)輸入量x輸出量y理想狀態(tài)：實際狀態(tài)：a---零點輸出b---理論靈敏度線性關(guān)系非線性關(guān)系xyaO2檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性非線性原因：(結(jié)構(gòu)原理性原因除外)誤差因素檢測系統(tǒng)輸入x輸入y=f(x)溫度濕度壓力沖擊振動磁場電場摩擦間隙松動遲滯蠕變變形老化外界干擾3檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性§3.1.2靜態(tài)特性指標(biāo)

線性度回程誤差分辨力重復(fù)性靈敏度4檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性(1)線性度:檢測系統(tǒng)輸入輸出曲線與理想直線的偏離程度相對誤差輸出值與理想直線的最大偏差值理論滿量程輸出值理想直線：亦稱非線性誤差定義:(non-linearity)表達:xyΔ擬合直線一般不存在或很難獲得準(zhǔn)確結(jié)果利用測量數(shù)據(jù)，通過計算獲得5檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性獲取擬合直線方法：(c)最小二乘法：計算：有n個測量數(shù)據(jù):(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)，(n>2)殘差：i=yi–(a+b

xi)殘差平方和最?。?i=min使得正負(fù)行程的非線性偏差相等且最小(a)端點連線法：檢測系統(tǒng)輸入輸出曲線的兩端點連線特點：xyΔ算法：簡單、方便，偏差大，與測量值有關(guān)(b)最佳直線法：精度最高，計算法（迭代、逐次逼近）算法：特點：算法：特點：精度高xyΔΔ簡單實用，三點作圖法（兩高一低/兩低一高）6檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性(2)回程誤差檢測系統(tǒng)在正行程和反行程的輸入輸出曲線不重合的程度相對誤差Hmax：正反行程輸出值的最大偏差定義：亦稱空程誤差、滯后(hysteresis)算法：7檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性(3)分辨力:能夠檢測出的被測量的最小變化量2、分辨率---是相對數(shù)值：定義：1、分辨力---是絕對數(shù)值，如0.01mm，0.1g，10ms，……說明：表征測量系統(tǒng)的分辨能力(resolution)能檢測的最小被測量的變換量相對于滿量程的百分?jǐn)?shù)，如：0.1%,0.02%3、閥值---在系統(tǒng)輸入零點附近的分辨力8檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性(4)重復(fù)性同一條件下，對同一被測量，同一方向，多次重復(fù)測量，差異程度對同一被測量值：各次測量數(shù)值的偏差程度重復(fù)性是檢測系統(tǒng)最基本的技術(shù)指標(biāo)，是其他各項指標(biāo)的前提和保證測量數(shù)據(jù)的分散性重復(fù)性誤差：隨機誤差標(biāo)準(zhǔn)差：大，則分散性大；反之亦然計算：貝塞爾公式y(tǒng)i---測量輸出值，i=1,2,…,ny---輸出值的平均值對不同被測數(shù)值：各次測量曲線的偏差程度(repeatability)9檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性(5)靈敏度測量系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量的增量與輸入量的增量之比斜率：a.線性檢測系統(tǒng)：靈敏度為常數(shù)；例：間隙式平板電容傳感器定義：b.非線性檢測系統(tǒng)：靈敏度為變數(shù)說明：(靈敏度系數(shù))(sensitivity)靈敏度雙曲線、非線性10檢測系統(tǒng)的動態(tài)特性§3.2.1動態(tài)模型動態(tài)特性：檢測系統(tǒng)在被測量隨時間變化的條件下輸入輸出關(guān)系(1)微分方程：根據(jù)相應(yīng)的物理定律（如牛頓定律、能量守恒定律、基爾霍夫電路定律等），用線性常系數(shù)微分方程表示系統(tǒng)的輸入x與輸出y關(guān)系的數(shù)字方程式ai、bi(i=0,1,…)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性參數(shù)，常數(shù)，系統(tǒng)的階次由輸出量最高微分階次決定。常見為O階、一階、二階系統(tǒng)優(yōu)點：概念清晰，輸入-輸出關(guān)系明了，可區(qū)分暫態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)缺點：求解方程麻煩，傳感器調(diào)整時分析困難11檢測系統(tǒng)的動態(tài)特性O(shè)階系統(tǒng)：例電位計、電子示波器一階系統(tǒng)：例:無質(zhì)量單自由度振動系統(tǒng)、無源積分電路、液位溫度計12檢測似系統(tǒng)庫的動宏態(tài)特規(guī)性二階返系統(tǒng)正：13檢測徑系統(tǒng)塌的動受態(tài)特?fù)涡?2輪)治傳遞譜函數(shù)：利用擔(dān)拉氏澆變換交，將叉微分科方程血轉(zhuǎn)換迅成為套復(fù)數(shù)賠域的遺數(shù)學(xué)重模型假，輸孤出量歇的拉樣氏變魯換與限輸入蟲量的遵拉氏旱變換魔之比助：優(yōu)點識：表示拘了傳揭感器春本身可特性捎，與沙輸入會輸出膜無關(guān)納，可堤通過破實驗鬼求得14檢測酸系統(tǒng)鳴的動潑態(tài)特翠性§覽3.2柱.2傅動態(tài)助特性過程：激勵船：暫態(tài)喚過程純（輸艘出量劫由一晚個穩(wěn)致態(tài)到吃另一才個穩(wěn)評態(tài)的都過渡斃過程絲式）穩(wěn)態(tài)叛過程四（輸胃出量菜達到濁穩(wěn)定悶的狀碎態(tài)）信號潛--惰--紀(jì)正弦國信號馬、階份躍信恭號、辯線性確信號潔、脈悶沖信解號15檢測絮系統(tǒng)赴的動騰態(tài)特羊性(1愁)頻率輕響應(yīng)抄特性：輸入探：輸出插：頻率頓響應(yīng)頂特性輸入探量：輸出慶量：頻率富響應(yīng)爭函數(shù)死：系統(tǒng)佩頻率倡特性崖：穩(wěn)態(tài)予輸出吹與輸固入幅憐值之游比和風(fēng)兩者獸相位戲差是冷輸入竟頻率折的函舟數(shù)：幅-吐-頻、相—該頻正弦支信號模--堅-一渣系列船，頻葉率不扮同，龍幅值蝕相等正弦沙信號咐--嬌-觀雨察：插幅值濫、相磚位、銳頻率(穩(wěn)澇態(tài))16檢測捆系統(tǒng)安的動善態(tài)特正性典型早的對扣數(shù)幅扣頻特油性曲朽線：理想嫩幅頻薪特性壺：相頻蟲特性齒：相頻特性幅頻特性幅頻癥特性鞠：頻響繩范圍婚：幅值植比與說頻率漸關(guān)系0d新B水耽平線聽（幅鑼值不隔變）誤差雞3印dB蛛對應(yīng)冶的頻雜率范啊圍通頻招帶、碧頻帶筐、工董作頻壺帶相位鄰與頻繞率的佛關(guān)系A(chǔ)(ω)駱：輸吹出幅葛值與鐵靜態(tài)剪幅值室比梅--日-逼系統(tǒng)炕的動態(tài)違靈敏訓(xùn)度（增汗益）17檢測堵系統(tǒng)百的動省態(tài)特伴性(2棍)檢測烏系統(tǒng)巧的階捏躍響婚應(yīng)特案性：輸入：階沸躍信在號輸出：階次躍響掠應(yīng)時間奴常數(shù)：上升別時間Tr：響應(yīng)郵時間Ts：超調(diào)嬌量a1：衰減齒率：穩(wěn)態(tài)等誤差ess：系統(tǒng)選輸出革值上擾升到熊穩(wěn)態(tài)國值yc的6瞎3.芹2%淹所需跪的時師間傳感猶器輸暈出從牲穩(wěn)態(tài)襪值yc的1枝0%帽上升粉到9燒0%抵所需鋪時間輸出虜值達桿到允胡許范涉圍貿(mào)%的所延需時糾間響應(yīng)邊曲線激第一都次超尋過穩(wěn)躁態(tài)值畏yc的峰兩高：引yma勻x-yc相鄰遞兩個團波峰破（或描波谷深）高度度下億降的楚百分鼠數(shù)無限掘長時歸間后厚，傳世感器腎穩(wěn)態(tài)吉值與煤目標(biāo)鬧值偏吐差的合相對跌誤差18§限3.2洋.3攜典型箭檢測演系統(tǒng)牢的動忌態(tài)特牛性a)零階喘系統(tǒng)：微分?jǐn)_方程緣瑞：特點：a)笛屬嗚于靜微態(tài)環(huán)仇節(jié)：d)耕實朱際零住階環(huán)牙節(jié)：成緩慢永變化炸，頻臺率較測低被--升-狀近似羊零階站環(huán)節(jié)c)偽與荷時間師無關(guān)巖，與鍬頻率征無關(guān)刺，無設(shè)滯后欠，無慣享性理想渣環(huán)節(jié)靜態(tài)浩靈敏鐘度系結(jié)數(shù)b)井輸多出氧輸入又稱師：比喊例環(huán)總節(jié)幅頻團特性阿：相頻生特性堤：實例：電位符計式天角位侮移傳模感器微分萍方程眉：靜態(tài)忌靈敏賄度系亡數(shù)：UEU0θ19檢測任系統(tǒng)幟的動標(biāo)態(tài)特欄性b)一階抱系統(tǒng)：微分竊方程倉：時間回常數(shù)靜態(tài)磨靈敏附度幅頻鋤特性預(yù)：相頻齒特性澇：幅頻娘特性瞎和相爆頻特殿性由對數(shù)橡圖（鬧伯德閉圖）侍：失真<宴<1眼/宴時：A()繳=K(薄)麥=0零階無滯載后<猜<1劉/1鍵0窄時：>樓1/叫時渡：A()絞(救)柏幅值要衰減相位桃滯后20檢測栗系統(tǒng)床的動柜態(tài)特繞性輸入悄階躍戀信號許：一階礎(chǔ)環(huán)節(jié)泡微分鄭方程劈燕：t=刃2號：ed=1雕3.圾5%久；動態(tài)疲誤差喪：特點：實例詢：動態(tài)主響應(yīng)贊特性破主要暫取決揭于時階間常間數(shù)；階躍犯響應(yīng)：t=另3被：ed=5在%；t=墨5蕉：ed=0括.7碰%；小階躍辦響應(yīng)譯迅速截止與頻率羞高慣性汁小慣性課環(huán)節(jié)運動慣方程叉：帶阻藏尼彈帳簧測抽力傳欺感器時間詞常數(shù)順：靜態(tài)片靈敏賞度系羞數(shù)：k-抖彈簧塑剛度c-進阻尼測系數(shù)21檢測雜系統(tǒng)獻的動撿態(tài)特非性c)二階族環(huán)節(jié)：微分統(tǒng)方程盯：固有銅頻率阻尼供比幅頻淹特性杠：相頻煌特性烈：幅頻前特性瞎與相趕頻特婦性嗽伯德修圖：當(dāng)/地n<<倆1時：較紅小時：A()劉K鏡，賓(輝)現(xiàn)0A()忘隨川出現(xiàn)滋較大愈波動怕0.誦7時：A亮()痛平坦貿(mào)段最勁寬，蒸(斃)棚接近槽斜直朗線A()襪<0隙衰唱減近似冷零階當(dāng)/奔n>0依.3袋時：與阻訂尼有印關(guān)當(dāng)=0罩時，球A(n)埋=宋,錦附近淹諧振較剪大時：22檢測稈系統(tǒng)塘的動證態(tài)特排性輸入當(dāng)>滋1時：應(yīng)用肆實例：當(dāng)<追1時：當(dāng)安=1源時：無過齒沖