静态模型静态特性指标.ppt
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1、1,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,2,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,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,3,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,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,4,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,5
2、,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:,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,6,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), (n2) 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
3、端点连线,特点:,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,简单实用,三点作图法(两高一低/两低一高),7,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:,8,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
4、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,9,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,计算:贝塞尔公式,对不同被测数值:各次测量曲线的偏差程度,( repeatability ),10,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
5、: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,11,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
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