医用传感器第2章课件.ppt

《医用传感器第2章课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第2章传感器的基本特性传感器的静态特性一、静态特性式中Y是输出信号；X是输入信号；a0是无输入时的输出，零位输出；a1是传感器的线性灵敏度；a2，a3，…，an是非线性项的待定常数。（一）理想线性特性（二）非线性项次数为偶数不具有对称性，且线性范围较窄具有这种特性的传感器称为线性传感器。（三）非线性项次数为奇数（四）一般情况在原点有较宽的线性区二、静态特性指标（一）测量范围和灵敏度灵敏度是指传感器达到稳定后输出变化量对输入变化量的比值。传感器灵敏度和测量范围有关，多数传感器的灵敏度越高，测量范围越窄。对同样大小的变化量△d，d0越小，非线性项就越大。如果控制偏离线性的量为定值，则可允

2、许的△d值就变小，即测量范围变窄。光纤式导管末端血压传感器加小于lmmHg的压力时无输出，则其灵敏限为1mmHg。（二）线性度（非线性误差）在规定条件下传感器特性曲线与拟合直线间的最大偏差（ΔLmax）与传感器满量程（FS）输出值（YFS）的百分数称为传感器的线性度（或非线性误差）。式中：YFS＝ymax－y0——满量程输出电压理论直线即Y=a1X,由此式求得的线性度称为理论线性度。特点：方法简单，但由于数据依据不充分，且计算的线性度值往往偏大，因此不能充分发挥传感器的精度潜力。特点：拟合精度高，计算复杂。（三）迟滞（四）稳定性稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。

3、在传感器输入端加进同样大小的输入时，最理想的情况是不管什么时候，输出值的大小保持不变。但实际上，随着时间的推移，大多数传感器的特性会发生改变。这是因为敏感元件或构成传感器的部件，其特性会随时间发生变化，从而影响了传感器的稳定性。（五）环境特性温度影响体现在灵敏度改变、输出漂移气压变化影响传感元件或容器发生体积变化湿度变化使光学传感器改变折射率，电容传感器介电常数改变电源电压波动会引起灵敏度和输出漂移电源频率对交流磁场的传感器有影响，其他不大（六）重复性传感器的动态特性（初始条件为零）一、传感器动态特性的数学模型和传递函数已知一种传感器的微分方程为，求其传递函数。传递函数三、传感器的动

4、态响应瞬态响应阶跃信号稳态响应正弦信号稳态响应正弦信号（一）瞬态响应tx0ty01传递函数输出τ越小，阶跃响应特性越好。在一阶系统中,时间常数值是决定响应速度的重要参数。拉普拉斯逆变换传递函数输出随阻尼比ξ的不同，有几种不同的解：①ξ＜1(欠阻尼)②ξ=1(临界阻尼)③ξ>1（过阻尼）ξ＜1的欠阻尼系统比临界阻尼系统(ξ＝1)更快地达到稳态值，ξ＜1时阶跃响应出现过冲。过阻尼系统(ξ＞1)反应迟钝，动作缓慢，所以一般系统大都设计成欠阻尼系统ξ取值一般为0.6~0.8。二阶传感器的瞬时响应速度取决于ω和ξ这2个参数。（二）稳态响应稳态响应正弦信号输出然后求拉普拉斯逆变换得到系统响应y(

5、t).拉普拉斯变换分别是——传递函数例把作为一阶传感器的输入得出输出信号含有与输入信号周期相同的成分；振幅和相位都与有关。；输出振幅几乎等于输入信号的振幅，而且相位滞后比较小；T0比较小，输出信号振幅与输入信号振幅之比则较小，相位滞后增大。因故系统响应速度参数和输入信号周期T0的相对关系就可以决定系统的增益和相位滞后。H（jω）称为传感器的频率响应函数。H（jω）是一个复函数，它可以用指数形式表示，即（三）频率响应函数令若以分别表示H（jω）的实部和虚部，则A(ω)称为传感器的幅频特性，也称为传感器的动态灵敏度（或增益）。对于传感器φ通常是负的，表示传感器输出滞后于输入的相位角度，而

6、且φ随ω而变，故称之为传感器相频特性。φ（ω）表示传感器的输出信号相位随频率而变化的关系。则频率特性的相位角:幅频特性频率响应函数相频特性频率响应函数幅频特性相频特性阻尼比ξ的影响较大，不同阻尼比情况下相对幅频特性曲线如图。2.42.22.01.81.61.41.21.00.80.60.40.200.511.522.5ω/ω0ξ=0ξ=0.2ξ=0.4ξ=0.6ξ=1ξ=0.8ξ=0.707A(ω)当ξ→0时，在ωτ=1处A(ω)趋近无穷大，这一现象称之为谐振。随着ξ的增大，谐振现象逐渐不明显。当ξ≥0.707时，不再出现谐振。0-30°-60°-90°-120°-150°-180°

7、0.511.522.5ω/ω0ξ=0ξ=0.2ξ=0.4ξ=0.6ξ=0.707ξ=0.8ξ=1ξ=0.8ξ=1ξ=0.707ξ=0.6ξ=0.4ξ=0.2ξ=0Φ(ω)相频特性ω=ω0时，相位有90°滞后，最大相位滞后为180°，ξ越大相位滞后变化越平稳。传感器动态特性分析【例2-4】一阶传感器的时域分析(1)当t=τ时，y(t)的值等于0.632，响应达到总变化量的63.2%。τ越小传感器的阶跃响应特性越好。一阶系统阶跃响应曲线的特点(2)t＝0处，响