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1、第二章传感器的基本特性1第1页，本讲稿共67页传感器基本特性传感器基本特性 传感器的基本特性传感器的基本特性传感器输入与输出之间的关系。传感器输入与输出之间的关系。传感器测量的参数传感器测量的参数X X一般有两种形式一般有两种形式快变信号快变信号（动态信号）（动态信号）X X随时间变化时随时间变化时X-YX-Y的特性的特性慢变信号慢变信号（稳态信号）（稳态信号）X X不随时间变化时不随时间变化时X-YX-Y的特性的特性传感器测量电路输出单元被测量xy动态特性动态特性静态特性静态特性第2页，本讲稿共67页传感器静感器静态特性特性 当输入量（当输入量（当输入量（当输入量（X X X X）为静态（常
2、量）或变化缓慢的信号）为静态（常量）或变化缓慢的信号）为静态（常量）或变化缓慢的信号）为静态（常量）或变化缓慢的信号时（如温度、压力），讨论传感器输入输出关系称时（如温度、压力），讨论传感器输入输出关系称时（如温度、压力），讨论传感器输入输出关系称时（如温度、压力），讨论传感器输入输出关系称静态特性。静态特性。静态特性。静态特性。静态特性可以用函数式表示为静态特性可以用函数式表示为静态特性可以用函数式表示为静态特性可以用函数式表示为第3页，本讲稿共67页传感器静态特性可以用多项式表示：传感器静态特性可以用多项式表示：其中其中其中其中：x x 输入量，输入量，输入量，输入量，Y Y 输出量；输出
3、量；输出量；输出量；a0 x=0 a0 x=0 时的输出值时的输出值时的输出值时的输出值 a1 a1 理想灵敏度理想灵敏度理想灵敏度理想灵敏度 a2,a3.an a2,a3.an 非线性项系数非线性项系数非线性项系数非线性项系数第4页，本讲稿共67页传感器静态特性静态特性指标：静态特性指标：线性度线性度、迟滞迟滞迟滞迟滞、重复性重复性、灵敏度灵敏度、稳定性稳定性稳定性稳定性、零漂、温漂。零漂、温漂。第5页，本讲稿共67页线性度v v 输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。传感输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。传感输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。传感输出量
4、与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。传感器的器的器的器的非线性误差非线性误差非线性误差非线性误差通常用相对误差表示：通常用相对误差表示：通常用相对误差表示：通常用相对误差表示：YXYiXiLmaxY=kx+b传感器实际特性曲线传感器实际特性曲线传感器实际特性曲线传感器实际特性曲线与其理论拟合直线之与其理论拟合直线之与其理论拟合直线之与其理论拟合直线之间的最大偏差间的最大偏差间的最大偏差间的最大偏差线性度线性度线性度线性度传感器满量程输出传感器满量程输出传感器满量程输出传感器满量程输出第6页，本讲稿共67页线性度大小与哪些因素线性度大小与哪些因素线性度大小与哪些因素线性度大小与哪些因素有关
5、？有关？有关？有关？越大越好还是越小越好？越大越好还是越小越好？越大越好还是越小越好？越大越好还是越小越好？第7页，本讲稿共67页直线拟合线性化出发点：获得最小的非线性误差拟合方法拟合方法：理论拟合；过零旋转拟合；端点连线拟合；端点连线平移拟合；最小二乘拟合；上一页下一页返 回第8页，本讲稿共67页理论拟合理论拟合拟合直线为传感器的理论特性，与实际测试值无关。方法十分简单，但一般说 较大xyLmax上一页下一页返 回第9页，本讲稿共67页过零旋转拟合过零旋转拟合曲线过零的传感器。拟合时，使xyL2L1上一页下一页返 回第10页，本讲稿共67页端点连线拟合端点连线拟合把输出曲线两端点的连线作为拟
6、合直线xyLmax上一页下一页返 回第11页，本讲稿共67页端点连线平移拟合端点连线平移拟合在端点连线拟合基础上使直线平移，移动距离为原先的一半yxLmaxL1上一页下一页返 回第12页，本讲稿共67页（e e）最小二乘拟合）最小二乘拟合原理原理:第13页，本讲稿共67页即使是同类传感器,拟合直线不同,其线性度也是不同的。选取拟合直线的方法很多,用最小二乘法求取的拟合直线的拟合精度最高。第14页，本讲稿共67页迟滞迟滞v v 传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不 重合的现象称重合
7、的现象称重合的现象称重合的现象称迟滞迟滞迟滞迟滞。输入量增大输入量增大输入量增大输入量增大输入量减小输入量减小输入量减小输入量减小第15页，本讲稿共67页v 迟滞误差一般由满量程输出的百分数表示：迟滞误差一般由满量程输出的百分数表示：例例例例：一电子秤：一电子秤：一电子秤：一电子秤 增加砝码增加砝码增加砝码增加砝码 10g 50g 100g 200g 10g 50g 100g 200g 10g 50g 100g 200g 10g 50g 100g 200g 电桥输出电桥输出电桥输出电桥输出 0.5 mv-2mv-4mv -10mv 0.5 mv-2mv-4mv -10mv 0.5 mv-2mv
8、-4mv -10mv 0.5 mv-2mv-4mv -10mv 减砝码输出减砝码输出减砝码输出减砝码输出 1 mv-5mv-8mv -10mv 1 mv-5mv-8mv -10mv 1 mv-5mv-8mv -10mv 1 mv-5mv-8mv -10mv 为正、反正、反 行程行程输出出值间的最大差的最大差值 第16页，本讲稿共67页重复性v v 传感器输入量按同一方向作多次测量时，输出特性不传感器输入量按同一方向作多次测量时，输出特性不传感器输入量按同一方向作多次测量时，输出特性不传感器输入量按同一方向作多次测量时，输出特性不一致的程度。一致的程度。一致的程度。一致的程度。第17页，本讲稿共
9、67页v v 属于随机误差，可用属于随机误差，可用属于随机误差，可用属于随机误差，可用标准偏差标准偏差标准偏差标准偏差表示：表示：表示：表示：max max max max 最大标准差；最大标准差；最大标准差；最大标准差；（2 2 2 23 3 3 3）置信度；置信度；置信度；置信度；重复性误差用重复性误差用重复性误差用重复性误差用最大重复偏差最大重复偏差最大重复偏差最大重复偏差表示：表示：表示：表示：第18页，本讲稿共67页灵敏度灵敏度v v在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值在稳定条件下输出微小
10、增量与输入微小增量的比值 对线性传感器灵敏度是直线的斜率：对线性传感器灵敏度是直线的斜率：对线性传感器灵敏度是直线的斜率：对线性传感器灵敏度是直线的斜率：S=y/x S=y/x S=y/x S=y/x 对非线性传感器灵敏度为一变量：对非线性传感器灵敏度为一变量：对非线性传感器灵敏度为一变量：对非线性传感器灵敏度为一变量：S=dy/dx S=dy/dx S=dy/dx S=dy/dx第19页，本讲稿共67页稳定性稳定性v v 在规定工作条件范围和规定时间内，传感器性能在规定工作条件范围和规定时间内，传感器性能在规定工作条件范围和规定时间内，传感器性能在规定工作条件范围和规定时间内，传感器性能保持
11、不变的能力保持不变的能力保持不变的能力保持不变的能力 例：例：例：例：闪烁探测器闪烁探测器闪烁探测器闪烁探测器8 8 8 8小时长期稳定性测量散点图小时长期稳定性测量散点图小时长期稳定性测量散点图小时长期稳定性测量散点图 第20页，本讲稿共67页稳定性表示稳定性表示一般用重复性的数值和观测时间的长短表示例如，某传感器输出电压值每小时变化1.5mV，则稳定度可表示为1.5mV/h。第21页，本讲稿共67页零点漂移零点漂移传感器在输入为零时的输出量，（长时间工作稳定性、零点漂移）零漂 式中Y0最大零点偏差；YFS 满量程输出。第22页，本讲稿共67页温度漂移温度漂移传感器在外界温度变化时输出量的变
12、化温漂 式中max 输出最大偏差；T 温度变化范围；YFS 满量程输出。第23页，本讲稿共67页其它特性指标其它特性指标v v 分辨率分辨率分辨率分辨率 传感器能够检测到的最小输入增量；传感器能够检测到的最小输入增量；传感器能够检测到的最小输入增量；传感器能够检测到的最小输入增量；v v 阈值阈值阈值阈值输入小到某种程度输出不再变化的输入小到某种程度输出不再变化的输入小到某种程度输出不再变化的输入小到某种程度输出不再变化的X X X X值；值；值；值；v v 门槛灵敏度门槛灵敏度门槛灵敏度门槛灵敏度 指输入零点附近的分辨能力。指输入零点附近的分辨能力。指输入零点附近的分辨能力。指输入零点附近的
13、分辨能力。第24页，本讲稿共67页第25页，本讲稿共67页传感器动态特性传感器动态特性 当输入量随时间变化时当输入量随时间变化时当输入量随时间变化时当输入量随时间变化时,如如如如:加速度、振动等加速度、振动等加速度、振动等加速度、振动等 这时被测量是时间的函数，或是频率的函数。这时被测量是时间的函数，或是频率的函数。这时被测量是时间的函数，或是频率的函数。这时被测量是时间的函数，或是频率的函数。用时域法表示成：用时域法表示成：用时域法表示成：用时域法表示成：用频域法表示为：用频域法表示为：用频域法表示为：用频域法表示为：第26页，本讲稿共67页 动动动动态态态态特特特特性性性性是是是是指指指指
14、传传传传感感感感器器器器输输输输出出出出对对对对随随随随时时时时间间间间变变变变化化化化的的的的输输输输入入入入量量量量的的的的响响响响应特性：应特性：应特性：应特性：一一一一个个个个动动动动态态态态特特特特性性性性好好好好的的的的传传传传感感感感器器器器,其其其其输输输输出出出出将将将将再再再再现现现现输输输输入入入入量量量量的的的的变变变变化化化化规规规规律律律律,即即即即具具具具有有有有相相相相同同同同的的的的时时时时间间间间函函函函数数数数。实实实实际际际际上上上上除除除除了了了了具具具具有有有有理理理理想想想想的的的的比比比比例例例例特特特特性性性性外外外外,输输输输出出出出信信信信
15、号号号号将将将将不不不不会会会会与与与与输输输输入入入入信信信信号号号号具具具具有有有有相相相相同同同同的的的的时时时时间间间间函函函函数数数数,这这这这种种种种输输输输出出出出与与与与输输输输入入入入间间间间的的的的差差差差异异异异就就就就是所谓的是所谓的是所谓的是所谓的动态误差动态误差动态误差动态误差。第27页，本讲稿共67页例：动态测温例：动态测温例：动态测温例：动态测温 设环境温度为设环境温度为设环境温度为设环境温度为T T T T0 0 0 0,水槽中水的温度为水槽中水的温度为水槽中水的温度为水槽中水的温度为T,T,T,T,而且而且而且而且 T T T T T T T T0 0 0
16、0 传感器突然插入被测介质中；传感器突然插入被测介质中；传感器突然插入被测介质中；传感器突然插入被测介质中；用热电偶测温用热电偶测温用热电偶测温用热电偶测温,理想情况测试曲线理想情况测试曲线理想情况测试曲线理想情况测试曲线T T T T是阶跃变化的；是阶跃变化的；是阶跃变化的；是阶跃变化的；实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过程实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过程实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过程实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过程水温水温T热电偶热电偶环境温度T T0 0 T T T To o第28页，本讲稿共67页n造造成成热热电电偶偶输输出出波波形形失失真
17、真和和产产生生动动态态误误差差的的原原因因,是是因因为为温温度度传传感感器器有有热热热热惯惯惯惯性性性性（由由传传感感器器的的比比热热容容和和质质量量大大小小决决定定）和和传传传传热热热热热热热热阻阻阻阻,使使得得在在动动态态测测温温时时传传感感器器输输出出总总是是滞滞后后于于被被测测介介质质的温度变化。的温度变化。n这这种种热热惯惯性性是是热热电电偶偶固固有有的的,这这种种热热惯惯性性决决定定了了热热电电偶偶测测量量快快速速温度变化时会产生动态误差。温度变化时会产生动态误差。n影影响响动动态态特特性性的的“固固有有因因素素”任任何何传传感感器器都都有有,只只不不过过它它们们的的表现形式和作用
18、程度不同而已。表现形式和作用程度不同而已。第29页，本讲稿共67页动动态态特特性性除除了了与与传传感感器器的的固固有有因因素素有有关关之之外外,还还与与传传感感器器输输入入量量的的变变化化形形式式有有关关。也也就就是是说说,我我们们在在研研究究传传感感器器动动特特性性时时,通通常常是是根据不同输入变化规律来考察传感器的响应的。根据不同输入变化规律来考察传感器的响应的。第30页，本讲稿共67页n传传感感器器的的输输入入量量随随时时间间变变化化的的规规律律是是各各种种各各样样的的,下下面面在在对对传传感感器器动动态态特特性性进进行行分分析析时时，采采用用最最典典型型、最最简简单单、易易实实现现的的
19、正正弦信号弦信号和和阶跃信号阶跃信号作为标准输入信号。作为标准输入信号。对对于于正正弦弦输输入入信信号号,传传感感器器的的响响应应称称为为频频率率响响应应或或稳稳态态响应响应；对对于于阶阶跃跃输输入入信信号号,则则称称为为传传感感器器的的阶阶跃跃响响应应或或瞬瞬态态响应响应第31页，本讲稿共67页 虽虽然然传传感感器器的的种种类类和和形形式式很很多多,但但它它们们一一般般可可以以简简化化为为一一阶阶或或二二阶阶系系统统（高高阶阶可可以以分分解解成成若若干干个个低低阶阶环环节节）,因因此此一一一一阶阶阶阶和和和和二二二二阶阶阶阶传传传传感器是最基本的感器是最基本的感器是最基本的感器是最基本的。第
20、32页，本讲稿共67页一阶传感器的单位阶跃响应信号为 y(t)=1-e-(2-10)相应的响应曲线如图 2-7 所示。由图可见,传感器存在惯性,它的输出不能立即复现输入信号,而是从零开始,按指数规律上升,最终达到稳态值。理论上传感器的响应只在t趋于无穷大时才达到稳态值,但实际上当t=4时其输出达到稳态值的98.2%,可以认为已达到稳态。越小,响应曲线越接近于输入阶跃曲线,因此,值是一阶传感器重要的性能参数。第33页，本讲稿共67页第34页，本讲稿共67页1）传递函数传感器系统传感器系统输入激励输入激励输入激励输入激励 X X X X（t)t)t)t)输出响应输出响应输出响应输出响应 Y Y Y
21、 Y（t)t)t)t)当输入量随时间变化时，略去影响小的因素，假设当输入量随时间变化时，略去影响小的因素，假设当输入量随时间变化时，略去影响小的因素，假设当输入量随时间变化时，略去影响小的因素，假设传感器输入、输出在线性范围变化，它们的关系可传感器输入、输出在线性范围变化，它们的关系可传感器输入、输出在线性范围变化，它们的关系可传感器输入、输出在线性范围变化，它们的关系可用高阶常系数线性微分方程表示：用高阶常系数线性微分方程表示：用高阶常系数线性微分方程表示：用高阶常系数线性微分方程表示：式中：式中：式中：式中：Y Y Y Y输出；输出；输出；输出；XXXX输入；输入；输入；输入；a a a
22、ai i i i 、b b b bi i i i为为常数常数常数常数第35页，本讲稿共67页两边取拉氏变换，将实函数变换到复变函数两边取拉氏变换，将实函数变换到复变函数两边取拉氏变换，将实函数变换到复变函数两边取拉氏变换，将实函数变换到复变函数 时时第36页，本讲稿共67页传感器的传递函数：传感器的传递函数：传感器的传递函数：传感器的传递函数：第37页，本讲稿共67页（2）一阶系统动态响应 一阶系统传递函数时间常数时间常数时间常数时间常数静态灵敏静态灵敏静态灵敏静态灵敏度度度度传递函数可简化为：传递函数可简化为：传递函数可简化为：传递函数可简化为：第38页，本讲稿共67页一阶系统一阶系统v一阶
23、传感器的阶跃响应（瞬态响应）由拉氏反变换得到单位阶跃响应信号为：由拉氏反变换得到单位阶跃响应信号为：第39页，本讲稿共67页讨论：讨论：讨论：讨论：暂态响应是指数函数，输出曲线逐渐达到稳定；暂态响应是指数函数，输出曲线逐渐达到稳定；理理论论上上tt时时才才能能达达到到稳稳定定，当当t=t=时时即即达达到到稳稳定定值值的的63.2%63.2%，可见时间常数，可见时间常数越小越好，是反映一阶传感器的重要参数；越小越好，是反映一阶传感器的重要参数；实际运用时实际运用时t=4t=4时工程上认为已达到稳定；时工程上认为已达到稳定；由由曲曲线线看看出出它它与与动动态态测测温温相相似似，所所以以动动态态测测
24、温温是是典典型型的的一阶系统一阶系统 。第40页，本讲稿共67页v 一阶传感器的阶跃响应一阶传感器的阶跃响应第41页，本讲稿共67页n 传传感感器器存存在在惯惯性性,它它的的输输出出不不能能立立即即复复现现输输入入信信号号,而而是是从从零零开开始始,按指数规律上升按指数规律上升,最终达到稳态值。最终达到稳态值。n理理论论上上传传感感器器的的响响应应只只在在t趋趋于于无无穷穷大大时时才才达达到到稳稳态态值值,但但实实际际上上当当t=4时时其其输输出出达达到到稳稳态态值值的的98.2%,可可以以认认为为已已达达到稳态。到稳态。n越越小小,响响应应曲曲线线越越接接近近于于输输入入阶阶跃跃曲曲线线,因
25、因此此,值值是是一一阶阶传传感感器重要的性能参数。器重要的性能参数。n由由曲曲线线看看出出它它与与动动态态测测温温相相似似，所所以以动动态态测测温温是是典典型型的的一一阶系统阶系统。第42页，本讲稿共67页v一阶传感器的频率响应(稳态响应）输入正弦信号输入正弦信号 一价系统一价系统一价系统一价系统拉氏变换后拉氏变换后 第43页，本讲稿共67页反变换后得出输出的振幅和频率变化特性反变换后得出输出的振幅和频率变化特性输出输出Y(t)Y(t)有个两部分，瞬态响应成分、稳态响应成分，有个两部分，瞬态响应成分、稳态响应成分，瞬态响应随时间瞬态响应随时间t t逐渐消失。逐渐消失。第44页，本讲稿共67页忽
26、略瞬态响应，稳态响应整理后为：忽略瞬态响应，稳态响应整理后为：幅幅频特性：频特性：相相频特性：频特性：第45页，本讲稿共67页第46页，本讲稿共67页时间常数时间常数越小越小,频率响应特性越好。频率响应特性越好。当当 1时时,A（）1,（）0,表表明明传传感感器器输输出出与与输输入入为为线线性性关系关系,且相位差也很小且相位差也很小,输出输出y(t)比较真实地反映输入比较真实地反映输入x(t)的变化规律。的变化规律。因此因此,减小减小可改善传感器的频率特性。可改善传感器的频率特性。第47页，本讲稿共67页二阶系统的动态响应（振动系统）二阶系统传递函数固有固有频率率静静态灵敏度灵敏度阻尼比阻尼比
27、第48页，本讲稿共67页v二阶传感器的阶跃响应输入阶跃信号时拉氏变换为输入阶跃信号时拉氏变换为输入阶跃信号时拉氏变换为输入阶跃信号时拉氏变换为输出拉氏变换输出拉氏变换输出拉氏变换输出拉氏变换二阶系统二阶系统二阶系统二阶系统 第49页，本讲稿共67页反变换为：反变换为：反变换为：反变换为：式中：式中：第50页，本讲稿共67页用用 y(t)y(t)作图，不同阻尼比作图，不同阻尼比值曲线形式不同值曲线形式不同第51页，本讲稿共67页1.=01.=0，零阻尼等幅振荡，产生自激永远达不到稳定；，零阻尼等幅振荡，产生自激永远达不到稳定；2.12.14.1过阻尼，稳定时间较长。过阻尼，稳定时间较长。实际使用
28、中常按稍欠阻尼调整实际使用中常按稍欠阻尼调整,取取 0.7 0.70.8 0.8 为最好。为最好。第52页，本讲稿共67页一阶、二阶两条典型的阶跃响应曲线一阶、二阶两条典型的阶跃响应曲线一阶、二阶两条典型的阶跃响应曲线一阶、二阶两条典型的阶跃响应曲线 动态指标动态指标 上升时间上升时间上升时间上升时间时间常数时间常数时间常数时间常数调节时间调节时间调节时间调节时间2 2、5 5或者或者或者或者1010第53页，本讲稿共67页其他动态指标振荡次数N调节时间内，输出量在稳态值附近上下波动的次数稳态误差ess无限长时间后，传感器的稳态输出值与目标值之间偏差的相对值。超调量传感器输出超过稳态值的最大值
29、。第54页，本讲稿共67页v 二阶传感器的频率响应 一个起始静止的二阶系统一个起始静止的二阶系统,输入正弦信号输入正弦信号,频率为频率为时输出拉氏变换为：时输出拉氏变换为：第55页，本讲稿共67页幅幅频特性频特性相相频频特性特性第56页，本讲稿共67页幅幅频特性频特性第57页，本讲稿共67页相相频频特性特性第58页，本讲稿共67页讨论：讨论：讨论：讨论：当当当当 1(1(1(1(或或或或 0.707),0.707),0.707),时时时时，幅幅幅幅 值值值值 A()A()A()A()1 1 1 1，（）0 0 0 0；当当当当1,1,1,1,且且且且=(/=(/=(/=(/n n n n=1)
30、=1)=1)=1)时时时时，在在在在/n n n n=1=1=1=1附附附附近近近近有有有有个个个个峰峰峰峰值值值值，会产生共振，相位差会产生共振，相位差会产生共振，相位差会产生共振，相位差909090900 0 0 0-180-180-180-1800 0 0 0；传传传传感感感感器器器器固固固固有有有有频频频频率率率率n n n n至至至至少少少少应应应应大大大大于于于于被被被被测测测测信信信信号号号号频频频频率率率率的的的的35353535倍倍倍倍n n n n（3 3 3 35 5 5 5），保证增益避免共振。，保证增益避免共振。，保证增益避免共振。，保证增益避免共振。第59页，本讲稿
31、共67页1.1.1.1.传感器的静态特性指标包括：线性度、迟滞、重复性、传感器的静态特性指标包括：线性度、迟滞、重复性、传感器的静态特性指标包括：线性度、迟滞、重复性、传感器的静态特性指标包括：线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性。灵敏度、稳定性。灵敏度、稳定性。灵敏度、稳定性。2.2.2.2.传感器的动态特性参数有：瞬态响应特性，频率响应特传感器的动态特性参数有：瞬态响应特性，频率响应特传感器的动态特性参数有：瞬态响应特性，频率响应特传感器的动态特性参数有：瞬态响应特性，频率响应特性。性。性。性。3.3.3.3.分别讨论一阶传感器、二阶传感器的传递函数、传感器分别讨论一阶传感器、二阶传感器的
32、传递函数、传感器分别讨论一阶传感器、二阶传感器的传递函数、传感器分别讨论一阶传感器、二阶传感器的传递函数、传感器幅频特性、相频特性。幅频特性、相频特性。幅频特性、相频特性。幅频特性、相频特性。第60页，本讲稿共67页1.1.1.1.检测系统只着重输入和输出关系的传递函数表示方法；检测系统只着重输入和输出关系的传递函数表示方法；检测系统只着重输入和输出关系的传递函数表示方法；检测系统只着重输入和输出关系的传递函数表示方法；2.2.2.2.系系系系统统统统方方方方程程程程式式式式状状状状态态态态变变变变量量量量是是是是一一一一次次次次的的的的系系系系统统统统，尤尤尤尤其其其其系系系系统统统统 都都
33、都都是是是是常常常常数数数数的的的的系系系系统统统统叫叫叫叫线线线线性性性性常常常常系系系系数数数数系系系系统统统统，我我我我们们们们课课课课程程程程以以以以后后后后讨讨讨讨论论论论的的的的都都都都是是是是以以以以线线线线性性性性常系数系统为对象。常系数系统为对象。常系数系统为对象。常系数系统为对象。3.3.3.3.一一一一阶阶阶阶系系系系统统统统状状状状态态态态变变变变量量量量是是是是一一一一个个个个，二二二二阶阶阶阶系系系系统统统统状状状状态态态态变变变变量量量量 是是是是两两两两个个个个，一般情况下，有一般情况下，有一般情况下，有一般情况下，有n n n n个状态变量的系统叫个状态变量的
34、系统叫个状态变量的系统叫个状态变量的系统叫n n n n阶系统。阶系统。阶系统。阶系统。第61页，本讲稿共67页补充1：干扰与噪声干扰:外部对传感器造成的不良影响噪声：由传感器内部元件对传感器造成不良影响第62页，本讲稿共67页1.干扰1.机械干扰：包括振动和冲击解决方法：大重量工作台下吸收振动，为传感器配重量大的基座。2.音响干扰：功率小，较好控制方法：隔音材料or放入真空容器3.热干扰：热辐射造成传感器内部元件产生相对位移或使元件性能发生变化4.电磁干扰第63页，本讲稿共67页2.噪声1、电阻热噪声：自由电子不规则热运动办法：降低元件温度、使用低阻值元件2、散粒噪声：由电子或空写随机发射引
35、起，存在于电子管和半导体、光电管、真空管等3、1/f噪声：两种不同材料的导体相接触的部位产生，与f成反比。4、噪声系数F=输入信噪比/输出信噪比第64页，本讲稿共67页补充2：安全性和可靠性安全性：1、包封材料2、形状尺寸结构3、足够的牢固性4、电绝缘5、不能给生理活动带来负担，不干扰正常生理功能6、对直入体内长期使用的，不应引起赘生物eg：隆鼻材料7、便于消毒8、漏电流的处理第65页，本讲稿共67页可靠性可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。1、零部件材料30%设计技术40%制造技术10%使用20%可靠度可靠度：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率（需批量试验）第66页，本讲稿共67页第67页，本讲稿共67页