傳感器動(dòng)態(tài)性能分析與動(dòng)態(tài)補償

　　傳感器動(dòng)態(tài)性能分析與動(dòng)態(tài)補償

　　傳感器的靜態(tài)特性

　　傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因為這時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫(huà)出的特性曲線(xiàn)來(lái)描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數有：線(xiàn)性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。

　　傳感器的動(dòng)態(tài)特性

　　所謂動(dòng)態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對某些標準輸入信號的響應來(lái)表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應容易用實(shí)驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應和頻率響應來(lái)表示。

　　dB(Decibel，分貝)是一個(gè)純計數單位，本意是表示兩個(gè)量的比值大小，沒(méi)有單位

　　對于功率，dB=10*lg(A/B)。對于電壓或電流，dB=20*lg(A/B)。

　　-3=10*lg(x)

　　x=0.5(8-20Hz)

　　剎那是指一個(gè)心念起動(dòng)的極短時(shí)間即為一“念”，20念為一瞬，20瞬為一彈指，20彈指為一羅預，20羅預為一須臾，30須臾為一晝夜，如此算來(lái)，一剎那就是0.018秒。

　　摘要：在對炮口沖擊波測試中，壓力傳感器的動(dòng)態(tài)性能指標是否滿(mǎn)足測量要求至關(guān)重要。本文通過(guò)GLS(SF)方法建立壓力傳感器的數學(xué)模型，并由數學(xué)模型求出動(dòng)態(tài)性能指標。然而該傳感器的動(dòng)態(tài)性能指標不能滿(mǎn)足測量要求，針對此問(wèn)題本文采用零極點(diǎn)相消的方法設計出動(dòng)態(tài)補償濾波器，明顯提高了該傳感器的動(dòng)態(tài)性能，最終解決了該沖擊波的測量問(wèn)題。

　　1引言

　　在炮口沖擊波測試系統中，需要對沖擊波高壓信號進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量。

　　由于炮口沖擊波是一種高速壓力波，信號的頻帶很寬(有效帶寬約為70KHZ)，信號上升一般在數ua內，且持續時(shí)間短，所以要求壓力傳感器的工作頻帶寬、響應時(shí)間快�？梢哉f(shuō)傳感器的動(dòng)態(tài)特性將直接影響測試系統功能的發(fā)揮。

　　首先需要對該傳感器動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究，如果其工作頻帶不能涵蓋被測量信號的有效帶寬，輸出信號與被測信號之間存在畸變，測量結果就不可信。這時(shí)就需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)補償以減小動(dòng)態(tài)誤差。

　　為了獲取傳感器的動(dòng)態(tài)特性，必須從它的動(dòng)態(tài)模型人手，通過(guò)動(dòng)態(tài)校準實(shí)驗數據，用系統辨識的方法獲得傳感器的動(dòng)態(tài)數學(xué)模型，并由此求出動(dòng)態(tài)性能指標。

　　如果動(dòng)態(tài)性能指標不能滿(mǎn)足測量要求，就應該設計動(dòng)態(tài)補償濾波器，改善傳感器的動(dòng)態(tài)性能，提高整個(gè)測試系統的可靠性和準確性。

　　2傳感器建模方法、步驟及其結果

　　對于壓力傳感器建模，從系統辨識理論可知，為了辨識系統，必須對系統加人足夠“豐富”的激勵信號(充分覆蓋被校傳感器的模態(tài))，激勵出傳感器的主要模態(tài)Δ全面獲取傳感器的有用信息，據此建立相應的輸人輸出關(guān)系。

　　基于預測的濾波算法

　　1、采集10個(gè)數據。

　　2、當采集到第11個(gè)數據時(shí)，通過(guò)前面10個(gè)數據進(jìn)行曲線(xiàn)擬合如果數據時(shí)在動(dòng)態(tài)范圍內，此數據有效。否則數據通過(guò)，擬合后，此數據和采集的數據進(jìn)行加權處理。

　　如果超過(guò)動(dòng)態(tài)值，此數據為假數據。

　　3、是正常擾動(dòng)造成的數據如何處理：信號為階躍信號則持續增大或持續減小，如果為周期性信號，則此數據又是。

　　假設：系統為一階對象或是二階對象。

　　4、是干擾信號：頻率超過(guò)某個(gè)頻率，某個(gè)頻率50H，沖擊干擾。

　　5、10個(gè)數據可以分析數據的頻譜。

　　傳感器的靜態(tài)特性

　　此特性通過(guò)硬件系統保證。

　　傳感器的選取，器件的選取(特別是溫度特性)，電源系統設計。

　　傳感器的動(dòng)態(tài)特性

　　此特通過(guò)軟件系統保證。

　　干擾信號和正常信號的區分：

　　干擾信號分成隨機信號、周期信號干擾和沖擊干擾。

　　正常信號的形式，一般為給定值。

　　隨機信號干擾可采取平均濾波的方法。

　　沖擊干擾,變化率大的太多則為，沖擊干擾，例如：某傳感器動(dòng)態(tài)響應速度8到20mS,-3DB。那么數據

　　LP=20lg(P/P0)

　　-3=20lg(P/P0)

　　-0.15=lg(P/P0)

　　P/P0=0.707

　　則再20ms內，此次值不可能大于，上次的0.707。否則此次值取0.707這個(gè)值。

　　時(shí)域動(dòng)態(tài)校準實(shí)驗數據處理方法

　　本文提出一套時(shí)域動(dòng)態(tài)校準的實(shí)驗數據處理方法。它可以根據時(shí)域動(dòng)態(tài)校準的實(shí)驗數據,求出被校傳感器(或系統)的參數模型(差分方程,離散傳遞函數與連續傳遞函數),非參數模型(頻率特性和階躍響應等)與動(dòng)態(tài)性能指標,同時(shí)還有檢查模型回歸效果的功能,可將模型計算的瞬態(tài)響應與動(dòng)態(tài)校準的實(shí)驗數據畫(huà)在同一坐標紙上,數學(xué)模型質(zhì)量的優(yōu)劣便一目了然。無(wú)論時(shí)域或頻域建立參數模型時(shí),都采用了一定方式排除測量噪聲干擾。所以,由參數模型計算的頻率特性,比直接由實(shí)驗數據用FFT算法算出的更符合線(xiàn)性模型的性質(zhì)。由參數模型計算的階躍響應與頻率特性上計算時(shí)域與頻域的動(dòng)態(tài)性能指標才比較合理。文中給出一個(gè)傳感器與放大器的動(dòng)態(tài)校準的實(shí)驗數據處理結果。

　　傳感器基本特性

　　1、傳感器靜態(tài)特性

　　2、傳感器線(xiàn)性度、重復性、遲滯、零位誤差

　　3、靜態(tài)特性數據處理技術(shù)

　　4、傳感器動(dòng)態(tài)特性

　　5、時(shí)域內動(dòng)態(tài)數據處理

　　6、頻域內動(dòng)態(tài)處理技術(shù)

　　7、傳感器的沖擊響應、階躍響應以及頻率響應的特征。