傳感器動態性能分析與動態補償

傳感器的靜態特性

傳感器的靜態特性是指對靜態的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態特性可用一個不含時間變量的代數方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態特性的主要參數有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。

傳感器的動態特性

所謂動態特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態特性常用它對某些標準輸入信號的響應來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應容易用實驗方法求得，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，所以傳感器的動態特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。

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

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)

剎那是指一個心念起動的極短時間即為一“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，一剎那就是0.018秒。

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

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行動態測量。

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，且持續時間短，所以要求壓力傳感器的工作頻帶寬、響應時間快。可以說傳感器的動態特性將直接影響測試系統功能的發揮。

首先需要對該傳感器動態特性進行研究，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。這時就需要進行動態補償以減小動態誤差。

為了獲取傳感器的動態特性，必須從它的動態模型人手，通過動態校準實驗數據，用系統辨識的方法獲得傳感器的動態數學模型，并由此求出動態性能指標。

如果動態性能指標不能滿足測量要求，就應該設計動態補償濾波器，改善傳感器的動態性能，提高整個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)，激勵出傳感器的主要模態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系。

基于預測的濾波算法

1、采集10個數據。

2、當采集到第11個數據時，通過前面10個數據進行曲線擬合如果數據時在動態范圍內，此數據有效。否則數據通過，擬合后，此數據和采集的數據進行加權處理。

如果超過動態值，此數據為假數據。

3、是正常擾動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：頻率超過某個頻率，某個頻率50H，沖擊干擾。

5、10個數據可以分析數據的頻譜。

傳感器的靜態特性

此特性通過硬件系統保證。

傳感器的選取，器件的選取(特別是溫度特性)，電源系統設計。

傳感器的動態特性

此特通過軟件系統保證。

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：某傳感器動態響應速度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這個值。

時域動態校準實驗數據處理方法

本文提出一套時域動態校準的實驗數據處理方法。它可以根據時域動態校準的實驗數據,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)與動態性能指標,同時還有檢查模型回歸效果的功能,可將模型計算的瞬態響應與動態校準的實驗數據畫在同一坐標紙上,數學模型質量的優劣便一目了然。無論時域或頻域建立參數模型時,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,比直接由實驗數據用FFT算法算出的更符合線性模型的性質。由參數模型計算的階躍響應與頻率特性上計算時域與頻域的動態性能指標才比較合理。文中給出一個傳感器與放大器的動態校準的實驗數據處理結果。

傳感器基本特性

1、傳感器靜態特性

2、傳感器線性度、重復性、遲滯、零位誤差

3、靜態特性數據處理技術

4、傳感器動態特性

5、時域內動態數據處理

6、頻域內動態處理技術

7、傳感器的沖擊響應、階躍響應以及頻率響應的特征。