傳感器動態(tài)性能分析與動態(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。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。

　　傳感器的動態(tài)特性

　　所謂動態(tài)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(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。這是因為傳感器對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)容易用實驗方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。

　　dB(Decibel，分貝)是一個純計數(shù)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(yù)，20羅預(yù)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(tài)性能指標(biāo)是否滿足測量要求至關(guān)重要。本文通過GLS(SF)方法建立壓力傳感器的數(shù)學(xué)模型，并由數(shù)學(xué)模型求出動態(tài)性能指標(biāo)。然而該傳感器的動態(tài)性能指標(biāo)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(shè)計出動態(tài)補償濾波器，明顯提高了該傳感器的動態(tài)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(tǒng)中，需要對沖擊波高壓信號進(jìn)行動態(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(shù)ua內(nèi)，且持續(xù)時間短，所以要求壓力傳感器的工作頻帶寬、響應(yīng)時間快。可以說傳感器的動態(tài)特性將直接影響測試系統(tǒng)功能的發(fā)揮。

　　首先需要對該傳感器動態(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(jié)果就不可信。這時就需要進(jìn)行動態(tài)補償以減小動態(tài)誤差。

　　為了獲取傳感器的動態(tài)特性，必須從它的動態(tài)模型人手，通過動態(tài)校準(zhǔn)實驗數(shù)據(jù)，用系統(tǒng)辨識的方法獲得傳感器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，并由此求出動態(tài)性能指標(biāo)。

　　如果動態(tài)性能指標(biāo)不能滿足測量要求，就應(yīng)該設(shè)計動態(tài)補償濾波器，改善傳感器的動態(tài)性能，提高整個測試系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。

　　2傳感器建模方法、步驟及其結(jié)果

　　對于壓力傳感器建模，從系統(tǒng)辨識理論可知，為了辨識系統(tǒng)，必須對系統(tǒng)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(jù)此建立相應(yīng)的輸人輸出關(guān)系。

　　基于預(yù)測的濾波算法

　　1、采集10個數(shù)據(jù)。

　　2、當(dāng)采集到第11個數(shù)據(jù)時，通過前面10個數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合如果數(shù)據(jù)時在動態(tài)范圍內(nèi)，此數(shù)據(jù)有效。否則數(shù)據(jù)通過，擬合后，此數(shù)據(jù)和采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)處理。

　　如果超過動態(tài)值，此數(shù)據(jù)為假數(shù)據(jù)。

　　3、是正常擾動造成的數(shù)據(jù)如何處理：信號為階躍信號則持續(xù)增大或持續(xù)減小，如果為周期性信號，則此數(shù)據(jù)又是。

　　假設(shè)：系統(tǒng)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(shù)據(jù)可以分析數(shù)據(jù)的頻譜。

　　傳感器的靜態(tài)特性

　　此特性通過硬件系統(tǒng)保證。

　　傳感器的選取，器件的選取(特別是溫度特性)，電源系統(tǒng)設(shè)計。

　　傳感器的動態(tài)特性

　　此特通過軟件系統(tǒng)保證。

　　干擾信號和正常信號的區(qū)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(tài)響應(yīng)速度8到20mS,-3DB。那么數(shù)據(jù)

　　LP=20lg(P/P0)

　　-3=20lg(P/P0)

　　-0.15=lg(P/P0)

　　P/P0=0.707

　　則再20ms內(nèi)，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(tài)校準(zhǔn)實驗數(shù)據(jù)處理方法

　　本文提出一套時域動態(tài)校準(zhǔn)的實驗數(shù)據(jù)處理方法。它可以根據(jù)時域動態(tài)校準(zhǔn)的實驗數(shù)據(jù),求出被校傳感器(或系統(tǒng))的參數(shù)模型(差分方程,離散傳遞函數(shù)與連續(xù)傳遞函數(shù)),非參數(shù)模型(頻率特性和階躍響應(yīng)等)與動態(tài)性能指標(biāo),同時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(yīng)與動態(tài)校準(zhǔn)的實驗數(shù)據(jù)畫在同一坐標(biāo)紙上,數(shù)學(xué)模型質(zhì)量的優(yōu)劣便一目了然。無論時域或頻域建立參數(shù)模型時,都采用了一定方式排除測量噪聲干擾。所以,由參數(shù)模型計算的頻率特性,比直接由實驗數(shù)據(jù)用FFT算法算出的更符合線性模型的性質(zhì)。由參數(shù)模型計算的階躍響應(yīng)與頻率特性上計算時域與頻域的動態(tài)性能指標(biāo)才比較合理。文中給出一個傳感器與放大器的動態(tài)校準(zhǔn)的實驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

　　傳感器基本特性

　　1、傳感器靜態(tài)特性

　　2、傳感器線性度、重復(fù)性、遲滯、零位誤差

　　3、靜態(tài)特性數(shù)據(jù)處理技術(shù)

　　4、傳感器動態(tài)特性

　　5、時域內(nèi)動態(tài)數(shù)據(jù)處理

　　6、頻域內(nèi)動態(tài)處理技術(shù)

　　7、傳感器的沖擊響應(yīng)、階躍響應(yīng)以及頻率響應(yīng)的特征。