Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКОВ



«О, на что только люди не отваживаются! Что только они могут сделать! А что люди делают ежедневно, не осознавая, что они творят!»

Шекспир, «Много шума из ничего»

Может потребоваться несколько этапов преобразований, прежде чем входной сиг­нал, поступающий на датчик, превратится в выходной электрический сигнал. Для примера рассмотрим оптоволоконный датчик давления. Внешнее давление, дей­ствующее на датчик, вызывает деформацию волоконного световода, что в свою оче­редь приводит к изменению его показателя преломления, из-за чего меняются характеристики оптической линии передач и происходит модуляция плотности фотонов. Результирующий поток фотонов детектируется и преобразуется в элект­рический ток. В этой главе будут рассматриваться общие характеристики датчи­ков, вне зависимости от их физической природы и количества необходимых про­межуточных этапов преобразований. При этом датчики будут представлены в виде «черных ящиков», где важными будут только соотношения между сигналами на их входах и выходах.

Передаточная функция

Для каждого датчика можно вывести идеальное или теоретическое соотношение, связывающее сигналы на его входе и выходе. Если была бы возможность идеально спроектировать датчик, изготовить его из идеальных материалов и идеальными инструментами, при этом все работы выполнялись бы идеальными работниками, то сигнал на выходе такого датчика всегда бы соответствовал реальному значению внешнего воздействия. Выведенное идеальное соотношение между входным и вы­ходным сигналом можно выразить в виде либо таблицы, либо графика, либо мате­матического выражения. Это идеальное (теоретическое) выражение часто называ­ют передаточной функцией. Передаточная функция устанавливает взаимосвязь между выходным электрическим сигналом датчика S и внешним воздействием s: S =f(s). Эта функция может быть как линейной, так и нелинейной (например, лога­рифмической, экспоненциальной или степенной). Во многих случаях передаточная


2 I Передаточная функция

функция является одномерной (т е связывает выходной сигнал только с одним внешним воздействием) Одномерную линейную функцию можно представить в виде выражения

S=a + bs, (2 1)

где а — постоянная составляющая (т е значение выходного сигнала при нулевом входном воздействии), b — наклон прямой, который часто называют чувстви­тельностью датчика Параметр S — эта та характеристика электрического сигна­ла, которую системы сбора данных воспринимают в качестве выходного сигнала датчика В зависимости от свойств датчика это может быть амплитуда, частота или фаза Логарифмическая передаточная функция имеет вид

экспоненциальная -

S = а + bins, (2 2)

степенная —

S=aeks, (2 3)

S = a0+alsk, (2 4)

где к — постоянное число

Однако датчик может иметь передаточную функцию, которую невозможно описать вышеприведенными аппроксимационными выражениями В таких случаях приме­няются полиноминальные аппроксимации более высоких порядков Для

 

 

 

нелинейных передаточных функций чувствительность Ъ не является констан­той, как это было в случае линейных зависимостей Для каждого конкретного зна­чения входного сигнала s0 ее можно определить в виде

 

 

Во многих случаях нелинейные датчики могут считаться линейными внутри огра­ниченного диапазона значений Для более широкого диапазона значений нели­нейная передаточная функция представляется в виде отрезков нескольких прямых линий Это называется кусочно-линейной аппроксимацией Для того, чтобы оп­ределить, может ли данная передаточная функция быть представлена в виде ли нейной зависимости, наблюдают за изменением выходных сигналов в линейной и реальной моделях при постепенном увеличении входного сигнала Если разность сигналов не выходит за допустимые пределы (см раздел 2 4), передаточную функ­цию данного датчика можно считать линейной

В случаях, когда на выходной сигнал датчика оказывают влияние несколько внешних воздействий, его передаточная функция становится многомерной При­мером датчика с двумерной передаточной функцией является инфракрасный дат­чик температуры Его передаточная функция связывает две температуры (Т — абсо­лютную температуру объекта измерения иГ- абсолютную температуру поверхно­сти сенсорного элемента) с выходным напряжением V


Глава 2. Характеристики датчиков


 

где G - константа. Из выражения видно, что зависимость между температурой объек­та и выходным напряжением (передаточная функция) является не только нелиней­ной (параболой четвертого порядка), но она также зависит от температуры поверх­ности чувствительного элемента. Для определения чувствительности такого датчи­ка по отношению к температуре объекта, надо взять частную производную от выра­жения (2.6):



На рис. 2.1 передаточная функция (2.6) показана графически. Из рисунка видно, что каждое значение выходного напряжения однозначно определяется по двум входным температурам. Следует отметить, что, как правило, передаточные функ­ции представляются в виде зависимости «выход от входа». Однако, когда датчик используется для количественного определения внешнего воздействия, необходи­мо получить инверсную зависимость — «вход от выхода». При линейной передаточ­ной функции получить обратную зависимость несложно. Но в случае присутствия в системе нелинейностей эта задача сильно усложняется, и во многих случаях ана­литического выражения, пригодного для вычислений, получить не удается. Тогда снова привлекаются аппроксимационные методы.





©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.