醫(yī)用傳感器第二章動(dòng)靜態(tài)特性

1、醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院第二章第二章 傳感器的基本特性傳感器的基本特性 為了掌握和使用傳感器，必須事先充分了解傳感器的特性。傳感器的特性是指它轉(zhuǎn)換信息的能力和性質(zhì)。這種能力和性質(zhì)常是用傳感器的輸入和輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)描述。由于傳感器的輸入量可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩大類，所以傳感器的特性常從靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性兩方面來(lái)討論醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院靜態(tài)特性： 人體的各被測(cè)信息處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，傳感器的輸入量在較長(zhǎng)時(shí)間維持不變或發(fā)生極其緩慢的變化，則這時(shí)傳感器的輸出量與輸入量之間的關(guān)系就是傳感器的靜態(tài)特性。動(dòng)態(tài)特性： 當(dāng)被測(cè)輸入

2、量是一個(gè)隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)量時(shí)，傳感器的輸出與輸入信號(hào)的關(guān)系，稱為傳感器的動(dòng)態(tài)特性。 評(píng)價(jià)一個(gè)傳感器的優(yōu)劣，必須從其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面的特性來(lái)衡量。醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院靜態(tài)測(cè)靜態(tài)測(cè)量量 醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 對(duì)緩慢變化的對(duì)象進(jìn)對(duì)緩慢變化的對(duì)象進(jìn)行測(cè)量亦屬于靜態(tài)測(cè)量。行測(cè)量亦屬于靜態(tài)測(cè)量。最高、最低最高、最低溫度計(jì)溫度計(jì)醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 動(dòng)態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量 地震測(cè)量地震測(cè)量振動(dòng)波形振動(dòng)波形醫(yī)用傳感

3、器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院.55331xaxaxay.4422xaxayxay1nnxaxaxaay.2210醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院.55331xaxaxayxay1.4422xaxaynnxaxaxaay.2210醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院1. 測(cè)量范圍測(cè)量范圍和靈敏度和靈敏度xyKdxdyK 非線性傳感器非線性傳感器XY00 xdydxdyS/dxxyyK0線性傳感器線性傳感器XY00 x0y0/ xySy醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院%1

4、00max SFLyLe醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 序序號(hào)號(hào) 方方法法名名稱稱 擬擬合合直直線線 特特點(diǎn)點(diǎn) （1） 理理論論直直線線法法 理理論論特特性性線線， 與與測(cè)測(cè)量量值值無(wú)無(wú)關(guān)關(guān) 簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單、方方便便， 非非線線性性誤誤差差大大。 （2） 端端點(diǎn)點(diǎn)線線法法 校校準(zhǔn)準(zhǔn)曲曲線線端端點(diǎn)點(diǎn)連連線線 簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單， 非非線線性性誤誤差差大大 （3） “最最佳佳直直線線”法法 與與正正、反反行行程程校校準(zhǔn)準(zhǔn)曲曲線線的的正正、負(fù)負(fù)偏偏差差相相等等且且最最小小 精精度度高高， 求求解解復(fù)復(fù)雜雜 （4） 最最小小二二乘乘法法 與與校校準(zhǔn)準(zhǔn)曲曲線線的的殘殘差差平平方方和和

5、最最小小 精精度度高高，普普遍遍推推薦薦的的方方法法 醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院3. 遲滯遲滯%100max SFHyHe醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院4. 重復(fù)性重復(fù)性niiyny11%100max SFRyemax1)(12nyynii貝賽爾公式：貝賽爾公式：醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院xbdtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111.微分方程微分方

6、程0., 0210mbbbb其中醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院xbyadtdyadtydadtydannnnnn001111.xbyadtdya001xbyadtdyadtyda001222xbya00醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院kydtdycdtyxdm22)(2222dtxdmkydtdycdtydmmakydtdycdtydm2222dtxda 醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院0)()(dtetysYtS0)(0tyt時(shí)，當(dāng)為角頻率是收斂因子，拉氏變換自變量其中,jsxbdtdxb

7、dtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111.醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院xbxbxbxbyayayayammmmnnnn0)1(1)1(1)(0)1(1)1(1)(.)().()().(01110111sXbsbsbsbsYasasasammmmnnnn0)()()(dtetytyLsYtS0)()()(dtetxtxLsXtS01110111.)()()(asasasabsbsbsbsXsYsHnnnnmmmm醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院01110111.)()

8、()(asasasabsbsbsbsXsYsHnnnnmmmm H(s)X(s)Y(s)醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院)(.)()()()(211sHsHsHsHsHnniiH1(s)H2(s)Hn(s)n個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)n個(gè)環(huán)節(jié)并聯(lián)個(gè)環(huán)節(jié)并聯(lián)H1(s)H2(s)Hn(s)niisHsH1)()()(.)()(21sHsHsHn醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 微分方程是在時(shí)間域描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的數(shù)學(xué)模型，在給定外作用及初始條件下，求解微分方程可以得到系統(tǒng)的輸出響應(yīng)。這種方法比較直觀，但是如果系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改變或某個(gè)參數(shù)變化

9、時(shí)，就要重新列寫并求解微分方程，不便于對(duì)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。 傳遞函數(shù)不僅可以表征系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，而且可以用來(lái)研究系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。 微分方程和傳遞函數(shù)對(duì)比：醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 瞬態(tài)過(guò)程，指系統(tǒng)在典型輸入信號(hào)作用下，系統(tǒng)輸出量從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的響應(yīng)過(guò)程。瞬態(tài)過(guò)程除提供系統(tǒng)穩(wěn)定性的信息外，還可以提供響應(yīng)速度及阻尼情況等信息。 穩(wěn)態(tài)過(guò)程，指系統(tǒng)在經(jīng)典輸入信號(hào)作用下，當(dāng)時(shí)間t趨于無(wú)窮時(shí)，系統(tǒng)輸出量的表現(xiàn)方式。它表征系統(tǒng)輸出量最終復(fù)現(xiàn)輸入量的程度，提供系統(tǒng)有關(guān)穩(wěn)態(tài)誤差的

10、信息，用穩(wěn)態(tài)性能描述。 瞬態(tài)過(guò)程(響應(yīng))與穩(wěn)態(tài)過(guò)程(響應(yīng))醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院3. 傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析xbyadtdya00101aa00abK Kxydtdy)()() 1(sKXsYssKsXsYsH1)()()(1)瞬態(tài)響應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng) (2)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院jKjXjYjH1)()()(1)()(2KA幅頻特性：幅頻特性：)()( arctg相頻特性：相頻特性：時(shí)，當(dāng)1)(,)(KA)(醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院)(t

11、x, 0, 10t0t醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院)1 (/teKAy)(tx0, 0t0, tAKAeKAy632. 0)1 ()(1時(shí)，當(dāng)tKxydtdy醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院%1002nnnaaa%100cssssye醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院2. 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)tXxsin)sin(tYyxbdtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111.醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院)()()()()(jXjYRejXjYImarctg01110111)(.)()()(.)()()()()(ajajajabjbjbjbjXjYjHnnnnmmmmjjtjtjeAeXYXeYejXjYjH)()()()()(XYjHA)()(醫(yī)用傳感器Medical sensor首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院ka