醫(yī)藥衛(wèi)生]25-26生物醫(yī)學傳感器-概述與傳感器特性-資料下載頁
2025-01-09 06:49本頁面
【正文】 導管前端的壓力變化。系統(tǒng)可由微分方程表示： v許多傳感器是二階傳感器，如測血壓和其他壓力的彈性壓力傳感器，加速度型心音傳感器，微震顫等震動型傳感器等 ，均含 質(zhì)量 m ，彈簧 k和阻尼器 c，模型都是一個 彈簧－質(zhì)量－阻尼 系統(tǒng)，與上面的二階微分方程相似。 LOGO 傳感器的動態(tài)響應傳感器的動態(tài)響應 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)v用傳遞函數(shù)來描述傳感器的動態(tài)特性，它是輸出信號與輸入信號之比。 要得到傳遞函數(shù)，只要將前面D算子形式的微分方程改寫成v或者拉氏變換形式v傳感器的動態(tài)響應是它對動態(tài)信號產(chǎn)生的輸出，即其微分方程的解。v動態(tài)響應與輸入激勵的類型有關，常用 正弦激勵和階躍激勵 。1） 正弦輸入時的頻率響應v 輸入： X(t)=Asin?t，是 正弦波v 輸出： Y(t)=Bsin(?t+?)v 開始， Y(t) 不是正弦波，隨著 t的增大，暫態(tài)響應逐漸變小并消失，當t=?時便是穩(wěn)定狀態(tài)，輸出變成單一的正弦波。 v用 j ?代替?zhèn)鬟f函數(shù)中的 s， 即得到頻率傳遞函數(shù)頻率特性v頻率響應是穩(wěn)態(tài)時 Y/X的幅值比和相位 ?隨頻率 ?變化的情況。v幅頻響應v相頻響應v零階傳感器的傳遞函數(shù)實際上就是其靈敏度 K， 即v可見，其特性與頻率無關，輸出與輸入成正比，無幅度和相位失真，具有理想的動態(tài)特性 。v從前面的穩(wěn)態(tài)方程可得到兩種形式的傳遞函數(shù)：v算子形式 的 傳遞 函數(shù) 為 ：v拉氏形式 的 傳遞 函數(shù) 為 ：v其頻率響應為v幅頻特性為v相頻特性v算子形式 的 傳遞 函數(shù) 為 ：v拉氏形式 的 傳遞 函數(shù) 為 ：v頻 率 傳遞 函數(shù) 為 ：頻率特性：由此可得其 幅頻特性 ：相頻特性： v?H(j?)?隨 ?和阻尼比 ?而變，可見：216。 當 q=?/?01，動態(tài)，靜態(tài)參數(shù)一樣216。 當 q=?/?0 1， ?H(j?)?接近 0， ?接近－ 180176。216。 當 q=?/?0 ＝ 1且 ??0時，出現(xiàn)諧振，幅值和相位均嚴重失真 。v 幅頻特性與 ?密切相關， ?＝，頻率響應曲線平坦段最長。2） 階躍響應v單位階躍信號如圖，它可以看成是由無窮多的正弦信號疊加而成的。 輸出與輸入成正比，只是幅度減小。v輸出初始值為 0，隨 t 增大而逐漸變大。 t=?時， Y＝ 。v時間常數(shù) ?決定響應速度。 v 其傳遞函數(shù)為 由于 若 K＝ 1，當 x(t)為階躍時， x(s)=1/s，因此有 作拉氏反變換得輸出 :v典型的二階傳感器是具有 慣性質(zhì)量、彈簧和阻尼器 的震動系統(tǒng)，其階躍響應為v0?1，欠阻尼 由拉氏反變換得響應信號為 其中 是阻尼振蕩頻率v 輸出為衰減振蕩，振蕩角頻率 ?d；幅度按指數(shù)衰減，阻尼 ?越大，衰減得越快。 v?＝ 1，臨界阻尼 既無超調(diào)，也無振蕩v?1，過阻尼 輸出衰減很厲害，系統(tǒng)反映遲鈍，動作緩慢。動態(tài)特性參數(shù)：vYa: 過沖 ， Y(?): 穩(wěn)態(tài)輸出vtr: 上升時間 ， y(t)從 10％ ?90％的時間，它隨 ?增大而變大，當 ?=， tr＝ 2/?0vTs: 穩(wěn)定時間 ， y(t)從 0到達到穩(wěn)定值的時間vTp: 峰值時間 ， y(t)到達第一個峰值的時間v?: 衰減度 ，振蕩衰減的速度 ?＝ (YaYb)/Ya 若 Yb Ya, ??1，衰減快 , 振蕩很快停止 , 系統(tǒng)穩(wěn)定 v?p： 超調(diào)量 ，過沖與Y(?) 之比。v?p與 阻尼 ?有關由實驗確定動態(tài)參數(shù)的方法v 輸入階躍，記錄曲線v 測出 Ya, Tr, Ts, Tpv 算出 ?p和 ?v 測出衰減振蕩周期 Tv 由阻尼振蕩頻率公式得到v 再由此算出傳感器的固有頻率v 上限頻率 fn和 Tr之積是常數(shù) fnTr＝ ~ 當超調(diào)量 ?p 5%, 取 。 否則取 。216。E
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