压力传感器动态性能分析与动态补偿

新技乡长新工艺压力传感器动态性能分析与动态补偿󰀁󰀂 !∀#∃# 󰀂%& !∃∋( )∃∗󰀂+∗(,∀󰀂 −∃.&/ ( .).(∃#)∃.∗+)/.0(.##1(.2.󰀂#∗(东南大学自动控制系3南京456678禹东川9摘要〕在对炮口冲击波测试中压力传感器的动态性能指标是否满足测量要求至关重要本文通过:;232<8方法建立压力传感器的数学模型并由数学模型求出动态性能指标然而该传感器的动态性能指标不能满足测量要求针对此问题本文采用零极点相消的方法设计出动态补偿滤波器明显提高了该传感器的动态性能最终解决了该冲击波的测量问题【关键词=压力传感器建模动态补偿滤波器󰀁∋#)( .)>/.%∀󰀂 −∃≅./ ( .).(∃#)∃.∗+)/.0(.##1(.#.󰀂#∗(5ΑΒ.∀(∃−0∗)( 󰀂))∗)/.Β.( .∃)∀∗+#.󰀂#∗(∃󰀂)/.0(.##1(.−. #1(.−.󰀂)∗+ ≅.() ∃󰀂Χ1󰀂?/.−∗%.!∃󰀂Χ∗+#.󰀂#∗(∃#.#) ∋!∃#/.%∋∀)/.:;232<8 Ε ∀∗+#∀#).−(..∗Χ󰀂∃)∃∗󰀂 󰀂%)/.󰀂5Α1)∃!∃Φ.%)∗Χ.))/.%∀󰀂 −∃../ ( .).(∃#)∃.∗+#.󰀂#∗(Γ󰀂∗+)(1󰀂 ).!∀)/.%∀󰀂 −∃.Η1 !∃)∀∗+)/.0(.##1(.#.󰀂#∗(. 󰀂󰀂∗)−..))/.−. #1(.−.󰀂)(.Η1.#)Α6)/.%∀󰀂 −∃≅. !∃∋( )∃∗󰀂∃+!).(5Α%.#∃Χ󰀂.%∋∀)/.∋ ! 󰀂..∋.)Ε..󰀂Φ.(∗# 󰀂%0∗!.#)∗∃−0(∗Β.)/.%∀󰀂 −∃../ ( ≅).(∃#)∃≅∗+)/.#.󰀂#∗(#∃Χ󰀂∃+∃. 󰀂)!∀?/.0(∗∋!.−5ΑΑ65Β.%∃󰀂)/..󰀂%ϑ.∀Κ∗(%#>0(.##1.(#.󰀂#∗(ΛΜ%.!∃󰀂Χ,∀󰀂 −∃&. !∃∋ ()∃∗󰀂+∃!).(为了获取传感器的动态特性必须从它的动态模,引言型人手通过动态校准实验数据用系统辨识的方法在炮口冲击波测试系统中需要对冲击波高压信获得传感器的动态数学模型并由此求出动态性能指号进行动态测量由于炮口冲击波是一种高速压力波标如果动态性能指标不能满足测量要求就应该设信号的频带很宽3有效带宽约为ΝΟ6Π>8信号土>升一计动态补偿滤波器改善传感器的动态性能提高整般在数冉内且持续时间短所以要求压力传感器的个测试系统的可靠性和准确性工作频带宽响应时间快可以说传感器的动态特性将直接影响测试系统功能的发挥4传感器建模方法步骤及其结果首先需要对该传感器动态特性进行研究如果其对于压力传感器建模从系统辨识理论可知为工作频带不能涵盖被测量信号的有效带宽输出信号了辨识系统必须对系统加人足够丰富的激励信与被测信号之间存在畸变测量结果就不可信这时号3充分覆盖被校传感器的模态8激励出传感器的主就需要进行动态补偿以减小动态误差要模态全面获取传感器的有用信息据此建立相应《中国仪器仪表》46ΘΝ新敏术新工艺6的输人输出关系激波管可产生上升时间很短3约5”28)#0.Θ>求得了序列Ξ试Ο8抓Ο8Ψ依据平台持续时间为#−#的理想的阶跃信号并且激波管九)2.’8班Ο>ςΡΦ3’3 8Σ8就可以求得参数沙8找ΟΟ,沙,产生的信号与炮口冲击波同属于激波信号有利于校[05迭代结束判据迭代次数到了或是收敛条准与实测保持一致用瞬态记录仪记录压力传感器的件是否满足ς5令!Σ如果满足以上的条件之一就结束2).∴Ζ否则瞬态响应进行处理通过接口送人计算机由计算机软件对其转建立传感器的动态数学模型并计算其动由:2<3#<8求得的离散传递函数为:>态性能指标不满足测量要求时进行相应的动态补偿压力传感器在激波管激励输人下实验采样频率是进行动态校准Φ83’二66[!一5⊥[Ν[4Α5一6]Α⊥⊥[4‘Σ6Α6ΘΘ]44,Σ6⊥⊥_⊥Ν442ΛΠ>由输出响应不变法可得其连续传递函数:2<8#3;:>采用特殊白化滤波器的广义最小二乘法建模该方法不仅可以自动识别模型阶次又能对参数方法及其实现步骤如下二‘#83ς6[6Α5夕一[4[[Υ56ΑΑΣ!446ΑΥΥ!6,4Α4Σ5Α5][ΑΣ54[Α[!6‘4进行辨识󰀁3Φ’>妙3Ο8󰀁ΡΦ83Ο38试Ο8‘1ΣΘ动态性能指标有研究和实验表明>以8Ο二8仕8或Ο’传感器多次标定数据分别建Τ任8模型可写成>取白化滤波器为5󰀁󰀁行立的数学模型存在一定的差异用数学模型计算的时󰀁38沙3Ο8ΤΦ8」’ΥςΡ行‘1󰀁38〔3Ο8ΤΦΥ’Σ>8」3Ο8域指标差别很大而频域指标差别很小Φ所以为准确式中>评价传感器动态性能指标应该选择频域指标令传递函数中相频特性8为输出Ω只Ο3Ο18为输人Ω8为白噪声ΩΟ式8为相关噪声改Ο󰀁Ρς甲官可得到传感器的频率特性和据此可以计算出频率域动态性能指标>频率域动态性能指标为’二十 声Σ幅值误差为士47时的工作频带#ς!叽ς二4⊥6Α、6(5 出Α行8’二5Σ !。Φ’Θ6Θ4ΟΠΦΩ仕8ς∋Σ∋二54’Σ…Σ∋声’幅值误差为巧7时的工作频带#ς叽⊥ΘΑ[Υ6!,( 山令试Ο88试Ο二’8Τ󰀁今8只Ο![_Ν4ΟΠΦ󰀁33Ο18!Φ8ς则有十>动态测量对系统的要求是应大于被测信号的有效带宽>测量系统的工作频带Φ3∃计算时妙38ΟΡΦ8试Ο38成Ο8’这样才能保证无失真地因此该传感器不能满足这样计算方法就与最小二乘法一样“,由于第一次测量出动态参数的变化规律几二󰀂 5∋∗∋…∋󰀂>未知所以可以先用一般有效带宽ΝΟ6ΠΦ的冲击波测量要求需要动态补偿改二乘法依据󰀁行妙3Ο8二Ρ3Φ,13Ο88Σ.3Ο8求出相应的估计变其动态性能指标[减小动态误差值实现步骤)2>动态补偿滤波器设计通过上面对传感器的动态性能的研究可知>0卜由实验数据Ξ1.3Ο8只Ο8Ψ用最小二乘法,>传感求出参数的最小二乘估计作为迭代初值凤Ω瓦)2器不能满足测量要求需要进行动态补偿采用基于0Ζ.二>迭代第了次时求得>线性系统的零极点配置3或称动态补偿滤波器设计8方法由于传感器动态特性与其传递函数的极点密切相澎二〔衅司…反翔夕〔却卯…却〕ς1关’由零极点相消的原理可串联一个补偿环节消由夕3Ο8疚3Ο8ςΤΦ只Ο8󰀁38󰀁33Ο8ΤΦ8’去原来的极点重新配置新的极点位置使传感器的动态特性得以改善46《中国仪器仪表》Θ刀新敏术新工艺经过多次实验调整选择动态补偿滤波器为>取其动态性能指标得知其传感器不满足测量要求接2,Σ5Α5][#:3#8!6着设计动态补偿滤波器改善传感器的动态性能达一Α4Σ54Ν44Σ!4[Α[Υ,“丫56ΑΣ54[Α[火564到了测量的目的该压力传感器动态补偿后频率域动态性能指标为>动态补偿技术为传感器设计带来了新的思路通幅值误差为士47时的工作频带>过补偿环节可以使得补偿后等效系统的带宽满足测量磷ςΑΝΝ_Α⎯56( %Τ#ςΧ!⊥[ΟΠΦ>带宽要求这在一定程度土克服了材料及!艺技术「幅值误差为士Α7时的仁作频带>的困难为我们今后设计瞬态检测传感器和检测系统5戮卫ςΝ55]⎯56Α( %Τ#ς55Θ4⊥ΟΠΦ提供了很好的方向经过补偿传感器幅频特性曲线平坦部分已经达本文所采用的方法和步骤可应用于其它传感器和到了Ν6ΟΠ,以上经过补偿后传感器的带宽扩展为未测量系统的研究用于解决动态测量和动态补偿问题经补偿的Θ倍左右传感器的动态特性得到了明显改善满足了测试的要求参考文献!理论卜讲采用动态补偿技术可以任意展宽系统的张中良测试系统频响对动态测量的影响兵器实验卜作频带但实际实施动态补偿时不可能无限制的5⊥⊥6展宽系统频带因为无限展宽频带会导致高频噪声放ΖΚβ贝克空中爆炸原子能出版社5⊥]4Δ甚至用信号使得测量无法进行频带展Θ黄俊钦静大淹没有动态数学模型的实用建模方法机械!川卜宽范围为传感器带宽的4一56为佳出版社5⊥]][马彭骥等动态传感器的校准计量上作5⊥Ν[ΔΑ结束语Α黄俊钦力传感器的动态重复性线性度与性能改进本文采用系统辨识方法建立传感器的数学模型获的研究计量学报⊥5⊥Α5∃,Χ∃为Ε󰀂∃%∗Ε##.四.(Ζ。。Θ紧急管理月及务系统提供便捷支持美国!85⊥5χ󰀂).(󰀂 )∃∗󰀂 !公司日前宣布旗下,∃Χ∃&Λ或拨号调制解调器在任何地点安全监控服务器路控制台服务器产品为微软公司Ε󰀂∃%∗Ε、2.(Β.(646Θ系由器交换器及其它网络设备所需费用远低于传统列服安全的图形用户界面帮助其务器提供实现轻松的键盘监视器加鼠标的方案的脱网管理美国微软公司的视窗服务器部产品经理以.󰀂0.(Ι∃,Χ∃&Λ为微软公司文本式的特别管理控制台.∃( 说>Κ∃󰀂%∗Ε,2.(Β.(466Θ的βΛ2功能帮助网管3#∴..∃ !󰀁%−∃󰀂∃#)( )∃∗󰀂&∗󰀂#∗!.2󰀁&8提供了使用浏览器员在即使服务器无法连接到网络中时也能进行远程的点击式界面供系统管理员使用管理及系统恢复工作而∃,Χ&∃Λ独有的浏览器界面使作为Κ∃󰀂%∗Ε22.(Β.(466Θ新的βΩ󰀂.(Χ.󰀂.∀Λ 󰀂 Χ.ΙβΛ2系统操作更简单−󰀂.).#Β(∃,Ωβ3Λ28系统的一部分2󰀁&是一种强效,∃Χ∃χ󰀂).󰀂( )∃∗󰀂 !行政总裁δ∗.,1󰀂#−∗(。表示>的服务器脱网管理工具提供重启及关闭服务器流凭借Ε∃󰀂%∗Ε,#.(Β.>466Θ微软公司大大简化了程控制等多项功能减少了对显卡监示器键盘及管理员的服务器管理工作多年来∃,Χ∃公司一直支持鼠标等硬件的传统需求大大地降低了成本微软公司的操作系统∃,Χ&∃Λ正是在此基础;开发出∃,Χ∃&Λ让网管员能通过企业?&0Τ0χ网络互联网来的《中国仪器仪表》438‘8Θ刀