第10章 频率响应

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第1章 传感器的一般特性
4、何为传感器的静态特性？静态特性的主要技术指标有 哪些？ 答：传感器的静态特性是在稳态信号作用下的输入输出 特性。 衡量静态特性的重要指标有灵敏度、线性度、迟滞、重 复性、稳定性等。
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第1章 传感器的一般特性
5、何为传感器的动态特性？动态特性的主要技术指标有 哪些？ 答：传感器的动态特性是传感器在被测量随时间变化的 条件下输入输出关系。动态特性有分为瞬态响应和频率 响应。
第3章 电感式传感器及其应用
(2) 接成单臂电桥后的电桥输出电压值为： U 0 U 2 Z Z 1 2 Z Z 2 1 U 2 Z Z 0 0 Z Z 0 Z Z 0 U 2 2 Z Z 0 2 4 2 1 8 0 5 . 3 5 - 0 . 1 1 7 V
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第1章 传感器的一般特性
3、对某传感器进行特性测定所得到的一组输入—输出数 据如下：
输入x：0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 输出y；2.2 4.8 7.6 9.9 12.6 15.2 17.8 20.1 22.1 试计算该传感器的非线性度和灵敏度。
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第1章 传感器的一般特性
当衔铁移动Δδ时，单端式传感器的灵敏度△L/△δ为：
k L L 0 0 5 0 4 .5 1 1 0 0 2 3 m H 1 0 .8H /m 3 3 .9 1 2 H /m
若做成差动结构形式，根据差动的变隙式的灵敏度公式 有：
k 差 动 L 2 L 0 0 2 0 5 .5 4 1 0 1 0 2 m 3 H 2 1 .6H /m 6 7 .8 2 4 H /m
故将其做成差动结构后，灵敏精品度将提高一倍。

红外热传感器的工作是利用辐射热效应。探测器件接收辐射 能后引起温度升高，再由接触型测温元件测量温度改变量，从 而输出电信号。与光子传感器相比，热传感器的探测率比光子 传感器的峰值探测率低，响应速度也慢得多。但热传感器光谱 响应宽而且平坦，响应范围可扩展到整个红外区域，并且在常 温下就能工作，使用方便，应用仍相当广泛。
第10章 红外传感器
10.2 红外传感器
红外传感器是将红外辐射能量的变化转换为电量变化的一种传 感器，也常称为红外探测器。它是红外探测系统的核心，它的 性能好坏，将直接影响系统性能的优劣。选择合适的、性能良 好的红外传感器，对于红外探测系统是十分重要的。
按探测机理的不同，红外传感器分为热传感器和光子传感器两
维恩公式比普朗克公式简单，但仅适用于不超过3000 K的温 度范围，辐射波长在0.4～0.75m 之间。当温度超过3000 K时， 与实验结果就有较大偏差。
从维恩公式可以看出，黑体的辐射本领是波长和温度的函数， 当波长一定时，黑体的辐射本领就仅仅是温度的函数，这就是 单色辐射式测温和比色测温的理论依据。
武汉理工大学机电工程学院
第10章 红外传感器
近年来，红外技术在军事领域和民用工程上，都得到了广泛 应用。军事领域的应用主要包括： (1) 侦查、搜索和预警； (2) 探测和跟踪； (3) 全天候前视和夜视； (4) 武器瞄准； (5) 红外制导导弹； (6) 红外成像相机； (7) 水下探潜、探雷技术。
10.2.1 红外光子传感器
红外光子传感器是利用某些半导体材料在红外辐射的照射下， 产生光电效应，使材料的电学性质发生变化。通过测量电学性 质的变化，就可以确定红外辐射的强弱。
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第10章 红外传感器
按照红外光子传感器的工作原理，一般分为外光电效应和内 光电效应传感器两种。内光电效应传感器又分为光电导传感器、 光生伏特(简称光伏)传感器和光磁电传感器3种。 (1) 大部分外光电传感器只对可见光有响应。可用于红外辐射 的光电阴极很少。S-1(Ag-O-Cs)是一种。它的峰值响应波长 是0.8 m，光谱响应扩展到1.2 m。目前外光电效应探测器只用 于可见光和近红外波长范围。

§10-5 平均功率的叠加
设us1和us2 为两个任意波形的电压源 当us1单独作用时，流过R的电流为i1(t)
us2单独作用时，流过R的电流为i2(t)
iR
++ uS1 uS2 ––
依据叠加原理 i(t) = i1(t) + i2(t) 电阻消耗的瞬时功率
p(t) =Ri2(t)=R(i1+i2)2= Ri12 + Ri22 +2R i1i2 = p1+ p2+ 2R i1i2
∫ =
1
2
0 Im sinwtdwt
0
=
Im
2 3 w t
非正弦周期信号的谐波分析法
设非正弦周期电压 u 可分解成傅里叶级数
u = U0 + U1mcos(wt +1) +U2mcos( 2wt +2) + ······
其作用就和一个直流电压源及一系列不同频率的
正弦电压源串联起来共同作用在电路中的情况一样。
5. 滤波电路 电感或电容元件对不同频率的信号具有不同的
阻抗，利用感抗或容抗随频率而改变的特性构成四 端网络，有选择地使某一段频率范围的信号顺利通 过或者得到有效抑制，这种网络称为滤波电路。
下面以RC电路组成的滤波电路为例说明求网络 函数和分析电路频率特性的方法。
低通滤波电路
低通滤波电路可使低频信号较少损失地传输到输 出端，高频信号得到有效抑制。
u
u
Um
Um
0 2 3 wt
0
2 4 wt
u
u
Um
Um
0
2 wt
0 2
wt
几种非正弦周期电压的波形

Nm
=
0.3 × 1− (2×π
1 × 25 ×103 )2 × 50 ×10−3
× 0.2 ×10−6
≈ 1.22mV
信噪比 = U 2m = 0.39 ×103 = 319
Nm
1.22
6.图题 10-2 所示 RC 高通滤波器，若要求其截止频率为 200Hz，且 R=5kΩ，计算合适的电
容值，并计算当频率为 200Hz 时电路的相移（输出信号与输入信号相位差）。
解：
Q ω0 =
1 LC
∴
L
=
1
ω
2 0
C
=
(2π
1 ×106 )2 × 200 ×10−12
= 127μH
Q
Q = ω0C = R G
C = 25 L
200 ×10−12 127 ×10−6
= 31.4 ×10−3
17.一个 GCL 并联谐振电路的谐振角频率为 107 rad/s，通频带宽为 105 rad/s，已知 R=100 k Ω,求：（1）电感、电容和 Q 的值；(2) 上、下截止频率。 解： GCL 并联谐振电路
0.5μF
+
+
4kΩ
u1
0.2μF u2
-
-
解：该电路的相量模型为
图题 10-9
−
j
2π
1 × 50 × 0.5×10−6
Ω
+
+
U&1
4 kΩ
−
j
2π
1 × 50 × 0.2×10−6
Ω
U& 2
−
−
U& 2 U& 1
=
−