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阻抗测量方法在传感器技术中地应用

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浏览:次 2017-05-31 14:15:47

阻抗测量方法在传感器技术中地应用 阻抗测量方法在传感器技术中地应用   实际利用中的电路元件要比理想电阻复杂很多,并且显现出阻性、容性和感性特性,它们共同决定了阻抗特性。阻抗与电阻的不同主要在于两个方面。首先,阻抗是1种交换(AC)特性;其次,通常在某个特定频率下定义阻抗。如果在不同的频率条件下丈量阻抗,会得到不同的阻抗值。通过丈量多个频率下的阻抗,才能获得有价值的元件数据。这就是阻抗频谱法(IS)的基础,也是为许多工业、仪器仪表和汽车传感器">传感器利用打下基础的基本概念。  电子元件的阻抗可由电阻、电容或电感组成,更1般的情况是3者的组合。可以采取虚阻抗来建立这类模型。电感用具有的阻抗为jωL,电容用具有的阻抗为1/jωC,其中j是虚数单位,ω是信号的角频率。采取复数运算将这些阻抗份量组合起来。阻抗的虚数部份称为电抗,总表达式为Z=R+j

  实际利用中的电路元件要比理想电阻复杂很多,并且显现出阻性、容性和感性特性,它们共同决定了阻抗特性。阻抗与电阻的不同主要在于两个方面。首先,阻抗是1种交换(AC)特性;其次,通常在某个特定频率下定义阻抗。如果在不同的频率条件下丈量阻抗,会得到不同的阻防火材料实验机抗值。通过丈量多个频率下的阻抗,才能获得有价值的元件数据。这就是阻抗频谱法(IS)的基础,也墨层摩擦实验机是为许多工业、仪器仪表和汽车传感器">传感管子用多大的拉力实验机器利用打下基础的基本概念。

  电子元件的阻抗可由电阻、电容或电感组成,更1般的情况是3者的组合。可以采取虚阻抗来建立这类模型。电感用具有的阻抗为jωL,电容用具有拉伸剪切实验机的阻抗为1/jωC,其中j是虚数单位,ω是信号的角频率。采取复数运算将这些阻抗份量组合起来。阻抗的虚数部弹簧压力实验包装材料拉力实验机机分称为电抗,总表达式为Z=R+jX,其中X为电抗,Z表示阻抗。当信号的频率上升时,容抗Xc下降,而感抗XL升高,从而引发总阻抗的变化,阻抗与频率呈床垫滚筒实验机函数关系。纯电阻的插拔力实验机阻抗不随频率变化。


阻抗测量方法在传感器技术中地应用
图1:电阻器和电容器并联时的奈奎斯曲线

如何分析阻抗

  为了检测元件的阻抗,在以不同的频率对器件进行扫描时,通常需要丈量时域或频域的响应信号。丈量频域响应信号1般采取摹拟信号分析方法,例如交换耦合电桥,但是采取高性能模数转换器(ADC),允许在时域收集数据,然后再转换到频域.

  许多积分变换都可以用于将数据转换到频域,如傅里叶分析。这类方法就是取出信号的1系列时域信号表示,然后利用积分变换将其映照为频谱。采取这类方法可以给出任意两种信号之间关系的数学描写。在阻抗分析中感兴趣的是鼓励电流(元件的输入)和电压响应(元件的输出)之间的关系。如果系统是线性的,测得的时域电压和电流的各自傅里叶变换的比值就等于其阻抗,并且它可以表示成1个复数。这个复数的实数部全自动万能材料实验机分和虚数部份构成随后数据分析的关键部份。 电池振动实验机

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  其中,E=系统电压;I=系统电流;t=时域参数

  F=傅里叶变换

  将复数情势转换成极坐标情势即可以得到在土工布强力实验机特定频率下响应信号的幅度和相位与鼓励信号的关系。

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  其中R和X分别表示复数的实部和虚部。上面计算得到的幅度表示该元件在特定频率条弹性模量实验机件下的复数阻抗。纸箱压力实验机在扫频的情况下,可以计算出每一个频率点对应的复数阻抗。

阻抗数据分析

  经常使用的方法是将产生的阻抗与频率的关系曲线作为数据分析的1部份。当频率在给定的范围内扫频时,奈奎斯特(Nyquist)图是在复数平面内以传递函数的实部和虚部为参数的曲线。如果图中的x轴表示实部,y轴表示虚部(注意:y轴取负数包装容器抗压实验机),就能够得到每一个频率点的阻抗表示。换句话说就是,曲线上的每一个点都代表了某个频率点的阻抗。可以从向量长度|Z|和该向量与x轴之间拉链拉力实验机的夹角计算井口装置水压实验机出阻抗。图1为电阻器和电容器并联时的典型奈奎斯曲线。

  虽然奈奎斯曲线很经常使用,但是它不能给出频率信手动给水压力实验机息,所以对任何特定阻抗,都不可能知道采取的频率值是多少。因此,奈奎斯曲线通常要采取其它曲线来补充。另外卧式拉力实验机1种经常使用的表示方法就是波特(Bode)图。在波特图中,x轴表示频率的对数,阻抗的幅度绝对值|Z|和相移都用y轴表示。因此波特图同时表示了阻抗与频率和相移与频率的关系。通常将奈奎斯曲线和波特图1起使用来分析传感器元件的传递函数。

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