1. 建模是什么
■針對傳感器中的彈性敏感元件,研究其在被測量作用下的力學(xué)行為:包括位移、應(yīng)變、應(yīng)力或者振動特性;
■建立包括傳感器敏感單元幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、物理參數(shù)、邊界條件在內(nèi)的,傳感器彈性敏感元件的位移、應(yīng)變、應(yīng)力或者振動特性與被測量之間的函數(shù)關(guān)系,即敏感結(jié)構(gòu)的力學(xué)和數(shù)學(xué)模型;
■不同于第二部分中的傳感器特性(針對輸入輸出特性,相當(dāng)于把傳感器整體作為一個“黑匣子”,用來評估傳感器總體性能。它不能告訴我們傳感器敏感結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)、物理參數(shù)以及邊界條件如何影響傳感器的性能,自然也不會提供從傳感器敏感結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)方面來改善其性能的辦法。
2. 建模的重要性
■定量研究傳感器敏感機(jī)理的理論基礎(chǔ);在傳感器原理分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、樣機(jī)研制中有重要作用
■能充分、準(zhǔn)確地揭示出傳感器的工作機(jī)理
■能有效地指導(dǎo)傳感器,特別是敏感結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)、邊界結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計過程
■提高針對性,縮短樣機(jī)研制過程和利于處理不同物理量之間的耦合等
3. 建模的復(fù)雜性
■一方面,傳感器是多學(xué)科的密集技術(shù),涉及的知識內(nèi)容遍及許多基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)科學(xué)。各種敏感效應(yīng)的傳感器種類繁多,被測參數(shù)、測量范圍千差萬別,敏感元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣
■另一方面,傳感器的研究工作本身還具有很強(qiáng)的工程性,實用性。這要求傳感器的建模也要充分體現(xiàn)這一點
4. 建模的過程
■第一個階段:由實際問題本質(zhì)特征建立傳感器物理模型。此階段主要針對傳感器的基本工作原理進(jìn)行。其特點是簡潔、明確、反映了傳感器的物理本質(zhì),模型中的每一項都具有鮮明的物理意義。
■第二個階段:由傳感器的物理模型建立其數(shù)學(xué)模型。此階段主要根據(jù)傳感器的基本工作原理,針對傳感器的敏感元件進(jìn)行。其特點是包含了傳感器的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、物理參數(shù)、邊界條件及其他約束條件;物理特征含蓄,具有較強(qiáng)的抽象性。
■第三個階段:求解數(shù)學(xué)模型。物理模型的建立對傳感器整個建模工作至關(guān)重要,它既依賴于對傳感器工作機(jī)理的理解,又依賴于已有的實際工作經(jīng)驗;數(shù)學(xué)模型的建立主要取決于傳感器相關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ),它是保證模型準(zhǔn)確、可靠的關(guān)鍵;數(shù)學(xué)模型的求解直接影響到整個建模工作的成效和應(yīng)用價值。
■上述三個階段在傳感器的建模工作中缺一不可,應(yīng)緊緊圍繞著實際傳感器的工作機(jī)理進(jìn)行。
第一個階段:傳感器物理模型