《机械工程测试技术》第二章课件

1、1某函数付氏变换为当某函数付氏变换不存在时，通常由于t时，x(t)幅度不衰减，积分不收敛。为此，用因子e-t (为常数)乘 x(t)，选择适当使上述积分收敛。 e-t x(t) 的付氏变换为 上述积分是(+j)的函数，令 (A) 2022/8/4拉普拉斯变换第1页，共109页。2付氏逆变换为 两边同乘et (B) 令 (A)(B)两式为即存在关系2022/8/4拉普拉斯变换第2页，共109页。3拉氏变换性质：（2）时域微分性质 （3）时域积分性质 （1）线性性质2022/8/4第3页，共109页。2022/8/44信号变换收敛域S面Re(s)0Re(s)0Re(s)0S面常用信号拉氏变换对 第

2、4页，共109页。2022/8/45信号变换收敛域Re(s)-aRe(s)-aRe(s)-a常用信号拉氏变换对 第5页，共109页。2022/8/46信号变换收敛域Re(s)0Re(s)0Re(s)-aRe(s)-a常用信号拉氏变换对 第6页，共109页。7有关测试和测试装置的若干术语（一）测量、计量和测试测量以确定被测物属性量值为目的的全部操作。计量实现单位统一和量值准确可靠的测量。测试具有试验性质的测量，也可理解为测量 和试验的综合。 2022/8/4第7页，共109页。8（二）量程和测量范围 量 程测量装置的示值范围上、下限之差的模。 测量范围该装置的误差处于允许极限内时，所能测量的测量

3、值的范围。 频率范围测量装置能实现或接近不失真测量时的测量频率范围。2022/8/4第8页，共109页。9（三）测量装置的误差和准确性（1）测量装置误差=测量装置示值-被测量的真值实际测量中，常用被测量实际值、已修正过的算术平均值、计量标准器所复现的量值作为约定真值代替真值。装置的总误差=系统误差（重复性误差）+随机误差（2）测量装置的准确度(精确度)该装置给出接近于被测量值真值的示值的能力。（3）测量装置引用误差 = 装置示值绝对误差例子引用值x100%2022/8/4第9页，共109页。10（四）信噪比 信号功率 干扰(噪声)功率信噪比 =记为SNR，并用分贝（dB）表示(2-7) 式中

4、Ns, Nn 分别是信号和噪声的功率 也可表示为 (2-8) 式中 Vs, Vn 分别是信号和噪声的电压 例子2022/8/4第10页，共109页。11（五）动态范围DR 定义：指装置不受噪声影响而能获得不失真输出测量的上限值ymax和下限值ymin之比值，以 dB 为单位。2022/8/4第11页，共109页。第二章 测试装置的基本特性 1 概述一、对测试装置的基本要求；二、线性系统及其主要性质2 测试装置的静态特性一、线性度；二、灵敏度、鉴别力阈、分辨力；三、回程误差；四、稳定度和漂移3 测试装置动态特性的数学描述一、传递函数；二、频率响应函数；三、脉冲响应函数；四、环节的串联和并联；五、

5、一阶、二阶系统的特性4 测试装置对任意输入的响应一、系统对任意输入的响应；二、系统对单位阶跃输入的响应5 实现不失真测试的条件6 测试装置动态特性的测试一、频率响应法；二、阶跃响应法7 负载效应 一负载效应 ；二减轻负载效应的措施8 测量装置的抗干扰 一测量装置的干扰源；二供电系统干扰及其抗干扰；三信道的干扰及其抗干扰；四接地设计第12页，共109页。13传感器信号调理传输信号处理显示记录 激励装置反馈、控制被测对象第二章 测试装置的基本特性 第一节 概述 常把“装置”作为系统看待，有简单、复杂之分。 观察 者（1）对象+装置 系统（2）装置本身 定度（标定）2022/8/4第13页，共109

6、页。14一对测试装置的基本要求 通常测试问题见图2-1输出图2-1输入系统y(t)Y(s)x(t)X(s)h (t)H (s)（1）已知输入量、输出量，推断系统的传输特性。 （系统辨识）（2）系统特性已知，输出可测，推断导致该输出的输入量。 （反求）（3）如果输入和系统特性已知，推断和估计系统的输出量。 （预测）基本要求：理想装置单值性线性2022/8/4第14页，共109页。15二线性系统及其主要性质 线性系统系统的输入x(t) 和输出y(t) 之间可用常系数线性微分方程来描述，该系统叫时不变线性系统(定常数线性系统)。用(2-1)式表示： (2-1) 式中 t 时间自变量；均为常数 202

7、2/8/4第15页，共109页。16（1）符合叠加原理若 (2-2) 作用在定常数线性系统的各输入所产生的输出是互不影响的，多输入同时加在系统上所产生的总效果相当于各个单个输入效果的叠加。 （2）比例特性（均匀性） 对于任意常数a 必有 (2-3) 2022/8/4第16页，共109页。17（3）系统对输入导数的响应等于对原响应的导数。(2-4) （4）如系统的初始状态均为零，则系统对输入积 分的响应等同于对原输入响应的积分。 (2-5) 2022/8/4第17页，共109页。即：若输入某单一频率的简谐信号，记作则其稳态输出y(t)的唯一可能解只能是18（5）频率保持性 输入为某一频率简谐(正

8、弦或余弦)信号，系统稳态输出必是同频率简谐信号。 2022/8/4第18页，共109页。19三测量装置的特性静态特性（Static characteristics） 适用于静态测量，静态标定过程。2022/8/4动态特性（Dynamic characteristics）适用于动态测量,并加上静态特性。负载特性系统后接环节吸收能量或产生干扰，影响测量。抗干扰性测量装置在测量中受到的各种干扰和信道干扰。第19页，共109页。20第二节 测量装置的静态特性 式(2-1)中各阶微分项均为零时，定常线性系统输入、输出微分方程式变为(2-10) 理想的定常线性系统，其输出将是输入的单调、线性函数，其中S为

9、常数。实际测量装置并非理想定常线性系统，a0，b0并非常数，即输出与输入是非线性关系。式(2-10)实际上为： 2022/8/4第20页，共109页。21静态特性：在静态测量情况下，描述实际测量装置与理想定常线性系统的接近程度。 线性度 灵敏度、鉴别力 、分辨力 回程误差 稳定度和漂移 静态特性2022/8/4第21页，共109页。22测量装置的静态特性是通过某种意义的静态标定过程确定的。静态标定是一个实验过程，在这一过程中，只改变一个输入量，而其他所有的可能输入保持不变，测量对应的输出量，得到测量装置输入与输出间的关系。测量装置静态特性被测量输入被测量输出输入A1A1单独作用下的输出输入A2

10、A2单独作用下的输出输入AnAn单独作用下的输出环境变化或干扰输入的影响2022/8/4第22页，共109页。232022/8/4标准仪器标准仪器标准仪器标准仪器输入（被测量）输出输入变量-1输入变量-2要标定的测量装置图2-2 测量装置的静态标定第23页，共109页。24一线性度 线性度测量装置输出、输入之间保持常值比例关系的程度。 用直线来拟合校准曲线(为简便起见)拟合曲线方法（1）端基直线 见图2-2 （2）独立直线 最小(偏差平方和最小) 图 2-2测量范围A12Bxy02022/8/4 在静态测量情况下，用实验来确定被测量的实际值和测量装置示值之间的函数关系过程称为静态校准。 校准曲

11、线接近拟合曲线的程度就是线性度，即线性度第24页，共109页。25二灵敏度、鉴别力阈 、分辨力 灵敏度、鉴别力用来描述装置对测量系统变化的反映能力的,用 S 表示。 灵敏度的量纲取决于输入、输出量的单位，如果二者一样，把 S 称之为“放大比”或“放大倍数”。 鉴别力阈(灵敏阈或灵敏限)装置输出一个可观察变化的最小被测量变化量，用来描述装置对微小输入变化的响应能力。 分辨力指示装置有效地辨别紧密相邻值的能力。 数字装置就是最后位数的一个字。 模拟装置为指示标尺分度值的一半。 方 法2022/8/4第25页，共109页。26三回程误差 回程误差(滞后或变差)描述测量装置的输出同输入变化方向有关的特

12、性。 回程误差为 在磁性材料磁化，一般材料受力变形时都会发生此现象。 0Ay20y0y10yx2022/8/4第26页，共109页。27四稳定度和漂移 稳定度：指测量装置在规定条件下，保持其测量特性恒定不变的能力。2022/8/40零点漂移输出输入理想直线灵敏度漂移总误差=零点漂移+灵敏度漂移漂移：装置测量特性随时间的慢变化。点漂：一个恒定输入在规定时间内的输出变化。零漂：标称范围最低值处的点漂。第27页，共109页。28一传递函数（系统传输特性复数域表现） 取拉氏变换得， ，其中：(2-13) 与输入和系统初始条件有关， 为复变量 称为系统传递函数，反映系统本身特性 若初始条件全为零，即 ，

13、使得 (2-14) (2-1) 2022/8/4第三节 测量装置动态特性的数学描述 第28页，共109页。29 2022/8/4（4）H (s)中的分母（ai)取决于系统的结构，分子(bj)则和系统同外界之间的关系如输入点位置、输入方式、被测量及测量点布置等有关。（3）用传递函数描述的系统是通过系统参数来反映的，它们的量纲因具体物理系统和输入、输出的量纲而定。（2）H (s)只反映系统传输特性而不限制在系统的物理结构中，换句话说，同一传输特性的系统，可能代表不同的物理系统。特点： （1）H (s)与输入x (t)及系统初始条件无关，它代表了系统的传输特性，x (t) y (t)。第29页，共1

14、09页。30二频率响应函数(系统传输特性频域表现)2022/8/4 幅频特性定常线性系统在简谐信号激励下其稳态输出信号和输入信号的幅值比为系统的幅频特性，记为 A()。(一)幅频特性、相频特性和频率响应函数根据定常线性系统的频率保持性，系统在简谐信号激励下，其稳态输出也是简谐信号，两者幅值比A=Y0/X0 和相位差 均随频率变化，即是的函数。 相频特性上述条件下，稳态输出对输入的相位 差被定义为该系统的相频特性，记为()。 系统频率特性该系统的幅频特性和相频特性统称为系统频率特性。用H()表示系统频率特性，也称为频率响应函数。第30页，共109页。31（二）频率响应函数的求法 - 已知系统传递

15、函数H(s)，令s =j代入，可得系统频率响应函数H()，也记作H (j)。(2-15) - 定常线性系统初始条件均为零时 ；而 实际上把拉氏变换变成付里叶变换；(2-16) 2022/8/4若H(s)如（2-13），则：因而，H()为输出y(t)与输入x(t)的付氏变换Y ()和X () 之比，即 第31页，共109页。（a）依次用不同的i激励系统，同时测出激励和稳态输出及相位差X0i，Y0i，i直至得到全部Ai-i和i -i。（b）在初始条件全为零的情况下，同时测得x(t)和y(t)，由付氏变换X ()和Y ()求得频率响应函数 。32- 可以用实验求得频率响应函数2022/8/4频率响应

16、函数是描述系统的简谐输入和稳态输出关系，因此测量时应当在系统达到 稳态 阶段时才测量。由于任意信号可以分解成简谐信号的叠加，所以频率特性适合任意复杂信号。此时该特性分别表征系统对输入信号中各个频率分量幅值的缩放能力和相位角前后移动的能力。 第32页，共109页。1.幅频特性曲线 2.相频特性曲线3.伯德(Bode)图4.实频特性曲线5.虚频特性曲线6.奈魁斯特图 2022/8/433（三）幅、相频特性及其图像描述以（或 f =/2）取对数为横坐标，20lgA()为纵坐标，作对数幅频特性曲线以(或 f =/2)取对数为横坐标, ()为纵坐标，作对数相频特性曲线图中自原点画出的矢量向径和与横轴夹角

17、分别是该频率点的A()和()第33页，共109页。341/ 2/ 3/ 4/ 5/ 图2-8 一阶系统的幅频和相频曲线b)a) 0-300-600-9001.00.80.60.40.2 0() A()2022/8/4第34页，共109页。35 0-10-20图2-8一阶系统的伯德图a)对数幅频曲线 b)对数相频曲线b)a)20lgA()(dB) 00-450-900-20dB/10倍频2022/8/4第35页，共109页。36图2-9 一阶系统的奈魁斯特图H(j)0PjQH(j)2022/8/4第36页，共109页。37三脉冲响应函数（系统传输特性时域表现） 若输入为单位脉冲，由 由拉氏反变换

18、求出h(t)常称为系统的脉冲响应函数或权函数，可作为系统特性的时域描述。 小结： 传递函数H(s)在复数域描述系统特性。 频率响应函数H()在频域描述系统特性。 脉冲响应函数 h(t)在时域描述系统特性。 关系 拉氏变换 付氏变换 2022/8/4第37页，共109页。38四环节的串联和并联 （一）串联 系统传递函数 H(s)，在初始条件为零时：图2-5 两个环节串联H(s)X(s)Y(s)Z(s)H1(s)H2(s)类似对n个环节串联的系统有: 传递函数（2-18）频率响应函数幅频特性相频特性（2-21）（2-22）（2-22）2022/8/4第38页，共109页。39（二）并联 因为 所以

19、 （2-19） n个环节并联系统传递函数为 n个环节并联系统的频率响应函数为 （2-20） （2-23） Y(s)图2-6 两个环节并联X(s)H(s)+Y2(s)Y1(s)H1(s)H2(s)2022/8/4第39页，共109页。40（三）高阶系统 将式(2-13)中分母分解为s 的一次和二次实函数因子式 （2-24） 式中 实常数，其中 据此，可把式（2-13）改写成 （2-25） 式中 实常数2022/8/4第40页，共109页。41式(2-25)表明：任何分母中 s 高于三次(n3)的高阶系统都可以看作是由若干个一 阶环节和二阶环节的并联(自然也可以转化为串联)。因此，分析并了解一阶和

20、二阶环节的传输特性是分析并了解高阶、复杂系统传输特性的基础。 2022/8/4第41页，共109页。42五一阶、二阶系统的特性 （一）一阶系统 以一阶系统 RC 电路为例,令x(t), y(t)分别为输入、输出电压，有 令RC=，得 (2-26) 式中称为时间常数,其量纲为T iCy(t)Rx(t)力位移x(t)y(t)ckx(t)y(t)图2-7 一阶系统2022/8/4第42页，共109页。43一般形式为 或改写为 式中为时间常数为系统灵敏度 为了方便可令S=1（归一化系统）,上式化为 2022/8/4第43页，共109页。44上式传递函数为 （2-27） 令 s= j 得频率响应函数为

21、（2-28） 幅频特性为 （2-29） 相频特性为 （2-30） 负号说明输出信号滞后于输入信号。 2022/8/4第44页，共109页。45图2-11 一阶系统的脉冲响应函数0 2 3 41/h(t)t1 2 3 4 5 图2-10 一阶系统的幅频和相频曲线b)a) 0-300-600-9001.00.80.60.40.2 0() A()图2-9 一阶系统的奈魁斯特图H(j0PH(j)jQ 0-10-20图2-8一阶系统的伯德图a)对数幅频曲线 b)对数相频曲线b)a)20lgA()(dB) 00-450-900-20dB/10倍频（2-31） 2022/8/4不失真第45页，共109页。4

22、6特 点： （1）当1/(约(23)/时，即1时， 与之对应方程式为 输出与输入的积分成正比，系统相当于一个积分器，其中A()与成反比，相位差近900 。一阶系统装置使用于测量缓变或低频的测量。 2022/8/4第46页，共109页。47（2）是一阶系统重要参数。在=1/处，A()=0.707(-3dB) 相角滞后 450。决定了该装置适用的频率范围。 （3）一阶系统伯德图可用一条折线近似描述。1/为一条 -20dB/10倍频斜率直线，1/是转折频率，最大误差为 -3dB 。2022/8/4第47页，共109页。48（二）二阶系统 a)x(t)y(t)mckb)x(t)y(t)LRCy(t)S

23、Nc)i(t)NS 图2-12 二阶系统实例 a) 弹簧-质量-阻尼系统 b)RLC电路 c)动圈式电表图2-12中系统均属二阶系统可用二阶微分方程描述： x(t)-输入线圈的电流信号y(t)-动圈的角位移输出信号式中J转动惯量(取决于结构和质量)C阻尼系数(包括空气、油阻尼等)G游丝的扭转刚度ki电磁转矩系数 2022/8/4第48页，共109页。49令 上式写成 （2-32） 令S=1(归一化)得二阶系统传递函数为 （2-33） 频率响应函数为 （2-34） 2022/8/4第49页，共109页。50二阶系统响应的幅频、相频特性曲线见图2-13 伯德图见图2-14；奈魁斯特图见图2-15

24、脉冲响应函数图形见图2-16幅频特性为 （2-35） 相频特性为 （2-36） 脉冲响应函数为 （2-37） 2022/8/4第50页，共109页。51特 点： （1）当n时，H()0 （2）影响二阶系统动态特性的参数是固有频率和阻尼比，n 尤为重要。当 = n 时，系统接近共振。A()=1/2，()=-900，不因阻尼比不同而改变。 （3）伯德图可用折线近似。在0.5n 段，用 A()=0 近似；在(0.52)n区间，因共振区，偏差较大。 （4）在n段，()趋近于1800，输出与输入反相。在靠近n区间，()随频率剧烈变化， 变化 （5）二阶系统是一个振荡环节，从测试角度看，希望在宽频率范围内

25、不理想频率特性引起的误差尽可能小。为此，需恰当选择固有频率和阻尼比。 一般情况下 (0.60.8)n ，=0.650.7。 2022/8/4第51页，共109页。52第四节 测量装置对任意输入的响应 一系统对任意输入的响应 tx(t)0a)t0 x(t)b)h(t)t0c)0y(t)td)图2-17 系统对任意输入的响应 2022/8/4将输入x(t)分割成众多相邻、持续时间 的脉冲信号见图 (2-17a)。当足够小时x()看作是时刻脉冲信号强度，见图b)。在t时刻该脉冲对系统的贡献为 第52页，共109页。53系统的输出则应是所有t 诸贡献之和，即 据卷积定义 对于t0时，x (t) = 0

26、 和 h(t)=0 积分下限可取为0，上限取为 t , 因此式（2-38）可记为 （2-39） 当0 （2-38） 2022/8/4第53页，共109页。54 此式表明:（1）系统的输出就是输入与系统的脉冲响应函数的卷积。（2）输入输出关系形式简明，含义明确。（3）可利用h(t), H(s), H()的关系，以及 L氏变换、F 氏变换的卷积定理，将卷积计算变换成复数域或频域的乘法运算，简化计算工作。 2022/8/4第54页，共109页。55二系统对单位阶跃输入的响应 单位阶跃输入为 其L氏变换为 一阶系统传递函数 一阶系统输出为 2022/8/4第55页，共109页。56一阶系统输出 改变形

27、式为 L氏反变换 一阶系统输出为 （2-40） 二阶系统输出为 （2-41） 其中 参见图2-18；图2-19 ；图2-20 2022/8/4第56页，共109页。57(1)单位脉冲函数(t)的积分是单位阶跃函数u (t),即(2)一阶系统在 u(t) 激励下稳态输出误差理论上为零，初始上升斜率为 1/，并且 。显而易见，一阶系统的时间常数 越小越好。说 明：故单位阶跃输入下的输出就是系统脉冲响应的积分2022/8/4第57页，共109页。58（3）二阶系统在 u(t) 激励下稳态输出误差也为零。但系统的影响很大程度上决定于 和 n 。 (a) =0，超调量为100% ，系统振荡，不稳定； (

28、b) 1 ，系统退化为二个一阶系统串联，需长时间稳定； (c) =0.60.8 ，系统在较短时间（约5 7%）进入偏离稳态不到 25 %的范围内。通常阻尼比取在这个区间内。2022/8/4第58页，共109页。59第五节 实现不失真测试的条件 某装置输出 y(t) 与输入 x (t) 满足下式(2-42) 式中 A0, t0 均为常数, 表明该装置输出波形与输入波形精确一致，只是幅值扩大了A0倍，在时间上延长了t0，见图2-21。此种情况被认为实现了不失真测量。 图2-21 波形的不失真复现x(t)0 x(t) y(t)ty(t)=A0 x(t)t0y(t)=A0 x(t-t0)2022/8/

29、4第59页，共109页。60对式(2-42)做付氏变换，则（时移特性） ：若 t0 时，x (t)=0, y(t)=0，于是频率响应函数H()为： 可见，若要求装置输出波形不失真，则其幅频和相频特性应分别满足 ：常数 （2-43） 线性 （2-44） 2022/8/4第60页，共109页。61满足式(2-43)(2-44)条件，装置输出仍有滞后，如果仅测波形，上述不失真条件满足要求。如作为反馈信号，应引起注意，力求减少滞后时间。幅值失真A()不等于常数时所引起的失真。相位失真()与之间的非线性关系所引起的失真。频率范围测量装置能实现或接近不失真测量时的测量频率范围。2022/8/4第61页，共

30、109页。2022/8/462幅值失真相位失真图2-22一般情况下，即有幅值失真也有相位失真。在固有频率n前后，失真尤为严重。见图2-22。第62页，共109页。63提高不失真测量措施： （1）调节装置其幅、相频特性接近不失真条件，必要时前置处理，滤去非信号频带内噪声，以免某些频率发生共振。 （2）分析权衡幅值失真和相位失真对测试的影响，避重就轻。 （3）一阶系统时间常数越小越好，提高不失真通频带宽度。 （4）对二阶系统 （5）使测量各个环节的不失真都尽量小，提高整体测量水平。 (2.53)n，()近1800。减去固定相位差或将测试信号反相， ()满足不失真要求，A()太小。 =(00.58)

31、n，=0.60.8 时， A()不超过 5% 误差， ()接近直线，可获得较合适的综合特性。 2022/8/4第63页，共109页。2022/8/464第64页，共109页。65第六节 测试装置动态特性的测试 动、静态特性测试所采用的“标准”输入量的误差应不大于所要求测量结果误差的1/31/5或更小。动态特性测试采用：一.频率响应法；二.阶跃响应法 一频率响应法 实施：对装置施加稳态正弦激励信号x(t)=X0sint，输出达到稳定后测量输出和输入的幅值比和相角差，得该激励频率下装置的传输特性。 量值：通常对装置加峰峰值为20%量程的正弦输入信号，从小到大直到输出幅值=初始值一半，即得幅值和相频

32、特性曲线 A( f ) 和( f )。 2022/8/4第65页，共109页。66一阶系统：主要动态特性参数是，可通过下两式直接确定。 （2-29） （2-30） 2022/8/4第66页，共109页。67二阶系统1. 由相频特性曲线估计动态特性参数 2022/8/4第67页，共109页。682.由幅频特性曲线估计动态参数2022/8/4n约等于Amax处的；直线 与A()相交与1、2， 须证明： Amax 出现在n处； A(1)= A(2)= 时， 第68页，共109页。69由幅频特性曲线设令 解出 由B (r) = 极小值 0.707时A (r) = 极大值2022/8/4第69页，共10

33、9页。702022/8/4第70页，共109页。712022/8/4第71页，共109页。722022/8/4C 第72页，共109页。73二阶跃响应法 无法获得理想的单位脉冲输入，也无法获得装置的精确脉冲响应函数。但却能获得足够精确的单位脉冲函数的积分单位阶跃函数及其响应。 （一）一阶装置的阶跃响应求其动态特性曲线 方法1：取出该输出值达到最终稳态值63%所经过的时间作 为时间常数（可靠性差）。 方法2：由式(2-40)阶跃响应为 两边取对数 上式表明 ln1-y(t)与 t 成线性关系，由测得 y(t)作出 ln1-y(t)t曲线，根据其斜率确定时间常数。此方法运用了全部数据，考虑了瞬态响

34、应的全过程。 2022/8/4第73页，共109页。74（二）二阶装置的阶跃响应求其动态特性曲线 阻尼固有频率(2-48) 或 (2-49) 图2-24 欠阻尼二阶 装置的阶跃响应t0y(t)1M1M将 tp =/d 代入式(2-41)，求得图(2-24)中最大超调量M和阻尼比的关系，对其求极值可确定对应时间为 tp= 0，/d， 2/d ，2022/8/4(2-41)第74页，共109页。75测得M后，按作出的M-图，求取阻尼比，见图(2-25)。如果测得较长瞬变过程，可利用任意两个超调量Mi和Mi+n求其阻尼比。其中 n 是两峰相隔的某一整周期数，Mi与Mi+n对应时间为 ti 和 ti+

35、n。有 将其代入二阶装置的阶跃响应 y(t) 表达式（2-41），得 2022/8/4第75页，共109页。76整理 （2-50） 其中 （2-51） 根据式(2-50)和(2-51)，按实测的 Mi与Mi+n，即可求出。当考虑1s，称为过压和欠压噪声（电器过多） 供电电压跳变的持续时间t1s，称为尖峰噪声（汽车点火器） 供电电压跳变的持续时间1mst1s称为浪涌和下陷噪声（大功率电器）2. 供电系统的抗干扰措施 （1）交流稳压器 （2）隔离稳压器 隔离稳压器一次、二次侧间用屏蔽层隔离，减少级间耦合电容，减少高频噪声的窜入。 （3）低通滤波器 可滤去大于50Hz市电基波的高频干扰，对于50Hz

36、市电基波，通过整流滤波后也可完全滤除。 （4）独立功能块单独供电80二供电系统干扰及其抗干扰 2022/8/4第80页，共109页。81交流稳压器低通滤波器隔离稳压器整流器滤波器 稳压电路1前置放大器 稳压电路2 信道通道 稳压电路3A/D逻辑电路合理的供电系统2022/8/4第81页，共109页。82三信道的干扰及其抗干扰 1. 信道干扰的种类(1) 信道通道元器件噪声干扰(如电阻器热噪声,半导体散粒噪声等）(2) 信道通道中信号的窜扰(元器件排放位置和线路板信号走向不合理)(3) 长线传输干扰(对高频信号传输距离和信号波长可比时应考虑)2. 信道通道的抗干扰措施(1) 合理选用元器件和设计

37、方案(采用低噪声材料、放大器，椐测量信号频谱合理选择滤波器)(2) 印刷电路板设计时元器件排放合理(小信号与大信号区明确分开；输出线间避免靠近；有可能产生电辐射元器件仅可能远离输入端；合理接地和屏蔽) (3) 长距离传输中,数字信号的传输可采用光耦合隔离技术。2022/8/4第82页，共109页。83四接地设计 1. 单点接地各单元电路的地点接在一点上 优点：不存在环行回路，相互干扰小。2. 串联接地-各单元电路的地点顺序连接在一条公共的地线上 缺点：每个电路的电位都受到其它电路的影响，干扰通过公共地线相互耦合，但因接法简单，虽不合理常用。VccVccVccI1I1+I21 2 3串联接地单点

38、接地2022/8/4第83页，共109页。843. 多点接地电路板尽可能多的地方做成地，连成一片，宽线降低电阻，各电路就近接地母线。 4. 模拟地和数字地防止数字电路开关状态下工作，起伏大干扰模拟电路，应采用两套整流电路分别供电，它们之间采用光耦合器耦合。 VccVccVcc多点接地A/D转换数字电路模拟电路部分Vcc模拟地和数字地结 束2022/8/4第84页，共109页。85第二章作业教科书66-67页，思考题与习题2-22-52-10下次课交作业2022/8/4第85页，共109页。86例：示值范围为0150V电压表，当其示值为100.0V，实际值为99.4V时，该表引用误差为： 多数热

39、工仪表常用允许引用误差作为准确度级别的代号例如 0.2 级电压表表示该表允许的示值误差不超过电压表引用值的0.2%。 2022/8/4第86页，共109页。87例：用某仪器测量某信号时的SNR为65dB, 代入（2-8）式 表示信号电压与干扰电压之比为 ，即噪声电压达不到信号电压的千分之一。 2022/8/4第87页，共109页。886543210A()0 1 2 3=0.05=0.10=0.15=0.25=0.50=1.00图2-14 二阶系统的伯德图20100-1000-900-180020lgA()(dB)0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1 2 4 6 8 10=0.1=0.2=

40、0.3=0.5=0.7=1.0=0.1=0.2=0.3=0.5=0.7=1.0图2-13二阶系统的幅频、相频特性0 1 2 3 () -/20=0=0.05=0.10=0.15=0.25=0.50=1.00=0/n 二阶2022/8/4/n 不失真第88页，共109页。89图2-15 二阶系统 的奈魁斯特图（小）nnnn=（大）10ImRe图2-16 二阶系统 的脉冲响应函数2h(t)nt0=0.1=0.3=0.5=0.7=1.02022/8/4第89页，共109页。90图2-18 单位阶跃输入01x(t)t图2-19 一阶系统的 单位阶跃响应12345ty(t)0t图2-20 二阶系统(1)

41、 的单位阶跃响应12=0 0.1 0.3 0.5 0.7y(t)0122022/8/4第90页，共109页。91二阶系统相频特性对其求导2022/8/4第91页，共109页。92由幅频特性曲线设求导令 解出 由 B (r) = 极小值 （0.707时） A (r) = 极大值2022/8/4第92页，共109页。93由幅频特性曲线同理 所以 带入1=（1-）n ，并略去 3，4 高次项 2022/8/4第93页，共109页。94二阶系统阶跃响应函数 式中 (1) 要想等式成立需要 解出2022/8/4第94页，共109页。952022/8/4第95页，共109页。96图2-25 欠阻尼二阶系统

42、M-关系图 M0.80 0.2 0.4 0.6 0.8 0.60.40.22022/8/4第96页，共109页。97其中 2022/8/4第97页，共109页。图2-27 直流电压测量ER2R1RmVU98例1: 在图(2-27)简单直流电路中，可算出电阻器 R2 的电压降 U0 为: 则 UU0令 R1=100k ; R2= Rm=150k; E=150V 代入上式得到U0=90V；U=64.3V 误差达28.6% 若 Rm=1M 其余参数不变，则 U=84.9V 误差达5.7% 结论：为了减少负载效应，测量仪表内阻要求非常大。 2022/8/4U0第98页，共109页。99例2：在图2-28中两个RC电路（一阶系统）的传递函数分别为 图2-28 两个一阶环节的联接a) b) 一阶环节 c)两环节不加隔离地直接串联UyUxU2c)C2C1R2R1b)a)C2C1R2R1若未加隔离将它们串联，令 U2(t)为连接点电压，可写成 连接点右侧阻抗为 令 Z表示R1后右侧电路的阻抗，它由C1和Z2并联而成，利用导钠计算C1/ Z2 2022/8/4第99页，