机械工程测绘第二章

1、机械工程测绘课件第二章第1页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四21.测量装置的静态特性第一节 概述测量装置的静态特性是通过某种意义的静态标定过程来确定的。静态标定过程如图2-1所示。泉院第2页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四泉院图2-1第一节 概述第3页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四4测量装置的静态标定如图2-2所示。第一节 概述图2-2泉院第4页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四52. 标准和标准传递第一节 概述用来定量变量的仪器和技术统称为标准。标准传递如图2-3所示。图2-3泉院第5页，共57页，202

2、2年，5月20日，2点56分，星期四第一节 概述 已知： 已知： 已知： 泉院3. 测量装置的动态特性对测试装置的基本要求理想的测试装置：单值的，确定的输入、输出关系 且： 输出/输入常值 线性关系第6页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四第一节 概述线性系统及其主要性质 线性系统：输入:x(t) 输出：y(t)泉院特点：无交叉项，无高次幂，无常数项； 判断：y=ax+b系统稳定满足时不变线 (定常)性系统为常数第7页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四第一节 概述泉院线性系统及其主要性质 叠加性 比例性 微分 积分：初始状态为零：t=0时， 频率保持性：输

3、入为某一频率的信号 输出必为同一频率的信号第8页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四9第一节 概述4. 测量装置的负载特性测量装置或测量系统：是由传感器、测量电路、前置放大、信号调理、直到数据存储或显示等环节组成。当传感器安装到被测物体上或进入被测介质：要从物体与介质中吸收能量或产生干扰，使被测物理量偏离原有的数值，从而不可能实现理想的测量，这种现象称为负载效应。5.测量装置的抗干扰性测量装置在测量过程中要受到各种干扰：包括电源干扰、环境干扰和信道干扰。泉院第9页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四 静态测量：测量期间被测值认为是恒定第二节 测量装置的静态特

4、性泉院静态特性指标：线性度灵敏度回程误差分辨力零点漂移和灵敏度飘移第10页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四11第二节 测量装置的静态特性一、线性度泉院线性度：测量装置输出、输入之间保持常比例关系的程度 线性度第11页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四12第二节 测量装置的静态特性二、灵敏度泉院灵敏度 当测试装置的输入x有一增量x，引起输出y发生相应的变化y时，则定义: 理想的定常线性系统： 常数 S: 以拟合直线的斜率作为装置的灵敏度有量纲 eg:弹簧 mm/kg or 300mv/mm X=0.01mm,y=10mm 则 S=10/0.01=1000

5、 此时S为“放大倍数”第12页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四13第二节 测量装置的静态特性三、回程误差泉院四、分辨力引起测量装置的输出值产生一个可察觉变化的最小输入量变化值称为分辨力。第13页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四14零点漂移是测量装置的输出偏离原始零点的距离，如图2-6所示。第二节 测量装置的静态特性五、零点漂移和灵敏度漂移图2-6泉院第14页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四151. 传递函数第三节 测量装置的动态特性一、动态特性的数学描述初始条件为零时：泉院传递函数：第15页，共57页，2022年，5月20日，2

6、点56分，星期四16第三节 测量装置的动态特性一、动态特性的数学描述泉院H(s)的几个特点： H(s)只表达系统的传输特性 与x(t)及系统的初始状态无关 H(s)不拘泥于系统的物理结构， 只反映系统的传输特性 H(s)反映x(t),y(t)量纲变换关系 稳定系统：nm第16页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四2、频率响应函数H(w) 稳定第三节 测量装置的动态特性泉院一、动态特性的数学描述(一)求法: 以 代入 H(s) 频率响应函数： H(w)= P(w)+jQ(w) H(jw) ,H(w) 因果第17页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四第三节 测量

7、装置的动态特性泉院一、动态特性的数学描述稳定输出信号和输入信号的幅值比稳态输出信号对输入信号的相角差第18页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四第三节 测量装置的动态特性泉院一、动态特性的数学描述的物理意义：表征系统对输入信号中各个频率分量的幅值的缩放能力和对相位角前后移动的能力。注意：H(w): 信号输入与稳态输出的关系。H(s): 稳态 + 瞬态。 第19页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四第三节 测量装置的动态特性泉院一、动态特性的数学描述 (二)、幅、相频特性及图像描述 1、H(w) ：A(w)w 幅频特性相频特性2、H(w)= P(w)+ jQ(

8、w) P(w)w 实频特性 Q(w)w 虚频特性伯德图 奈魁斯特图 第20页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四第三节 测量装置的动态特性泉院一、动态特性的数学描述(三) 脉冲响应函数 当 求：y(t)=? X(s) H(s) Y(s) X(s)=1 Y(s)X(s)H(s)=H(s)h(t): 装置的传输特性在时域中的描述 第21页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四第三节 测量装置的动态特性泉院一、动态特性的数学描述（四）环节的串、并联 前提：环节之间没有能量的交换串联： X(s)H1(s)Z(s)H2(s)Y(s)第22页，共57页，2022年，5月2

9、0日，2点56分，星期四第三节 测量装置的动态特性泉院一、动态特性的数学描述并联： x(s)H(s)H1(s)H2(s)Y1(s)Y2(s)Y(s)数学表明：任何高阶系统（n3）都可看成是若干个一、二阶环节的串、并联 。第23页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四241. 一阶系统第三节 测量装置的动态特性二、一阶、二阶系统的特性一阶系统的输入、输出关系用一阶微分方程来描述。图2-9泉院令RC= 时间常数 第24页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四25一阶系统的伯德图如图2-10所示。第三节 测量装置的动态特性二、一阶、二阶系统的特性图2-10泉院归一化处

10、理: 第25页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四26奈奎斯特图如图2-11所示。第三节 测量装置的动态特性二、一阶、二阶系统的特性图2-11泉院第26页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四27第三节 测量装置的动态特性二、一阶、二阶系统的特性泉院 当 （误差不超过2） （2）当 系统相当于一个积分器 一阶系统适：测缓变或低频的被测量 第27页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四28一阶系统的脉冲响应函数如图2-13所示。第三节 测量装置的动态特性二、一阶、二阶系统的特性图2-13泉院（3）时间常数 决定了此装置的适用频率范围 一阶装置的脉

11、冲响应函数： 第28页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四例：求周期信号传递函数为的装置后所得到的稳定响应？ 通过解：x(t)由两股信号组成 的装置信号通过第三节 测量装置的动态特性泉院第29页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四据叠加性：x(t)的稳态输出y(t)为即： 第三节 测量装置的动态特性泉院第30页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四（二）二阶系统动圈式电表 x(t):电流 y(t):角位移 J: 转动惯量 G: 游丝的扭转刚度 C：阻尼系数：空气、电磁、油 Ki: 电磁转矩系数: 有效面积、 匝数、磁感应强度。第三节 测量装置

12、的动态特性泉院第31页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四令： 固有频率 阻尼比 灵敏度 令：S=1 泉院第三节 测量装置的动态特性第32页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四幅频特性：A(w)-w二阶系统的特点 当w 动态特性参数： 时，共振。共振的利用：测参数： 相频特性第三节 测量装置的动态特性泉院第33页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四 时， 很小 时， 反相， 处， 恰当选择参数 ：及 一般： (0.60.8) 目的：获得较小的误差及较宽的工作频率范围 泉院第三节 测量装置的动态特性第34页，共57页，2022年，5月20日，

13、2点56分，星期四x(t)h(t)y(t) X(s) H(s) Y(s) X(w) H(w) Y(w) 即：系统的输出就是输入与系统的脉冲响应函数的卷积 第四节 测试装置对任意输入的影响泉院一、系统对任意输入的响应第35页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四阶跃：x(t)t0一阶系统 时，y(t)=0.632 测 一阶：装置愈好 二阶系统： 第四节 测试装置对任意输入的影响泉院第36页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四 响应快；：影响振荡次数 选择范围：0.60.8 偏离稳态不到25%的范围内 第四节 测试装置对任意输入的影响泉院第37页，共57页，202

14、2年，5月20日，2点56分，星期四38一阶系统的单位阶跃响应如下图所示第四节 测试装置对任意输入的影响二、系统对单位阶跃输入的响应泉院第38页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四39二阶系统的单位阶跃响应（1s者，称为过压和欠压噪声。供电电压跳变的持续时间t1ms者称为尖峰噪声。泉院第51页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四522. 供电系统的抗干扰第八节 测量装置的抗干扰二、供电系统干扰及其抗干扰供电系统常采用的几种抗干扰措施：（1） 交流稳压器（2） 隔离稳压器（3） 低通滤波器（4） 独立功能块单独供电。合理的供电系如下所示。泉院第52页，共57页

15、，2022年，5月20日，2点56分，星期四531. 信道干扰的种类第八节 测量装置的抗干扰三、信道通道的干扰及其抗干扰（1） 信道通道元器件噪声干扰（2） 信号通道中信号的窜扰（3） 长线传输干扰2. 信道通道的抗干扰措施（1） 合理选用元器件和设计方案（2） 印制电路板设计时元器件排放要合理（ 3） 在有一定传输长度的信号输出中，尤其是数字信号的传输可采用 光耦合隔离技术、双绞线传输。泉院第53页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四541. 单点接地第八节 测量装置的抗干扰四、接地设计单点接地如图2-30所示图2-30泉院第54页，共57页，2022年，5月20日，2点56分，星期四5