机械工程测绘第二章

机械工程测绘课件第二章第一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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。泉院第二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日泉院图2-1第一节概述第三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日4测量装置的静态标定如图2-2所示。第一节概述图2-2泉院第四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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泉院第五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日第一节概述⑴已知：⑵已知：⑶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

线性关系第六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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：①无交叉项，无高次幂，无常数项；

判断：y=ax+b②系统稳定满足③时不变线(定常)性系统为常数第七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日第一节概述泉院线性系统及其主要性质⑴叠加性

⑵比例性

⑶微分⑷积分：初始状态为零：t=0时，

⑸频率保持性：输入为某一频率的信号输出必为同一频率的信号第八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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。泉院第九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日

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十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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＝第十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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:①以拟合直线的斜率作为装置的灵敏度②有量纲eg:弹簧mm/kgor300mv/mmX=0.01mm,y=10mm则S=10/0.01=1000此时S为“放大倍数”第十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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。第十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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泉院第十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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：第十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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：⑴H(s)只表达系统的传输特性与x(t)及系统的初始状态无关⑵H(s)不拘泥于系统的物理结构，只反映系统的传输特性⑶H(s)反映x(t),y(t)量纲变换关系⑷稳定系统：n>m第十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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)

因果第十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日第三节测量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十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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。

第十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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(w)P(w)—w实频特性

Q(w)—w虚频特性伯德图奈魁斯特图

第二十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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)=1Y(s)＝X(s)H(s)=H(s)h(t):

装置的传输特性在时域中的描述

第二十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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)第二十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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（n>3）都可看成是若干个一、二阶环节的串、并联。第二十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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

第二十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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泉院归一化处理:

第二十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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泉院第二十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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⑴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

第二十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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

一阶装置的脉冲响应函数：

第二十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日例：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二十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日据叠加性：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三十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日（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。第三节测量装置的动态特性泉院第三十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日令：

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三十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日幅频特性：A(w)-w二阶系统的特点

⑴当w<<

⑵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三十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日⑶

时，

很小时，

反相，

处，

⑷恰当选择参数

：及一般：

(0.6~0.8)

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三十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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三十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日阶跃：x(t)t<0t>0一阶系统

①时，y(t)=0.632测τ

②一阶：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三十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日

①响应快；：影响振荡次数

②选择范围：0.6~0.8

偏离稳态不到2％－5%的范围内

第四节测试装置对任意输入的影响泉院第三十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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三十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日39二阶系统的单位阶跃响应（ξ<1）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三十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日泉院作业：P662-3P672-62-7谢谢大家！第四十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日41设有一个测量装置，其输出y（t）和输入x（t）满足下列关系：y（t）=A0x（t-t0）其中A0和t0都是常数第五节实现不失真测量的条件二、系统对单位阶跃输入的响应泉院第四十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日42这种情况被认为测量装置具有不失真测量的特性，如下图所示。第五节实现不失真测量的条件二、系统对单位阶跃输入的响应泉院第四十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日43通常测量装置既会产生幅度失真，也会产生相位失真。第五节实现不失真测量的条件信号中不同频率成分通过测量装置后的输出如下图所示二、系统对单位阶跃输入的响应泉院第四十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日44通过稳态正弦激励试验可以求得装置的动态特性。第六节测量装置动态特性的测量一、频率响应法二阶系统阻尼比的估计如下图所示泉院第四十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日451.由一阶装置的阶跃响应求其动态特性参数一阶装置的阶跃响应表达式：第六节测量装置动态特性的测量二、阶跃响应法泉院第四十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日462.由二阶装置的阶跃响应求其动态特性参数阻尼比ξ的计算式：第六节测量装置动态特性的测量二、阶跃响应法泉院第四十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日47欠阻尼比二阶装置的M-ξ图如下图所示第六节测量装置动态特性的测量二、阶跃响应法泉院第四十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日48负载效应产生的后果，有的可以忽略，有的却是很严重的，不能对其掉以轻心。直流电路中的负载效应如图2-27所示。第七节负载效应一、负载效应图2-27泉院第四十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日49（1）提高后续环节（负载）的输入阻抗。第七节负载效应二、减轻负载效应的措施（2）在原来两个相联接的环节之中，插入高阻抗、低输出阻抗的放大器。（3）使用反馈或零点测量原理，使后面环节几乎不从前环节吸取能量。泉院第四十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日50干扰窜入测量装置有三条主要途径如图2-28所示第八节测量装置的抗干扰一、测量装置的干扰源图2-28泉院第五十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日511.电网电源噪声第八节测量装置的抗干扰二、供电系统干扰及其抗干扰把供电电压跳变的持续时间Δt>1s者，称为过压和欠压噪声。供电电压跳变的持续时间Δt<1ms者称为尖峰噪声。泉院第五十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日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