第二章 测量装置的基本特性.ppt

频率域描述：（频率响应函数）幅频特性相频特性第30页，共54页，星期日，2025年，2月5日第31页，共54页，星期日，2025年，2月5日二阶装置的脉冲响应函数为第32页，共54页，星期日，2025年，2月5日二阶系统频率特性的特点：●当时，；当时，。●影响二阶系统动态特性的参数是固有频率和阻尼比。二阶系统固有频率的选择以其工作频率范围为依据。在附近，系统幅频特性受阻尼比影响极大。当时，系统将发生共振。作为测量装置，应该避开这种情况。然而，在测定系统本身的参数时，这种情况却是很重要。这时，，且不因阻尼比之不同而改变。●在段，很小，且和频率近似成正比增加。在段，趋近于180°，即输出信号几乎和输入反相。在靠近区间，随频率的变化而剧烈变化，而且越小，这种变化越剧烈。第33页，共54页，星期日，2025年，2月5日●当ζ0．707时，信号频率等于谐振频率，，系统发生共振；当ζ≥0．707时，系统无谐振，随的增加而减少。五、测试装置对任意输入的响应1.系统对任意输入的响应输出等于输入和系统的脉冲响应函数的卷积。即2.系统对单位阶跃输入的响应单位阶跃函数第34页，共54页，星期日，2025年，2月5日一阶系统响应动态误差一阶装置的时间常数τ越小越好。第35页，共54页，星期日，2025年，2月5日二阶系统响应动态误差第36页，共54页，星期日，2025年，2月5日二阶系统的特性在很大程度上决定于阻尼比ζ和固有频率ωn。系统固有频率为系统的主要结构参数所决定。ωn越高，系统的响应越快。阻尼比ζ直接影响超调量和振荡次数。ζ=0时超调量最大，为100％，且持续不息地振荡着，达不到稳态。ζ≥1，则系统转化到等同于两个一阶环节的串联。此时虽然不发生振荡(即不发生超调)，但也需经超长的时间才能达到稳态。如果阻尼比ζ选在0．6～0．8之间，则系统以较短时间[大约(5～7)／ωn]，进入稳态值相差±(2％～5％)的范围内。第37页，共54页，星期日，2025年，2月5日五、实现不失真测量的条件设有一个测量装置，其输出和输入满足下列关系此式表明这个装置输出的波形和输入波形精确地一致，只是幅值(或者说每个瞬时值)放大了倍和在时间上延迟了而已。这种情况，被认为测量装置具有不失真测量的特性。第38页，共54页，星期日，2025年，2月5日第1页，共54页，星期日，2025年，2月5日测量系统既指众多环节组成的对被测物理量进行检测、调理、变换、显示或记录的完整系统，如含有传感器、调理电路、数据采集、微处理器(微计算机)组成的测量系统或测试仪器；又指组成完整测量系统中的某一环节或单元，如传感器、调理电路、数据采集卡(板)、测试仪器；甚至可以是更简单的环节，如放大器、电阻分压器、RC滤波器等。测量系统的基本特性是测量系统与其输入、输出的关系，主要应用于如下三个方面：第一，已知测量系统的特性，可测出输出量，通过该特性和输出量推断输入量。这就是通常应用测量系统测未知物理量的测量过程。第二，已知测量系统特性和输入，推断和估计系统的输出量。通常应用于按测量要求组建测量系统的场合。一、概述第2页，共54页，星期日，2025年，2月5日第三，由已知或观测系统的输入、输出，推断系统的特性，通常应用于系统的研究、设计与制作。一般用数学表达式(数学模型)来表示测量系统的基本特性。根据输入信号x(t)是否随时间变化，测量系统的基本特性分为静态特性和动态特性。它们是测量系统对外呈现出的外部特性，由其内部参数也即系统本身的固有属性决定。第3页，共54页，星期日，2025年，2月5日二、静态特性静态特性是指测量系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，测量系统输出与输入之间的关系。这时，测量系统的微分方程的各阶导数为零，于是微分程来就变为上式就是理想的定常线性测量系统静态特性的表达式。对于实际的测量系统，其输入与输出往往不是理想直线，故而静态特性由多项式表示。灵敏度S0，S1，…，Sn为常量。第4页，共54页，星期日，2025年，2月5日静态特性的获得对一个测量系统，必须在使用前对其进行标定或定期进行校验。即在规定的标准工作条件下，由高精度输入量发生器给出一系列数值已知的、准确的、不随时间变化的输入量xj(j=1，2，…，