測量系統(tǒng)的基本特性(修改).ppt

第2章 測量系統(tǒng)的基本特性,21 測量系統(tǒng)及其主要性質 22 測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性 23 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 24 常見測試系統(tǒng)的頻率響應特性 25 測量系統(tǒng)在典型輸入下的響應 26 系統(tǒng)實現(xiàn)不失真測量的條件 27 測試系統(tǒng)動態(tài)特性的測試 28 測試系統(tǒng)抗干擾性與負載效應,簡單的測量系統(tǒng),較復雜的測量系統(tǒng),復雜的測量系統(tǒng),測試過程：被測對象傳感器信號調理顯示記錄存儲觀測者 測量系統(tǒng)包括測試過程中使用的各種裝置和儀器。 測量系統(tǒng)的組成：簡單和復雜。 “測量系統(tǒng)”概念的界定： 可指整個復雜系統(tǒng)； 也可指其中的一個環(huán)節(jié)。,21 測量系統(tǒng)及其主要性質,一、測量系統(tǒng)定義及其與輸入/輸出的關系 定義：測量系統(tǒng)是指由有關器件、儀器和裝置有機組合而成的具有定量獲取某種未知信息之功能的整體。 測量系統(tǒng)的傳遞特性與輸入、輸出之間的關系如圖2.1所示：,x(t)和y(t)分別表示輸入與輸出量，h(t)表示系統(tǒng)的傳遞特性。三者之間一般有如下的幾種關系： (1)已知輸入量和系統(tǒng)的傳遞特性，則可求出系統(tǒng)的輸出。 (2)已知系統(tǒng)的輸入量和輸出量，求系統(tǒng)的傳遞特性。 (3)已知系統(tǒng)的傳遞特性和輸出量，來推知系統(tǒng)的輸入量。,二、對測試系統(tǒng)的基本要求,理想的測試系統(tǒng)應該具有單值的、確定的輸入輸出關系，且以輸出和輸入成線性關系最佳。 靜態(tài)測量時的要求：盡可能減小靜態(tài)誤差。,量程：015kg,x,y,y=a0+a1x+a2x2+a3x3+anxn,y=kx,理想的測量系統(tǒng),實際的測量系統(tǒng),動態(tài)測量時的要求：盡可能做到不失真測試。,理想的測量系統(tǒng),實際的測量系統(tǒng),結論： 研究測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性是為了能在準確、真實地反映被測物理量方面做得更好，同時也為現(xiàn)有的測量系統(tǒng)的優(yōu)劣提供客觀評價。,系統(tǒng)輸入x(t)和輸出y(t)間的關系可以用常系數(shù)線性微分方程來描述：,三、線性時不變系統(tǒng)的性質,微分方程所描述的系統(tǒng)為定常線性系統(tǒng)或時不變線性系統(tǒng)。 一般在工程中使用的測試系統(tǒng)都可作為時不變線性系統(tǒng)來研究。,1、疊加性 系統(tǒng)對各輸入之和的輸出等于各單個輸入的輸出之 和，即 若 x1(t) y1(t)，x2(t) y2(t) 則 x1(t)x2(t) y1(t)y2(t),2、比例性 常數(shù)倍輸入所得的輸出等于原輸入所得輸出的常數(shù)倍，即: 若 x(t) y(t) 則 kx(t) ky(t),3、微分性 系統(tǒng)對原輸入信號的微分等于原輸出信號的微分，即 若 x(t) y(t) 則,4、積分性 當初始條件為零時，系統(tǒng)對原輸入信號的積分等于原輸出信號的積分，即 若 x(t) y(t) 則,5、頻率保持性,結論：若系統(tǒng)的輸入為某一頻率的諧波信號，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出將為同一頻率的諧波信號，即 若 x(t)=Acos(t+x) 則 y(t)=Bcos(t+y),小結：線性系統(tǒng)的這些主要特性，特別是符合疊加原理和頻率保持性，在測量工作中具有重要作用。,22 測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性,微分方程式(2.1)中輸入和輸出的各階導數(shù)均為零，于是,有,測量系統(tǒng)靜態(tài)特性是指在靜態(tài)測量時情況下描述實際測試裝置與理想時不變線性系統(tǒng)的接近程度。,x（t）、y（t）為常值,22 測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性,微分方程式(2.1)中輸入和輸出的各階導數(shù)均為零，于是,有,描述測量系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要參數(shù)有靈敏度、線性度、回程誤差、量程、精確度、分辨力、重復性、漂移、穩(wěn)定性等。,1、靈敏度S：單位輸入變化所引起的輸出的變化稱為靈敏度,通常用輸出量與輸入量的變化量之比來表示。即 對特性成線性關系的系統(tǒng)，如圖2.2a所示，其靈敏度為常量。即 =常量 對特性成非線性關系的系統(tǒng)，如圖2.2b所示，其靈敏度為系統(tǒng)特性曲線的斜率。即,描述測量系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要參數(shù)有靈敏度、線性度、回程誤差、重復性、量程、精確度、分辨力、漂移、穩(wěn)定性等。,靈敏度反映了測量系統(tǒng)對輸入信號變化的一種反應能力，是有量綱的。,2、線性度：通常也稱為非線性誤差，是指測量系統(tǒng)的實際輸入輸出特性曲線對于參考線性輸入輸出特性的接近或偏離程度，用實際輸入輸出特性曲線對參考線性輸入輸出特性曲線的最大偏差量與滿量程的百分比來表示。即,線性度 滿量程 最大偏差,其中：,3、回程誤差：亦稱遲滯，表征測量系統(tǒng)在全量程范圍內，輸入量由小到大(正行程)或由大到小(反行程)兩者靜態(tài)特性不一致的程度。顯然, 越小,遲滯性能越好。,4、重復性：表示測量系統(tǒng)在同一工作條件下，按同一方向作全量程多次(三次以上)測量時，對于同一個激勵量其測量結果的不一致程度。用正、反行程最大偏差與滿量程輸出的百分比來表示，即,5、量程： 量程指測試裝置允許測量的輸入量的上、下極限值。輸入超過允許承受的最大值時，稱為過載。過載能力通常用一個允許的最大值或者用滿量程值的百分數(shù)來表示。 6、精確度： 精確度指測量儀器的指示值和被測量真值的接近程度。精確度是受諸如非線性、遲滯、溫度變化、漂移等一系列因素的影響，反映測量中各類誤差的綜合。 7、分辨力：分辨力是指測量系統(tǒng)所能檢測出來的輸入量的最小變化量，通常是以最小單位輸出量所對應的輸入量來表示。一個測量系統(tǒng)的分辨力越高，表示它所能檢測出的輸入量的最小變化量值越小。,量程：015kg 分度值：2g,量程：-0.1mm+0.1mm 分度值：0.001mm,8、穩(wěn)定性和漂移： 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性表示測試裝置在規(guī)定條件下保持其性能參數(shù)不變的能力。 漂移：測試裝置輸入量未變，其輸出量發(fā)生變化。 （1)點漂：對一個恒定的輸入量在規(guī)定的時間內的輸出量變化，稱為點漂。在測量裝置測試范圍最低值出的點漂稱為零漂。 (2)溫漂：測試裝置在外界溫度變化時輸出量所產生的變化。,23 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性,動態(tài)特性：當輸入量隨時間快速變化時，測量輸入與響應輸出之間動態(tài)關系的數(shù)學描述； 研究測量裝置動態(tài)特性時，一般認為系統(tǒng)參數(shù)不變，即用常系數(shù)線性微分方程描述，如下：,在工程應用中，通常采用一些足以反映系統(tǒng)動態(tài)特性的函數(shù)，將系統(tǒng)的輸出與輸入聯(lián)系起來。這些函數(shù)有傳遞函數(shù)、頻率響應函數(shù)和脈沖響應函數(shù)等。,2.3.1 傳遞函數(shù),如果y(t)是時間變量t的函數(shù)，并且當t0時，y(t)=0，則它的拉普拉氏變換 Y(S)的定義為: 可以記為,式中 是復變量,若系統(tǒng)的初始條件均為零，對式(2.1)作拉氏變換得,將輸入和輸出兩者的拉普拉斯變換之比定義為傳遞函H(s)。即,傳遞函數(shù)特性： (1)傳遞函數(shù)H(s)與輸入x(t)及系統(tǒng)的初始狀態(tài)無關，它僅表達系統(tǒng)的傳輸特性，由傳遞函數(shù)H(s)所描述的一個系統(tǒng)對于任一具體的輸入x(t)都明確地給出了相應的輸出 y(t)； (2)H(s)不拘泥于系統(tǒng)的物理結構。同一形式的傳遞函數(shù)可以表征具有相同傳輸特性的不同的物理系統(tǒng)。如液柱溫度計和RC低通濾波器。 (3)實際的物理系統(tǒng)，輸入、輸出都具有量綱。輸入、輸出量綱的變換關系由等式中的各系數(shù)an，an-1，a1，a0和bm，bm-1，b1，b0反映。 (4)H(s)中的分母取決于系統(tǒng)的結構，n代表系統(tǒng)微分方程的階數(shù)；分子和系統(tǒng)同外界之間的關系有關。 (5)測試裝置一般為穩(wěn)定系統(tǒng)，則有nm。,2.3.2頻率響應函數(shù) 對于穩(wěn)定的常系數(shù)線性系統(tǒng)，可用傅里葉變換代替拉氏變換:,或,稱為測量系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)，簡稱為頻率響應或頻率特性。,頻率響應是傳遞函數(shù)的一個特例。,定義：測量系統(tǒng)的頻率響應 就是在初始條件為零時，輸出的傅里葉變換與輸入的傅里葉變換之比，是在“頻域”對系統(tǒng)傳遞信息特性的描述。,頻率響應函數(shù) 是一個復數(shù)函數(shù)，,測試系統(tǒng),頻率保持特性,穩(wěn)態(tài)輸出,結論： 幅值比A=Y0/X0，是的函數(shù)； 相位差 也是的函數(shù)。,式中 的模，, 的相角：,稱為測量系統(tǒng)的幅頻特性。表達了輸出信號與輸入信號的幅值比隨頻率變化的關系。式中， ， 分別為頻率響應函數(shù)的實部與虛部。,稱為測量系統(tǒng)的相頻特性。表達了輸出信號與輸入信號的相位差隨頻率變化的關系。,幅、相頻率特性和其圖像描述 幅頻特性曲線A()；相頻特性曲線 () 。 伯德圖（Bode圖） 對數(shù)幅頻特性曲線： 自變量取對數(shù)標尺；A（ ）取分貝標尺； 對數(shù)相頻特性曲線：自變量取對數(shù)標尺；（ ）取實數(shù)標尺； 乃奎斯特圖 實頻特性曲線P（） ； 虛頻特性曲線Q（） ； 乃奎斯特圖（Nyquist圖） Q（） P（）.,2.3.3 脈沖響應函數(shù),1、定義：初始條件為零的情況下，在t=0時刻，給測量系統(tǒng)輸入一單位脈沖函數(shù)x(t)=(t)。如果測量系統(tǒng)是穩(wěn)定的，那么經過一段時間后它會漸漸地又恢復到原來的平衡位置,如圖2-6所示。測量系統(tǒng)對單位脈沖輸入的響應即為脈沖響應函數(shù)。,若系統(tǒng)的輸入為單位沖激函數(shù)（t),可求出單位沖激函數(shù)的拉氏變換，即,則有,2、問題：為什么脈沖響應函數(shù)能描述測量系統(tǒng)的動態(tài)特性？ 證明： 已知,對上式兩邊取拉氏逆變換，且令 則有,上式表明，單位沖激函數(shù)的響應同樣可描述測量系統(tǒng)的動態(tài)特性，它同傳遞函數(shù)是等效的，不同的是一個在復頻域 ，一個是在時間域，通常稱h(t)為脈沖響應函數(shù)。,3、脈沖響應函數(shù)和頻率響應函數(shù)、傳遞函數(shù)的關系： x(t)輸入、y(t)輸出與系統(tǒng)脈沖響應函數(shù)h(t)三者之間的關系為,上式兩邊同取傅里葉變換，可得,如果將 代人上式，可得,結論： （1）脈沖響應函數(shù)與頻率響應函數(shù)之間是傅里葉變換和逆變換的關系； （2）脈沖響應函數(shù)與傳遞函數(shù)之間是拉普拉斯變換和拉普拉斯逆變換的關系。,2.3.4 測試環(huán)節(jié)之間的連接,1環(huán)節(jié)的串聯(lián),若一個系統(tǒng)由兩個環(huán)節(jié)串聯(lián)組成，如圖2.7(a)所示，且傳遞函數(shù)分別為 和 ，則系統(tǒng)的總傳遞函數(shù)為,類似地，對于n個環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的系統(tǒng)，有,2環(huán)節(jié)的并聯(lián),則系統(tǒng)的總傳遞函數(shù)為,對應n個環(huán)節(jié)并聯(lián)組成的系統(tǒng)，也有類似的公式，,則有,任何分母中s高于3次的高階系統(tǒng)均可視為是由多個一階、二階系統(tǒng)的并聯(lián)。也可將其轉換為若干一階、二階系統(tǒng)的串聯(lián)。,證明：,2.4 常見測量系統(tǒng)的頻率響應特性,一階系統(tǒng)的一般表達式：,2.4.1 一階系統(tǒng),(2-24),典型一階系統(tǒng)： （1）忽略質量的單自由度振動系統(tǒng)； （2）RC低通濾波電路。,式中 k彈性剛度；c阻尼系數(shù),RC低通濾波電路,忽略質量的單自由度振動系統(tǒng),系統(tǒng)的靜態(tài)靈敏度S，具有輸出/輸入的量綱。,式中： 具有時間的量綱，稱為系統(tǒng)的時間常數(shù)，一般記為。,式2-24兩邊同除以a0,可改寫為,為研究方便，將靜態(tài)靈敏度S歸一化為1，則一階系統(tǒng)的動態(tài)特性描述如下：,則一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為,對兩邊進行拉普拉斯變換，則有：,傳遞函數(shù)：,頻率響應函數(shù)：,幅頻特性：,相頻特性：,2-9,2-10,一階系統(tǒng)的特點： 當激勵頻率遠小于1/時（約1/5 )，幅頻響應才接近于1，輸出、輸入幅值幾乎相等。 當 1時，H( ) 1/j ，系統(tǒng)相當于積分器。其中A（）幾乎與激勵頻率成反比，相位滯后90度。因此一階系統(tǒng)只適用于被測量緩慢或低頻的參數(shù)。 時間常數(shù)是反映一階系統(tǒng)特性的重要參數(shù)。 1/處，幅頻特性降為原來的0.707（即3dB)，相位角滯后45o ,時間常數(shù)決定了測試系統(tǒng)適應的工作頻率范圍。 一階系統(tǒng)的伯德圖可以用一條折線近似。 1/， A（）1， 1/，20dB/10倍頻。 1/稱為轉折頻率，該點折線偏離實際曲線誤差最大（3dB)。,2.4.2 二階系統(tǒng),二階測量系統(tǒng)的微分方程通式為,典型的二階系統(tǒng)：,（2-30）,同樣令,為二階系統(tǒng)的固有頻率 ，,為系統(tǒng)阻尼比，,為系統(tǒng)的靜態(tài)靈敏度，則有,進行拉普拉斯變換得,二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為,將靜態(tài)靈敏度S歸一化為1，則二階系統(tǒng)的動態(tài)特性描述如下：,傳遞函數(shù)：,頻率響應函數(shù)：,幅頻特性 ：,相頻特性 ：,圖2.14 二階系統(tǒng)的伯德圖 圖2.15 二階系統(tǒng)的奈奎斯特圖,二階系統(tǒng)的特點： 1、當n時,A()。 2、影響二階系統(tǒng)動態(tài)特性的參數(shù)是：固有頻率n和阻尼比。在 n附近，系統(tǒng)的幅頻特性受阻尼比影響最大，當 n時，系統(tǒng)發(fā)生共振。此時，A()=1/ 2， () -90度，且不因阻尼比而改變。 3、在 n時， 接近度，輸出信號與輸入信號反相。 在靠近n區(qū)間時，() 隨頻率的變化而劇烈變化，當越小，這種變化越劇烈。 4、伯德圖可用折線近似。,2.5.1 測量系統(tǒng)對單位脈沖輸入的響應,2.5 測量試系統(tǒng)在典型輸入下的響應,測量系統(tǒng)在單位脈沖函數(shù),激勵下的響應稱為脈沖響應函數(shù),對于一階系統(tǒng)，將其傳遞函數(shù),可得脈沖響應函數(shù),進行拉普拉斯逆變換,對于二階系統(tǒng)，設其靜態(tài)靈敏度為,，傳遞函數(shù)為,進行拉普拉斯逆變換可求得脈沖響應函數(shù),實際應用過程中，一階系統(tǒng)隨著,的增加，,衰減到一定程度就可認為,系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。,二階系統(tǒng)的脈沖響應在,表現(xiàn)為一種衰減振蕩。,2.5.2 測量系統(tǒng)對單位階躍輸入的響應,一階系統(tǒng)的階躍響應(圖2.19)為,，,其拉氏變換為,二階系統(tǒng)的階躍響應(圖2.20)為,式中，,單位階躍輸入的定義為(圖2.18),結論： 單位階躍可以看成單位脈沖函數(shù)的積分，故單位階躍輸入下的輸出就是系統(tǒng)脈沖響應的積分。階躍函數(shù)可通過對系統(tǒng)突然加載或突然卸載獲得。 一階系統(tǒng)時間常數(shù)越小，系統(tǒng)到達穩(wěn)態(tài)的時間越短。即一階系統(tǒng)的時間常數(shù)越小越好； 二階系統(tǒng)的響應很大程度上決定于阻尼比和固有頻率n。 n越高，系統(tǒng)響應越快。直接影響超調量和振蕩次數(shù)。（0，超調100； 1，轉化為兩個一階系統(tǒng)串聯(lián)； 0.60.8之間，系統(tǒng)以較短時間進入穩(wěn)態(tài)誤差（25）范圍）。,2.5.3 測量系統(tǒng)對正弦輸入的響應,單位正弦輸入信號（圖2.21）為,其拉普拉斯變換為,一階系統(tǒng)的響應（圖2.22）為,式中,二階系統(tǒng)的響應（圖2.23）為,和,為二階系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性，,和,式中,是與,和,有關的系數(shù)。,圖2.21 單位正弦輸入信號 圖2.22 一階系統(tǒng)的正弦響應 圖2.23 二階系統(tǒng)的正弦響應,在正弦激勵下，一階、二階系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出也是同頻率的正弦信號，可以用不同的正弦信號去激勵測試系統(tǒng)，觀察其穩(wěn)態(tài)響應的幅值變化和相位滯后，從而得到系統(tǒng)的動態(tài)特性。這是系統(tǒng)動態(tài)標定的常用方法之一。,2.5.4 測量系統(tǒng)對任意輸入的響應,輸入x(t）分割為相鄰、持續(xù)時間t的脈沖信號； 若t足夠小， x(t）t看作在t時刻輸入脈沖信號的強度； t時刻該脈沖對系統(tǒng)輸出的貢獻量 ; t時刻系統(tǒng)的輸出為所有 的各貢獻之和，為,對t取極限，得,已知測試系統(tǒng)的脈沖響應函數(shù),，則測試系統(tǒng)的響應可表示為,圖2.24 任意輸入的響應,測試系統(tǒng)對任意輸入的響應，是輸入與系統(tǒng)脈沖響應函數(shù)的卷積。,2.6 系統(tǒng)實現(xiàn)不失真測量的條件,設測試系統(tǒng)的輸入為x(t)，若實現(xiàn)不失真測試，則該測試系統(tǒng)的輸出y(t)應滿足：,式中,信號增益；,滯后時間。,對上式取傅里葉變換得,使輸出的波形無失真地復現(xiàn)輸入波形，則測量系統(tǒng)的頻率響應H(j)應當滿足：,即：,（幅頻特性 ）,（相頻特性 ）,圖2.26 不失真測試的頻域條件,幾點說明： （1）測量系統(tǒng)必須同時滿足幅值條件和相位條件才能實現(xiàn)不失真測量。 （2）A（）不等于常數(shù)引起的失真稱為幅值失真；（）與之間的非線性關系引起的失真稱為相位失真。 （3）實際的測量系統(tǒng)既有幅值失真又有相位失真，理想精確的測量無法實現(xiàn)。只能采取一定技術手段將失真控制在一定誤差范圍內。,實際測試裝置,熟悉概念： （1）動態(tài)測量 （2）動態(tài)特性：動態(tài)測量時，測量系統(tǒng)輸出量與輸入量之間的關系； （3）動態(tài)特性描述工具：頻率響應函數(shù)。 問題： （1）A（）不等于常數(shù)為什么會產生失真？ （2）（）與之間非線性為什么會產生失真？,分析： 實際測試裝置不可能在非常寬廣的頻率范圍內滿足不失真條件，一般既有幅值失真，也有相位失真。特別是在頻率成份跨越n前、后，信號失真嚴重。 實際測試裝置，在某一頻率范圍內，也難以完全理想實現(xiàn)不失真測試，只能將波形失真限制在一定誤差范圍。為此，首先選用合適的測量裝置，在測量頻率范圍內，其幅頻、相頻特性接近不失真條件；其次，對輸入信號作必要的前置處理，濾去非信號頻帶內的噪聲。,實例：,輸入信號（振動加速度）,輸出信號（電壓）,一階系統(tǒng)不失真條件分析：,二階系統(tǒng)不失真條件分析:,2.7 測量系統(tǒng)動態(tài)特性的測試,2.7.1 階躍響應法,測量系統(tǒng)的動態(tài)標定主要是研究系統(tǒng)的動態(tài)響應，與動態(tài)響應有關的參數(shù)，一階測量系統(tǒng)只有一個時間系數(shù) ，二階測量系統(tǒng)則有固有頻率 和阻尼比 兩個參數(shù)。,階躍響應法是以階躍信號作為測試系統(tǒng)的輸入，通過對系統(tǒng)輸出響應的測試，從中計算出系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)。這種方法實質上是一種瞬態(tài)響應法。即通過對輸出響應的過渡過程來標定系統(tǒng)的動態(tài)特性。,1、一階系統(tǒng),2.7.1 階躍響應法,存在的問題： 沒有涉及響應的全過程，測量結果的可靠性僅僅取決某些個別的瞬時值，尤其是零點不好確定，其次是動態(tài)測量中存在隨機噪聲的影響，必然影響到讀數(shù)誤差。 改進方法： 一階測量系統(tǒng)的階躍響應函數(shù)為,改寫成,兩邊取對數(shù)，有,2、二階系統(tǒng),圖2.27 欠阻尼二階系統(tǒng)的階躍響應 圖2.28 欠阻尼二階系統(tǒng)的關系,方法一：,典型的欠阻尼( 1)二階測量系統(tǒng)的階躍響應函數(shù)表明，其瞬態(tài)響應是以 的圓頻率作衰減振蕩的，此圓頻率稱為有阻尼圓頻率，并記為 。,按照求極值的通用方法，可求得各振蕩峰值所對應的時間tp=0、/ 、2/ 、，將t=/ 代入單位階躍響應式，可求得最大過調量M(圖2-27)和阻尼比 之間的關系為,或,從輸出曲線上測得,后，便可以按上式求出阻尼比,。,方法二：,如果測得階躍響應有較長瞬變過程，還可利用任意兩個過調量 和 來求得阻尼比 ， 其中n為兩峰值相隔的周期（整數(shù)）。設 峰值對應的時間為ti，則峰值 對應的時間為,整理后可得,其中,超調量與阻尼比的關系如圖2.28所示。測得振蕩周期,求出系統(tǒng)的固有頻率,后，可按下式,2.7.2 頻率響應法,頻率響應法是以一組頻率可調的標準正弦信號作為系統(tǒng)的輸入，通過對系統(tǒng)輸出幅值和相位的測試，獲得系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)。這種方法實質上是一種穩(wěn)態(tài)響應法，即通過輸出的穩(wěn)態(tài)響應來標定系統(tǒng)的動態(tài)特性。,1、一階系統(tǒng),通過幅頻特性和相頻特性直接求取時間常數(shù),，即,2、二階系統(tǒng),2.8 測試系統(tǒng)抗干擾性與負載效應,2.8.1 測試系統(tǒng)的抗干擾性,測量過程中，除待測量信號外，各種不可見的、隨機的信號可能出現(xiàn)在測量系統(tǒng)中。這些信號與有用信號疊加在一起，嚴重扭曲測量結果。,一、測試系統(tǒng)的干擾源,1)電磁干擾：干擾以電磁波輻射方式經空間串入測 量系統(tǒng)。,2)信道干擾：信號在傳輸過程中，通道中各元件產 生的噪聲或非線性畸變所造成的干擾。,3)電源干擾：這是由于供電電源波動對測量電路引 起的干擾。,一般說來，良好的屏蔽及正確的接地可去除大部分的電磁波干擾。使用交流穩(wěn)壓器、隔離穩(wěn)壓器可減小供電電源波動的影響。信道干擾是測量裝置內部的干擾，可以在設計時選用低噪聲的元器件，印刷電路板設計時元件合理排放等方式來增強信道的抗干擾性。,二、供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾,由于供電電網面對各種用戶，電網上并聯(lián)著各種各樣的用電器。用電器(特別是感應性用電器，如大功率電動機)在開、關機時都會給電網帶來強度不一的電壓跳變。這種跳變的持續(xù)時間很短，人們稱之為尖峰電壓。在有大功率耗電設備的電網中，經?？梢詸z測到在供電的50Hz正弦波上疊加著有害的1000V以上的尖峰電壓。它會影響測量裝置的正常工作。,圖2.30 合理的供電系統(tǒng),三、信道通道的干擾及其抗干擾,1信道干擾的種類 (1)信道通道元器件噪聲干擾 它是由于測量通道中各種電子元器件所 產生的熱噪聲造成的。 (2)信號通道中信號的竄擾 元器件排放位置和線路板信號走向不合理會造成這種干擾。 (3)長線傳輸干擾 對于高頻信號來說，當傳輸距離與信號波長可比時，應該考慮此種干擾的影響。 2信道通道的抗干擾措施 (1)合理選用元器件和設計方案 如盡量采用低噪聲材料、放大器采用低噪聲設計、根據測量信號頻譜合理選擇濾波器等。 (2)印制電路板設計時元器件排放要合理 小信號區(qū)與大信號區(qū)要明確分開，并盡可能地遠離；輸出線與輸出線避免靠近或平行；有可能產生電磁輻射的元器件(如大電感元器件、變壓器等)盡可能地遠離輸入端；合理的接地和屏蔽。 (3)在有一定傳輸長度的信號輸出中，尤其是數(shù)字信號的傳輸可采用光耦合隔離技術、雙絞線傳輸。雙絞線可最大可能地降低電磁干擾的影響。對于遠距離的數(shù)據傳送，可采用平 衡輸出驅動器和平衡輸入的接收器。,1接地線的種類 (1)保護接地線，出于安全防護的目的將測量裝置的外殼屏蔽層接地用的地線。 (2)信號地線，它只是測量裝置的輸入與輸出的零信號電位公共線，除特別情況之外，一般與真正大地是隔絕的。信號地線分為兩種，即模擬信號地線及數(shù)字信號地線，因前者信號較弱，故對地線要求較高，而后者則要求可低些。 (3)信號源地線，它是傳感器本身的信號電位基準公共線。 (4)交流電源地線。 在測試系統(tǒng)中，上列四種地線一般應分別設置，以消除各地線之間的相互干擾。,四、接地技術,2接地方式 （1）單點接地 各單元