機械工程測繪第二章

機械工程測繪課件第二章第一頁，共五十七頁，2022年，8月28日21.測量裝置的靜態(tài)特性第一節(jié)概述測量裝置的靜態(tài)特性是通過某種意義的靜態(tài)標定過程來確定的。靜態(tài)標定過程如圖2-1所示。泉院第二頁，共五十七頁，2022年，8月28日泉院圖2-1第一節(jié)概述第三頁，共五十七頁，2022年，8月28日4測量裝置的靜態(tài)標定如圖2-2所示。第一節(jié)概述圖2-2泉院第四頁，共五十七頁，2022年，8月28日52.標準和標準傳遞第一節(jié)概述用來定量變量的儀器和技術(shù)統(tǒng)稱為標準。標準傳遞如圖2-3所示。圖2-3泉院第五頁，共五十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)概述⑴已知：⑵已知：⑶已知：

泉院3.測量裝置的動態(tài)特性對測試裝置的基本要求理想的測試裝置：單值的，確定的輸入、輸出關(guān)系且：輸出/輸入＝常值

線性關(guān)系第六頁，共五十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)概述線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)

線性系統(tǒng)：輸入:x(t)輸出：y(t)泉院特點：①無交叉項，無高次冪，無常數(shù)項；

判斷：y=ax+b②系統(tǒng)穩(wěn)定滿足③時不變線(定常)性系統(tǒng)為常數(shù)第七頁，共五十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)概述泉院線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)⑴疊加性

⑵比例性

⑶微分⑷積分：初始狀態(tài)為零：t=0時，

⑸頻率保持性：輸入為某一頻率的信號輸出必為同一頻率的信號第八頁，共五十七頁，2022年，8月28日9第一節(jié)概述4.測量裝置的負載特性測量裝置或測量系統(tǒng)：是由傳感器、測量電路、前置放大、信號調(diào)理、直到數(shù)據(jù)存儲或顯示等環(huán)節(jié)組成。當傳感器安裝到被測物體上或進入被測介質(zhì)：要從物體與介質(zhì)中吸收能量或產(chǎn)生干擾，使被測物理量偏離原有的數(shù)值，從而不可能實現(xiàn)理想的測量，這種現(xiàn)象稱為負載效應(yīng)。5.測量裝置的抗干擾性測量裝置在測量過程中要受到各種干擾：包括電源干擾、環(huán)境干擾和信道干擾。泉院第九頁，共五十七頁，2022年，8月28日

靜態(tài)測量：測量期間被測值認為是恒定第二節(jié)測量裝置的靜態(tài)特性泉院靜態(tài)特性指標：線性度靈敏度回程誤差分辨力零點漂移和靈敏度飄移第十頁，共五十七頁，2022年，8月28日11第二節(jié)測量裝置的靜態(tài)特性一、線性度泉院線性度：測量裝置輸出、輸入之間保持常比例關(guān)系的程度

線性度＝第十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日12第二節(jié)測量裝置的靜態(tài)特性二、靈敏度泉院靈敏度當測試裝置的輸入x有一增量△x，引起輸出y發(fā)生相應(yīng)的變化△y時，則定義:

理想的定常線性系統(tǒng)：

常數(shù)

S:①以擬合直線的斜率作為裝置的靈敏度②有量綱eg:彈簧mm/kgor300mv/mmX=0.01mm,y=10mm則S=10/0.01=1000此時S為“放大倍數(shù)”第十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日13第二節(jié)測量裝置的靜態(tài)特性三、回程誤差泉院四、分辨力引起測量裝置的輸出值產(chǎn)生一個可察覺變化的最小輸入量變化值稱為分辨力。第十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日14零點漂移是測量裝置的輸出偏離原始零點的距離，如圖2-6所示。第二節(jié)測量裝置的靜態(tài)特性五、零點漂移和靈敏度漂移圖2-6泉院第十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日151.傳遞函數(shù)第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性一、動態(tài)特性的數(shù)學描述初始條件為零時：泉院傳遞函數(shù)：第十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日16第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性一、動態(tài)特性的數(shù)學描述泉院H(s)的幾個特點：⑴H(s)只表達系統(tǒng)的傳輸特性與x(t)及系統(tǒng)的初始狀態(tài)無關(guān)⑵H(s)不拘泥于系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)，只反映系統(tǒng)的傳輸特性⑶H(s)反映x(t),y(t)量綱變換關(guān)系⑷穩(wěn)定系統(tǒng)：n>m第十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日2、頻率響應(yīng)函數(shù)H(w)

[穩(wěn)定]第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性泉院一、動態(tài)特性的數(shù)學描述(一)求法:

以

代入

H(s)

頻率響應(yīng)函數(shù)：

H(w)=P(w)+jQ(w)

H(jw),H(w)

因果第十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性泉院一、動態(tài)特性的數(shù)學描述穩(wěn)定輸出信號和輸入信號的幅值比穩(wěn)態(tài)輸出信號對輸入信號的相角差第十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性

泉院一、動態(tài)特性的數(shù)學描述的物理意義：表征系統(tǒng)對輸入信號中各個頻率分量的幅值的縮放能力和對相位角前后移動的能力。注意：H(w):信號輸入與穩(wěn)態(tài)輸出的關(guān)系。H(s):穩(wěn)態(tài)+瞬態(tài)。

第十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性泉院一、動態(tài)特性的數(shù)學描述

(二)、幅、相頻特性及圖像描述

1、H(w)：A(w)—w幅頻特性相頻特性2、H(w)=P(w)+jQ(w)P(w)—w實頻特性

Q(w)—w虛頻特性伯德圖奈魁斯特圖

第二十頁，共五十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性泉院一、動態(tài)特性的數(shù)學描述(三)脈沖響應(yīng)函數(shù)

當

求：y(t)=?

X(s)H(s)Y(s)

X(s)=1Y(s)＝X(s)H(s)=H(s)h(t):

裝置的傳輸特性在時域中的描述

第二十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性泉院一、動態(tài)特性的數(shù)學描述（四）環(huán)節(jié)的串、并聯(lián)前提：環(huán)節(jié)之間沒有能量的交換串聯(lián)：

X(s)H1(s)Z(s)H2(s)Y(s)第二十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性泉院一、動態(tài)特性的數(shù)學描述并聯(lián)：

x(s)H(s)H1(s)H2(s)Y1(s)Y2(s)Y(s)數(shù)學表明：任何高階系統(tǒng)（n>3）都可看成是若干個一、二階環(huán)節(jié)的串、并聯(lián)。第二十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日241.一階系統(tǒng)第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性一階系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系用一階微分方程來描述。圖2-9泉院令RC=

時間常數(shù)

第二十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日25一階系統(tǒng)的伯德圖如圖2-10所示。第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性圖2-10泉院歸一化處理:

第二十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日26奈奎斯特圖如圖2-11所示。第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性圖2-11泉院第二十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日27第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性泉院⑴當

（誤差不超過2％）

（2）當

系統(tǒng)相當于一個積分器

一階系統(tǒng)適：測緩變或低頻的被測量

第二十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日28一階系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)如圖2-13所示。第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性圖2-13泉院（3）時間常數(shù)

決定了此裝置的適用頻率范圍

一階裝置的脈沖響應(yīng)函數(shù)：

第二十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日例：求周期信號傳遞函數(shù)為的裝置后所得到的穩(wěn)定響應(yīng)？

通過解：x(t)由兩股信號組成

的裝置信號通過第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性泉院第二十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日據(jù)疊加性：x(t)的穩(wěn)態(tài)輸出y(t)為即：

第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性泉院第三十頁，共五十七頁，2022年，8月28日（二）二階系統(tǒng)動圈式電表

x(t):電流

y(t):角位移

J:轉(zhuǎn)動慣量

G:游絲的扭轉(zhuǎn)剛度

C：阻尼系數(shù)：空氣、電磁、油

Ki:電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù):有效面積、匝數(shù)、磁感應(yīng)強度。第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性泉院第三十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日令：

固有頻率阻尼比靈敏度

令：S=1

泉院第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性第三十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日幅頻特性：A(w)-w二階系統(tǒng)的特點

⑴當w<<

⑵動態(tài)特性參數(shù)：

時，共振。共振的利用：測參數(shù)：

相頻特性第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性泉院第三十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日⑶

時，

很小時，

反相，

處，

⑷恰當選擇參數(shù)

：及一般：

(0.6~0.8)

目的：獲得較小的誤差及較寬的工作頻率范圍泉院第三節(jié)測量裝置的動態(tài)特性第三十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日x(t)h(t)y(t)

X(s)H(s)Y(s)X(w)H(w)Y(w)即：系統(tǒng)的輸出就是輸入與系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)的卷積

第四節(jié)測試裝置對任意輸入的影響泉院一、系統(tǒng)對任意輸入的響應(yīng)第三十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日階躍：x(t)t<0t>0一階系統(tǒng)

①時，y(t)=0.632測τ

②一階：裝置愈好

二階系統(tǒng)：

第四節(jié)測試裝置對任意輸入的影響泉院第三十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日

①響應(yīng)快；：影響振蕩次數(shù)

②選擇范圍：0.6~0.8

偏離穩(wěn)態(tài)不到2％－5%的范圍內(nèi)

第四節(jié)測試裝置對任意輸入的影響泉院第三十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日38一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如下圖所示第四節(jié)測試裝置對任意輸入的影響二、系統(tǒng)對單位階躍輸入的響應(yīng)泉院第三十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日39二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)（ξ<1）如下圖所示第四節(jié)測試裝置對任意輸入的影響二、系統(tǒng)對單位階躍輸入的響應(yīng)泉院第三十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日泉院作業(yè)：P662-3P672-62-7謝謝大家！第四十頁，共五十七頁，2022年，8月28日41設(shè)有一個測量裝置，其輸出y（t）和輸入x（t）滿足下列關(guān)系：y（t）=A0x（t-t0）其中A0和t0都是常數(shù)第五節(jié)實現(xiàn)不失真測量的條件二、系統(tǒng)對單位階躍輸入的響應(yīng)泉院第四十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日42這種情況被認為測量裝置具有不失真測量的特性，如下圖所示。第五節(jié)實現(xiàn)不失真測量的條件二、系統(tǒng)對單位階躍輸入的響應(yīng)泉院第四十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日43通常測量裝置既會產(chǎn)生幅度失真，也會產(chǎn)生相位失真。第五節(jié)實現(xiàn)不失真測量的條件信號中不同頻率成分通過測量裝置后的輸出如下圖所示二、系統(tǒng)對單位階躍輸入的響應(yīng)泉院第四十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日44通過穩(wěn)態(tài)正弦激勵試驗可以求得裝置的動態(tài)特性。第六節(jié)測量裝置動態(tài)特性的測量一、頻率響應(yīng)法二階系統(tǒng)阻尼比的估計如下圖所示泉院第四十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日451.由一階裝置的階躍響應(yīng)求其動態(tài)特性參數(shù)一階裝置的階躍響應(yīng)表達式：第六節(jié)測量裝置動態(tài)特性的測量二、階躍響應(yīng)法泉院第四十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日462.由二階裝置的階躍響應(yīng)求其動態(tài)特性參數(shù)阻尼比ξ的計算式：第六節(jié)測量裝置動態(tài)特性的測量二、階躍響應(yīng)法泉院第四十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日47欠阻尼比二階裝置的M-ξ圖如下圖所示第六節(jié)測量裝置動態(tài)特性的測量二、階躍響應(yīng)法泉院第四十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日48負載效應(yīng)產(chǎn)生的后果，有的可以忽略，有的卻是很嚴重的，不能對其掉以輕心。直流電路中的負載效應(yīng)如圖2-27所示。第七節(jié)負載效應(yīng)一、負載效應(yīng)圖2-27泉院第四十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日49（1）提高后續(xù)環(huán)節(jié)（負載）的輸入阻抗。第七節(jié)負載效應(yīng)二、減輕負載效應(yīng)的措施（2）在原來兩個相聯(lián)接的環(huán)節(jié)之中，插入高阻抗、低輸出阻抗的放大器。（3）使用反饋或零點測量原理，使后面環(huán)節(jié)幾乎不從前環(huán)節(jié)吸取能量。泉院第四十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日50干擾竄入測量裝置有三條主要途徑如圖2-28所示第八節(jié)測量裝置的抗干擾一、測量裝置的干擾源圖2-28泉院第五十頁，共五十七頁，2022年，8月28日511.電網(wǎng)電源噪聲第八節(jié)測量裝置的抗干擾二、供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾把供電電壓跳變的持續(xù)時間Δt>1s者，稱為過壓和欠壓噪聲。供電電壓跳變的持續(xù)時間Δt<1ms者稱為尖峰噪聲。泉院第五十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日522.供電系統(tǒng)的抗干擾第八節(jié)測量裝置的抗干擾二、供電系統(tǒng)干擾及其抗干