機械工程測繪第二章

1、機械工程測繪課件第二章第1頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四21.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2頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四泉院圖2-1第一節(jié) 概述第3頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四4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4頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四52. 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統(tǒng)稱為標準。標準傳遞如圖2-3所示。圖2-3泉院第5頁，共57頁，202

2、2年，5月20日，2點56分，星期四第一節(jié) 概述 已知： 已知： 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、輸出關系 且： 輸出/輸入常值 線性關系第6頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四第一節(jié) 概述線性系統(tǒng)及其主要性質 線性系統(tǒng)：輸入:x(t) 輸出：y(t)泉院特點：無交叉項，無高次冪，無常數項； 判斷：y=ax+b系統(tǒng)穩(wěn)定滿足時不變線 (定常)性系統(tǒng)為常數第7頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四第一節(jié) 概述泉院線性系統(tǒng)及其主要性質 疊加性 比例性 微分 積分：初始狀態(tài)為零：t=0時， 頻率保持性：輸

3、入為某一頻率的信號 輸出必為同一頻率的信號第8頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四9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、信號調理、直到數據存儲或顯示等環(huán)節(jié)組成。當傳感器安裝到被測物體上或進入被測介質：要從物體與介質中吸收能量或產生干擾，使被測物理量偏離原有的數值，從而不可能實現理想的測量，這種現象稱為負載效應。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9頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四 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

4、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10頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四11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系的程度 線性度第11頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四12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)生相應的變化y時，則定義: 理想的定常線性系統(tǒng)： 常數 S: 以擬合直線的斜率作為裝置的靈敏度有量綱 eg:彈簧 mm/kg or 300mv/mm X=0.01mm,y=10mm 則 S=10/0.01=1000

5、 此時S為“放大倍數”第12頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四13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生一個可察覺變化的最小輸入量變化值稱為分辨力。第13頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四14零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14頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四151. 傳遞函數第三節(jié) 測量裝置的動態(tài)特性一、動態(tài)特性的數學描述初始條件為零時：泉院傳遞函數：第15頁，共57頁，2022年，5月20日，2

6、點56分，星期四16第三節(jié) 測量裝置的動態(tài)特性一、動態(tài)特性的數學描述泉院H(s)的幾個特點： H(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 H(s)不拘泥于系統(tǒng)的物理結構， 只反映系統(tǒng)的傳輸特性 H(s)反映x(t),y(t)量綱變換關系 穩(wěn)定系統(tǒng)：nm第16頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四2、頻率響應函數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)特性的數學描述(一)求法: 以 代入 H(s) 頻率響應函數： H(w)= P(w)+jQ(w) H(jw) ,H(w) 因果第17頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四第三節(jié) 測量

7、裝置的動態(tài)特性泉院一、動態(tài)特性的數學描述穩(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18頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四第三節(jié) 測量裝置的動態(tài)特性泉院一、動態(tài)特性的數學描述的物理意義：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)輸出的關系。H(s): 穩(wěn)態(tài) + 瞬態(tài)。 第19頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四第三節(jié) 測量裝置的動態(tài)特性泉院一、動態(tài)特性的數學描述 (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(

8、w) P(w)w 實頻特性 Q(w)w 虛頻特性伯德圖 奈魁斯特圖 第20頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四第三節(jié) 測量裝置的動態(tài)特性泉院一、動態(tài)特性的數學描述(三) 脈沖響應函數 當 求：y(t)=? X(s) H(s) Y(s) X(s)=1 Y(s)X(s)H(s)=H(s)h(t): 裝置的傳輸特性在時域中的描述 第21頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四第三節(jié) 測量裝置的動態(tài)特性泉院一、動態(tài)特性的數學描述（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22頁，共57頁，2022年，5月2

9、0日，2點56分，星期四第三節(jié) 測量裝置的動態(tài)特性泉院一、動態(tài)特性的數學描述并聯(lián)： x(s)H(s)H1(s)H2(s)Y1(s)Y2(s)Y(s)數學表明：任何高階系統(tǒng)（n3）都可看成是若干個一、二階環(huán)節(jié)的串、并聯(lián) 。第23頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四241. 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、輸出關系用一階微分方程來描述。圖2-9泉院令RC= 時間常數 第24頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四25一階系統(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

10、理: 第25頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四26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26頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四27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 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27頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四28一階系統(tǒng)的脈沖響應函數如圖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 決定了此裝置的適用頻率范圍 一階裝置的脈

11、沖響應函數： 第28頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四例：求周期信號傳遞函數為的裝置后所得到的穩(wěn)定響應？ 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29頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四據疊加性：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30頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四（二）二階系統(tǒng)動圈式電表 x(t):電流 y(t):角位移 J: 轉動慣量 G: 游絲的扭轉剛度 C：阻尼系數：空氣、電磁、油 Ki: 電磁轉矩系數: 有效面積、 匝數、磁感應強度。第三節(jié) 測量裝置

12、的動態(tài)特性泉院第31頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四令： 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32頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四幅頻特性：A(w)-w二階系統(tǒng)的特點 當w 動態(tài)特性參數： 時，共振。共振的利用：測參數： 相頻特性第三節(jié) 測量裝置的動態(tài)特性泉院第33頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四 時， 很小 時， 反相， 處， 恰當選擇參數 ：及 一般： (0.60.8) 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34頁，共57頁，2022年，5月20日，

13、2點56分，星期四x(t)h(t)y(t) X(s) H(s) Y(s) X(w) H(w) Y(w) 即：系統(tǒng)的輸出就是輸入與系統(tǒng)的脈沖響應函數的卷積 第四節(jié) 測試裝置對任意輸入的影響泉院一、系統(tǒng)對任意輸入的響應第35頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四階躍：x(t)t0一階系統(tǒng) 時，y(t)=0.632 測 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36頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四 響應快；：影響振蕩次數 選擇范圍：0.60.8 偏離穩(wěn)態(tài)不到25%的范圍內 第四節(jié) 測試裝置對任意輸入的影響泉院第37頁，共57頁，202

14、2年，5月20日，2點56分，星期四38一階系統(tǒng)的單位階躍響應如下圖所示第四節(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泉院第38頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四39二階系統(tǒng)的單位階躍響應（1s者，稱為過壓和欠壓噪聲。供電電壓跳變的持續(xù)時間t1ms者稱為尖峰噪聲。泉院第51頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四522. 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)干擾及其抗干擾供電系統(tǒng)常采用的幾種抗干擾措施：（1） 交流穩(wěn)壓器（2） 隔離穩(wěn)壓器（3） 低通濾波器（4） 獨立功能塊單獨供電。合理的供電系如下所示。泉院第52頁，共57頁

15、，2022年，5月20日，2點56分，星期四531. 信道干擾的種類第八節(jié) 測量裝置的抗干擾三、信道通道的干擾及其抗干擾（1） 信道通道元器件噪聲干擾（2） 信號通道中信號的竄擾（3） 長線傳輸干擾2. 信道通道的抗干擾措施（1） 合理選用元器件和設計方案（2） 印制電路板設計時元器件排放要合理（ 3） 在有一定傳輸長度的信號輸出中，尤其是數字信號的傳輸可采用 光耦合隔離技術、雙絞線傳輸。泉院第53頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四541. 單點接地第八節(jié) 測量裝置的抗干擾四、接地設計單點接地如圖2-30所示圖2-30泉院第54頁，共57頁，2022年，5月20日，2點56分，星期四5