机械工程测试技术教学课件作者许同乐第二章测量系统课件.ppt

★一阶系统不失真条件分析： ★二阶系统不失真条件分析: 2.7 测量系统动态特性的测试 2.7.1 阶跃响应法 测量系统的动态标定主要是研究系统的动态响应，与动态响应有关的参数，一阶测量系统只有一个时间系数 ，二阶测量系统则有固有频率 和阻尼比 两个参数。 阶跃响应法是以阶跃信号作为测试系统的输入，通过对系统输出响应的测试，从中计算出系统的动态特性参数。这种方法实质上是一种瞬态响应法。即通过对输出响应的过渡过程来标定系统的动态特性。 1、一阶系统 对于一阶测量系统，测得阶跃响应后，取输出值达到最终值63.2%所经过的时间作为时间常数 。 2.7.1 阶跃响应法 ★存在的问题： 没有涉及响应的全过程，测量结果的可靠性仅仅取决某些个别的瞬时值，尤其是零点不好确定，其次是动态测量中存在随机噪声的影响，必然影响到读数误差。 ★ 改进方法： 一阶测量系统的阶跃响应函数为 改写成 两边取对数，有 上式表明： 与时间t成线性关系， 根据测得 值作出 与 的关系曲线， 求出直线的斜率，即可确定 。 时间常数 2、二阶系统 图2.27 欠阻尼二阶系统的阶跃响应 图2.28 欠阻尼二阶系统的关系 方法一： 典型的欠阻尼( 1)二阶测量系统的阶跃响应函数表明，其瞬态响应是以 的圆频率作衰减振荡的，此圆频率称为有阻尼圆频率，并记为 。 按照求极值的通用方法，可求得各振荡峰值所对应的时间tp=0、π/ 、2π/ 、…，将t=π/ 代入单位阶跃响应式，可求得最大过调量M(图2-27)和阻尼比 之间的关系为 或 从输出曲线上测得 后，便可以按上式求出阻尼比 。 方法二： 如果测得阶跃响应有较长瞬变过程，还可利用任意两个过调量 和 来求得阻尼比 ， 其中n为两峰值相隔的周期（整数）。设 峰值对应的时间为ti，则峰值 对应的时间为 将 和 代入阶跃响应函数，有 整理后可得 其中 超调量与阻尼比的关系如图2.28所示。测得振荡周期 求出系统的固有频率 后，可按下式 2.7.2 频率响应法 频率响应法是以一组频率可调的标准正弦信号作为系统的输入，通过对系统输出幅值和相位的测试，获得系统的动态特性参数。这种方法实质上是一种稳态响应法，即通过输出的稳态响应来标定系统的动态特性。 1、一阶系统 通过幅频特性和相频特性直接求取时间常数 ，即 2、二阶系统 图2.29 二阶系统阻尼比的估计 2.8 测试系统抗干扰性与负载效应 2.8.1 测试系统的抗干扰性 测量过程中，除待测量信号外，各种不可见的、随机的信号可能出现在测量系统中。这些信号与有用信号叠加在一起，严重扭曲测量结果。 测量系统 信 道 干 扰 电 磁 干 扰 电 源 干 扰 一、测试系统的干扰源 1)电磁干扰：干扰以电磁波辐射方式经空间串入测 量系统。 2)信道干扰：信号在传输过程中，通道中各元件产 生的噪声或非线性畸变所造成的干扰。 3)电源干扰：这是由于供电电源波动对测量电路引 起的干扰。 一般说来，良好的屏蔽及正确的接地可去除大部分的电磁波干扰。使用交流稳压器、隔离稳压器可减小供电电源波动的影响。信道干扰是测量装置内部的干扰，可以在设计时选用低噪声的元器件，印刷电路板设计时元件合理排放等方式来增强信道的抗干扰性。 二、供电系统干扰及其抗干扰 由于供电电网面对各种用户，电网上并联着各种各样的用电器。用电器(特别是感应性用电器，如大功率电动机)在开、关机时都会给电网带来强度不一的电压跳变。这种跳变的持续时间很短，人们称之为尖峰电压。在有大功率耗电设备的电网中，经常可以检测到在供电的50Hz正弦波上叠加着有害的1000V以上的尖峰电压。它会影响测量装置的正常工作。 电网电源噪声 供电系统的抗干扰 测 量 系 统 交流稳压器 隔离稳压器 低通滤波器它可滤去大于 50Hz市电基波的高频干扰 独立功能块单独供电 图2.30 合理的供电系统 三、信道通道的干扰及其抗干扰 1．信道干扰的种类 (1)信道通道元器件噪声干扰 它是由于测量通道中各种电子元器件所 产生的热噪声造成的。 (2)信号通道中信号的窜扰 元器件排放位置和线路板信号走向不合理会造成这种干扰。 (3)长线传输干扰 对于高频信号来说，当传输距离与信号波长可比时，应该考虑