機(jī)械工程測(cè)繪第二章

機(jī)械工程測(cè)繪課件第二章第一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日21.測(cè)量裝置的靜態(tài)特性第一節(jié)概述測(cè)量裝置的靜態(tài)特性是通過某種意義的靜態(tài)標(biāo)定過程來確定的。靜態(tài)標(biāo)定過程如圖2-1所示。泉院第二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日泉院圖2-1第一節(jié)概述第三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日4測(cè)量裝置的靜態(tài)標(biāo)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，編輯于2023年，星期日52.標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)傳遞如圖2-3所示。圖2-3泉院第五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)概述⑴已知：⑵已知：⑶已知：

泉院3.測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性對(duì)測(cè)試裝置的基本要求理想的測(cè)試裝置：?jiǎn)沃档?，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，編輯于2023年，星期日第一節(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(diǎn)：①無交叉項(xiàng)，無高次冪，無常數(shù)項(xiàng)；

判斷：y=ax+b②系統(tǒng)穩(wěn)定滿足③時(shí)不變線(定常)性系統(tǒng)為常數(shù)第七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第一節(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(shí)，

⑸頻率保持性：輸入為某一頻率的信號(hào)輸出必為同一頻率的信號(hào)第八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日9第一節(jié)概述4.測(cè)量裝置的負(fù)載特性測(cè)量裝置或測(cè)量系統(tǒng)：是由傳感器、測(cè)量電路、前置放大、信號(hào)調(diào)理、直到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或顯示等環(huán)節(jié)組成。當(dāng)傳感器安裝到被測(cè)物體上或進(jìn)入被測(cè)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(cè)物理量偏離原有的數(shù)值，從而不可能實(shí)現(xiàn)理想的測(cè)量，這種現(xiàn)象稱為負(fù)載效應(yīng)。5.測(cè)量裝置的抗干擾性測(cè)量裝置在測(cè)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，編輯于2023年，星期日

靜態(tài)測(cè)量：測(cè)量期間被測(cè)值認(rèn)為是恒定第二節(jié)測(cè)量裝置的靜態(tài)特性泉院靜態(tài)特性指標(biāo)：線性度靈敏度回程誤差分辨力零點(diǎn)漂移和靈敏度飄移第十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日11第二節(jié)測(cè)量裝置的靜態(tài)特性一、線性度泉院線性度：測(cè)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，編輯于2023年，星期日12第二節(jié)測(cè)量裝置的靜態(tài)特性二、靈敏度泉院靈敏度當(dāng)測(cè)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(shí)，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(shí)S為“放大倍數(shù)”第十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日13第二節(jié)測(cè)量裝置的靜態(tài)特性三、回程誤差泉院四、分辨力引起測(cè)量裝置的輸出值產(chǎn)生一個(gè)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，編輯于2023年，星期日14零點(diǎn)漂移是測(cè)量裝置的輸出偏離原始零點(diǎn)的距離，如圖2-6所示。第二節(jié)測(cè)量裝置的靜態(tài)特性五、零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移圖2-6泉院第十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日151.傳遞函數(shù)第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性一、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述初始條件為零時(shí)：泉院傳遞函數(shù)：第十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日16第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性一、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述泉院H(s)的幾個(gè)特點(diǎn)：⑴H(s)只表達(dá)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，編輯于2023年，星期日2、頻率響應(yīng)函數(shù)H(w)

[穩(wěn)定]第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性泉院一、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)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，編輯于2023年，星期日第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性泉院一、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述穩(wěn)定輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的幅值比穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的相角差第十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性

泉院一、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述的物理意義：表征系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)中各個(gè)頻率分量的幅值的縮放能力和對(duì)相位角前后移動(dòng)的能力。注意：H(w):信號(hào)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，編輯于2023年，星期日第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性泉院一、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)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(shí)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，編輯于2023年，星期日第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性泉院一、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述(三)脈沖響應(yīng)函數(shù)

當(dāng)

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(shí)域中的描述

第二十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性泉院一、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)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，編輯于2023年，星期日第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性泉院一、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述并聯(lián)：

x(s)H(s)H1(s)H2(s)Y1(s)Y2(s)Y(s)數(shù)學(xué)表明：任何高階系統(tǒng)（n>3）都可看成是若干個(gè)一、二階環(huán)節(jié)的串、并聯(lián)。第二十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日241.一階系統(tǒng)第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)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(shí)間常數(shù)

第二十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日25一階系統(tǒng)的伯德圖如圖2-10所示。第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)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，編輯于2023年，星期日26奈奎斯特圖如圖2-11所示。第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)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，編輯于2023年，星期日27第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性泉院⑴當(dāng)

（誤差不超過2％）

（2）當(dāng)

系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)積分器

一階系統(tǒng)適：測(cè)緩變或低頻的被測(cè)量

第二十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日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(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性圖2-13泉院（3）時(shí)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，編輯于2023年，星期日例：求周期信號(hào)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(hào)組成

的裝置信號(hào)通過第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性泉院第二十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日據(jù)疊加性：x(t)的穩(wěn)態(tài)輸出y(t)為即：

第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性泉院第三十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日（二）二階系統(tǒng)動(dòng)圈式電表

x(t):電流

y(t):角位移

J:轉(zhuǎn)動(dòng)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(qiáng)度。第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性泉院第三十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日令：

固有頻率阻尼比靈敏度

令：S=1

泉院第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性第三十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日幅頻特性：A(w)-w二階系統(tǒng)的特點(diǎn)

⑴當(dāng)w<<

⑵動(dòng)態(tài)特性參數(shù)：

時(shí)，共振。共振的利用：測(cè)參數(shù)：

相頻特性第三節(jié)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性泉院第三十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日⑶

時(shí)，

很小時(shí)，

反相，

處，

⑷恰當(dāng)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(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性第三十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日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(cè)試裝置對(duì)任意輸入的影響泉院一、系統(tǒng)對(duì)任意輸入的響應(yīng)第三十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日階躍：x(t)t<0t>0一階系統(tǒng)

①時(shí)，y(t)=0.632測(cè)τ

②一階：裝置愈好

二階系統(tǒng)：

第四節(jié)測(cè)試裝置對(duì)任意輸入的影響泉院第三十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日

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(cè)試裝置對(duì)任意輸入的影響泉院第三十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日38一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如下圖所示第四節(jié)測(cè)試裝置對(duì)任意輸入的影響二、系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)泉院第三十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日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(cè)試裝置對(duì)任意輸入的影響二、系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)泉院第三十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日泉院作業(yè)：P662-3P672-62-7謝謝大家！第四十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日41設(shè)有一個(gè)測(cè)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(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件二、系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)泉院第四十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日42這種情況被認(rèn)為測(cè)量裝置具有不失真測(cè)量的特性，如下圖所示。第五節(jié)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件二、系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)泉院第四十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日43通常測(cè)量裝置既會(huì)產(chǎn)生幅度失真，也會(huì)產(chǎn)生相位失真。第五節(jié)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件信號(hào)中不同頻率成分通過測(cè)量裝置后的輸出如下圖所示二、系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)泉院第四十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日44通過穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)試驗(yàn)可以求得裝置的動(dòng)態(tài)特性。第六節(jié)測(cè)量裝置動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量一、頻率響應(yīng)法二階系統(tǒng)阻尼比的估計(jì)如下圖所示泉院第四十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日451.由一階裝置的階躍響應(yīng)求其動(dòng)態(tài)特性參數(shù)一階裝置的階躍響應(yīng)表達(dá)式：第六節(jié)測(cè)量裝置動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量二、階躍響應(yīng)法泉院第四十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日462.由二階裝置的階躍響應(yīng)求其動(dòng)態(tài)特性參數(shù)阻尼比ξ的計(jì)算式：第六節(jié)測(cè)量裝置動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量二、階躍響應(yīng)法泉院第四十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日47欠阻尼比二階裝置的M-ξ圖如下圖所示第六節(jié)測(cè)量裝置動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量二、階躍響應(yīng)法泉院第四十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日48負(fù)載效應(yīng)產(chǎn)生的后果，有的可以忽略，有的卻是很嚴(yán)重的，不能對(duì)其掉以輕心。直流電路中的負(fù)載效應(yīng)如圖2-27所示。第七節(jié)負(fù)載效應(yīng)一、負(fù)載效應(yīng)圖2-27泉院第四十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日49（1）提高后續(xù)環(huán)節(jié)（負(fù)載）的輸入阻抗。第七節(jié)負(fù)載效應(yīng)二、減輕負(fù)載效應(yīng)的措施（2）在原來兩個(gè)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(diǎn)測(cè)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，編輯于2023年，星期日50干擾竄入測(cè)量裝置有三條主要途徑如圖2-28所示第八節(jié)測(cè)量裝置的抗干擾一、測(cè)量裝置的干擾源圖2-28泉院第五十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日511.電網(wǎng)電源噪聲第八節(jié)測(cè)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(shí)間Δt>1s者，稱為過壓和欠壓噪聲。供電電壓跳變的持續(xù)時(shí)間Δt<1ms者稱為尖峰噪聲。泉院第五十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日522.供電系統(tǒng)的抗干擾第八節(jié)測(cè)量裝置的抗干擾二、供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾