第1章 电子测量的基本概念-3.ppt

第1章 电子测量的基本概念 1.4 测量系统 1.4.1 电子测量的对象——信号与系统 1.4.2 静态、稳态和动态测量 1.4.3 测量系统的静态特性 1.4.4 测量系统的动态特性 1.4.1.1 信号的特性 1.信号的时间特性 时间特性：反映在信号随时间变化的波形上，包括信号出现时间的先后、持续时间的长短、重复周期的大小、随时间变化速率的快慢、幅度的大小等等。 2.频率特性 频率特性：一个复杂信号可以分解成许多不同频率的正弦分量，将各个正弦分量的幅度和相位分别按频率高低依次排列就成为频谱。 3.信号的空间分布结构 许多信号，既具有时间特性、也还具有空间特性 例如描述大气压随海拔高度变化的信号，其自变量表示海拔高度；描述飞机机翼上应变分布的信号，其自变量表示结构尺寸； 1.4.1.2 系统的基本概念 信号的产生、传输、处理、存储和再现都需要一定的物理装置，这种装置通常就称为系统。 从一般意义讲，系统是由若干相互依赖、相互作用的事物组合而成的具有特定功能的整体。 1.系统的外部特性 即系统的输入与输出之间的关系或系统的功能。 1.4.1.2 系统的基本概念（续） 2.系统的内部结构 测量系统的外部特性是由其内部参数也即系统本身的固有属性决定。 系统模型指系统物理特性的数学抽象，即以数学表达式或具有理想特性的符号组合图形来表征系统的输入-输出特性 1.4.2 静态、稳态和动态测量 1.静态测量与动态测量的基本概念 静态测量：对不随时间变化的（静止的）物理量进行的测量 动态测量：对随时间不断变化的物理量进行的测量。 在电子测量中常见的动态信号有两种： ①幅值随时间变化的信号： 指非周期性信号、幅值瞬变或跃变信号 ； ②频率随时间变化的信号： 指正弦波扫频信号或频率瞬变的周期性信号 。 1.4.2 静态、稳态和动态测量（续） 2.静态、稳态和动态测量的基本方法 ①静态（直流）测试技术 测量原理、方法、手段最简单，测量过程不受时间限制，测量系统的输出与输入二者之间有着简单的一一对应的关系和理想的特性，而测量精度也最高。 ②稳态（交流）测试技术：正弦测试技术 用幅值随时间按正弦规律变化的电信号（最简单的周期性信号）作被测系统的激励，然后观测在此激励下的输出响应，以频率为变量对被测线性系统进行测量。 正弦测试技术可以测线性系统的稳态参数，线性系统的稳态参量是指系统的阻抗、增益或损耗、相移、群延迟和非线性失真度，以及这些参量随频率变化的情况 1.4.2 静态、稳态和动态测量 ③动态（脉冲）测试技术， 自然界存在大量瞬变冲激的物理现象，如力学中的爆炸、冲击、碰撞等，电学中的放电、闪电、雷击等，对这类随时间瞬变对象进行测量，称为动态测量和瞬态测量。 瞬态测试技术有两种方式： 一种是测量有源量（信号参量），测量幅值随时间呈非周期形变化（突变、瞬变）的电信号； 另一种是测量无源量（系统或元器件参量），是以最典型的脉冲或阶跃信号作被测系统的激励，观察系统的输出响应（随时间的变化关系），即研究被测系统的瞬态特性。 1.4.3 测试系统的静态特性 1.4.3.1 测试系统的静态特性和动态特性概述 测量系统的基本特性可由其输入、输出的关系来表征，它是测量系统所呈现出的外部特性，并由其内部参数也即系统本身的固有属性所决定。 测量系统的基本特性可分为两类： 一类被测量是静止不变或变化极缓慢的情况，此时工作在静止状态下的测量系统，其输入与输出量间的函数关系，称为测量系统的静态特性； 另一类是被测量不断变化的情况，此时，工作在动态下的测量系统其输入量与输出量间的函数关系称为测量系统的动态特性。 1.4.3 测量系统的静态特性指标 1.静态特性的数学模型 非线性时： 1.4.3 测量系统的静态特性指标（续） 2.静态特性的基本参数 （1）零位（零点） 当输入量为零x=0时，测量 系统的输出量不为零的数值 零位值为 零位值应设法从测量结果中消除。例如可以通过测量系统的调零机构或者由软件扣除。 1.4.3 测量系统的静态特性指标（续） （2）灵敏度 是描述测量系统对输入量变化反应的能力。 灵敏度： 当静态特性为一直线时，直线的斜率即为灵敏度，且为一常数 1.4.3 测量系统的静态特性指标（续） 多级测量系统的灵敏度 若测量系统是由灵敏度分别为S1，S2，S3等多个相互独立的环节组成时，测量系统的总灵敏度S为 1.4.3 测量系统的静态特性指标（续） （3）分辨力 又称灵敏度阈，它表征测量系统有效辨别输入量的最小变化量的能力。 对模拟式测量系统，其分辨力一般为最小分度值的1/2～1/