第三章-测量系统的基本特性.ppt

现代电子测量技术,1,第三章测量系统的基本特性,3.1概述3.2测量系统的静态特性3.3测量系统的动态特性3.4测量系统组建的基本原则,现代电子测量技术,2,3.1概述,测量系统既指众多环节组成的对被测物理量进行检测、调理、变换、显示或记录的完整系统，如含有传感器、调理电路、数据采集、微处理器或测试仪器；又指组成完整测量系统中的某一环节或单元，如传感器、调理电路、数据采集卡、测试仪器；甚至可以是单一的测量环节，如放大器、电阻分压器、RC滤波器。测量系统的特性是指系统的输入与输出的关系。已知测量系统的特性，输出可测，那么通过该特性和输出来推断导致该输出的输入量。已知测量系统特性和输入，推断和估计系统的输出量。由已知或观测系统的输入、输出，推断系统的特性。,现代电子测量技术,3,3.1概述,根据输入信号x（t）随时间变化还是不随时间而变，测量系统的基本特性分为静态特性和动态特性。这是测量系统对外呈现出的外部特性，由其内部参数及系统本身的固有属性决定。,连续时间系统,x(t),y(t),现代电子测量技术,4,3.2测量系统的静态特性,测量系统的静态特性又称“刻度特性”、“标准曲线”或“校准曲线”。当被测量处于静止状态，即测量系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，此时测量系统输入与输出之间所呈现的关系就是静态特性。y(t)=Sx(t)或简写为ySx这是理想的定常线性测量系统的静态特性表达式。对于实际的测量系统，输入与输出往往不是理想直线，其静态特性由多项式表示：y=S0+S1x+S2x2+（S0，S1，S2.常量，y输出量，x输入量）,现代电子测量技术,5,3.2.1静态特性的获得,采用定期校验等方式，在规定的工作条件下，由高精度输入量发生器给出一系列准确稳定的输入量，用高精度测量仪器测量被校测量系统的对应输出量，从而得到被校测量系统的静态特性。,3.2.2静态特性的基本参数（1）零位（点）当输入量为零时，即x=0，测量系统的输出量不为零的数值，可得零位值y=S0一般情况下，零位在测量中应设法消除。(在智能化仪表中，一般都有设置零点清除功能）,现代电子测量技术,6,（2）灵敏度灵敏度表示测量系统对输入量变化的反应能力，由静态条件下测量系统的输出变化量y与输入变化量x之比来表征。输出量的变化量ydyS=输入量的变化量xdx理想的静态量测量系统应具有单调、线性的输入输出特性，其斜率为一常数。此时，系统的灵敏度等于特性曲线的斜率。当静态特性是非线性时，灵敏度不是常数。,现代电子测量技术,7,（3）分辨力又称“灵敏度阀”。分辨力表征测量系统能够有效辨别输入量最小变化量的能力，即能引起响应量发生变化的最小激励变化量。分辨力越高，表示测量仪器对分辨输入量的微小变化的能力越强。对数字仪表来说，其分辨力相当于最小有效数字变化一个字时，其对应的输入值的变化量，也即相当于一个分度值。为了保证测量系统的测量准确度，工程上规定：测量系统的分辨力应小于允许误差的1/3、1/5或1/10。（4）量程测量系统能测量的最小输入量（上限值）与最大输入量（下限值）之间的范围称为量程。又称“满度值”，表征测量系统能够承受的最大输入量，当输入量在量程范围之内，测量系统能正常工作，反之如输入超量程，则系统将无法正常工作。,现代电子测量技术,8,越小，迟滞性能越好。,3.2.3静态特性的质量指标,（1）迟滞性也称滞后量、滞后或回程误差。表征测量系统在全量程范围内，输入量由小到大（正行程）和由大到小（反行程）两者静态特性的不一致程度。Hm同一输入量对应正反行程输出量的最大迟滞偏差YFS测量系统的满度值,现代电子测量技术,9,（2）重复性表示测量系统在同一工作条件下，按同一方向作全量程多次（三次以上）测量时，对于同一个激励量其测量结果的不一致程度。重复性误差为随机误差，引用误差表示形式为：R同一输入量对应多次循环的同向行程输出量的绝对误差。,现代电子测量技术,10,（2）重复性重复性是指标定值的分散性，是一种随机误差。因此可用随机误差的计算方法，用标准差来计算R。即,子样标准偏差,置信因子，K2时，置信度为95%；K3时，置信度为99.73%。,标定循环次数,现代电子测量技术,11,标准偏差的计算方法按贝塞尔公式计算子样标准偏差,正、反行程各标定点响应量的标准偏差,正、反行程各标定点响应量的平均值,j标定点序号，j1、2、3、m,i标定的循环次数，i1、2、3、n,yjiD、yjiI正、反行程各标定点输出值,现代电子测量技术,12,（3）线形度又称“非线性”，表示测量系统静态特性对拟合直线y=b+kx的接近程度，用非线性引用误差来表示Lm静态特性与选定拟合直线的最大拟合偏差显然，越小，系统的线性程度越好。实际工作中经常会遇到非线性较为严重的系统，此时，可以采取限制测量范围、采用非线性拟合或非线性放大器等技术措施来提高系统的线性度。,现代电子测量技术,13,（3）线形度根据拟合直线确定方法的不同，常用的线性度有理论线性度、平均选点线性度、最小二乘法线性度等。理论线性度。又称绝对线性度。拟合直线的起点为坐标原点（0,0），终点为（xFS,yFS）。最小二乘法线性度。最小二乘法是一种实验数据处理的基本方法。它给数据处理提供了一条准则，即,使用最小二乘法得到的最佳结果（或最可信赖值）应使剩余误差的平方和最小。,现代电子测量技术,14,最小二乘法线性度拟合直线的确定,设拟合直线方程通式为第j个标定点的标定值yj与拟合直线上相应值的偏差为最小二乘法拟合直线的拟合原则是使N个标定点的偏差平方和为最小值。由一阶偏导等于零可得两个方程式，解得两个未知量b和k。,现代电子测量技术,15,不同拟合方法比较,现代电子测量技术,16,第二次作业,最小二乘法在数据处理中应用十分广泛，请查找相关资料，以最小二乘法在测量中的具体应用为题，写一篇论文。,现代电子测量技术,17,（4）准确度,测量系统的准确度，俗称精度，是指测量仪器的指示量接近被测量真值的能力。准确度是重复误差和线性度等的综合。准确度可以用输出单位来表示，如温度表的准确度为0.1，但多数仪器的准确度用无量纲的百分比误差表示：,在工程应用中多以仪器的满量程百分比误差来表示，即,准确度表示测量的可信程度，准确度不高可能是由仪器本身或计量基准的不完善两方面原因造成。,现代电子测量技术,18,（4）准确度,准确度可用准确度等级指数来表征准确度等级指数a越小，表示准确度越高。准确度的简化表示通常如果未规定准确度等级指数的话，可用“精度”来表征某产品的准确程度。通常精度A由线性、迟滞和重复性之和得出这是一种粗略的简化表示。,准确度表示测量的可信程度，准确度不高可能是由仪器本身或计量基准的不完善两方面原因造成。,现代电子测量技术,19,（5）可靠性,指测量装置可在规定的时期内及在保持其运行指标不超限的情况下执行其功能的性能。平均无故障时间在标准工作条件下不间断工作，直到发生故障而失去工作能力的时间可信任概率由于元件参数的渐变而使仪表误差在给定时间内仍然保持规定限度内的概率故障率或失效率平均无故障时间的倒数,0.03%kh,现代电子测量技术,20,（6）稳定性,指在规定工作条件范围之内，在规定时间内系统或仪器性能保持不变的能力。稳定性可以进行定量的表征，主要是确定计量特性随时间变化的关系。通常可以用以下两种方式:用计量特性变化某个规定的量所需经过的时间，或用计量特性经过规定的时间所发生的变化量来进行定量表示。例如:对于标准电池，对其长期稳定性(电动势的年变化幅度)和短期稳定性(35天内电动势变化幅度)均有明确的要求；如量块尺寸的稳定性，以其规定的长度每年允许的最大变化量(微米/年)来进行考核。,2.1mV/8h,测量仪器产生不稳定的因素很多，主要原因是元器件的老化、零部件的磨损、以及使用、贮存、维护工作不仔细等所致。,现代电子测量技术,21,3.3测量系统的动态特性,在测量静态信号时，线性测量系统的输出输入特性是一条直线，二者之间有一一对应的关系，而且因为被测信号不随时间变化，所以测量和记录过程不受时间限制。在实际测量过程中，大量的被测信号是动态信号。测量系统的动态特性是指对激励（输入）的响应（输出）特性。一个动态特性好的测量系统，其输出随时间变化的规律（变化曲线），将能同时再现输入随时间变化的规律（变化曲线），即具有相同的时间函数。,现代电子测量技术,22,3.3测量系统的动态特性,测量系统基本要求测量系统应保证系统的信号输出能精确地反映输入。对于一个理想的测量系统应具有确定的输入与输出关系。其中输出与输入成线性关系时为最佳，即理想的测量系统应当是一个线性时不变系统。,现代电子测量技术,23,3.3测量系统的动态特性,测量系统动态特性描绘方法在动态测量情况下，如果输入量随时间变化时，输出量立即随之无失真地变化的话，那么这样的系统可看作是理想的。但实际的测量系统，总是存在着诸如弹性、惯性和阻尼等元件。此时，输出y不仅与输入x有关，而且还与输入量的变化速度dx/dt，加速度d2x/dt2等有关。,现代电子测量技术,24,3.3测量系统的动态特性,测量系统的数学模型微分方程从数学上可以用常系数线性微分方程表示系统的输出量y与输入量x的关系，这种方程的通式如下：式中，an、an-1、a1、a0和bm、bm-1、b1、b0均为与系统结构参数有关的常数。,现代电子测量技术,25,3.3测量系统的动态特性,在工程应用中，通常采用一些足以反映系统动态特性的函数，将系统的输出与输入联系起来。这些函数有传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数等。2.传递函数如果y(t)是时间变量t的函数，并且当t0时，y(t)=0，则它的拉普拉斯变换Y(s)的定义为,式中，,现代电子测量技术,26,3.3测量系统的动态特性,对微分方程取拉氏变换，并认为x(t)和y(t)及它们的各阶时间导数的初值t=0为零，定义输出y(t)的拉氏变换Y(s)和输入的拉氏变换X(s)之比称为传递函数，则得,上式等号右边是一个与输入x(t)无关的表达式，它只与系统结构参数有关，因而等号右边是测量系统特性的一种表达式，是一个描述测量系统转换及传递信号特性的函数。,现代电子测量技术,27,3.3测量系统的动态特性,测量系统的传递函数用H(s)表示，则得,引入传递函数概念之后，在Y(s)、X(s)、H(s)三者之中，知道任意两个，第三个便可求得。即：,现代电子测量技术,28,3.3测量系统的动态特性,传递函数的物理意义传递函数反映了测量系统的固有特性，不随输入信号、输出信号的变化而变化；不同类型的测量系统可用同一种形式的拉氏传递函数表达。,对于一个复杂的线性时不变测量系统，不需要了解其具体内容，只要给系统一个激励x(t)，得到系统对x(t)的响应y(t)，系统特性就可确定。,现代电子测量技术,29,3.3测量系统的动态特性,3.频率响应函数对于稳定的常系数线性系统，可取实部为0，即用傅里叶变换代替拉氏变换，,或,现代电子测量技术,30,3.3测量系统的动态特性,称为测量系统的频率响应函数，简称为频率响应或频率特性。频率响应是传递函数的一个特例。定义：测量系统的频率响应就是在初始条件为零时，输出的傅里叶变换与输入的傅里叶变换之比，是在“频域”对系统传递信息特性的描述。通常，频率响应函数是一个复数函数，它可用指数形式表示，即,现代电子测量技术,31,3.3测量系统的动态特性,式中，,的模，,的相角，,幅频特性,相频特性,式中，、分别为频率响应函数的实部与虚部。,现代电子测量技术,32,3.3测量系统的动态特性,由两个频率响应分别为和的定常系数线性系统串接而成的总系统，如果后一系统对前一系统没有影响，那么，描述整个系统的频率响应、幅频特性和相频特性为,常系数线性测量系统的频率响应是频率的函数，与时间、输入量无关。,如果系统为非线性的，则将与输入有关。若系统是非常系数的，则还与时间有关。,现代电子测量技术,33,3.3测量系统的动态特性,测量系统的种类和形式很多，一般可简化为一阶或二阶系统。1.典型一阶的频率响应,常见测量系统的数学模型,在工程上，一般将视为一阶测量系统的微分方程的通式，它可以改写为,现代电子测量技术,34,3.3测量系统的动态特性,式中具有时间的量纲，称为系统的时间常数，一般记为；系统的灵敏度s，具有输出/输入的量纲。,对于任意阶测量系统来说，根据灵敏度的定义，总是表示灵敏度的。由于在线性测量系统中灵敏度s为常数，在动态特性分析中，s只起着使输出量增加s倍的作用。因此，为了方便起见，在讨论任意测量系统时，都采用,归一化,现代电子测量技术,35,3.3测量系统的动态特性,灵敏度归一化后，原式写成,该测量系统的传递函数H(s)，频率特性H(jw)、幅频特性A(w)、相频特性(w)分别为,传递函数：,频率响应函数：,幅频特性：,相频特性：,现代电子测量技术,36,3.3测量系统的动态特性,动态特性参数：,从一阶系统的频率响应特性曲线可以看出，时间常数越小，频率响应特性越好。当时：，表明测量系统输出与输入为线性关系；很小，相位差与频率呈线性关系。这时，输出y(t)真实地反映输入x(t)的变化规律。,现代电子测量技术,37,3.3测量系统的动态特性,2.典型二阶的频率响应,典型二阶测量系统的微分方程通式为,传递函数：,频率响应函数：,幅频特性：,相频特性：,测量系统的固有频率,测量系统的阻尼比系数,现代电子测量技术,38,3.3测量系统的动态特性,动态特性参数：,测量系统的频率响应特性好坏，主要取决于系统的固有频率和阻尼比。,1，时，幅频特性平直，输出与输入为线性关系；很小，与为线性关系。,系统的输出y(t)真实准确地再现输入x(t)的波形，这是测试设备应有的性能。,为了使测试结果能精确地再现被测信号的波形，在传感器设计时，必须使其阻尼比1，固有频率至少应大于被测信号频率的（35）倍，即(35)。,现代电子测量技术,39,3.4测试系统集成设计原则与步骤,1被测信号的种类数据采集前，必须对所采集信号的特性有所了解，因为不同信号的测量方式和对采集系统的要求是不同的，只有了解了被测信号，才能选择合适的测量方式和采集系统配置。任意一个信号是随时间而改变的物理量。一般情况下，信号所运载的信息是很广泛的，如状态、速率、电平、形状、频率成分等。根据信号运载信息方式的不同，可以将信号分为模拟信号和数字信号。数字(二进制)信号又可分为开关信号和脉冲信号，模拟信号可分为直流信号、时域信号和频域信号。,现代电子测量技术,40,被测信号的分类及其波形(a)被测信号分类；(b)各类被测信号的波形,现代电子测量技术,41,数字信号第一类数字信号是开关信号。一个开关信号运载的信息与信号的瞬间状态有关。TTL信号就是一个开关信号。一个TTL信号如果在2.05.0V之间，就定义它为逻辑高电平；如果在00.8V之间，就定义为逻辑低电平。第二类数字信号是脉冲信号。这种信号包括一系列的状态转换，信息就包含在状态发生转化的数目、转换速率、一个转换间隔或多个转换间隔的时间里。安装在马达轴上的光学编码器的输出就是脉冲信号。有些装置需要数字输入，比如一个步进式马达就需要一系列的数字脉冲作为输入来控制位置和速度。,现代电子测量技术,42,模拟信号1.模拟直流信号模拟直流信号是静止的或变化非常缓慢的模拟信号。直流信号最重要的信息是它在给定区间内运载的信息的幅度。常见的直流信号有温度、流速、压力、应变等。,采集系统在采集模拟直流信号时，需要有足够的精度以正确测量信号电平。由于直流信号变化缓慢，用软件计时就够了，不需要使用硬件计时。,现代电子测量技术,43,2.模拟时域信号模拟时域信号与其他信号的不同在于它在运载信息时不仅有信号的电平，还有电平随时间的变化。在测量一个时域信号时，也可以说是一个波形，需要关注一些有关波形形状的特性，比如斜度、峰值等。为了测量一个时域信号，必须有一个精确的时间序列，序列的时间间隔也应该合适，以保证信号的有用部分被采集到。要以一定的速率进行测量，这个测量速率要能跟上波形的变化。,用于测量时域信号的采集系统包括一个AD转换器、一个采样时钟和一个触发器。AD转换器的分辨率要足够高，带宽要足够宽，以保证采集数据的精度和高速率采样；精确的采样时钟用于以精确的时间间隔采样；触发器使测量在恰当的时间开始。,现代电子测量技术,44,3.模拟频域信号模拟频域信号与时域信号类似。然而，从频域信号中提取的信息是基于信号的频率成分，而不是信号的形状，也不是随时间变化的特性。用于测量一个频域信号的系统必须有一个AD转换器、一个简单的时钟和一个用于精确捕捉波形的触发器。系统必须有必要的分析功能，用于从信号中提取频域信息。为了实现这样的数字信号处理，可以使用应用软件或特殊的DSP硬件来迅速而有效地分析信号。模拟频域信号也很多，比如声音信号、地球物理信号、传输信号等。上述信号分类不是互相排斥的。一个特定的信号可能运载有不只一种信息，可以用几种方式来定义信号并测量它，也可用不同类型的系统来测量同一个信号，从信号中提取出需要的各种信息。,现代电子测量技术,45,测试系统的典型结构,2测试系统的基本结构及功能,系统硬件组成,现代电子测量技术,46,2测试系统的基本结构及功能,1)微机子系统微机子系统是整个系统的核心，对整个系统起监督、管理、控制作用，例如进行复杂的信号处理、控制决策、产生特殊的测试信号、控制整个测试过程等。此外，利用微机强大的信息处理能力和高速运算能力，可实现命令识别，逻辑判断，非线性误差修正，系统动态特性的自校正，以及系统自学习、自适应、自诊断、自组织等功能。,现代电子测量技术,47,2)数据采集子系统及接口数据采集子系统及接口用于和传感器、测试元件、变送器联接，实现参数采集、选路控制、零点校正、量程自动切换等功能。被测参数由数据采集子系统收集、整理后，传送到微机子系统进行处理。,现代电子测量技术,48,3)基本I/O子系统及接口基本I/O子系统及接口用于实现人机对话，输入或修改系统参数，改变系统工作状态，输出测试结果，动态显示测控过程，实现以多种形式输出、显示、记录、报警等功能。,现代电子测量技术,49,4)通信子系统及接口通信子系统及接口用于实现本系统与其他仪器仪表、系统的通信与互联。依靠通信子系统，可根据实际问题需求灵活构造不同规模、不同用途的微机测控系统，如分布式测控系统、集散型测控系统等。通信接口的结构及设计方法与采用的总线技术、总线规范有关，例如有IEEE488(或GPIB)总线、RS232总线、STD总线、VXI总线、现场总线等。总线技术及规范不同，需要采用不同的软硬件接口实现方法及不同的技术平台支撑。,现代电子测量技术,50,5)控制子系统及接口控制子系统实现对被测控对象、被测试组件、测试信号发生器乃至系统本身和测试操作过程的自动控制。接口根据实际需要以各种形式大量存在于系统中，其作用是完成它所联接的设备之间的信号转换(如进行信号功率匹配、阻抗匹配、电平转换和匹配)和交换信号（如控制命令、状态数据信号、寻址信号等)传输、信号拾取、对信息进行必要的缓冲或锁存，增强微机自动测试系统的功能。,现代电子测量技术,51,系统软件组成设计好测试系统硬件之后，如何充分发挥微机强大的技术资源和潜力，开发友好的中文操作平台，使系统具有良好的管理与控制特性，具有良好的可用性，需要很好的软件设计技术和设计方法。设计系统软件时，要经历软件结构设计、软件编制、软件调试等过程。一般采用模块化和结构化程序设计方法，即自顶向下的设计方法，适当划分模块可提高设计与调试的效率。,现代电子测量技术,52,整个测试系统不仅要接收来自于传感器或变送器的信号，而且要接收和处理来自于控制面板的控制信号或由通信系统传来的控制命令等信号，还要求系统具有实时处理能力，能实时完成各种测控任务。因此，要合理安排程序的结构。测试系统的软件通常由监控主程序、中断服务程序、测试算法、通信与控制程序等组成。,现代电子测量技术,53,测试系统的软件组成,现代电子测量技术,54,1)初始化管理模块软件初始化包括中断安排、堆栈初始化、状态变量初始化、各软件标志初始化、系统时钟初始化、各变量存储单元初始化、系统参数初始化等。2)数据采集模块数据采集模块完成对数据采集电路的控制、测试数据的读取与存储等。3)测试算法模块测试算法模块用于非线性校正、标度变换、量程自动转换、软件抗干扰等。,现代电子测量技术,55,4)人机接口人机接口包括显示管理和键盘管理两个模块。测试结果的显示方式有模拟显示、数字显示、混合显示等。系统的键盘可采用编码键盘或软件扫描(非编码)键盘，与系统采用的微处理机类型、键盘类型等有关。5)通信与控制模块通信与控制模块实现与上位机或其他仪器仪表、其他系统的互联及通信控制。该模块的设计与系统采用的通信总线标准、通信协议、通信接口电路等因素有关。,现代电子测量技术,56,6)时钟管理模块定时电路及时钟管理在自动测试系统中必不可少，其主要用于数据采样周期定时、控制周期定时、多参数巡回显示的显示周期定时、故障监视电路的定时信号等。定时的实现有硬件、软件和软硬件结合等方法。,现代电子测量技术,57,7)故障自诊断与处理故障自诊断与处理是提高系统可靠性和可维护性的重要手段之一。主要手段有以下三种。（1）开机自检：每当电源接通或复位后，系统自动执行一次自检程序，对硬件电路进行一次测试。（2）周期性自诊断：对系统周期性地进行自诊断。（3）键控自诊断：操作人员按“自诊断”按键启动自诊断功能。,现代电子测量技术,58,8)中断管理中断管理针对系统中的各种中断源和所选用的微处理机的中断结构，设计相应的中断处理程序模块，包括中断管理模块和中断服务模块。9)监控主程序监控主程序的主要作用是及时响应来自系统或外部的各种服务请求，有效地管理系统的软硬件资源，并在系统一旦发生故障时，能及时发现和做出相应的处理。监控主程序调用功能模块，形成一个有机整体，实现对测试系统的全面管理，因此监控软件设计成为系统软件的核心。,现代电子测量技术,59,3.4测试系统集成设计原则与步骤,组建测试系统的基本原则将传感器、调理电路、数据采集系统组建为一个测试系统的基本原则是使测试系统的基本参数、静态性能及动态性能均达到预先规定的要求。组建过程中预估工作是非常重要的。预估工作就是根据对测量系统规定的参数指标要求，选择和确定系统的各个环节(包括传感器、调理电路和数据采集系统)。如果选择的环节性能过高，虽然能满足系统性能的要求，但会使成本费用过高。,现代电子测量技术,60,3.4测试系统集成设计原则与步骤,现代测试系统的设计就是根据测试任务选择组成测试系统的基本的硬件模块，如传感器、调理电路、数模转换器或数据采集卡。选择硬件模块的基本原则：测试系统的基本参数、静态性能及动态性能均达到预先规定的要求。主要指测量不确定度或测量误差、量程、分辨力或分辨率及系统的工作频带。技术先进。具体指选用的测试方法、系统构成、芯片电路先进。结构简单、成本低廉。,现代电子测量技术,61,3.4测试系统集成设计原则与步骤,3.4.1单元模块的选择与优化首先，根据对测试系统规定的要求，宏观上确定测试系统的基本构成，如传感器+信号调理+A/D转换器+单片机最小系统传感器+信号调理+数据采集卡+计算机系统数字智能传感器+单片机最小系统其次，以宏观上确定测试系统的基本构成为基础，根据要求合理选择传感器、A/D转换器或数据采集卡，完成调理电路的设计。,现代电子测量技术,62,3.4测试系统集成设计原则与步骤,3.4.1单元模块的选择与优化,环节S1代表传感器；环节S2代表调理电路。环节S3代表数据采集系统的核心单元具有采样/保持器的A/D转换器。H1(jw)和H2(jw)分别代表传感器S1与放大器S2的频率特性。,现代电子测量技术,63,3.4测试系统集成设计原则与步骤,3.4.2参数的确定与预估参数确定与预估就是根据对测试系统的要求和确定的测试系统的基本构成，确定系统各环节的基本参数、动态特性，预估系统各环节的误差极限。,现代电子测量技术,64,1基本参数的预估基本参数的预估项目主要是分辨率与量程。设测试系统总的灵敏度为S，可表示为,预估时通常按系统的精度与量程以及工作环境等要求，先确定传感器类型及其灵敏度值S1，然后再根据系统要求的分辨率(由量程及精度指标得到)确定A/D转换器的分辨率；最后，根据A/D转换器的量程与传感器的输出范围确定放大器的增益。一般要求A/D转换器的分辨率应稍高于系统要求的分辨率。如果测试系统要求的A/D转换器分辨率很高(14位以上)，可以考虑采用可编程增益放大器进行自动量程切换以达到所需的分辨率。,现代电子测量技术,65,2动态性能的确定(1)模拟部分传感器与放大器的频率特性分别为,因此，模拟部分总的频率特性H(j)为,现代电子测量技术,66,故动态幅值误差可表示为,式中,当HN(j)=HN(0)时，是信号传递功能的理想频率特性。,一般传感器为一阶或二阶系统，放大器为一阶系统。当传感器与放大器均为一阶系统时，这时动态幅值误差为,式中：1为传感器的时间常数；2为放大器的时间常数。通常放大器给出的指标是带宽fb，则。,现代电子测量技术,67,将选取的1及2代人前式，应使=2fm时满足允许值，即,5,若传感器为二阶系统，放大器为一阶系统，这时有,式中：0为传感器的固有角频率；为传感器的阻尼比。如果说明书未给出，则按=0进行预估；2为放大器的时间常数，可按带宽fb求得（2=1/(2fb)）。,现代电子测量技术,68,(2)数字部分数字部分与动态误差有关的器件指标是AD转换器的转换时间Tc、采样保持器的孔径时间TAP和孔径抖动时间TAJ。如果不采用采样保持器，在保证AD转换器转换误差不大于量化误差的条件下，被测号的频率最大值fH可表示为,式中，n为AD转换器的位数。,现代电子测量技术,69,如果上述条件不能满足，则需在AD转换器前