水利工程实验技能partIII

1、Part Tianjin UniversiTy 五、地形测量 1.光电式地形仪 光电式地形仪是利用淤积物的阻光作用获得淤积 面信号的，光电式地形仪传感器结构形式如下图 所示。 Tianjin UniversiTy 传感器用两束导光纤维，一束为发射纤维束，另一束 为接受纤维束，当传感器接触到淤积面时，由于发射 光线被淤积物遮挡，透光性能减弱，光敏三极管输出 电流陡然下降，从而获得淤积面讯号。由于光电式地 形仪是利用淤积物的阻光作用实现地形测量的，因此 它会破坏局部地形。 Tianjin UniversiTy 2.电阻式地形仪 电阻式地形仪是利用水中和淤积物中电阻的差异来 确定淤积地形的。传感器结

2、构如下图所示。 Tianjin UniversiTy 传感器由两根不锈钢针构成，钢针间的电阻随介质而 变化，由于水中的电阻较小，而当探头退到淤积面时 ，电阻突然加大，从而获得淤积面信号。电阻式地形 仪为接触式地形仪，对局部地形有一定破坏作用。电 阻式地形仪在高含沙水体中，由于电阻变化不明显， 分辨率较差。 Tianjin UniversiTy 3.超声波地形仪 超声波地形仪利用超声波回波反射原理，测定模型河 床表面到水面的垂直距离。工作时，安装在水面的超 声波地形仪脉冲换能器向模型河床表面发射超声波， 超声波到达河床表面后反射回来，被换能器接收，如 下图所示。 Tianjin Universi

3、Ty 只要测出超声波从发射到反射回来所经历的时间， 即可求得探头至床面的距离，即 式中： 超声波在水中的传播速度； 超声波从发射到反射回来所经过的时间 超声波地形仪为非接触式地形仪，不破坏地形的自 然状态，但在含沙浓度较大，界面为极细的冲於 层，河床表面倾斜度大于30等条件下均不能用 。 Tianjin UniversiTy 4.跟踪式地形仪 跟踪式地形仪是利用平衡电桥的基本原理，将探头 预置在床面以上一定距离，当探头偏离预设位置 时，电流发生变化，电桥失去平衡，从而通过控 制电路驱动伺服电机，使探头返回预设位置，使 探头与床面始终保持预设的距离。 Tianjin UniversiTy 跟踪式

4、地形仪探头一般架设在自控测桥上，自控测桥由测桥、 测量车、记录器等组成。测桥一般采用变形小、重量轻的玻 璃钢或铝材制作，测桥上设置电子坐标尺，电子坐标尺的输 出电压与测量车在测桥上的位置一一对应。测量车配备同步 电机，可在测桥上连续行走，其上安装跟踪式界面仪，探测 采用非接触式传感器，其输出电压与界面高程呈线性关系， 由计算机控制沿测桥运动。跟踪式地形仪可同时记录测点的 三维坐标，自动绘制出地形剖面图。 Tianjin UniversiTy Tianjin UniversiTy 六、试验资料的统计和数据处理 1.试验资料的数值运算 （1）有效数字 任何一种量测仪器，由其量测精度所限，最后从显

5、示或记录装置所得到读数的位数都是有限的，不 可能读到超出其精度的更多的位数，当然也不能 任意增加其记录数据的位数，未经测定而增加的 数（包括“0”在内）是无效的。有效数字是经过 测定的数字，有效数的个数为有效位数。 Tianjin UniversiTy 例如测得玻璃水槽的宽度是44.5cm，三个数字（4 、4、5）都是有效数，或说有效位数是3，这就 说明水槽宽度的测量结果比44.4和44.6cm都可靠 。如改进了测量仪器，提高了测量精度，测得槽 宽为44.50cm，那么有效位数就是4，则水槽宽度 比44.49cm和44.51cm都可靠，说明大大提高了精 度。 Tianjin UniversiT

6、y 有效位数和数的精度有密切关系，必须注意和谐一 致，因此，有效数字最好能明确地表示出来。例 如一条明渠的长度为1200m，则看不出有效数是 几位，末尾两个“0”，若是经过测定，则是有效 数；若仅是为了定位而用，则是无效数。若记为 12102，或12.0102，或12.00102m，这样 表示就明确了其有效位数，分别代表有效位数是2 ，3，4位。总之，小数点右面末尾的0，如经测 定，应予记载，不可任意遗漏，未经测定，也不 易虚设。 Tianjin UniversiTy （2）数值运算及其误差分析 1）舍入规则 由测量仪器测取的数据，是通过舍入而读取的一定 位数的读数值，这些都是“约数”。约数的

7、末位 数，称为“可疑位”。如须取齐许多约数的小数 点以后的位数，则保留位以后的位数称为“可疑 位”，就不一定以一位为限。由舍入而造成的误 差称为舍入误差。为了使正负舍入误差出现的机 会大致均等，目前普通采用的舍入规则为： Tianjin UniversiTy 1、可疑位小于保留位的半个单位时，舍去可疑位时 ，保留位不变； 2、可疑位大于保留位的半个单位时，舍去可疑位时 ，保留位加1； 3、可疑位刚好等于保留位的半个单位时，保留位一 律取齐为偶数，即保留位为奇数（1、3、5、7、 9）时，舍入可疑位，保留位加1而为偶数，保留 位为偶数（0、2、4、6、8）时，舍去可疑位， 保留位不变。 Tian

8、jin UniversiTy 例1 下列诸数按上述舍入规则，取齐至小数点以后 一位： 1.449 取齐为1.4 1.451 取齐为1.5 1.450 取齐为1.4 1.350 取齐为1.4 Tianjin UniversiTy 2）数值运算的误差分析 若将准确值记为 、 、，相应的近似值记为 、 、，误差记为 、 、，用准确值进行 计算所得到的准确结果记为 ，用近似值进行计 算所得到的近似结果记为 ，相应误差记为 ， 则这种运算的误差表示式如下： 1、加减 估计误差 的限界为 Tianjin UniversiTy 2、乘法 用类似的推导，并略去 的乘积项后，可得乘 法的相对误差表示为 其相对误

9、差的限界为 3、除法 结果同乘法， 、 、乘除的相对误差等于或小于 其本身相对误差绝对值之和。 Tianjin UniversiTy 4、乘幂与方根 若 （0），则其相对误差为 的m次乘方的相对误差等于 本身相对误差的m倍 ， 的n次方根的相对误差则等于 本身相对误差的 1/n。 Tianjin UniversiTy 3）数值运算 对约数进行运算时，不必对其数值尽量多地取位数，这是不合理 的运算方法，不仅繁复，且易出错。合理的运算原则如下 1、加减，先对各数转化成同一单位，将小数点一律对齐，决定 出最右一个可疑位，再将各数较此可疑位多保留一位，加减后 得出结果，再将末一位舍入，仍取齐成与最右一

10、个可疑位相同 的最后结果。 例2 将58.96、4.081、0.4321、0.03755四数相加。 由58.96知可疑位为小数点后第二位，它可能有0.005的误差，因 此和数最多能准确到小数点后面第二位，小数点后面第三位及 以后各位均不可靠，运算时多保留一位，目的是为了不因舍入 误差而严重影响运算结果的精度，即 58.96+4.081+0.432+0.038=63.511 最后取和数为63.51。 Tianjin UniversiTy 2、乘除，先定出有效位数为最小的一数，其余各数 的有效位数可暂时多保留一位，然后照常法乘除 ，将所得乘积或商数的有效位数仍改为和有效位 数最小的一数的位数相同。

11、 例3 （458.161.72）/5.4423 在此例的几个作乘除运算的数字中，数字有效位数 最少的一数为1.72，其余各数可比它多保留一位 （与小数点的位置无关），最后仍取有效位数为 三位，其运算式为 （458.21.72）/5.442=145 Tianjin UniversiTy 3、乘幂，约数的乘幂所取的位数，不宜超过原数的有 效位数，其幂次越高，误差越大。 例4 从1.2512=1.565,1.25052=1.5638,1.25152=1.5663 的结果看，取平方后剩下三位有效数字。 又从1.25110=9.388，1.250510=9.3505， 1.251510=9.4256的结

12、果看，取10次方后只剩下两位 有效数字。 4、开方根，约数的开方根至少可取原数有效位相同的 位数，其开方的次数越高，误差越小。 例5 从 ， ， 的 运算结果看，7.268都可看作有效数字，其有效位数 和原数相同。 Tianjin UniversiTy 统计理论的一些基本知识 数理统计为实验数据的整理与分析提供了理论根据和数学工具 ，这里将介绍一些数理统计的基础知识及实际应用。 （1）基本概念 频率与概率，在一定条件下重复进行某种实验，事件A发生的次 数m和实验的总次数n之比（m/n），称为事件A的频率。随 着实验次数的增多，事件A发生的概率总是围绕着某一固定 的数值而摆动，称这一数值为事件A

13、的概率，并记为P(A)。 一般称具有确定概率的事件为随机事件。 由频率及概率的定义可知，无论在什么情况下，随机事件的概 率（或频率）总是符合 显然，若一事件在一定的条件下必定发生时，即为必然事件， 它的概率P(A) =1；反之，为必定不发生事件，即为不可能事 件，它的概率P(A) =0 。 Tianjin UniversiTy 数字特征 1、平均值，反映随机数据的平均值 2、均方值，反映随机数据的强度 3、方差， 4、均方差（标准差） 3）正态分布 Tianjin UniversiTy 试验资料的精度与审定 （1）测定误差，对一物理量（如水位、流量）进行测 量，尽管是一常量，进行多次测量的结果

14、，数值并 不完全相同，这就说明，在观测数据中总存在实验 误差，其测量结果与其真实值之间的差异，称为测 定误差。测定误差可分为系统误差、过失误差与偶 然误差三种。 系统误差是一种固定的或服从于一定函数规律变化的 误差。可用下式说明系统误差，即 系统误差=平均值真实值 Tianjin UniversiTy 对压力脉动传感器的率定和用补偿措施以消除温度的影 响，测针零点定期校测等，都是为了消除系统误差。 系统误差影响实验成果的正确度。对某量虽在同一条 件下重复测量多次并不能发现系统误差，只有改变形 成系统误差根源的条件，才能发现系统误差。 过失误差是指读错数或记错记录所造成的误差。又如压 力脉动示波

15、图由于某种原因，使几条记录线参混在一 起分辨不清造成的误差等。 偶然误差为除去上述两种误差之外的误差。它是由于仪 器的灵敏度，环境条件（如温度等）的波动产生的误 差。 Tianjin UniversiTy 在实验的量测工作中，对量测仪器和记录仪器必须定 期进行校正和检验，尽量消除系统误差；读数、记录 要细心复核，以消除过失误差。一般来说，偶然误差 是不可避免的。 对于偶然误差，由实践可知，在同样的条件下，对某 物理量进行多次重复测量，会发现测定值常是围绕着 一数值左右摆动。对每一测定值来说，可用下式来说 明它与平均值及偶然误差之间的关系 测定值=平均值+偶然误差 式中平均值为一常数；偶然误差在

16、一定程度上具有相 互抵偿的统计规律性，也就是说随着测量次数增大而 趋向于零，偶然误差的概率密度函数服从于正态分布 。上式还可改写为 Tianjin UniversiTy 测定值=真实值+（平均值真实值）+偶然误差 式中（平均值真实值）就相当测定值的系统误差。这 式完整地说明了测定值与真实值、系统误差和偶然误 差之间的关系。由前述可知，测定值的偶然误差符合 正态概率密度分布，标准差为衡量分布特性的参数。 因此当测定的系统误差及标准差均很小时，则称该测 定的准确度高；如仅测定的标准差很小时，则称该测 定的精确度（简称精度）高。但测定值是否可信，还 要看测定中是否还存在有过失误差，如果有，则须进 行

17、舍弃检验，否则这些测定值为不可用。 Tianjin UniversiTy （2）偶然误差 测定值的偶然误差遵循如下的规律性： 1）绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大； 2）绝对值相等而符号相反的误差出现的概率相等； 3）绝对值很大的误差出现的概率很小。 通常可将偶然误差视为随机变量，其概率密度函数服 从正态分布。 Tianjin UniversiTy （4）过失误差（粗大误差）的舍弃检验 判断测量结果是否存在粗差常用以下4个准则： 1) 拉依达（PauTa）准则 2) 格拉布斯（Grubbs）准则 3) 肖维涅（Chauvenet）准则 4) t检验准则 这些准则都有一个共同之处，对于

18、N次测量得到的结果 x(i) ，先计算x的均值Ex、标准差；对于某次测量结果 xi，若残差| vi |xiEx | A，则认为xi“疑似”粗大 误差，应予以剔除。其中A为置信系数，A小，则判断标 准严格。 选择哪个准则应根据测量次数N和误差分布类型而定。以下 以拉依达准则为例，介绍判断过程。 Tianjin UniversiTy 拉依达（PauTa）准则又称为莱特准则或3准则 ，用 于剔除严重失真的奇异数据。 拉依达准则：当测量次数N足够多且测量服从正态分布 时，若某次测量值Xi所对应的剩余误差Vi3，则 认为该Xi 为坏值，予以剔除。 拉依达准则的具体步骤如下： 1）求N次测量值X 1至XN

19、的算术平均值： 2）求各项的剩余误差V i Tianjin UniversiTy 3）计算标准差： 4）若V i3，则对应的X i认为是坏值，予以剔除。 在剔除奇异数据时，门限值不一定是3。门限可以选 择为L，L25，当L3，门限放宽；当L3时 门限紧缩。 拉依达准则的局限性 1）在样本值少于10个时，不能判别任何奇异数据； 2）拉依达准则是建立在正态分布的等精度重复测量基 础上，而造成奇异数据（粗大误差）的干扰或噪声有 时不是正态分布。 Tianjin UniversiTy 误差的传递 实验工作中，观测工作一般可分成直接观测和间接观测 两类。对间接观测而言，当施测量的误差为已知，间 接推求未

20、测量的误差时，可用下述误差传递计算式计 算： 设间接推求量和施测量x,y,z,之间存在如下的函数关 系 由于x,y,z,在测量中均存在误差，可导得间接推求量F 的标准差 的计算式 Tianjin UniversiTy 例如，一圆柱体的直径D和高度H经多次测量，得平均 值及其标准差为 试求体积标准差 为多少 根据公式 将D及H的平均值带入，求得圆柱 的体积为 故圆柱体体积为 。 Tianjin UniversiTy 经验公式 制作经验公式，首先要求有一组对应的观测数据，然 后选用一简单的式子表示出这些数据的关系，它比直 接用这些观测数据绘成的曲线图或制成的表格使用更 方便。但须注意，观测数据往往

21、由于实验条件和观测 范围的局限，不宜超出其范围使用，如果超出范围使 用，则有可能带来较大的误差。图、表所表出的范围 和观测数据的范围是一致的，而经验公式则需加以说 明，否则就有可能超出其范围使用。 作经验公式的主要步骤有二：选定代表观测数据的 公式类型：根据观测数据判定其公式类型后，写出变 量间的具体公式形式，内含有限个待定系数；根据 观测数据确定待定系数。 Tianjin UniversiTy （1）经验公式类型的判别，一般来说，选定的经验公 式要求既形式简单、所含待定系数不太多，又能够 准确地代表观测数据。判定经验公式类型常用的方 法有作图判别法、差分判别法和变化法等。 1）作图判别法的基

22、本做法是将观测数据经过一定的处 理后，再选择适当的坐标纸（如对数坐标、笛卡尔 直角坐标、或半对数坐标），在纸上绘点作图，若 所有经过处理的点据能连成一直线，即可得经验公 式的类型。 Tianjin UniversiTy Tianjin UniversiTy 差分判别法 如一组观测数据满足一n次多项式 首先用作图法求得等差为 的 及其相对应的 ， 值，即得到 若 的一级差分为 Tianjin UniversiTy 二级差分为 n级差分为 则可证得满足N次多项式的数据 ， y的n级差分等于某同一常数，即 Tianjin UniversiTy 反之，若一组观测数据的n级差分为一常数，则该组观 测数据

23、可用一n次多项式表示。 现以 为例说明差分判别法的原理及应 用。设已有等差为 的 及其相应的 的数据，y的一级差分为 二级差分为 常 数 则 可用一2次多项式表示。 Tianjin UniversiTy 变换法 设有等间距 的 及其相应 的一组数据 ， 若以 ， 为坐标在 直角坐标纸上画点，如果能将所有点据近似 地连成一直线时，其直线方程式则可近似地 表示为 式中a为直线的斜率，b为直线在纵坐标上的截 距。则有三种情况存在 Tianjin UniversiTy （1）当 时，经验公式为 （2）当 时，经验公式为 （3）当 时，经验公式为 Tianjin UniversiTy 2.经验公式中待定

24、系数的确定 设有一组如表所示的观测数据，将其绘成图，由图可 以看出，它是不通过原点的一条直线，其公式类型 为 式中，a、b待定系数。 Tianjin UniversiTy 表中各点大致都能满足如下的方程组 对于待定系数通常用三种方法确定： 1）图解法，将观测数据绘成如上图所示的图后，再用 直尺画一直线，使直线两边的点差不多相等，则所 得直线的斜率为b；x=0时，直线在上的截距为a。这 种求待定系数的方法，由于人们在图上画点及做直 线时均有误差存在，并且不同人所作的直线亦不宜 达到完全相同，因此所得结果必然有差异。 Tianjin UniversiTy 2）选点法，若选定的经验公式中包含m个待定

25、系数， 此法是在N个观测数据中选择m个数据，分别代入经 验公式中的m个方程联立求解，即可求得m个待定系 数。如上式有a、b两个待定系数，可在方程组给出 的六个方程式中选出两个式子联立求解，确定a、b 待定系数。但由于各观测数据通常均有误差存在， 不可能以一直线通过给出的所有各点，故选用代表 两个点的两个式子联立求解的结果，是代表通过这 两个点的直线，故所得的a、b值不会同时满足上面 的全部式子，而且随着选点的不同，a、b值也各不 相同。 Tianjin UniversiTy 3）分组平均法，分组平均法为将N个观测数据 ，分别代入选定的经验公式中，得N 个方程组。若选定的经验公式中包含m个待定系

26、数 ，则将这N个方程分成m组，并分别求其平均值得m 个平均式，再以这m个平均式联立求解，解出这m 个待定系数。如上式包含两个待定系数，则可将式 中的6个方程式分成2组，若以1、3、5三式为一组 ，其他各式为另一组，则得其平均式为 由上式可解出待定系数a、b，但结果随分组不同而发 生变化。 Tianjin UniversiTy 4）最小二乘法，上述方法一般不易得到“最佳”解， 并且不同的人由于画线、选点、分组不同，所得结果 亦不相同。因此，普遍认为最小二乘法较好。 最小二乘法为在一组具有同一测量精确度的观测数据 中求取其最佳值，即使各观测数据的残差平方和为最 小的那一个值。 设变量y随m个自变量

27、 变化，并有如下的线 性关系式 的N组观测数据为 Tianjin UniversiTy 若得到上式中待定系数 的值为 时，则y值可表示为 式中 为残差，则得残差的表示式为 其概率为 Tianjin UniversiTy 因各次测量都是独立事件，残差 同时出 现的概率为各概率之乘积 式中 为残差平方和，如用V表示，即 残差绝对值小的概率大，因此，待定系数最佳值仍是 当概率P为最大时所求得的值，只有当上式中的V最 小时，P才为最大。由数学分析的极值原理，各必须 满足如下方程组 Tianjin UniversiTy 即残差平方和V对各 的偏导数全为零。上式方程组有m+1个方 程，可用以求解个待定系数

28、。 上面直线方程残差平方和的表示式为 由 得 Tianjin UniversiTy 由 得 联立上两两式得 将表中的观测数据代入上式计算得a=1.08，b=0.47， 其经验公式为 y=1.08+0.47x Tianjin UniversiTy 图算法 （1）绘制诺模图的基本知识 1）尺度式及尺度模量，表示一个算式y=f(x)自变量x和 函数y之间变化关系的图形，称之为算式的轨迹，如 下图。轨迹上各点的尺度式为 若x，y为另一变数t之函数、则为 Tianjin UniversiTy 网络图的绘制 网络图是由相互交织的线族组成的。其优点是绘制简 单，表示函数关系比较明显，缺点是较为复杂。包 含三

29、个或三个以上变量的算式均可制成网络图，以 备求解使用。 1）含三个变量的网络图，三个变量算式的网络图的绘 制方法，以实例说明如下，现绘制下式的网络图 Tianjin UniversiTy 类似上式的网络图有两种形式，一种是以Fr为纵坐标， v为横坐标，在此坐标系上划许多代表L为常数的直 线。当L为某一常数值L1时，则 ，带入上式则 为Fr=m1v，是一通过原点，斜率为m1的直线。当L在 要求的范围内，取不同的常数值，则得一通过原点， 不同斜率的直线族；另一种是以Fr为纵坐标，L为横 坐标，在此坐标系上划许多代表v为常数的直线，当v 为某一常数值v1时，则 ，带入上式，则为 ，当v取不同的常数值

30、时，为一组双曲线。两者比较 ，前一种方法是一组直线，容易绘制，检用时容易内 插。 Tianjin UniversiTy Tianjin UniversiTy 2）含四个或四个以上变量算式网络图的绘制，绘制 四个或四个以上变量算式的网络图，可根据变量 个数，引进若干个辅助变量（四变量引进一个辅 助变量，五变量引进两个辅助变量等），可将原 算式分解成各含三个变量的式子，然后依次绘制 ，制得所需的网格图。 例1 四变量网格图的绘制方法 以鼻坎挑流射距为例来说明其网络图的绘制。其算 式为 Tianjin UniversiTy 上式共有四个变量，须引进一个辅助变量m，可将上 式分解成各含三个变量的两个式

31、子如下 图的表示形式有两种：第一是将上两式表示的两组尺 度线分别会在不同的象限，中间以辅助变量联系， 纵轴即为辅助变量，可以不绘出。第二种是覆盖法 ，即将两组尺度线绘在一起。两者的绘制方法均如 上述含三个变量算式的绘制方法。 Tianjin UniversiTy Tianjin UniversiTy 相关分析 实验研究工作中常常遇到须研究两个物理量之间的关系，而这 两个量却没有明确的函数关系，譬如大坝下游电站尾水波 动幅值与泄流量之间的关系等。在这些研究中一个变量的 每一数值没有一个完全确定的另一变量的数值与之相对应 ，但是它们又有一定的规律，在许多情况下，对于一个变 量的每一个数值，另一个变

32、量取值按一定的概率性规律， 这就是说两个数量之间存在相关关系。两个随机变量之间 所有有相关关系的原因是多种多样的，可能是一个变量直 接受另一个变量的影响，或者是两个变量互相作用，也可 能是两个变量之间无直接联系，但同受第三个变量的影响 。总之它们之间一方面存在某种物理上的确定联系，另一 方面又存在物理上所不能解释的随机波动。研究两个随机 变量的相互关系，就能从一变量的值推测另一变量的值。 如果两个变量之间的相关程度很大，则对某一随机变量的 观测可代之以对另一些变量的观测。 Tianjin UniversiTy 谱分析 Tianjin UniversiTy 电压测量电压测量 本质上，电压是电路中

33、两个感兴趣的点之间的电势差 。然而，一个经常混淆的地方是确定测量参考点。 测量参考点是测量时以为参考的电平。 参考点方法参考点方法 本质上有两种测量电压的方法：对地参考和差分 Tianjin UniversiTy 对地参考电压测量对地参考电压测量 一种方法是以公共点或者“地”作为测量电压的参考。通常 ，这些“地”是稳定不变的，而且一般在0V左右。“地”这 个术语源于通过将信号直接同大地连接以确保电势为 0V的历史惯例应用。 当通道遇到以下情况时，您可以使用对地参考输入连接： 输入信号电平较高（大于1V） 信号和设备之间连接导线的长度小于10英寸（3m） 输入信号同其他信号共用一个参考点 对地参

34、考由测量设备或者被测外部信号提供。当设备提供 地时，这种设置被称为对地参照单端模式（RSE）。当 由信号提供地时，这种设置被称为非参考单端模式（ NRSE）。 Tianjin UniversiTy 差分电压测量差分电压测量 另一种测量电压的方式是确定电路中两个独立点之间 的差分电压。例如，测量单个电阻两端的电压就需 要在电阻两端进行测量。电压差值就是通过电阻的 端电压。通常差分电压测量在确定通过电路独立元 件的电压或者信号源很嘈杂的情况下是很有用的。 当通道遇到以下情况时，可以使用差分输入连接： 输入信号电平较低（小于1V） 信号和设备之间连接导线大于10英尺（3米） 输入信号需要一个隔离的地

35、参考点或者回授信号 信号导线经过嘈杂的环境 Tianjin UniversiTy 信号源类型信号源类型 在配置输入通道和连接信号之前，应先确定信号源是 浮动的还是接地的。 浮动信号源浮动信号源 浮动信号源没有连接到建筑接地系统而是拥有一个隔 离的地参照点。浮动信号源的例子有变压器、热电 偶、电池供电设备、光耦隔离器和隔离放大器等的 输出。拥有隔离输出的仪器或者设备就是一个浮动 信号源。浮动信号的地参考点必须同设备的地相连 ，为信号建立一个本地或者板载的参考点。否则， 被测输入信号会浮动变动而超出共模输入范围。 Tianjin UniversiTy 接地信号源接地信号源 接地信号源与建筑接地系统

36、连接，因此在假定测量设备与 信号源接入到同一个供电系统的条件下，信号源已经连 接到与设备相关的公共接地点。接入建筑供电系统的仪 器和设备的非隔离输出都属于这一范畴。连接到同一个 建筑供电系统的两个仪器地之间的电势差通常在1到 100mV之间，但是，如果配电线路的连接不合理，这 个差值会高很多。如果接地信号源测量方法不对，此差 值就是测量误差。遵循接地信号源的连接说明就能够消 除源自被测信号地的电势差。 图5所示为信号源类型和基于各个测量方法的最优化接线 图。请注意，根据信号类别，某个电压测量方法会比其 他方法根有效。 Tianjin UniversiTy Tianjin UniversiTy

37、电缆的屏蔽与接地电缆的屏蔽与接地 1 骚扰源的传输路径骚扰源的传输路径 产生干扰的三个要素：干扰源、耦合路径、潜在的易受 干扰的器件。骚扰源可以通过空间的辐射、电磁耦合 传递到敏感设备，也可以通过导线的传输进入敏感设 备。 2 屏蔽 屏蔽的作用是将电磁场噪声源与敏感设备隔离，切断噪 声源的传播路径。屏蔽分为主动屏蔽和被动屏蔽，主 动屏蔽目的是为了防止噪声源向外辐射，是对噪声源 的屏蔽；被动屏蔽目的是为了防止敏感设备遭到噪声 源的干扰，是对敏感设备的屏蔽。 通过屏蔽衰减Se（电场）和Sm（磁场）表示屏蔽效果： Tianjin UniversiTy Ea、Ha 为未屏蔽待测点的电场和磁场强度； E

38、i、Hi 为加屏蔽后待测点的电场和磁场强度； Tianjin UniversiTy 21 电场屏蔽 如果空间存在一静电场，将一个封闭的金属盒放入 该静电场中，根据静电感应原理，在金属盒的两 侧分别感应出等量的正负电荷，金属盒中没有电 荷，是等电位的，金属盒无论是否接地，在金属 盒内都没有感应的静电场，Ei=0，如图 2-2所示 Tianjin UniversiTy 图 2-2是被动屏蔽，如果金属盒连接有缝隙，则达 不到屏蔽的效果，如图 2-3所示： Tianjin UniversiTy 如果是主动屏蔽，使用金属盒将一孤立带有电荷的 导体包住，在金属盒外仍然会有感应电荷，如果 将金属盒接地则金属盒外感应电荷消失，所以对 静电场的主动屏蔽，屏蔽体必须接地。 在实际的应用中电场的干扰主要是交变电场，通过 下面的示例可以分析交变电场的屏蔽，例如骚扰 源 A 和被干扰设备 B置于大地上方，如图 2-4所