电磁测量技术1.2章

1、每周五每周五8:2010:008:2010:00，二教，二教A409A409； 双周三双周三14:0015:4014:0015:40，二教，二教A213A213； 从第四周开始双周的周三为实验课。从第四周开始双周的周三为实验课。闭卷考试，卷面成绩占总成绩的闭卷考试，卷面成绩占总成绩的70 %70 %， 实验占总成绩的实验占总成绩的20 %20 %，平时成绩占，平时成绩占10%10%。没有望远镜就没有没有望远镜就没有天文学，没有显微天文学，没有显微镜就没有细胞学，镜就没有细胞学，没有指南针就没有没有指南针就没有航海事业航海事业 两弹一星元勋王大珩两弹一星元勋王大珩 中国科学院院士，中国工程院院士

2、。我国现代中国科学院院士，中国工程院院士。我国现代光学技术及光学工程的开拓者和奠基人之一。光学技术及光学工程的开拓者和奠基人之一。19991999年荣获年荣获“两弹一星功勋奖章两弹一星功勋奖章”。测量结果测量数值测量结果测量数值. .测量单位，测量单位，即：即：0 xxx图11 测量的比较原理(a) 天平直接比较（b）弹簧称间接比较被测物体的重量等于标被测物体的重量等于标准砝码的重量准砝码的重量被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。被测对象测量人员测试仪器系统信 息显

3、示感知和识别 对对象象属属性性影影响响影影响响影影响响测测量量策策略略、算算法法数数据据状状态态参参数数命命令令被被测测信信息息原原理理方方法法被被测测对对象象仪仪器器系系统统测测量量人人员员测测量量环环境境激激励励信信号号选选择择仪仪器器决决定定方方法法图图1 1- -3 3 测测量量的的基基本本要要素素执执行行测测量量操操作作测测试试数数据据处处理理测测量量结结果果显显示示结结 束束设设置置仪仪器器工工作作参参数数实实施施阶阶段段被被测测对对象象设设计计阶阶段段测测量量任任务务要要求求组组建建测测量量系系统统需需 求求 分分 析析拟拟定定测测量量方方案案现现有有仪仪器器设设备备选选用用测测

4、量量仪仪器器（测测试试硬硬件件平平台台）决决定定测测量量技技术术（测测试试软软件件平平台台）完完成成仪仪器器互互连连拟拟定定测测量量步步骤骤开开 始始论论证证阶阶段段Axx0AxxxxAxxAxCCxA0100%xA 100%AxA 100%xxx 100%mmmxx 0 0mx|mx |mx A AxAmAmx A mmmxxm %mxxSx2100%1.5% 1.5%100mxxSx1400%0.5%2%100mxxsx oxiVAV 20lg()xxGA dB 20lg(1)dBAAAAAxy1y2y电电量量变变换换（测测量量电电路路）信信宿宿点点非非电电逆逆变变换换（显显示示器器）被被

5、测测量量 x信信源源点点非非电电变变换换（传传感感器器）y1=f1(x)221( )yf y 32()yf y A321 ( )( )yfff xf x直读式直读式电压表电压表 K K1 1K K3 3K K2 2xu2u3 yu1y1y2y3信信源源点点信信宿宿点点 )(111uxKy)(2122uyKy)(3233uyKyy321123()y K K K x uuuKx u 123KK K K321123uuuuKK K （a a) ) 测测零零点点值值非非电电电电变变换换 K1主主体体电电非非电电变变换换 K3电电电电变变换换 K2传传感感器器变变换换电电路路显显示示器器（b b) )

6、测测标标准准量量非非电电电电变变换换 K1主主体体电电非非电电变变换换 K3电电电电变变换换 K2传传感感器器变变换换电电路路显显示示器器（c c) ) 测测未未知知量量非非电电电电变变换换 K1主主体体电电非非电电变变换换 K3电电电电变变换换 K2传传感感器器变变换换电电路路显显示示器器0 x0ysyxysx xxsxsy比较电路比较电路被测量被测量标准量标准量xs K1K2减减法法比比较较或或比比例例比比较较K3变变换换变变换换变变换换指指示示器器 uxusy0 0 xs（a a) ) 双双通通道道对对称称输输入入结结构构mu或 当当 则则skkx1212kk x s (b) 对称桥式结

7、构(b) 对称桥式结构s sx激励源激励源y=0y=02r1r当当 时，时， 12rxsr 12rr xs xs 微差法进行测量时，测量误差公式：微差法进行测量时，测量误差公式：测量仪器的误差测量仪器的误差 对测量的对测量的影响被大大地削弱影响被大大地削弱优点：测量速度快和测量准确度高。优点：测量速度快和测量准确度高。 xSxSx/ 0-v+vxs 替代法的测量原理 替代法的测量原理xs0 0-v-v+v+v2 2K KK K1 1（b) 零示法（b) 零示法(a) 偏转法(a) 偏转法xs0 0-v-v+v+v2 2K KK K1 1r r第一次平衡第一次平衡 第二次平衡第二次平衡 上两式相

8、乘、开方得：上两式相乘、开方得：12121()2xWWWWW11 2xW lWl 22 1xW lW l (a) 天平称重(a) 天平称重xWW1l1l2xWW2l1l212121()2xssssRRRRRh (t )系系 统统输输入入输输出出x ( t )y ( t )测测试试系系统统框框图图12( )( ,)nyf xyf x xx或被被测测对对象象（有有源源量量）测测量量系系统统（已已知知系系统统）响响应应的的读读出出与与显显示示信信号号响响应应被被测测对对象象（无无源源量量）测测量量系系统统（已已知知系系统统）响响应应的的读读出出与与显显示示响响应应 1响响应应 2测测试试激激励励（信

9、信号号源源）已已知知信信号号x1模模拟拟复复用用器器x2xnA/D处理器处理器D/A模模拟拟分分路路器器y1y2yn执行机构执行机构或显示器或显示器多多路路多多路路发发射射机机载载波波调调制制多多路路测测量量设设备备传传感感器器传传感感器器传传感感器器信信息息信信息息信信息息接接收收机机载载波波调调制制分分路路设设备备记记录录处处理理或或计计算算机机发发送送端端接接收收端端PLC前前端端机机计计算算机机显显示示器器智智 能能传传感感器器模模拟拟I/O开开关关I/O数数 据据采采集集站站压压力力温温度度电电压压阻阻抗抗报报答答状状态态标标准准总总线线被被测测电电路路驱驱动动器器电电平平比比较较器

10、器逻逻辑辑比比较较器器波波形形合合成成器器实实效效存存储储器器图图形形发发生生器器时时钟钟发发生生器器计计算算机机测测量量结结果果输输出出测测量量程程序序输输入入测测量量系系统统总总线线参参考考电电压压LSILSI测试系统的简化框图测试系统的简化框图 例：例：f=200.020kHzf=200.020kHz220kHz220kHz f f0 0=200kHz=200kHz则则 F=f-fF=f-f0 0=20Hz=20Hz20kHz20kHz覆盖系数从覆盖系数从1.11.1扩展到扩展到10001000L LC C振振荡荡器器fF=f-f0f0()xsxsmfmfm ffm f I/VAC/DC

11、放放大大或或衰衰减减A/DBCD/七七段段码码数数码码显显示示i伤伤痕痕比比较较校校正正显显示示工工件件光光源源光光信信号号电电信信号号滤滤光光片片透透镜镜固固体体图图像像传传感感器器放放大大标标准准样样板板被被测测量量标标准准量量xs比比较较电电路路yyHyL0ysx0-v+vxsx xs s （a）差差动动型型 （b）求求和和型型 （c）比比较较特特性性_+uxusuo_+uxus比比较较器器uousux0 xsuu12xsRuuR 21xsTUUT（a a）比例臂电桥）比例臂电桥 （b b）有源电桥）有源电桥 （c c）电压电桥）电压电桥 （d d）电流电桥）电流电桥3124ZZZZ11

12、22sxZUNUNZUsaRsRxbUo+_xossRURUoxssURRUR-S 触触发发器器tAtBQS RtBtAT 混混频频器器fAfBF F= =f f - -f fA A B B被被测测频频率率标标准准频频率率混混频频器器Ffxfs零零差差指指示示=fx- fscos2xmsmoKU UuKxyuxusuo=ux us+_数字比较器数字比较器数数字字比比较较器器N N1 1N N2 2Q Q12012()2CCUUCC交交流流放放大大器器相相敏敏检检波波器器低低通通滤滤波波器器交交流流信信号号源源UoCC12 2A1u2RR_+A2RR_+RRRUoRu1u3u4R01234UU

13、UUU/1iTU UosURI e1ln(/)lnoTisiUUU RIk UAUiDR1_+R2AUiR1D_+R2Uo图图2-20 指数电路和对数电路指数电路和对数电路对数对数对数对数加加 法法或减法或减法指数指数U1U2Uo12oUUU12oUUUAuiR1uc_+CiAui_+RuoCR1（a）基本积分电路）基本积分电路 （b）基本微分电路）基本微分电路2111( )toictUudt u tRC/oiuRCdu dtAfAfAfAf 模 拟 乘法器 积分器 开方器 放大器 2( )u t 201( )Tu t dtT 201( )Tu t dtT Uo x 201( )TUut dt

14、TyS x2012( )yf xSS xS x获得静态特性的方法： 对一个测量系统进行标定或定期进行校准。 即在规定的标准工作条件下（规定的温度范围、大气压力、湿度等），由高精度的标准发生器给出一系列数值已知的、准确的、不随时间变化的输入量xj，用高精度测量仪器测定被校测量系统对应输出量yj,得到由(xj,yj)数值列出的数表、绘制曲线或求得数学表达式，即为被校准的测量系统的输出与输入的关系，亦称之为静态特性。 xyy=sxY=s + s x0 10非线性非线性0ySxyy=sxY=s + s x0 10( )ydySfxxdx输出量的变化量输入量的变化量 v u x y S1 S2 S3 1

15、23yvuySS S Sxxvumaxmin|Rxx|100%mHF SHY100%RF SRY/RKSnxy0maxy a bx maxmax|100%LyLHRAMTBFMTBF+MTTRA平均无故障时间平均无故障时间平均修复时间1101( )( )( )( )nnnnnnnd y fdy tdy taaaa y tdtdtdt11101()()()()mmmmmmd xtdxtdxtbbbbxtdtdtdt11101110( )( )( )mmmmnnnnb sbsb sbY sH sX sa sasa sa11110110( )()( )()nnmmnnmmY s a sa sas aX s b sbsbs b0( )( )(,0)stY sy t e dtsj 0( )( )stXsx t edt0()( )jtYjy t edt0()( )jtXjx t edt11101110()()()()()()()()()mmmmnnnnbjbjb jbY jH jX jajaja ja|( )|( )|( )|( )|YAHX( ) arctan ( )H 21( ) |( )|