申忠如电气测量技术电工量计 第四章

第四章测量系统传感器滤波、放大、I/V、V/f…指示仪表、打印机、计算机…电路单元信号拾取信号加工信号记录与分析基本功能被测信号输入装置中间变换装置输出装置基本组成图4.1测试系统的基本功能和组成传感器信号加工信号输出观察者被测信号测量系统图`4-1测量系统的原理框图31、信号□检测技术基本对象是未知的信号与测量系统□检测技术基本工具是已知的信号与测量系统□检测技术基本工作机理是信号与测量系统的相作用传感器信号加工信号输出观察者被测信号测量系统图`4-1测量系统的原理框图参考书41、信号1.1信号的基本概念测量的目的是获取被测对象的信息，信息描述了被测对象的状态及其变化方式。信号就是信息的某种物理表现方式，信号是信息的载体，是物质，具备能量。同一个信息可以用不同的信号来运载，反之，同一种信号也可以运载不同的信息。参考书51、信号1.2信号的分类分类方法：①基于信号的时间演变类型、信号的预定特点的分类法;②规定两类信号的能量分类法，两类信号中一类为具有有限能量的信号，另一类为具有有限平均功率但具有无限能量的信号;③基于信号的幅值或者独立变量是连续还是离散的这一特点的形态分类法;④基于信号模型中独立变量个数的维数分类法;⑤基于信号频谱的频率分布形状的频谱分类法.——确定信号和随机信号参考书61、信号1.2信号的分类伪随机信号平稳随机信号非平稳随机信号参考书71、信号1.2信号的分类——能量信号和功率信号

定义：当信号x（t）满足条件则称信号x（t）为有限能量信号，简称能量信号.则称信号为有限平均功率信号，简称功率信号定义：当信号x（t）满足条件且，参考书81、信号1.2信号的分类——连续信号和离散信号

参考书91、信号1.3信号的描述时域描述法频域描述法①主要反映信号的幅值随时间变化的特征;①主要反映信号的频率结构及各种频率成分的幅值和相位关系;②时域分析的基本工具是微分、卷积积分;③用于分析系统的稳定性、瞬态和稳态性能。具有直观和准确的优点.③是一种工程上广为采用的分析系统的间接方法,可间接地分析系统的动态性能和稳态性能.优点是可以通过实验直接求得频率特性来分析系统品质②基本工具是傅里叶变换（包括傅里叶级数）;101、信号典型信号的描述——（1）周期信号▲周期性对称方波信号f（t）在一个周期中表达式：1.3信号的描述tf

(t)T/2-T/201-1111、信号121、信号周期方波信号的频谱图周期方波信号的时域图tf

(t)T/2-T/201-1ωAnω003ω05ω07ω04/πωφnω003ω05ω07ω0131、信号周期方波信号的频谱图周期方波信号的时域图tf

(t)T/4-T/401-1ωAnω003ω05ω07ω04/πωφnω003ω05ω07ω0（时间移位τ=T/4）1、信号▲复杂周期信号01、信号▲带有直流分量的周期信号1、信号周期信号的频谱特点离散性：周期信号的频谱是离散谱；谐波性：周期信号的谱线仅出现在基波及各次谐波频率处；收敛性：周期信号的幅值谱中各频率分量的幅值随着频率的升高而减小，频率越高，幅值越小。时移与相移：当周期信号有时间移位τ时，其振幅谱不变，相位谱发生nω0τ弧度的变化。﹡相位改变波形位置，幅值决定波形。﹡跳变部分——高频成分﹡平直部分——低频成分17▲单边指数函数1、信号（2）非周期信号幅频谱相频谱1、信号191、信号▲矩形脉冲函数1、信号|G(ω)|21▲冲激函数1、信号221、信号非周期信号的频谱特点非周期信号的频谱是连续的;幅度谱|X(f)|

关于纵轴对称，相位谱φ(f)

关于原点对称.23周期信号非周期信号傅立叶变换傅立叶级数离散频谱连续频谱)(txT¥®T)(tx)(0w)(wD1、信号2、测量系统的基本功能和基本组成传感器滤波、放大、I/V、V/f…指示仪表、打印机、计算机…电路单元信号拾取信号加工信号记录与分析基本功能被测信号输入装置中间变换装置输出装置基本组成图4.1测试系统的基本功能和组成253、测量系统的基本特性3.1含义3.2描述手段（1）数表（2）曲线（3）数学表达式263.3描述指标3、测量系统的基本特性评价测量系统性能的主要指标——（1）精度；（2）稳定性；（3）输入—输出特性

静态特性动态特性负载特性（效应）（1）含义（2）描述手段（3）应用场合274、测量系统的静态特性4.1静态特性的含义和表示方法（1）含义？（2）表示方法？4.2静态特性的主要指标静态特性曲线，静态灵敏度，线性度，滞后误差，分辨力和灵敏限，准确度,可靠性，影响系数，输入电阻与输出电阻等。4.2静态特性的主要指标4、测量系统的静态特性xy0图4.3静态特性曲线理论特性曲线“由设计部门预先给定的静态特性曲线”

静态校准曲线“在静态标准条件下，由实测得到的输入与输关系的静态特性曲线”

①定义：根据测量系统的输入量值与输出量值实测的一一对应关系所确定的曲线。②表达方式：

a.代数方程—y=a0

+a1x+a2x2+…+anxn

b.曲线—以输入量为横坐标，以与其对应的输出量作纵坐标而画出的曲线。（1）静态特性曲线

（2）静态灵敏度4、测量系统的静态特性①

定义：“静态特性曲线的斜率”②

表达方式：▲多级测量系统的灵敏度？▲

数字显示测量系统的灵敏度？4、测量系统的静态特性（2）静态灵敏度▲

应用—xy解：对任意函数f(x)在x1附近间隔为∆x的相应的级数展开为将热敏电阻的特性曲线在工作点T1附近用直线来代替.4、测量系统的静态特性（3）线性度①定义：线性度是指实测校准曲线与某一参考直线偏离的程度

②表达方式：通常用校准曲线偏离参考直线的最大偏差与满量程输出之比的百分数来表示.

xy0YF.S△Lmax理论线性度xy0YF.S△Lmax独立线性度324、测量系统的静态特性（4）滞后误差①定义：滞后误差是用来说明测量系统在正行程测量和逆行程

测量时的输入与输出曲线不重合的程度.②表达方式：用整个测量范围内的最大滞后量与满量程输出之比的百分数表示.xy0YF.S△Hmax334、测量系统的静态特性（5）分辨力、分辨率、灵敏度和灵敏限①分辨力：测量系统可能检出被测信号最小变化量的能力。④灵敏限：在输入量由零变化到使输出量开始变化时的输入量的值。②分辨率：分辨力与满量程的百分比。③灵敏度：指单位输入量变化对应的输出量变化。344、测量系统的静态特性（6）可靠性①定义：指装置在规定期限内保持其运行指标不超限的情况下，执行其功能的性能。②指标：平均无故障时间，可信任概率，故障率，有效度。a.平均无故障时间（MTBF）：在标准工作条件下不间断地工作，相邻两次故障间隔时间的平均值。b.可信任概率P：表征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在技术条件规定限度以内的概率。c.故障率（失效率）：它是平均无故障时间MTBF的倒数。d.有效度（可用度）A：MTTR—平均修复时间354、测量