第2章-测量系统基本特性(修改).ppt

三、信道通道的干扰及其抗干扰 1．信道干扰的种类 (1)信道通道元器件噪声干扰 它是由于测量通道中各种电子元器件所 产生的热噪声造成的。 (2)信号通道中信号的窜扰 元器件排放位置和线路板信号走向不合理会造成这种干扰。 (3)长线传输干扰 对于高频信号来说，当传输距离与信号波长可比时，应该考虑此种干扰的影响。 2．信道通道的抗干扰措施 (1)合理选用元器件和设计方案 如尽量采用低噪声材料、放大器采用低噪声设计、根据测量信号频谱合理选择滤波器等。 (2)印制电路板设计时元器件排放要合理 小信号区与大信号区要明确分开，并尽可能地远离；输出线与输出线避免靠近或平行；有可能产生电磁辐射的元器件(如大电感元器件、变压器等)尽可能地远离输入端；合理的接地和屏蔽。 (3)在有一定传输长度的信号输出中，尤其是数字信号的传输可采用光耦合隔离技术、双绞线传输。双绞线可最大可能地降低电磁干扰的影响。对于远距离的数据传送，可采用平 衡输出驱动器和平衡输入的接收器。 1．接地线的种类 (1)保护接地线，出于安全防护的目的将测量装置的外壳屏蔽层接地用的地线。 (2)信号地线，它只是测量装置的输入与输出的零信号电位公共线，除特别情况之外，一般与真正大地是隔绝的。信号地线分为两种，即模拟信号地线及数字信号地线，因前者信号较弱，故对地线要求较高，而后者则要求可低些。 (3)信号源地线，它是传感器本身的信号电位基准公共线。 (4)交流电源地线。 在测试系统中，上列四种地线一般应分别设置，以消除各地线之间的相互干扰。 四、接地技术 2．接地方式 （1）．单点接地 各单元电路的地点接在一点上，称为单点接地(图2.31)。其优点是不存在环形回路，因而不存在环路地电流。各单元电路地点电位只与本电路的地电流及接地电阻有关，相互干扰较小。 图2.31 单点接地 (2)．串联接地 各单元电路的地点顺序连接在一条公共的地线上(见图2.32)，称为串 联接地。 （3）．多点接地 做电路板时把尽可能多的地方做成地，或者说，把地做成一片。 图2.32 串联接地 图2.33 多点接地 图2.34 模拟地和数字地 (4)．模拟地和数字地 现代测量系统都同时具有模拟电路和数字电路。由于数字电路在开关状态下工作，电流起伏波动大，很有可能通过地线干扰模拟电路。如有可能应采用两套整流电路分别供电给模拟电路和数字电路，它们之间采用光耦合器耦合，如图2.34所示。 2.8.2 负载效应 负载效应 负载效应是指在电路系统中后级与前级相连时，由于后级阻抗的影响造成整个系统阻抗发生变化的一种效应。 前面曾假设相连环节之间没有能量交换，因而在环节相连前后各环节仍保持原有的传递函数的基础上导出了环节串、并联后所形成的系统的传递函数表达式(2.20)、（2.22）。实际上这种情况很少见。一般情况下，环节相连接，后环节总是成为前环节的负载，环节间总是存在能量交换和相互影响，系统的传递函数不再是各组成环节传递函数的简单叠加或连乘。例如，若用一个带探头的温度计去测量集成电路芯片工作时的温度，则显然温度计会变成芯片的散热元件，结点的温度会下降，不能测出正确的节点工作温度。又例如,在一个简单的单自由度振动系统的质量块m上安装一个质量为mc的传感器，这将导致单自由度振动系统的固有频率下降。前一例是由于接入了能量耗散性负载，后一例中的附加质量mc。虽不是耗能负载，但它参与了振动，改变了系统中的动、势能交换，因而改变了系统的固有频率。上面所说的这些现象，通常也被称为“负载效应”。 2. 减少负载效应的措施 1)提高后续环节的输入阻抗。 2)在原来两个相联接的环节之中，插入高输入阻抗、低输出阻抗的放大器，以便一方面减小从前面环节吸取能量，另一方面在承受后一环节(负载)后又能减小电压输出的变化，从而减轻总的负载效应。 3)使用反馈或零点测量原理，使后面环节几乎不从前环节吸取能量。例如用电位差计测量电压等。 一阶系统时间常数τ越小，系统到达稳态的时间越短。即一阶系统的时间常数越小越好。 二阶系统的阶跃响应为 式中， 单位阶跃输入 二阶系统的阶跃响应 二阶系统的响应很大程度上决定于阻尼比ξ和固有频率ωn。 ωn越高，系统响应越快。 二阶系统的响应很大程度上决定于阻尼比ξ和固有频率ωn。 ξ直接影响超调量和振荡次数。（ξ＝0，超调100％； ξ≥1，转化为两个一阶系统串联； ξ＝0.6～0.8之间，系统以较短时间进入稳态误差±（2％～5％）范围）。 2.6.3 测量系统对正弦输入的响应 单位正弦输入信号为