Динамические измерения. Проблемы динамических измерений. Входные сигналы и измеряемые величины. Погрешности динамических измерений, страница 3

В большинстве случаев форма отдельных импульсов несущественна и может быть как угодно искажена в измерительном устройстве при условии, что информативный параметр преобразован с требуемой точностью. В этом случае дискретный сигнал может быть описан с помощью модели, которая представляет собой последовательность импульсов идеальной формы. Простейшей из таких моделей при не временных информативных параметрах является решётчатая функция – функция, значения которой могут быть отличны от нуля лишь при дискретных равностоящих друг от друга значений независимой переменной.

Входные сигналы, длительностью которых можно пренебречь, описываются, кроме решения функций, с помощью дельта-импульсов, модулируемых таким образом, что их площади пропорциональны пиковым значениям входного сигнала.

Помехи на входе СИТ могут иметь различный характер. Чаще всего при измерении сталкиваются с шумами, которые описываются случайными функциями времени. Внешние влияния на СИТ могут быть, как и входные, детерминированными и случайными.

Рассмотрим основные типы измеряемых величин, соответствующих различным по характеру исследуемым физическим величинам и соответствующих входному сигналу.

1.  Периодически изменяющаяся величина

,         -∞<t<+∞

Основным параметром, характеризующим интенсивность изменения величины, является максимальное значение:

                                                                                (3)

Важным энергетическим параметром служит действующее значение:

                                                                               (4)

Часто используется средневыпрямленная величина:

                                                                                  (5)

Из временных параметров физических величин является период повторения Θ, длительность нарастания и спада  и  величиной от одного до другого фиксированных уровней. Чаще всего при измерениях в радиоэлектронике фиксированные уровни 0,1 и 0,9.

В некоторых измерениях заданная цель состоит в нахождении мгновенной величины, соответствующей заданному моменту времени:

                                                                                                  (6)

Финитная величина:

                                                                                          (7)

Важнейшим параметром финитной величины в большинстве областей измерения является пиковое значение:

                                                                                           (8)

При измерениях в механике измеряемая величина представляет собой импульсные силы или приращение количества движения:

                                           ,                                                (9)

Где - сила, действующая на центр масс тела вдоль траектории его движения.

При исследовании ударных процессов

пропущено

Величина с ненулевым установившимся значением:

При исследовании этой величины измерения могут быть установившегося значения, мгновенными, длительного нарастания: , , .

Случайные величины. При их исследовании в качестве измеряемых величин служат первые два измеряемых момента (М, D), автокорреляционная функция, спектральная плотность мощности.

Погрешности динамических измерений

Погрешности измерения определяются неидеальностью статических и динамических свойств СИТ. Соответственно, и погрешности динамических измерений разделяются в общем случае на две составляющих: статические и динамические.

Нужно учесть, что если выделение статических и динамических свойств средств измерения оправдано возможностью их экспериментального определения по отдельности, то разделение погрешностей измерения на составляющие в известной мере является несущественным, так как эти составляющие трудно или невозможно выделить из экспериментальных данных. Тем не менее, для цели анализа это разделение необходимо.

О статических погрешностях имеет смысл говорить в том случае, когда используемое СИТ имеет полосу частот, включающую нулевую частоту (устройство с открытым входом). В процессе измерения происходит как бы развитие статической погрешности по времени, то есть преобразование её в функцию времени. При этом систематической составляющей статической погрешности, соответствует детерминированная функция времени, случайной составляющей – случайная. Кроме развития во времени статическая погрешность может дифференцироваться в процессе измерения, если её источник – физическое явление, зависящее от характера изменения входного или выходного сигнала. Примером такого рода погрешности является вариация показаний стрелочного прибора, обусловленная трением в кернах.

Систематическая статическая погрешность измерения складывается систематической статической погрешности средства измерения, основной и дополнительной, и статической составляющей погрешности метода измерения.

Случайная статическая погрешность измерения является случайной статической погрешностью устройства: основной и дополнительной.

Динамическая составляющая погрешности измерения, определяемая сама по себе, обусловлена неидеальностью динамических свойств используемого СИТ. Если рассматривать такую динамическую составляющую, которая заметна по сравнению со статической, то причиной такой погрешности является несоответствие динамических свойств СИТ характеру входного сигнала. Это несоответствие может быть выражено отклонением динамических параметров СИТ от требуемых, то есть идеальных. Отклонения могут быть как регулярными, и тогда возникает систематическая динамическая погрешность, так и случайными, вызывающими появление случайной динамической погрешности.

Большинство средств для динамических измерений могут работать как в статическом, так и в динамическом режимах. Для них нормальными условиями применения следует считать регламентированные в установленном порядке условия применения в статическом режиме. Поэтому в таких СИТ динамическая погрешность является дополнительной.