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动态测量的基本含义

发布日期:2017-12-21 14:20:17 【关闭】
摘要:测量就是用适当的方法,测定量的值。被测定的量称为被测量。

   测量就是用适当的方法,测定量的值。被测定的量称为被测量。

   测量的前提包括两方面:

    ①. 被测量的值包含信息需求者想要了解的信息。

    ②. 信息需求者还不知道被测量的值。

   直接的信息需求者包括人、控制器、计算机、…等,但归根揭底的信息需求者还是人。测量的根本任务是让信息需求者掌握(知道)被测量的值。

   信息需求者的感知能力有限,通常需要将被测量的值表达成适当的形式,才能让信息需求者知道。

   测量的首要技术工作是将形形色色的被测量转换成信息需求者可以感知的形式,如图1.1-1所示的杆秤将被称物体的重量(质量)转化为人眼可判读的秤砣位置刻度、天平则将被称物体的重量(质量)转化为人眼可判读的砝码标数及指针刻度、图1.1-2所示的一套设备将被测的武器膛压转化为人眼可判读的曲线或数据列表。完成此项工作的一套仪器、装置与设备统称为测量系统,它将被测量 x(t) 转换成信息需求者可以感知的量 y(t) ,如图1.1-3所示。

gooxian-称重杠杆与天平

  

gooxian-身管发射式

gooxian-测量系统

   应该说明的是,在此所指的信息需求者同时也就是测量实施者,因而须感知测量系统输出量 y(t) 、并由此理解被测量 x(t) 的量值。对于委托测量的情况,感知、理解测量系统输出量的工作是由另外的测量实施者完成,然后向信息需求者转达测量结果,此转达过程一般不会产生新的误差。

   站在测量系统的角度来看,一般情况下,被测量 x(t) 是它的输入量,信息需求者可以感知的量 y(t) 是它的输出量,测量系统按照其结构以及相关应用条件等因素制约的某个输入输出关系 y(t) = Ψ{x(t)} 将被测的输入量 x(t) 转化成信息需求者可以感知的输出量 y(t) ,如图1.1-4所示。 

gooxian-测量系统及其输入量

   测量系统将被测量 x(t) 转换成 y(t) 时,需保证: 
    ①.信息需求者可以感知 y(t) ;

    ②.信息需求者可以由 y(t) 正确领会 x(t)

   对测量系统的理想化要求如图1.1-5所示:信息需求者在感知 y(t) 的同时,可以完全掌握测量系统的实际输入输出关系 y(t) = Ψ{x(t)} ,从而可由感知的 y(t) 完全正确的理解到被测的输入量 x(t) 。

gooxian-测量系统的要求

   但对于一般的测量系统,由于影响因素众多:系统结构、工作环境、操作 方 式 、 输 入 量 的 形式、…..,信息需求者无法完全掌握其实际输入输出关系 y(t) = Ψ{x(t)},只能掌握一个与它相近的数学模型是gooxian-公式1 ,并据此由测量系统的输出量 y(t) 理解到 x(t) 的一个有误差测量结果 gooxian-公式2,相应的测量误差 gooxian-公式3,如图1.1-6所示。  

  

gooxian-测量系统要求

  

gooxian-测量系统

 

  

 

   对于实用的测量系统(具有线性、时不变性质),若输入量不随时间变化:x(t) ≡ X ,则其输出量也不会随时间变化: y(t) ≡ Y ,其输入输出关系可表述为:Y = Φ(X ) 。如图 1.1-7 所示。此时,信息需求者掌握的数学模型可表述为: ( ) Y = Φ* X 。由记录的输出量 Y 换算获得的测量结果为gooxian-公式3

    x(t) ≡ X 时, y(t) = Ψ{ x(t } ) 演变为Y = Φ(X ) 。Y = Φ(X ) 通常比 x(t)随时间变化时的 y(t) = Ψ{ x(t } ) 简单得多!

   测量系统的实际关系 y(t) = Ψ{ x(t } ) 越复杂,越难找到与其相近的数学模型 QQ截图20171220163051

    x(t) ≡ X 时 ,由 Y = Φ(X ) 有gooxian-公式4; x(t) 随 时 间 变 化 时 , 则 由 y(t) = Ψ{ x(t }有gooxian-公式5。ε t 通常会比 1 ε 大得多!因此,有必要关注被测量 x(t)是否随时间变化?

   若被测量随时间变化,则对应的测量称为动态测量,简言之,动态测量就是测量随时间变化的量;相应的,被测量不随时间变化的测量称为静态测量。

  世间万物都在不停的运动中,不存在绝对恒定不变的物理量!所谓静态测量,是指在测量过程中,被测量不会发生测量系统可以感觉的变化——也许是变化幅度微小、也许是变化量持续时间过短!…

  被测量的 “变”与“不变”,本应取决信息需求者的感觉!…..但在没有先验知识时,也只能依靠测量系统的感觉! 所谓动态测量就是,在测量过程中,被测量会发生测量系统可以感觉的变化!

  无论是静态测量,还是动态测量,工作目标都一样:将被测量的量值尽量正确地提供给信息需求者!

   单纯甄别“静态测量”与“动态测量”的文字定义并没有多大实际意义!

   在测量过程中,如果测量系统感觉到输入量在随时间变化,则其状态也会随之发生变化,而由于系统结构特性的不完美(不可避免的惯性、阻滞、…),使得这种跟随并不能及时、准确地完成,从而造成测量系统的输出量与输入量之间形成比较复杂的传递关系!

   测量系统的传递关系 y(t) = Ψ{ x(t } ) 越复杂,便越难找到接近它的数学模型gooxian-公式6 这才是所谓“动态测量” 的关键问题!

   有的时候,原本要求的被测量可能并不随时间变化,但为了提高测量效率等原因,可能通过某种可靠的方法将其转化为随时间变化的量来测量,如图 1.1-8 所示的柱形工件的截面形状测量,由距离传感器及其信号调理与显示仪器所构成测量系统所接受的输入量 x(t) 是随时间变化的,也存在 “动态测量”问题!

gooxian-柱形工件的截面形状测量

 

   “动态测量”时,测量系统接受的输入量(被测量),以及它产生的输出量都是随时间变化的量,这些随时间变化的量包含“信息需求者”想要的信息,统称为信号!相应于图1.1-6,“动态测量”中的相关信号如图1.1-9 所示。

 

gooxian-动态测量信号

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