Основы метрологии: практикум по метрологии и измерениям - Пронкин Н.С.
ISBN 978-5-98704-267-4
Скачать (прямая ссылка):
2. Измерение параметров однократной реализации какого-либо процесса, например измерение постоянной времени жизни радиоактивного короткоживущего радионуклида по его кривой распада, измерение импульсных характеристик взрывов, определение энергетических и временных характеристик ионизирующего излучения, измерение характеристик импульсного лазерного излучения и т.д.
3. Измерение постоянной величины за ограниченное время, например быстрое (время измерения сравнимо со временем реакции СИ) измерение температуры или напряжения в точках электронной цепи.
Динамическая погрешность, обусловленная инерционностью СИ и описываемая динамической характеристикой СИ, является основной составляющей динамической погрешности и называется погрешностью линейных искажений. Кроме того, динамическая погрешность может быть обусловлена отклонением реальной динамической характеристикой СИ от номинальной, по которой производится априорный расчет выходного сигнала (разброс динамической характеристики от экземпляра к экземпляру СИ) и неточностью фиксации момента времени измерения. Указанные выше составляющие динамической погрешности имеют место при любых динамических измерениях.
Вторая группа динамической погрешности, обусловленная частотными и амплитудными перегрузками СИ и зависящая от динамической характеристики СИ, может быть условно отнесена к динамической погрешности. Эти погрешности, например, имеют место при измерении параметров импульсного сигнала, распреде-
275
ленного во времени по закону Пуассона. Поскольку при этом промежуток времени между поступающими на вход СИ импульсами может быть очень малым, то существует вероятность того, что последующий импульс будет искажаться из-за влияния предыдущих импульсов. Эти искажения (погрешности) амплитуды и временных параметров импульсов определяются в первую очередь динамической характеристикой СИ.
Третья группа погрешностей СИ, которая не относится к динамической, но которая зависит от динамической характеристики СИ и, как правило, анализируется наряду с динамической погрешностью линейных искажений, — это погрешности, обусловленные электронными шумами СИ (случайная составляющая основной погрешности СИ), а также реакцией СИ на различные помехи и наводки. Это связано с тем, что динамическая погрешность линейных искажений и погрешности из-за электронных шумов СИ по-разному зависят от частотной полосы пропускания СИ, и совместный анализ этих составляющих погрешности позволяет оптимизировать работу СИ в динамическом режиме.
10.1.2. Модели определения динамической погрешности
Динамическую погрешность СИ при регистрации случайных и детерминированных непрерывных сигналов определяют, как правило, с помощью модели, изображенной на рис. 10.2. Динамическая погрешность определяется как разность между зашумленным сигналом y(t) на выходе реального СИ с импульсной переходной характеристикой (ИПХ) g(t) и сигналом h{t) на выходе идеального СИ с ИПХ g0(t). Как видно из рис. 10.2, погрешность измерения сигнала x{t) состоит из динамической погрешности, обусловленной линейными искажениями сигнала, и погрешностью из-за влияния электронных шумов n(t). Погрешность линейных искажений связана с отличием ИПХ реального и идеального измерительных каналов на этой схеме. Практически всем СИ, работающим в динамическом режиме измерения, присуща коллимационная система (КС), усредняющая измеряемую ФВ в поле зрения (рис. 10.3).
Примечание. Коллимационная система — это часть конструкции СИ, ограничивающая угол зрения, под которым чувствительная часть прибора (датчик) «видит» объект измерения. КС (коллиматор) в том или ином виде присутствует в каждом приборе, поскольку точечные измерения в динамическом режиме неосуществимы. Можно не учитывать усреднение, вносимое КС в процессе измерения, и сами измерения считать точечными, если размеры КС по пути измерения много меньше по сравнению с длиной корреляции измеряемой ФВ. Типичным элементом усреднения, играющим роль КС в каждом приборе, является чувствительная поверхность детектора, имеющего конечные геометрические размеры.
276
«(O
x(t) -> ч g({)
?
I
&(0 A(O
6(0
Рис. 7ft2. Упрощенная модель определения погрешности измерения в динамическом режиме
x(t)
a(0
йш(0 у u) ^
«.(0
A(O
Рис. 10.3. Временная модель СИ для расчета динамической погрешности: gK(t), gBn(/), g0(t) — импульсные переходные характеристики коллиматора, вторичного преобразователя и идеального преобразователя соответственно; n(t) — шум;
x(t) — полезный сигнал
Используя модель на рис. 10.3, динамическую погрешность, обусловленную линейными искажениями, представляют в виде [1, 6, 20]
1 dyn
}*('-OW^-}*('-0*o(0^
(юл)
где gK вп(?) — свертка ИПХ КС и вторичного преобразователя (ВП): '
W') = Ы'-S)SBnUK- <10-2>
о
Если проводятся «точечные» измерения, т.е. усреднением в поле зрения КС можно пренебречь, то
277
SK(0 = S(/) и $квп(0 = *вп(').
Дисперсия случайной составляющей основной погрешности, обусловленная электронным шумом л(0, будет равна
D
Ao
где (со) — спектральная плотность мощности (СПМ) шума в области положительных частот.
