Динамические измерения и характеристики. Динамические свойства геофизических средств измерений. Динамические характеристики и их классификация.
Динамическими называются свойства средств измерений, которые сказываются только при изменении измеряемого сигнала во времени и проявляются в том, что входной сигнал обусловливает выходной сигнал этого средства измерения в последующие моменты времени.
Динамическая погрешность зависит не только от принципа действия и конструкции СИ, но и от характера изменения во времени измеряемой величины, она проявляется как по оси измеряемой величины, так и по оси времени (глубины).
Динамическая составляющая погрешности измерений, обусловленная динамическими свойствами используемых средств измерений может быть постоянной или зависеть от изменений динамических параметров средства измерения. Отклонения параметров могут быть как регулярными – детерминированными, и тогда нужно говорить о систематической, или регулярной, динамической погрешности, так и нерегулярными – случайными, в этой случае они вызывают 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 для указанных средств измерений их динамическая погрешность является дополнительной.
В практике ГИС в большинстве случаев проводят измерения изменяющихся по глубине (соответственно по времени) физических величин. Такие измерения называют измерениями в динамическом режиме. При измерении скважинными радиометрами, термометрами, расходомерами и др. в динамическом режиме влияние динамических свойств СИ на результат измерения существенно.
Динамические характеристики и их классификация
Динамической – называется метрологическая характеристика СИ, отражающая связь переменного выходного сигнала с информативным или неинформативным параметром входного сигнала или влияющей величиной. Характеристики можно разделить по принципу полноты.
Полная динамическая характеристика однозначно определяет изменение выходного сигнала СИ при любом изменении во времени информативного или неинформативного параметра входного сигнала или влияющей величины. Полными характеристиками являются дифференциальное уравнение, передаточная функция, переходная и импульсная переходная, амплитудно-частотные (АЧХ) и фазо-частотные характеристики. Наиболее полной динамической характеристикой является дифференциальное уравнение.
Дифференциальное уравнение связывает выходную величину y(t) с входной x(t). Это уравнение в общем виде можно записать следующим образом
(an
+
an-1
+
... +1)y = (bn
+ bn-1
+ ... +1)x ( 1 )
Передаточная функция S(p) – это отношение преобразования Лапласа выходного сигнала СИ к преобразованию Лапласа входного сигнала при нулевых начальных условиях. Уравнение можно записать в следующем виде:y = S(p)x = ( 42 ) где S(p) – передаточная функция или операторная чувствительность, a S0 – статическая чувствительность, т.е. чувствительность к постоянной входной величине.
Передаточная функция S(p), также как и диф уравнение – подробные, но мало наглядные характеристики динамических свойств, к тому же их трудно определить экспериментально.
Реакция y(t) средства измерения на воздействие в виде единичного скачка называется переходной характеристикой h(t). Скачкообразному воздействию (рис1) на практике подвергаются термометры, погружаемые в среду с отличной от первоначальной температурой; вольтметры, подключаемые к различным точкам измерительной цепи. Для СИ с дифференциальным уравнением первого порядка характерна переходная характеристика апериодического вида.
Частная динамическая характеристика отражает лишь часть динамических свойств СИ, поэтому она не может быть использована для точного априорного оценивания и для коррекции динамических погрешностей. Позволяет решать только задачи сравнения и, в определенных случаях, выбора средства или скорости измерений. Главное назначение частных характеристик заключается в обеспечении единообразия средств измерения данного типа.