检测技术03.ppt

二、测试系统的静态特性 稳定性和漂移 三、测试系统的动态特性 一阶系统的频率响应与阶跃响应 二阶系统的幅频特性和相频特性 二阶系统的阶跃响应 频率响应法 不失真测试的条件 一阶系统： 时间常数?越小越好 二阶系统： 阻尼比为0.7左右时，特性曲线?0.6 ?0范围内，波形失真较小 小结 幅频特性A(ω)和相频特性?(ω)表示输入和输出之间的差异，称为稳态响应动态误差。 实际应用中常限定幅值误差 一阶系统的特性： －低通性质：幅值比A(ω)随输入频率ω的增大而减小。 －系统的工作频率范围取决于时间常数? 。当ω ?较小时，幅值和相位的失真都较小。当ω ?一定时， ?越小，测试系统的工作频率范围越宽。 一阶系统适用于测量缓变或低频被测量；为了减小系统的动态误差，增大工作频率范围，应尽可能采用时间常数小的测试系统。 【例1】设一阶系统的时间常数τ＝0.1s，问：输入信号频率ω为多大时其输出信号的幅值误差不超过6％？ 解： 将τ＝0.1带入A(ω)中得到 结论：一阶系统τ确定后，若规定一个允许的幅值误差ε，则可确定其测试的最高信号频率ωh ，该系统的可用频率范围为0～ωh 。 反之，若要选择一阶系统，必须了解被测信号的幅值变化范围和频率范围，根据其最高频率ωh和允许的幅值误差去选择或设计一阶系统。 例2：想用一阶系统测量100Hz的正弦信号，如要求限制振幅误差在5%以内，则时间常数应取多少？若用该系统测试50Hz正弦信号，此时的振幅误差和相角差是多少？ 一阶系统的频率响应 例： 有一一阶测试系统如下图如示，其结构由三部分组成，每部分的幅值误差分别为?1, ?2，?3，相差为别为， 求测试系统的总的幅值误差为多少？ ? 1 ? 2 ? 3 x y 一阶系统的阶跃响应与特性参数 当系统输入阶跃信号x(t)： L L-1 AS 二阶系统的频率响应与阶跃响应 微分方程： 为系统的固有角频率， 为阻尼比 传递函数： 频率特性： 二阶系统 称重(应变片) F 加速度 压电式传感器 低通系统 响应与阻尼比有关 与固有频率有关 根据阻尼比 ?不同，其阶跃响应函数： （1）当 ?1（过阻尼） （2）当 ?＝1（临界阻尼） （3）当 ?1（欠阻尼） 二阶系统的阶跃响应 阶跃响应速度与阻尼比有关（0.6—0.8） 阶跃响应速度与固有频率有关 原理：在桥中悬挂重物，然后突然剪断绳索，产生阶跃激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。 桥梁固有频率测量 测试系统动态特性的标定 测量系统的动态特性可用动态性能指标进行评价。可采用两种方法： 频率响应法： 输入正弦信号，测量其稳态输出时的幅值比和 相位差。（频域） 阶跃响应法： 输入阶跃信号，根据系统的阶跃响应曲线求解 系统的动态特性。（时域） 利用正弦激励，可得到系统的幅频特性，求出一阶系统时间常数、二阶系统的固有频率和阻尼比 二阶系统 y(t)=A0x(t-t0) 不失真测试的条件 不失真测试：系统输出信号的波形与输入信号的波形完全相似 F * * 第三章：测试系统的特性 测试系统与线性系统 测试系统的静态特性 测试系统的动态特性 实现系统不失真测试的条件 一、测试系统与线性系统 被测对象 激励源 传感器 信号调理 信号分析与处理 显示与记录 被测量 电信号 电信号 放大、转换、传输等 运算和分析 输入量 输出量 测试系统 不失真测试 不失真测试：y(t)能真实地反映x(t)的变化过 程 1) 当x(t)、y(t)已知，可以通过它们推断系统的h(t)。 2) 当h(t) 、y(t)已知，可以通过它们推断x(t) 。 3) 如果x(t)、h(t)已知，则可以推断和估计系统的y(t) 。 理想的测试系统具有单值的、确定的输入与输出关系。 线性系统 x(t) y(t) (1) (2) (3) 成线性关系为最佳 线性时不变系统：输入输出量呈确定的线性关系，而且系统特性不随时间变化 线性时不变系统 微分方程的一般形式： 其中a0，a1，…，an和b0，b1，…，bm均为常数，一般n≥m，n为线性系统的阶数 线性系统的特性 系统对各输入量之和的输出量等于各单个输入量所得的输出量之和，即 ???若?????????? x1(t) → y1(t)，x2(t) → y2(t) ???则?????????? x1(t)±x2(t) → y1(t)±y2(t) （1）叠加特性： （2）比例特性： 输入量增大c倍，则输出量比原输出量也增大c倍，即 ???若?????????? x(t) → y(t) ??则?????????? c x(t)→ c y (t) 系统对输入微分的响应等于对原输入响应的微分