第5章信号的变换与处理汇编.ppt

研究测试装置的特性，主要是分析和处理系统的输入量x(t)、输出量y(t)以及装置本身的传输特性h(t)三者之间的关系。以输出与输入成线性关系为最佳关系，其输入与输出之间的对应关系x(t)→y(t)可以用线性常微分方程来描述。判断一个系统是否是线性系统，只要判断该系统是否满足叠加性和比例性。 理想状态下定常线性系统输入输出关系为单调的线性比例关系。为评定测试装置的静态特性，常采用静态测量的方法，求取系统的输入输出关系曲线即标定曲线。由标定曲线的特征指标，就可以描述测量系统的静态特性。线性度、灵敏度及回程误差是描述测量系统的3个主要静态特性。 描述测试系统的特性实质上就是建立输入信号、输出信号和测试装置结构参数三者之间的关系。任何高阶系统都可看作是由若干个一阶系统和二阶系统的串联或者并联，所以分析和掌握一阶系统和二阶系统的特性是十分重要的。对于一阶系统时间常数τ就是系统的动态常数，可以通过其幅频或相频特性表达式，借助实验所得的特性曲线直接确定τ值。而二阶系统的频率特性受ω-n和ζ两个参数的共同影响，可通过幅频曲线估计其动态参数。可以用频率响应法与阶跃响应法来求取测试装置的动态特性。 测试系统实现不失真测试的条件就是幅频特性保持常值，相频特性为输入信号频率的线性函数。信号的不失真测试有一定的频率范围。实际测试系统不可能在非常宽的频率范围内都满足不失真条件，只能力求选取合适的装置，将失真限制在一定的误差范围内。 1. 名词解释 线性度、灵敏度、回程误差(滞后)、精确度、漂移(点漂)、稳定性、 鉴别力阈与分辨力、信噪比、测量范围、动态范围(DR)、灵敏阈(死区)、可靠性、时间常数、固有频率、阻尼比、频率特性、负载效应。 2. 简述题 (1) 测试系统有什么基本要求？理想测试系统有什么特性？ (2) 何谓测试系统的静态特性？如何描述？ (3) 线性系统有哪些特性？如何判别线性系统？ (4) 测试装置的静态特性指标主要有哪些?它们对装置的性能有何影响? (5) 什么叫一阶系统和二阶系统?它们的传递函数、频率响应函数及幅频和相频特性表达式是什么? 课外学习指导及作业 (6) 一阶系统为何适合于测量缓变或低频信号？其系统工作频率的上限是多少？ (7) 由一阶系统的单位阶跃响应你能得到什么结论？ (8) 系统及输入信号是否决定稳态误差存在与否？ (9) 测试系统的动态特性分析为什么以一阶与二阶系统为主？高阶系统如何处理？ (10) 何谓测试系统不失真测试的条件？对一阶与二阶测试系统如何选取相应的不失真测试的频率范围？ 3. 计算题 (1) 求周期信号x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t-45°)通过传递函数为H(s)=1/(0.005s+1)的装置后所得到的稳态响应。 (2) 某传感器为一阶系统，当阶跃信号作用在该传感器时，在t=0时，输出10mV；t→∞时，输出100mV；在t=5s时，输出50mV，试求该传感器的时间常数τ。 (3) 求信号x(t)=12sin(t+30°)+4sin(2t+45°)+10cos(4t+60°)，通过一阶系统后的输出y(t)。设该系统的时间常数τ=1s，系统的静态灵敏度为S=25。 机电工程学院 Sun Chuan 68215 第5章　信号的变换与处理 机电工程学院 Sun Chuan 68215 传感器输出的电信号，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去，其主要原因是大多数传感器输出的电信号很微弱，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。某些传感器输出的电参量，要转移为电能量信号。输出信号中可能混杂有干扰噪声，需要去除噪声，提高信噪比。如果测试工作仅对部分频段的信号敏感，则应从输出信号中分离出所需的频率成分。当采用数字仪器仪表时，模拟信号还应转换为数字信号。因而，传感器的输出信号要经过适当的调理，使之与后续测试环节相适应。常用的信号调理环节有：放大器、电桥、滤波器、调制解调器、模数转换器等。一般将这部分电路与传感器基本转换电路统称为传感器的测量电路或信号调理电路。 §1 信号的放大 在测试系统中，传感器或测试装置的输出大部分都是较弱的模拟信号，一般为mV级甚至μV级，不能直接用于显示、记录或A/D转换，必须进行放大。 对于直流或缓变信号，由于直流放大器的漂移较大，对于较微弱的直流信号往往需要调制成交流信号，然后用交流放大器放大，再解调成为直流信号。目前由于集成运算放大器性能的改善，已经可以组成性能良好的直流放大器。集成运算放大器根据其