第三章测试系统的基本特性案例.ppt

第三章 测试系统的基本特性 ;系统:通常是指一系列相关事物按一定联系组成的能够完成人们指定任务的整体。测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。测试装置本身就是一个系统。 ;复杂测试系统(轴承缺陷检测); ★ 理想的测试装置：具有单值的、确定的输入输出关系，即对于每一输入量都应只有单一的输出量与之 对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。; 测试系统的输入和输出之间应尽量满足线性关系，进而实现不失真测试。实际测试系统大多不可能在整个工作范围内完全保持线性，而只能在一定范围内和一定的（误差）条件下作线性处理，这就是该测试系统的工作范围。; 在 基本不随时间变化的静态测量中，测试系统的线性关系总是希望的，但不是必需的，因为静态非线性校正较容易。 在动态测试中，则力求测试系统是线性系统。一是因为目前对线性系统能够做比较完善的数学处理与分析，二是因为动态测试中的非线性校正非常困难。;如果测试装置的输入量 x (t)和输出量 y (t)之间的关系:;线性时不变系统具有以下主要性质：;;;说明： ★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。若满足就是线性系统。;第二节 测试系统的静态特性 ; 这是理想状态下定常线性系统输入输出关系，即单调的线性比例关系。然而，实际的测量装置并不是理想的线性系统，定度曲线不是直线。通常是采用“最小二乘法”拟合的直线来确定线性关系。用实验方法，确定出定度曲线，由定度曲线的特征指标，即可描述测量系统的静态特性。;一、线性度 定度曲线与理想直线的接近程度。以定度曲线与拟合直线的最大偏差B同标称范围A的百分比表示。 ; 二、灵敏度 当测试装置的输入信号有一增量△x,引起输出信号发生相应变化△y时，定义 S=△y/△x; ;三、回程误差（也称滞后或变差） 　 测试装置在输入量由小到大再由大到小的测试过程中，对于同一输入量所得输出量不一致的程度。; 四、其他表征测试系统的指标;2.漂移 测量装置的测量特性随时间的缓慢变化,称为漂移。 在规定条件下，对一个恒定的输入在规定时间内的输出 变化，称为点漂；在装置标称范围最低值处的点漂，称 为零点漂移，简称零漂。随环境温度变化所产生的漂移 称为温漂。;3.信噪比（SNR） 信号功率与噪声功率之比，或信号电压与噪声电压之比，单位为分贝。即 ;式中： ， ——装置的测量上限、下限。;★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。; ★ 系统分析中的三类问题;;存在问题：解微分方程困难，不便实际应用。;拉普拉斯变换与傅里叶变换的区别：;;(1)只反映系统本身的传输特性，与输入和初始条件均无关。;;在工程领域中，常用特性曲线来描述系统的传输特性: (1)将 和 分别作图，即为系统的幅频特性曲线和相频特性曲线:伯德(Bode)图。;(2)用H(ω)的实部P(ω)和虚部Q(ω)分别作P(ω)—ω 和Q(ω)—ω的曲线，可得到系统的实频特性和虚频特性曲线图。;频率响应函数的测量(正弦波法) ;优点：简单，信号发生器，双踪示波器 缺点：效率低 ;4.脉冲响应函数h(t);★ 传递函数H(s)、脉冲响应函数 h(t) 和频率响应函数H(ω)分别是在复频域、时域和频域中描述测试系统的动态特性。三者是一一对应的。 h (t) 和 H (s)是拉氏变换对， h (t) 和 H(jω)是傅氏变换对。;案例:镗杆固有频率测量;实验：悬臂梁固有频率测量;案例:桥梁固频测量;二、测试系统的动态特性;图3-7 一阶系统的伯德图; 一阶系统的单位脉冲响应 ; u(t);一阶系统时间常数测量：;2.二阶系统的动态特性;;脉冲响应：;;三、测试系统动态特性的测定;2、用阶跃响应法求测试装置的动态特性;2;四、测试环节的联接; 实际测量工作中，测量系统和被测对象会产生相互作用。测量装置构成被测对象的负载。彼此间存在能量交换和相互影响，以致系统的传递函数不再是各组成环节传递函数的叠加或连乘。 ; 该系统的输出波形与输入信号的波形精确地一致，只是幅值放大了A0倍，在时间上延迟了t0而已。这种情况下，认为测试系统具有不失真的特性。;频域：