第4章测试装置的基本特性(教案).ppt

河北科技大学 郑惠萍 主 要 内 容 概述 测试装置的静态特性 测试装置的动态特性 测试装置对任意输入的响应 实现不失真测试的条件 测试装置动态特性的测量 §4.1 概 述 随着测试目的和要求的不同，测试装置的组成、复杂程度有很大差别。 测试系统是执行测试任务的各种装置和仪器的总称。 对测试装置的基本要求1 对测试装置的基本要求2 研究对象+测试装置作为一个系统 举例说明 研究对象是测试装置本身----测试装置的定度（标度）问题 理想的测试装置应具有单值的、确定的输入-输出关系；输出与输入成线性关系为最佳。 实际的测试装置只能在较小的范围和一定的误差允许范围内满足线性要求。 线性系统及其主要性质 时不变线性系统/定常线性系统 系统的输入与输出的关系可用常系数线性微分方程来描述的系统。 时不变线性系统的主要性质1 符合叠加原理（很重要） 几个输入所产生的总输出是各个输入所产生的输出叠加的结果。 时不变线性系统的主要性质2 比例特性—又称“均匀性” 对于任意常数 a ，必有 微分特性— 系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数，即 时不变线性系统的主要性质3 积分特性 如系统的初始状态均为零，则系统对输入积分的响应等同于对原输入响应的积分，即 频率保持性（很重要） 若输入为某一频率的简谐（正弦或余弦）信号，则系统的稳态输出必是、也只是同频率的简谐信号 测试系统的性质 静态特性 动态特性 负载特性 抗干扰性 测试系统的性质 §4.2 测试系统的静态特性 线性度 灵敏度、分辨力 回程误差 零点漂移和灵敏度漂移 4.2.1线 性 度 定义：指测量装置输出、输入之间的关系与理想比例关系的偏离程度；即校准曲线接近拟合直线的程度。 线性误差=B/A*100% 拟合直线（独立直线、端基直线） 4.2.1线 性 度 4.2.2灵敏度、分辨力1 4.2.3回 程 误 差 4.2.3回 程 误 差 4.2.4 重复性 重复性：外界条件不变的情况下，对同一被测量多次重复测量时，每一次的输出值都不一样，是随机的。 重复性反应的是测量值之间的分散性 ——精密度，属于随机误差。可根据标准偏差来计算。 零点漂移和灵敏度漂移 4.3 测试系统的动态特性 动态特性： ——变化/动态信号。研究当测试与检测系统的输入和输出均为随时间而变化的信号时，系统对输出信号的影响。 4.3 测试系统的动态特性 4.3.2 研究测试系统的动态特性的方法 2 传递函数 描述系统动态特性更为广泛的函数是传递函数。 传递函数的定义：x(t)、y(t)及其各阶导数的初始值为零，系统输出信号的拉普拉斯变换(拉氏变换)与输入信号的拉氏变换之比，记为 传 递 函 数 的 特 点 频 率 响 应 函 数 幅频特性、相频特性和频率响应函数 定常线性系统在简谐信号的激励下，系统的频率特性： 幅频特性：稳态输出信号和输入信号的幅值比。记为A(ω)。 相频特性：稳态输出对输入的相位差。记为φ(ω)。 系统的频率响应函数为 3、频率响应函数 输入正弦信号： x(t)=Aejwt 暂态响应衰减消失后输出正弦信号： y(t)=Aej(wt+j) 以 代入上式，也可以得到频响函数，说明频率响应函数是传递函数的特例。 频率特性及其图像 H(j?)一般为复数，写成实部和虚部的形式： A(?)- ?曲线称为幅频特性曲线； ?(?)- ?曲线称为相频特性曲线。 实际作图时，常画出伯德图（Bode图） ： 20lgA(?)-lg?曲线——对数幅频曲线 ?(?)-lg?曲线——对数相频曲线 4 脉 冲 响 应 函 数 1 环节的串联和并联 两个传递函数各为 H1(s)和 H2(s) 的环节 n个环节串联时系统的频率响应函数 其相频和幅频分别为 n个环节并联时系统的频率响应函数 特 别 注 意 一 阶 系 统 实 例 系统一 系统二 一阶系统的一般形式 一阶系统均可用一阶微分方程来描述，一般形式的一阶微分方程为 一阶系统的特性1 传递函数 频率响应函数 幅相频表达式 脉冲响应函数 一阶系统的特性2 一阶系统的特性3 1）当 时， ; 当 时， 。 2）在 处，A(ω)为0.707（-3db),相角滞后- 45o。 3）一阶系统的伯德图可用一条折线来近似描述。这条折线在 段为A(ω)=1, 在 段为一 -20db/10倍频斜率的直线。