测试技术(第二章).ppt

* 工程测试技术 ——郭世伟 第二章 测试装置的静、动态响应特性 测试装置有简单和复杂，一般的测试系统是指由执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。 一、 测试系统概论 复杂测试系统(轴承缺陷检测) 简单测试系统(光电池) V （一）信号与系统 无论复杂度如何，把测量装置作为一个系统来看待。 本章内容与控制工程基础课程密切。 问题简化为处理输入量x(t)、系统传输特性h(t)和输出y(t)三者之间的关系。 3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(响应分析、预测，正问题) 系统分析中的三类问题： 1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输特性。 (系统辨识) 2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。 (反问题) x(t) 系统 y(t) （二）测试系统基本要求 静态测量与动态测试均是以测试系统的输出量去估计输入量，输入物理量经测试系统的各个变换环节的传递，要求测试系统使输出量尽可能地准确、真实反映被测量。 测试系统应该具有单值的、确定的输入－输出关系。对于每一输入量都应该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。其中以输出和输入成线性关系最佳。 静态测量与动态测试 静态特性与动态特性 二、测试系统的静态特性 静态测量时，测试装置表现出的响应特性为静态响应特性。实际输入/输出间的函数关系可由静态校准曲线来描述。为非线性关系时可拟合为基准直线（如用最小二乘法）。 　1、灵敏度 测试装置的输入x有一增量△x，引起输出y发生相应的变化△y时，则定义: 　 S=△y/△x 实为拟合后的基准直线的斜率 有时也称“放大倍数”、“增益”。 灵敏度高，系统对输入的反应能力强，但也并非越大越好。 测试装置的静态特性就是对静态校准曲线的描述： 2、非线性度 　 反映了标定曲线与拟合直线的偏离程度。非线性度表示为 B/A×100% 3、回程误差 　 测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最大者为hmax，则定义回程误差为 回程误差=(hmax/A)×100% A为输出满量程 B为最大偏差 4、测量误差 （测量值与真值之差） （1）测量误差的分类： 随机误差：由随机因素造成，不可避免，可以减小，有统计规律性。 系统误差：有确定性的变化规律，须要减小或消除。 粗大误差：指明显偏离实验实际的误差，须舍弃异常实验数据。 （2）测量误差的表达： 精密度：指测量结果相互接近、密集的程度。（方差） 正确性：测量结果的平均值接近真值的程度。（数学期望） 准确度：反映测量的总误差。 精度： 泛指测量结果的可信程度。 5、 静态特性的其他描述 　分辨力：指能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量，表明测试装置分辨输入量微小变化的能力（数字装置和模拟装置有所不同）。 测量范围：是指测试装置能正常测量最小输入量和最大输入量之间的范围。 稳定性：是指在一定工作条件下，当输入量不变时，输出量随时间变化的程度。 可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。 灵敏阀：又称为死区，用来衡量测量起始点不灵敏的程度。　 三、测试系统的动态特性 （一）概述 动态测试装置作为一个动态系统，其时域要求是稳定性、快速性；在频域也有相应的频率响应要求。 （二）动态系统的描述（数学模型） 1、微分方程 系统输入x(t)和输出y(t)间的关系可以用常系数线性微分方程来描述： 这样的系统为线性时不变系统（LTI系统），一般在工程中使用的测试装置均认为是线性系统。 线性系统理论研究已相当成熟。 线性系统的性质有：线性性质，微分（积分）性质，频率保持性等。 2、传递函数 在初始条件为零的情况下，对上述微分方程两端求拉普拉斯变换并整理得： 得传递函数 s为复数，Y(s)，X(s)分别为输出、输入信号的拉氏变换，n为系统的阶数。 传递函数的系统描述特点。 传递函数表示了系统的固有性质，为系统的外部描述法，有其局限性。 3、频率响应函数 （1）定义及描述 取传函中的 ，则为 称为系统的频率响应函数（特性）。为输入、输出信号傅立叶变换之比。频率响应函数为复数函数，可表达为