测试系统特性1.ppt

本章学习要求、重点和难点： 要求 1.建立测试系统的概念；　　 2.掌握测试系统静态、动态特性分析方法； 3.了解典型测试系统特性及其测量方法 重点 动态特性的分析方法 难点 测试系统的频响特性 2.1 测试系统概论 1）基本概念 测试系统： 测试系统：执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称，根据系统复杂程度可以是简单测试系统，也可以是复杂的测试系统， 分类：静态测试系统和动态测试系统。 测试系统特性： 测试系统特性：体现输入输出信号关系的性能，是其对输入信号的响应。 分类：静态特性和动态特性。 2）测试系统术语 测量、试验和测试 测量：获取被测对象量值的过程。 试验：对未知事物的探索性认知实验过程。 测试：试验性质的测量。 误差和精度 误差：测量示值与被测量真值的差值 精度：测量结果与真值的一致程度。 量程与测量范围 量程：测量装置示值上、下限之差的绝对值。 测量范围：误差允许被测量的范围。 信躁比：信号功率与噪音功率之比，单位位分贝。 动态范围：不受噪音影响获得不失真输出的测量值上限与下限之比 3) 系统特性物理模型 1) 系统辨识: 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。 2) 反求： 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。 3) 预测： 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。 4）系统输入输出关系及基本要求 理想测试系统 具有单值的、确定的输入－输出关系，且系统特性不随时间变化的测试系统。 基本要求： 以输出和输入成线性关系最佳。 5）线性系统及其性质 数学模型：连续方程 主要性质 叠加性： 比例性： 微分性： 积分性： 频率保持性 2.2 测试系统的静态特性 1）静态特性与标定曲线 静态特性：测试装置的输入、输出信号不随时间而变化的响应特性。 静态数学模型： 标定曲线：反映测试系统输入输出之间静态传输特性的曲线。 拟合直线方法： 最小二乘法：通过坐标原点，并使它与静态标定曲线上的输出偏差平方和最小。该法精确但计算复杂。 端点连线法：连接上、下限两点的直线作为拟合直线。 最大偏差比较法：与标定曲线的最大偏差最小的直线。 2）静态特性的评定指标 a) 灵敏度 当测试装置的输入x有一增量△x,引起输出y发生相应变化△y时,定义: S=△y/△x 物理意义： 灵敏度有量纲，取决于输入输出量的单位； 灵敏度越高，测量范围越窄，应合理选用。 b) 非线性度 概念 非线性度：标定曲线与拟合直线的偏离程度。 表达式： 非线性度=B/A×100% 非线性度越小越好，工程上常采用限制测量范围、非线性拟合和非线性放大器等技术提高系统的线性。 c) 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: (hmax/A)×100% d) 静态响应特性的其他描述 精度：是与评价测试装置产生的测量误差大小有关的指标 灵敏阀：又称为死区，用来衡量测量起始点不灵敏的程度。 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。 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。 2.3 测试系统的动态响应特性1）动态特性的数学描述 动态特性：测试系统对随时间变化输入量的响应特性。 数学模型： 数学函数： 连续函数：在时域中用微分方程描述输入输出函数的关系 传递函数：在复数域中描述输入输出函数的关系 频率响应函数：在频域中描述输入输出函数的关系 脉冲响应函数：描述系统在时域中的动态特性 2）拉氏变换 a) 拉氏变换的定义 如果函数 为时间 的函数，且当 时， ，则函数 的拉氏变换 定义为 拉氏变换 拉氏逆变换 b) 典型函数的拉氏变换 指数函数 典型函数的拉氏变换 单位斜坡函数 c) 拉氏变换的性质 线性性质 3） 传递函数 传递函数定义 初始条件为零时，线性定常系统输出量的拉氏变换与输入量拉氏变换之比。用 表示。 对连续方程进行拉氏变换 传递函数的特点 反应测试系统本身的特性，与输入信号无关； 由传递函数描述的系统，对于任一输入信号都有一个明确的输出信号 传递函数的系数是由系统本身的结构特性所唯一确定的 传递函数是物理系统的抽象，代表测试系统的传递特性，但与具体的物理结构无关，不同的系统可以有同样的传递函数。 传递函数串联与并联 4）频率响应函