测试技术第四章 测试系统的特性.ppt

3.测试装置的特性 为了获得准确的测试结果，对测试装置提出多方面的性能要求。这些性能大致上可分为两种：静态特性和动态特性。对于那些用于静态测量的测量装置，一般只需利用静态特性指标来评价其测量质量。在动态测量中，不仅需要用静态特性指标，而且需要用动态特性指标来描述测试仪器的质量，因为两方面的特性都将影响测量结果。 4.2 测试系统的静态特性 是指静态测量情况下描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度。 测试系统的静态特性 1.非线性度 非线性度是指测试系统的输入、输出关系保持常值线性比例关系的程度。在静态测量中，通常用实验测定的办法求得系统的输入、输出关系曲线，称之为定度（标定）曲线。 2.灵敏度 对于定常线性系统，其灵敏度恒为常数。但是，实际的测试系统并非是定常线性系统，因此其灵敏度也不为常数。 灵敏度表征的是测试系统对输入信号变化的一种反应能力。 3. 分辨力 分辨力是指测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量，通常是以最小单位输出量所对应的输入量来表示。 一个测试系统的分辨力越高，表示它所能检测出的输入量的最小变化量值越小。对于数字测试系统，其输出显示系统的最后一位所代表的输入量即为该系统的分辨力；对于模拟测试系统，是用其输出指示标尺最小分度值的一半所代表的输入量来表示其分辨力。分辨力也称为灵敏阈或灵敏限。 4.回程误差 由于仪器仪表中磁性材料的磁滞、弹性材料的迟滞现象，以及机械结构中的摩擦和游隙等原因，反映在测试过程中输入量在递增过程中的定度曲线与输入量在递减过程中的定度曲线往往不重合 。 最小 即 5.漂移 漂移是指测试系统在输入不变的条件下，输出随时间而变化的趋势。在规定的条件下，当输入不变时，在规定时间内输出的变化，称为点漂。在测试系统测试范围最低值处的点漂，称为零点漂移，简称零漂。 产生漂移的原因有两个方面；一是仪器自身结构参数的变化，另一个是周围环境的变化 （如温度、湿度等）对输出的影响。最常见的漂移是温漂，即由于周围的温度变化而引起输出的 变化，进一步引起测试系统的灵敏度和零位发生漂移，即灵敏度漂移和零点漂移。 6.信噪比 信号功率与干扰（噪声）功率之比，称为信噪比。 SNR 有时也用信号电压和噪声电压来表示信噪比 SNR 4.3 测试系统的动态特性 是指输入量随时间变化时，其输出随输入而变化的关系。 测试系统的动态特性 一般地，在所考虑的测量范围内，测试系统可以认为是线性系统。 通过拉普拉斯变换建立其相应的“传递函数”，该传递函数就能描述测试装置的固有动态特性；通过傅里叶变换建立其相应的“频率响应函数”，以此来描述测试系统的特性。 1.拉普拉斯变换 定义式 s为复变数 拉氏变换是一种积分变换，在测试中最常用的拉氏变换性质是微分定理 L[ ]＝ 2.传递函数 （1）传递函数的概念 是指零初始条件下，输出量的拉普拉斯变换与引起该输出的输入量拉普拉斯变换之比。 传递函数 （2）传递函数的特点 H(s)与输入x(t)及系统的初始状态无关，描述了系统的本身动态特性。 H(s)是对物理系统特性的一种数学描述 ，而和系统具体物理结构无关。同一传递函数可以表征具有相同传输特性的不同物理系统 。 H(s)中的分母取决于系统的结构，而分子则表示系统同外界之间的联系，如输入点的位置、输入方式、被测量以及测点布置情况等 。 3. 频率响应函数 （1）频率响应函数的定义 系统的频率特性是指系统在简谐信号激励下，其稳态输出对输入的幅值比、相位差随激励频率 而变化的特性。 （2）频率响应函数的求法 在已知系统传递函数 的情况下令： 便可以求得频率响应函数 此外，频率响应函数可以通过实验测得，这是频率响应函数的最大优点。需要注意的是，频率响应函数是描述系统的简谐输入和其稳态输出的关系。因此，在测量系统频率响应函数时，必须在系统响应达到稳态阶段时进行测量。 4. 脉冲响应函数 （1）单位脉冲函数 和 实际上它是一个宽度为零、幅值为无穷大 ，而面积为1的脉冲 满足下列条件的函数，称为单位脉冲函数。 （2）脉冲响应函数 若输入为单位脉冲，由于单位脉冲函数的拉普拉斯变换为1，经拉普拉