测试系统的特性.pdf

第 4 章 测试系统的特性 一般测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。测试过程中传感 器将反映被测对象特性的物理量（如压力、加速度、温度等）检出并转换为电信号，然后 传输给中间变换装置；中间变换装置对电信号用硬件电路进行处理或经 A/D 变成数字量， 再将结果以电信号或数字信号的方式传输给显示记录装置；最后由显示记录装置将测量结 果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。测试系统见图 4-1 所示。 根据测试任务复杂程度的不同，测试系统中每个环节又可由多个模块组成。例如，图 4-2 所示的机床轴承故障监测系统中的中间变换装置就由带通滤波器、 A/D 变换器和快速傅 里叶变换（ Fast Fourier Transform，简称 FFT ）分析软件三部分组成。测试系统中传感器为 振动加速度计，它将机床轴承振动信号转换为电信号；带通滤波器用于滤除传感器测量信 号中的高、低频干扰信号和对信号进行放大， A/D 变换器用于对放大后的测量信号进行采 样，将其转换为数字量； FFT 分析软件则对转换后的数字信号进行快速傅里叶变换，计算 出信号的频谱；最后由计算机显示器对频谱进行显示。 要实现测试，一个测试系统必须可靠、不失真。因此，本章将讨论测试系统及其输入、 输出的关系，以及测试系统不失真的条件。 图 4-1 测试系统简图 图 4-2 轴承振动信号的测试系统 4.1 线性系统及其基本性质 机械测试的实质是研究被测机械的信号 x (t ) （激励）、测试系统的特性 h(t ) 和测试结果 y(t ) （响应）三者之间的关系，可用图 4-3 表示。 x (t ) h (t ) y(t ) 图 4-3 测试系统与输入和输出的关系 它有三个方面的含义： （1）如果输入 x(t ) 和输出 y(t ) 可测，则可以推断测试系统的特性 h(t ) ； （2）如果测试系统特性 h(t ) 已知，输出 y(t ) 可测，则可以推导出相应的输入 x (t ) ； （3）如果输入 x(t ) 和系统特性 h(t ) 已知，则可以推断或估计系统的输出 y(t ) 。 这里所说的测试系统，广义上是指从设备的某一激励输入（输入环节）到检测输出量 的那个环节（输出环节）之间的整个系统，一般包括被测设备和测量装置两部分。所以只 有首先确知测量装置的特性，才能从测量结果中正确评价被测设备的特性或运行状态。 理想的测试装置应具有单值的、确定的输入 /输出关系，并且最好为线性关系。由于在 静态测量中校正和补偿技术易于实现，这种线性关系不是必须的（但是希望的） ；而在动态 测量中，测试装置则应力求是线性系统，原因主要有两方面：一是目前对线性系统的数学 处理和分析方法比较完善；二是动态测量中的非线性校正比较困难。但对许多实际的机械 信号测试装置而言，不可能在很大的工作范围内全部保持线性，只能在一定的工作范围和 误差允许范围内当作线性系统来处理。 线性系统输入 x (t ) 和输出 y (t ) 之间的关系可以用式（ 4-1）来描述 n n 1 d y (t ) d y (t )