机械工程测试技术（第3版）课件：测试系统的基本特性.pptx

?掌握测试系统传递特性的分析方法

时域分析方法＝单位脉冲响应函数＋卷积

频域分析方法＝频率响应函数或传递函数＋卷积

利用系统的响应函数来描述系统的传递特性；

一、二阶系统对典型激励(脉冲、阶跃、正余弦信号)的响应特性。

?如何实现不失真测试?;

借助专门的设备、仪器、测试系统，通过适当的实验方法、信号分析及数据处理方法，由测得的信号求取研究对象有关信息的过程，最后显示或输出其结果。;

一、对理想测试系统的要求

理想的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。;

二、测试系统的分类

●线性系统与非线性系统

F线性系统:具有叠加性、比例性的系统

●连续时间系统与离散时间系统

F连续时间系统:输入、输出均为连续函数.用微分方程描述系统特征.

F离散时间系统:输入、输出均为离散函数.差分方程描述系统特征.

●时变系统与时不变系统:系统参数是否随时间而变.

●对线性时不变系统(线性定常系统)进行分析的理论和方法最为基础、最成熟，其它系统通过某种假设后可近似作为线性定常系统来处理。一般的测试系统都可视为线性定常系统，即可以用常微分方程来描述。;

静态测量;

动态测量;

88台重型车辆依次通过主跨，为期一周的重庆万州驸马长江大桥静动载试验顺利完成。试验数据显示，大桥受力情况满足设计规范要求;

被测物理量(即信号)接入一个测试系统，由系统对输入信号进行“加工”，并输出经“加工”后的信号。

?输出信号的质量必定差于输入信号的质量。

–受测试系统的特性影响；

–受信号传输过程中干扰的影响。;

三、线性系统及其性质

1.线性系统的数学模型

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：;

2.线性系统的性质

a)叠加性

系统对各输入之和的输出＝各单个输入的输出之和，即

若x1(t)→y1(t)，x2(t)→y2(t)

则x1(t)±x2(t)→y1(t)±y2(t)

b)比例特性

常数k倍输入所得的输出＝原输入所???输出的k倍，即:;

d)积分特性

当初始条件为零时，系统对原输入信号的积分＝原输出信号的积分，即

或jx(t)dtjy(t)dt;

e)频率保持性

若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的谐波信号，即

若x(t)=Acos(ωt+)

则y(t)=Bcos(ωt+);

重要结论：

线性系统具有频率保持性的含义

?输入信号的频率成分通过线性系统后仍保持原有的频率成分。

?如果输入是很好的正弦函数，输出却包含其他频率成分，就可以断定其他频率成分绝不是由输入引起的，它们可能：1)由外界干扰引起，或

2)由装置内部噪声引起，或3)输入太大使装置进入非线性区，或

4)该装置中有明显的非线性环节。;

测试系统基本特性

3.2测试系统的静态特性

如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，则称为静态测量。;

静态测量时，测试装置所表现出的响应特性称

为静态响应特性(简称静态特性)。此时微分方程

变为：y(t)=x(t)=Sx(t)ory=Sx

静态特性指标

1灵敏度S

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=输出量的变化量

x输入量的变化量

y

△y

△x;

多级系统灵敏度S=S1S2S3

2非线性度6n(有时也称为线性度)

标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。

6n＝B/A×100%，A－－满量程刻度值

A;

3回程误差6h

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的差值最大者为hmax，则定义回程误差为:6h＝(hmax/A)×100%;

4重复性

在输入按同一方向连续多次变动时，测试装置特性曲线不一致的程度。

重复性误差可用正反行程的最

大偏差表示，即

YR=士(Rmax/yFS)100%;

5.误差

仪器的误差有四种表达方式：

绝对误差：测量值M与真实值T之间的偏差，△=M－T

相对误差：6＝△/T×100%

系统误差：误差值固定，或按一定规律变化。

随机误差：由随机变化的因