工程测试—第二章测试系统基本特性1.ppt

第2章 测试系统装置的基本特性 ;信号与系统紧密相关。 被测的物理量亦即信号作用于一个测试系统，而该系统在输入信号亦即激励的驱动下对它进行“加工”，并将经“加工”后的信号进行输出。 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。 ;一般测试装置由三个基本环节组成,如图所示.; 上图中表示输入量送入此组件后经过规定的传输特性h(t)转变为输出量。 对比例放大环节h(t)可写成k（电子或机械装置的放大系数）；; 理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入―输出关系。其中以输出和输入成线性关系为最佳。 在静态测试中，测试装置的这种线性关系虽说总是所希望的，但不是必须的，因为在静态测试中可用曲线校正或输出补偿技术作非线性校正；; 在测试静态信号时，线性测试装置的输出―输入特性是一条直线，二者之间有一一对应的关系，而且因为被测信号不随时间变化，测试和记录过程不受时间限制。 ; 测试装置基本特性描绘方法 ; 要精确地建立测试装置的数学模型是很困难的。 ;　　　 ２. ２　测试装置的静态特性;x;;　　理想的情况是测试装置的响应和激励之间有线性关系，这时数据处理最简单，并且可和动态测试原理相衔接． ;二.　灵敏度;;三.回程误差（迟滞）; 工作曲线:一般用标定过程中静态平均特性曲线来描述.;四．分辨力（分辨率） 　　分辨力是指测试装置能测试到输入量最小变化的能力，即能引起响应量发生变化的最小激励变化量，用△x表示。由于测试装置或仪器在全量程范围内，各测试区间的△x不完全相同，因此常用全量程范围内最大的△x即△xmax与测试装置满量程输出值YFS之比的百分率表示其分辨能力，称为分辨力，用F表示，即 ;　　为了保证测试装置的测试准确度，工程上规定：测试装置的分辨力应小于允许误差的1/3,1/5或1/10。可以通过提高仪器的敏感单元的增益的方法来提高分辨率。 测试仪器必须有足够高的分辨力 。 指示仪器的分辨率就是最小读数。 数显式仪器的分辨率是显示值的最后一位数。;2.3 测量系统的动态特性; 测量系统的动态特性是指系统对激励（输入）的响应（输出）特性。; 从数学上可以用常系数线性微分方程表示系统的输出量y与输入量x的关系，这种方程的通式如下： ; ;式中 是复变量， ， 。 拉氏变换复习 对微分形式有 ;对积分形式有： 对卷积形式：;; 定义其初始值为零时，输出 的拉氏变换和输入的拉氏变换 之比称为测量系统的传递函数，并记为 ，则; 传递函数的物理意义： 1）传递函数反映了测量系统的固有特性，不随输入信号、输出信号的变化而变化； 2）不同类型的测量系统可用同一种形式的拉氏传递函数表达。;如： 有 有： ;一阶、二阶系统的传递特性描述 将式中分母分解为s的一次和二次实系数因子式（二次实系数式对应其复数极点），即 则 任何一个系统均可视为是由多个一阶、二阶系统的并联。也可将其转换为若干一阶、二阶系统的串联。 ;2. 频率响应函数 对于稳定的常系数线性系统，可用傅里叶变换代替拉氏变换 ; 称为测量系统的频率响应函数，简称为频率响应或频率特性。 ; 同样，根据式，一个n阶系统的频率响应函数H(ω)仿照也可视为是多个一阶和二阶环节的并联（或串联）： ;传递函数和频率响应函数 的区别 在推导传递函数时，系统的初始条件设为零。而对于一个从t=0开始所施加的简谐信号激励来说，采用拉普拉斯变换解得的系统输出将由两部分组成：由激励所引起的、反映系统固有特性的瞬态输出以及该激励所对应的系统的稳态输出。 对频率响应函数H(ω)，当输入为简谐信号时，在观察的时刻，系统的瞬态响应已趋近于零，频率响应函数表达的仅仅是系统对简谐输入信号的稳态输出。 用频率响应函数不能反映过渡过程，必须用传递函数才能反映全过程。 ;3. 脉冲响应函数;对上式两边取拉氏逆变换，且令 则有; 对于任意输入 所引起的响应 ，可利用两个函数的卷积关系，即系统的响应 等于冲激响应函数 同激励 的卷积，即 ;4. 线性系统性质：;c)微分性 　系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分，即 　　若　　　　　　 x(t) → y(t) 　　则　　　　　　 x(t) → y(t