机电测试技术 教学课件 作者 赵树忠电子教案 第03课.docVIP

第 3 课 ■ 授课内容 第2章 测试技术基础 2.2 测试装置的基本特性 2.2.1 线性系统及线性时不变系统的主要性质 2.2.2 测试装置的静态特性 2.2.3 测试装置的动态特性 ■ 课 时 数 2课时 ■ 重点难点 重点：1. 线性系统及其主要性质。 2. 测试装置的静态特性指标。 3. 测试装置动态特性的表示方法。 难点：测试装置动态特性的表示方法、含义、相互关系。 ■ 授课方式 新课 ■ 所用教具 无 第2章 测试基础知识 2.2 测试装置的基本特性 ■ 本课程中将测试系统、测试装置、测试环节视为同义语。 ■ 测试装置是联系输入与输出的纽带和桥梁。测试装置的输入也叫做激励，测试装置的输出也叫做响应。 ■ 测试装置的基本特性包括： ● 静态特性：测试装置对不随时间变化的输入或随时间变化极为缓慢的输入所呈现出来的传输特性。 ● 动态特性：测试装置对随时间变化较快的输入所呈现出来的传输特性。 2.2.1 线性系统及线性时不变系统的主要性质 1. 线性系统的概念 ■ 系统：由若干个相互作用、相互依赖的事物组合成的具有特定功能的整体，包括线性系统和非线性系统两大类。 ■ 线性系统：可用如下线性微分方程表示其输出信号与输入信号关系的系统： （2-8） ■ 时不变系统与线性时不变系统：如果系统微分方程中的各个系数不随时间变化，则称这样的系统为时不变系统。既是线性系统又是时不变系统的系统称为线性时不变系统。 ■ 系统的阶次：称为系统的阶次，所对应的系统称为一阶系统，所对应的系统称为二阶系统，所对应的系统则称为高阶系统。 2. 线性时不变系统的主要性质 ⑴ 比例叠加性质 若 ，，，均为常数， 则 （2-9） （2-10） （2-11） ⑵ 时不变性质 在同样的初始条件下，系统输出与系统输入的作用时刻无关。这是由于系统的物理结构参数不随时间变化的原因。 ⑶ 频率保持性质 系统稳态输出信号的频谱中有且仅有与输入信号的频谱中频率相同的频率成分。 ● 若输出信号中包括有其它频率成分，则或是由系统的内、外部干扰所引起，或是由于系统的输入太大使系统工作在非线性区而导致，或是系统中存在明显的非线性环节。 ● 频率保持性是线性时不变系统非常重要的性质之一，据此可通过信号分离技术排除各种干扰，最大限度地提取有用信息。 ⑷ 微积分性质 若 则 （2-12） （当系统初始状态为零时） （2-13） ● 据此性质，不仅可以大大简化某些信号分析、特性分析等计算问题，还可实现某些物理量的间接测量。例如，只要测得位移、速度、加速度信号中的一个，就可根据线性时不变系统的微积分性质确定出其他两个信号。 2.2.2 测试装置的静态特性 ■ 静态特性：测试装置对不随时间变化的输入或随时间变化极为缓慢的输入所呈现出来的传输特性。 ■ 测试装置的静态特性指标主要有：（静态）灵敏度、线性度、回程误差等。 ■ 实际测试装置的主要静态特性指标是通过静态标定（校准）得到的。 ■ 静态标定过程 ● 给测试装置一系列标准输入，测出对应的一系列输出，得到一系列的数据对（）； ● 以输入为横坐标、输出为纵坐标绘出测试装置的实际特性曲线（即标定曲线）； ● 用最小二乘、端点连线等方法确定出一条理想拟合直线，近似地代替实际静态特性。 图2-11 标定曲线与拟合曲线 1. 静态灵敏度 单位输入变化所引起的输出变化，即 （2-14） 测试装置的灵敏度并不是恒定不变的，不同的工作点上灵敏度会略有不同。 测试装置的灵敏度通常会随时间、温度变化——灵敏度漂移。 时漂——灵敏度随时间的推移而产生的变化； 温漂——灵敏度随温度的变化而产生的变化。 ■ 测试装置的灵敏度一般都有量纲。 2. 线性度（非线性度、非线性误差）