机电测试技术 教学课件 作者 赵树忠多媒体课件 第2章_测试基础知识.pptVIP

第2章 测试基础知识 ■ 时不变性质 在同样的初始条件下，线性时不变系统输出与系统输入的作用时刻无关。这是因为系统结构参数（特性）不随时间变化的原因。 ■ 频率保持性 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，称为线性时不变系统的频率保持性。 如果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。 注意：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。 ■ 微积分性质 若 则 （当初始状态为零时） 及 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或随时间缓慢变化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 ■ （非）线性度 ■ 回程误差 ■ 其他：精度、线性范围、分辨力、稳定性等。 测试装置的主要静态特性指标通常是通过静态标定（静态校准、定度）确定。 静态特性的标定 1. （静态）灵敏度 单位输入变化所引起的输出变化。 ■ 实际测试装置在不同工作点处的灵敏度一般是有所不同的。 ■ 实际测试装置的灵敏度通常要随时间、温度等因素的变化而变化的。 ■ 灵敏度一般是有量纲的。 2. （非）线性度 标定曲线（实际特性曲线）接近拟合直线（理想直线）的程度。 ■ 线性度是测试装置的精度指标之一，其值越小越好。 ■ 为保证测试的精度，实际的测试装置应工作在线性较好的区域，同时可以采取各种软、硬件方面的技术措施最大限度地减小非线性。 线性度 3. 回程误差 回程误差 测试装置沿正、反两个方向（输入从小到大、从大到小）工作时所呈现的实际输入输出特性之间的最大差异与量程之比的百分数。 4. 其他 ■ 精度 ■ 线性范围 ■ 分辨力 ■ 稳定性 ■ 灵敏阈 ■ 可靠性 2.2.3 测试装置的动态特性 动态特性：测试装置对不同快慢变化（不同频率）的输入所呈现出来的传输特性。 机理： 测试装置中存在储能元件（电容、电感、弹性元件等）及惯性元件（质量）。 测试装置动态特性的描述： ■ 时间域——脉冲响应函数 （微分方程隐含） ■ 频率域——频率响应函数 ■ 复频域——传递函数 1. 动态特性的时域描述——微分方程（脉冲响应函数） 测试装置的微分方程直观上表示的是输入信号与输出信号之间的关系，实质上也间接反映了测试装置的特性。输入 与输出 之间的关系可以表示为 测试装置的输出等于脉冲响应函数与输入的卷积分。 脉冲响应函数 由微分方程隐含，其实质是测试装置在单位脉冲输入下所产生的响应。 2. 动态特性的复频域描述——传递函数 传递函数：测试装置输出信号的拉普拉斯变换 与输入信号的拉普拉斯变换 之比，即 注意： ■ 传递函数 虽然由输入、输出信号定义，但其反映的是测试装置的特性，与输入、输出信号无关！ ■ 传递函数是一种反映测试装置动态特性的数学模型， 因此不同的测试装置可能具有相同形式的传递函数。 ■ 传递函数的分母取决与测试装置的整体结构，分子则取决于输入、输出的作用位置。 3. 动态特性的频域描述——频率响应函数 频率响应函数：初始条件为零时输出信号的单边傅里叶变换与输入信号的单边傅里叶变换之比。 可以表示成： 或 其中 ——实频特性 ——虚频特性 ——幅频特性 ——相频特性 测试装置的动态特性在不同域中的描述及相互关系 4. 各种测试装置的动态特性 ■ 零阶系统——比例环节 微分方程 传递函数 频响函数 幅频特性 相频特性 ■ 一阶系统——惯性环节 微分方程 传递函数 频响函数 幅频特性 相频特性 ——静态灵敏度 ——时间常数 归一化后： 传递函数 ■ 二阶系统——振荡环节 微分方程 传递函数 ——静态灵敏度 ——固有频率 ——阻尼比 归一化后： 传递函数 频响函数 幅频特性 相频特性 ——频率比 ■ 高阶系统 ★ 环节串联 ★ 环节并联 ★ 存在反馈 * * * * 信号的分类及其频域描述。 线性系统的基本特性。 学习目标 学习有关测