第3章：测试系统的基本特性技巧.ppt

第3章 测试系统的基本特性 ;第3章 测试系统的基本特性 ;复杂测试系统(轴承缺陷检测);一、测试装置的组成;试验装置 使被测对象处于预定状态下，并将其有关方面的内在联系充分显露出来，以便进行有效测量的一种专门装置。 测量装置 将测量通过传感器变换成电信号，经后续仪器的转换、放大、运算后变成易于处理和记录的信号。 数据处理装置 将测量装置输出信号作进一步处理以排除干扰，并清楚地估计测量数据的可靠程度，提高所获得信号（或数据）的置信度。 显示或记录装置 将测得的有用信号及其变化过程显示或记录（或存储）下来，是测试系统的输出环节。 ; 无论复杂度如何，把测量装置作为一个系统来看待。问题简化为处理输入量x(t)、系统传输特性h(t)和输出y(t)三者之间的关系。;二、对测试装置的基本要求;三、线性系统及其主要性质;若： x1(t)→y1(t), x2(t)→y2(t)， 则：［x1(t)± x2(t) ］→［y1(t) ± y2(t) ］;3）微分特性;5）频率保持性;四、测量装置的特性 ;3.2 测试系统静态特性 ; 静态测量时，测试装置表现出的响应特性称为静态响应特性。;灵敏度越高，系统反映输入微小变化的能力就越强。 在电子测量中，灵敏度越高往往容易引入噪声并影响系统的稳定性及测量范围， 在同等输出范围的情况下，灵敏度越大测量范围越小，反之则越大。;3.2 测试系统的静态特性;3.2 测试系统的静态特性;(4) 静态响应特性的其他描述;测量范围：是指测试装置能正常测量最小输入量和最大输入量之间的范围。; 无论复杂度如何，把测量装置作为一个系统来看待。问题简化为处理输入量x(t)、系统传输特性h(t)和输出y(t)三者之间的关系。;3.3 测试系统的动态特性;3.3 测试系统的动态特性 ;二、 传递函数;传递函数:直观的反映了测试系统对不同频率成分输入信号的扭曲情况。;传递函数的测量(正弦波法) ;优点：简单，信号发生器，双踪示波器 缺点：效率低 ;案例：音响系统性能评定;2、传递函数的性质;三、 频率响应特性;频率响应函数由幅频特性和相频特性两部分组成 。;若输入为正弦信号，则稳态输出亦为同频率正弦信号（频率保持性）； 输出信号幅值和相位角通常不等于输入信号的幅值和相位角，其变化均是输入信号频率的函数，并通过;1、脉冲响应函数 ;3.3 测试系统的动态特性 ;实验：悬臂梁固有频率测量;3.3 测试系统的动态特性 ;2、阶跃响应函数 ;3.3 测试系统的动态特性 ; 标准正弦信号容易获得，保持输入信号幅值不变，仅改变正弦信号频率，以观察稳态时的响应幅值和相位，可准确测试出系统幅频和相频特性。该方法准确可靠，但费时。; 设测试系统的输出y(t)与输入x(t)满足关系 y(t)=A0x(t-t0); y(t)=A0x(t-t0) ?;1 一阶系统;时间常数：;特征：测量滞后;例：设一时间常数为3.5s的温度传感器，从00c 水中突然取出，并插入1000c沸水中，在插入15s后，此时温度计的指示值为多少？ ;例：用时间常数为0.5的一阶装置进行测量，若被测参数按正弦规律变化，若要求装置指示值的幅值误差小于2%，问被测参数变化的最高频率是多少？如果被测参数的周期是2s和5s，问幅值误差是多少？ ;若被测信号周期是2s ：;2 二阶系统;数学表述：;静态灵敏度：;特征：震荡;阻尼系数的作用;3.5 测试系统特性参数的测定方法;一、静态特性参数的测定方法;二、动态特性参数的测定方法; 一阶系统动态特性主要参数是时间常数τ，可通过所测得的幅频特性或相频特性图由以下公式求出;2）二阶系统动态特性参数的测定方法;频率响应法;一个二阶测试系统，受激励力Fosinωt作用，共振时测得振幅为20mm，在0.8倍的共振频率时测得振幅为12mm ，求系统的阻尼系数ξ（提示，假定在0.8倍的共振频率时，阻尼项可忽略）。 ;一个二阶测试系统，受激励力Fosinωt作用，共振时测得振幅为20mm，在0.8倍的共振频率时测得振幅为12mm ，求系统的阻尼系数ξ（提示，假定在0.8倍的共振频率时，阻尼项可忽略）。 ;1)一阶装置;2）二阶装置;二阶系统参数测量;如果测得阶跃响应的较长瞬变过程，那么可以利用任意两个过冲量Mi和Mi+n来求得阻尼比ζ（其中n是该两峰值间隔的周期数）。;3.4 测试系统特性参数的测定方法; 实际测量工作中，测量系统和被测对象会产生相互作用。测量装置构成被测对象的负载。彼此间存在能量交换和相互影响，以致系统的传递函数不再是各组成环节传递函数的叠加或连乘。 ; 测量过程中，除待测量信号外，各种不可见的、随机的信号可能