第3章：测试系统的基本特性学案.pptVIP

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。 二、对测试装置的基本要求 三、线性系统及其主要性质 1、线性系统? 若当系统输入x(t)和输出y(t),可用常系数线性微分方程来描述，即： 四、测量装置的特性 一般测量装置包括四方面性能： 静态特性； 动态特性； 负载效应； 抗干扰特性。 用于静态测量装置的质量一般用a)、b)和d)来考察。 用于动态测量的测量仪器质量从四方面来考察。 3.3 测试系统的动态特性 1、脉冲响应函数 若装置的输入为单位脉冲δ(t)，因δ(t)的傅立叶变换为1，有： Y(f)=H(f)，或y(t)=F-1[H(S)] 优点：直观 缺点：简单系统识别 记为h(t)，称它为脉冲响应函数。 H(f) 固频、阻尼参数 傅立叶 变换 四、对典型输入信号的响应 3.3 测试系统的动态特性 3.3 测试系统的动态特性 案例:镗杆固有频率测量 实验：悬臂梁固有频率测量 3.3 测试系统的动态特性 3.3 测试系统的动态特性 案例:桥梁固频测量 原理：在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车碍时的冲击对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。 2、阶跃响应函数 若系统输入信号为单位阶跃信号，即x(t)=u(t)，则X(s)=1/s，此时Y(s)=H(s)/s 3.3 测试系统的动态特性 H(f) 时域波形参数识别 3.3 测试系统的动态特性 阶跃响应函数测量 实验求阶跃响应函数简单明了，产生一个阶跃信号，再测量系统输出就可以了。 原理：在桥中悬挂重物，然后突然剪断绳索，产生阶跃激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。 案例：桥梁固有频率测量 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。 3、单位正弦响应 3.3 测试系统的动态特性 设测试系统的输出y(t)与输入x(t)满足关系 y(t)=A0x(t-t0) 3.4 测试系统不失真测试条件 第3章 测试系统的基本特性 该系统的输出波形与输入信号的波形精确地一致，只是幅值放大了A0倍，在时间上延迟了t0而已。这种情况下，认为测试系统具有不失真的特性。 t A x(t) y(t)=A0x(t) y(t)=A0x(t- t0) 时域条件 一、不失真测试条件 y(t)=A0x(t-t0) ? 3.4 测试系统不失真测试条件 不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别满足 A(ω)=A0=常数 φ(ω)=--t0ω 做傅立叶变换 频域定义 1 一阶系统 二 一、二阶系统的频域响应特性 温度 酒精 湿度 3.4 测试系统不失真测试条件 时间常数： 静态灵敏度： 传递函数： 数学表述： 令：K＝1 灵敏度归一处理 一阶系统： 特征：测量滞后 阶跃响应 频率特性 3.4 测试系统不失真测试条件 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？ 解：温度计可以看成一阶系统，则传函为 在输入信号 时，输出信号为： 当t=15秒后，输出为：x0(15)=98.650C 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？ 解：一阶装置,有 要求幅值误差小于2% , 应 若被测信号周期是2s ： 幅值误差为15.3% 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？ 带入： 幅值误差为46.3% 若被测信号周期是5s ： 带入： 2 二阶系统 称重(应变片) F 加速度 3.4 测试系统不失真测试条件 数学表述： 传递函数： 频率响应函数： 二阶系统： 静态灵敏度： 系统固有频率： 阻尼比 对二阶系统而言，主要的动态特性