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第3 章 测试系统的基本特性 3.1 概述 对物理量进行测量时，要用到各种各样的装置和仪器，它们对被测量进行 传感、转换、传输、显示和记录、分析等，组成了所谓的测试系统。实际的测 试系统，根据测试的目的和要求不同，系统可能简单，也可能复杂。研究测试 系统，不仅可以针对整个测试系统，也可以是测试系统中的某个子系统甚至是 子系统中的某个组成环节。本书中测试系统的概念是广义的，在信号流传输通 道中，任意连接输入、输出并有特定功能的环节，均可视为测试系统。 测试系统的任务是感受被测输入并将其转换为可以理解或可以量化的输出 形式。测试系统对不同的输入有不同的输出，即对不同的输入进行不同的“加 工”，输出就是加工后的“产品”。一个特定的系统无论是否适合测量某些输入 信号，其总是对输入做出响应（输出）。输出在多大程度反映了被测的输入信号 与测试系统的特性有关。一般的测试系统都可以用一个模型（如微分方程、传 递函数、频率特性函数、脉冲响应函数等）来描述，模型反映的就是测试系统 对输入的“加工”特性。 用模型来描述一个测试系统时，测试系统与其输入、输出之间的关系可用 图3.1 表示，其中x (t) 和y (t ) 分别表示输入与输出，h(t) 表示系统的传递特性。 此三者是彼此具有确定关系的量，已知其中任意两个量，便可以推断和估计第 三个量，这便构成了工程测试中需要解决的三个方面的实际问题： 1) 输入和输出能观测，推断系统的传递特性； 2) 输入能观测，系统的传递特性已知，估计输出； 3) 输出能观测，系统的传递特性已知，推断输入。 图3.1 系统、输入和输出 1. 测试系统的静态特性与动态特性 测试系统的基本特性分为静态特性和动态特性。被测量是静态信号的测量 69 过程称为静态测量。静态测量时，测试系统的输入、输出及其关系的特性或技 术指标称为静态特性。被测量是动态信号的测量过程称为动态测量。测试系统 对输入的动态信号随时间变化的响应特性称为动态特性。本章的重点是测试系 统动态特性的描述与分析。 2. 测试系统的标定 测试系统的特性通过标定来确定。测试系统在使用过程中还要定期对其特 性进行校验。无论标定还是校验都是指在规定的标准工作条件下（规定的温度、 湿度、大气压等）用试验的方法对系统特性进行测试。二者的实现方法相同， 只是目标不同。标定是为了获得测试系统的特性；校验是对测试系统原有的特 性参数值进行检验和校准。本章将统一使用“标定”这个术语。根据标定时输 入到测试系统中的已知量是静态信号还是动态信号，标定分为静态标定与动态 标定。 3.2 测试系统的静态特性 测试系统的静态特性是指静态测量时系统的输入、输出及其关系的特性或 技术指标。测试系统的静态特性可以通过静态标定来确定。理想测试系统的输 入与输出之间成单值线性关系，但实际上测试系统总是以不同方式、不同程度 地偏离理想状态。工程上常采用一些技术指标来描述测试系统的静态特性。 3.2.1 测试系统的静态特性 静态特性一般包括：重复性、灵敏度、线性度、分辨率、回程误差、稳定 度和漂移等。 3. 重复性 重复性，指等精度测量（见 1.2 节）所得结果之间的符合程度。重复性是 衡量测量仪器随机误差大小的指标。 4. 灵敏度 灵敏度是指静态测量时测试系统输出的变化量Δy 与输入的变化量Δx 的比 值，用下式表示 Δy K （3-1 ） Δx 70 对于线性系统，输出量与输入量之间的关系是一条直线，灵敏度就是该直 线的斜率，