第3章 测试系统分析 传感器与检测技术.pptVIP

信号是对信息的表达形式，是有关信息的载体。 测试系统的功用就是通过测试信号的检测来获取工程信息，测试过程即是信号的流程，包括信号的获取、信号的加工和处理、信号的显示和记录。 在数学上，信号可以表示为一个或多个变量的函数，成为信号函数。 连续信号：是指信号函数的变量为连续变化的信号 ，连续信号的幅值可以是连续的也可以是不连续的。 周期信号是经过一定时间可以重复出现的信号，可以用精确的数学关系式来进行描述。　 x ( t ) = x ( t + nT ) ； T—周期，n=0,±1, … 平稳随机函数:特征参数不随时间变化的 非平稳随机函数:特征参数随时间变化的。 在平稳随机过程中，若任一个单个样本函数的时间平均统计特征参数等于该过程的集合平均统计特征参数，这样的平稳随机过程称为各态历经随机过程，各态历经随机过程的随机信号成为各态历经随机信号，否则称为非各态历经随机信号。 各态历经随机信号的一个样本能够表现出整个随机过程各种状态都经历的特征，因此只要测试了一个样本函数就可以代表整个随机过程，在工程实际测试中，通常把随机信号按各态历经过程来处理。 3.2 测试系统的组成及静态特性 测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。 在测量工作中，一般把研究对象和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。 1. 测试系统的数学模型 对测试系统的基本要求 理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入－输出关系。其中以输出和输入成线性关系最佳。许多实际测量装置无法在较大工作范围内满足线性要求，但可以在有效测量范围内近似满足线性测量关系要求。 系统的数学模型 当系统的输入x(t)和输出y(t)之间的关系可以用常系数线性微分方程来描述,称该系统为线性定常系统。 any(n)(t)+an-1y(n-1)(t)+ … +a1y(1)(t)+a0y(0)(t) = bmx(m)(t)+bm-1x(m-1)(t)+ … + b1x(1)(t)+b0x(0)(t) ai，bi均为常数. 一般在工程中使用的测试装置、设备都是线性定常系统。 1.测试系统的数学模型—线性定常系统性质 叠加性:系统对各输入之和的输出等于各单个输入所得输出之和 若x1(t)→y1(t)，x2(t)→y2(t)，则x1(t)±x2(t)→y1(t)±y2(t) 比例性：常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的常数倍 若 x(t)→y(t)，?kx(t)→ky(t)·? 微分性：系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分 若 x(t)→y(t)，则?x(t)→y(t) 积分性：当初始条件为零时，系统对原输入信号的积分等于原输出信号的积分 若x(t)→y(t)， 则∫x(t)dt→∫y(t)dt 频率保持性：若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的谐波信号 ??? 若 x(t)=Acos(ωt+φx)， 则?? y(t)=Bcos(ωt+φy) 其中，叠加原理和频率保持性在测量工作中具有重要作用。 例如，在稳态正弦激振试验时，响应信号中只有与激励频率相同的成分才是由该激励引起的振动，而其他频率成分皆为干扰噪声，应予以剔除。 2.测试系统的静态特性 测试系统的静态特性是指被测信号为定值或变化十分缓慢时测试装置输出与输入的关系。 当输入信号为静态时，系统的数学模型为： 2.测试系统的静态特性 灵敏度 ：在稳态情况下，系统的输出信号变化量与输入信号变化量之比为成为灵敏度，用S表示。当测试装置的输入x有一增量△x，引起输出y发生相应的变化△y时，灵敏度S=△y/△x 。 2.测试系统的静态特性 非线性度 ：标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。若在标称（全量程）输出范围A内，标定曲线偏离拟合直线的最大偏差为B，则定义非线性度为 ：非线性度= B/A × 100% 2.测试系统的静态特性 静态响应特性的其他描述： ??? 精度：是与评价测试装置产生的测量误差大小有关的指标。 灵敏阀：又称为死区，用来衡量测量起始点不灵敏的程度。 分辨力：是指能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量，表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。 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。 稳定性：是指在一定工作条件下，当输入量不变时，输出量随时间变化的程度。 可靠性：与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。 重要结论： 线性系统具有频率保持特性的含义是输入信号的频率成分通过线性系统后仍保持原有的频率成分。如果输入是很好的正弦函数，输出却包含其他频率成分，就可以断定其他频率成分绝不是输入