传感器与测试技术第三章测试系统特性

1、传感器与测试技术第三章测试系统特性1第一篇第一篇 工程测试技术基础工程测试技术基础第第3章章 测试系统的特测试系统的特性性1.1.建立测试系统的概念建立测试系统的概念 2.2.掌握描述测试系统静态特性的方法掌握描述测试系统静态特性的方法3.3.掌握描述测试系统动态特性的方法掌握描述测试系统动态特性的方法4.4.掌握实现系统不失真测试的条件掌握实现系统不失真测试的条件传感器与测试技术第三章测试系统特性23.1 测试系统与线性系统测试系统与线性系统 测试系统是指由传感器、信号调理电路、信号测试系统是指由传感器、信号调理电路、信号处理电路、记录显示设备组成并具有获取某种信息处理电路、记录显示设备组成

2、并具有获取某种信息之功能的整体。之功能的整体。 简单测试系统简单测试系统(光电池、温度计光电池、温度计)v传感器与测试技术第三章测试系统特性3复杂测试系统复杂测试系统( (轴承缺陷检测轴承缺陷检测) )传感器与测试技术第三章测试系统特性4 测试系统的输出信号能够真实地反映被测物理测试系统的输出信号能够真实地反映被测物理量量( (输入信号输入信号) )的变化过程，不使信号发生畸变，即的变化过程，不使信号发生畸变，即实现实现不失真测试不失真测试。1 1、测试系统基本要求、测试系统基本要求 系统的传递（传输）特性系统的传递（传输）特性：系统的输出与输入量之间：系统的输出与输入量之间的变换或运算关系。

3、的变换或运算关系。传感器与测试技术第三章测试系统特性5系统分析的三类问题：系统分析的三类问题：3)3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。系统的输出量。( (预测预测) ) 1)1)当输入、输出是可测量的当输入、输出是可测量的( (已知已知) )，则可推断系，则可推断系统的传输特性。统的传输特性。( (系统辨识系统辨识) )2)2)当系统特性已知，输出可测量，则可推断导致当系统特性已知，输出可测量，则可推断导致该输出的输入量。该输出的输入量。 ( (反求反求) )x(t)h(t)y(t)输入输入系统特性系统特性输出输出传感器与测试技术第

4、三章测试系统特性6x(t)h(t)y(t)输入输入系统特性系统特性输出输出y(t)=x(t)*h(t)卷积卷积dthxthtxty)()()()()(输入、输出与系统传输特性之间的关系：输入、输出与系统传输特性之间的关系：传感器与测试技术第三章测试系统特性7卷积的卷积的物理意义物理意义: :1 1）将输入将输入信号信号x(t)x(t)分解分解为许多宽度为为许多宽度为 的窄的窄脉冲脉冲面面积之和，积之和，t=nt=n 时的第时的第n n个窄脉冲的高度为个窄脉冲的高度为x(nx(n ) )，在，在 趋近于零的情况下，窄脉冲变为趋近于零的情况下，窄脉冲变为单位冲激信号单位冲激信号，冲，冲激强度可以看

5、作是窄脉冲的面积。激强度可以看作是窄脉冲的面积。tx(t)n x(n ) 传感器与测试技术第三章测试系统特性82 2）在）在t=nt=n 时刻，窄脉冲引起的响应为时刻，窄脉冲引起的响应为: : x(x(n n ) ) h(t- h(t-n n ) )tx(n ) h(t- n )0y(t)传感器与测试技术第三章测试系统特性93 3）各脉冲引起的响应之和即为输出）各脉冲引起的响应之和即为输出y(t)y(t)叠加性叠加性dthxnthnxtyn)()()()(lim)(0ty(t)0dthxthtxty)()()()()(y(t)=x(t)*h(t)卷积卷积传感器与测试技术第三章测试系统特性101

6、 1）具有单值的、确定的输入输出关系。对于每一）具有单值的、确定的输入输出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。其中以输出和输入成一个量就可以确定另一个量。其中以输出和输入成线线性关系性关系最佳。最佳。 xy线性线性xy线性线性xy非线性非线性理想的测试系统传输特性：理想的测试系统传输特性：2)2)系统的特性不随时间的推移发生改变。系统的特性不随时间的推移发生改变。传感器与测试技术第三章测试系统特性11最佳的测试系统具有最佳的测试系统具有线性时不变特性线性时不变特性。许多实际测试系统无法在较大工作范围

7、内满足许多实际测试系统无法在较大工作范围内满足线性时不变要求，但在线性时不变要求，但在有效测量范围有效测量范围内近似满内近似满足线性时不变传输特性要求也可。足线性时不变传输特性要求也可。本书所讨论的测试系统限于线性时不变系统。本书所讨论的测试系统限于线性时不变系统。一般在工程中使用的测试装置都看作线性时不变系统一般在工程中使用的测试装置都看作线性时不变系统传感器与测试技术第三章测试系统特性122 2、线性系统及其特性、线性系统及其特性 系统输入系统输入x(t)x(t)和输出和输出y(t)y(t)间的关系可以用间的关系可以用常系数线性微分方程常系数线性微分方程来描述：来描述： 的的系系数数。是是

8、与与测测试试装装置置结结构构有有关关，和和，式式中中01010111101111.bbbaaaxbdtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydannnnmmmmmmnnnnnn 常系数线性微分方程中的常系数线性微分方程中的系数为常数系数为常数，所描，所描述的是线性时不变系统。述的是线性时不变系统。传感器与测试技术第三章测试系统特性13线性系统的主要性质：线性系统的主要性质：a)a)叠加特性叠加特性 系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和，即之和，即 若若 x1(t) y1(t)，x2(t) y2(t) 则则 x1(t)x2(t

9、) y1(t)y2(t) 线性时不变系统的各输入分量所引起的输出互不影线性时不变系统的各输入分量所引起的输出互不影响，即一个输入的存在并不影响另一个输入的响应。响，即一个输入的存在并不影响另一个输入的响应。传感器与测试技术第三章测试系统特性14b)b)比例特性比例特性 常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的常数倍，即常数倍，即: : 若若 x(t) y(t) x(t) y(t) 则则 kx(t) ky(t) kx(t) ky(t) 叠加特性和比例特性可统一表示为叠加特性和比例特性可统一表示为若若 x1(t) y1(t)，x2(t) y2(t) 则则 x

10、1(t)x2(t) y1(t)y2(t) 传感器与测试技术第三章测试系统特性15c)c)微分特性微分特性 系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分，即分，即 若若 x(t) y(t) x(t) y(t) 则则x(t) y(t) x(t) y(t) d)d)积分特性积分特性 当初始条件为零时，系统对原输入信号的当初始条件为零时，系统对原输入信号的积分等于原输出信号的积分，即积分等于原输出信号的积分，即 若若 x(t) y(t) x(t) y(t) 则则x(t)dt y(t)dt x(t)dt y(t)dt 传感器与测试技术第三章测试系统特性16e e)

11、)频率保持性频率保持性 若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统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，即的稳态输出将为同一频率的谐波信号，即 若若 x(t)=acos(t+x) x(t)=acos(t+x) 则则 y(t)=bcos(t+y)y(t)=bcos(t+y) 线性系统的主要特性，特别是符合叠加原理和线性系统的主要特性，特别是符合叠加原理和频率保持性，在测试工作中具有重要作用。频率保持性，在测试工作中具有重要作用。 传感器与测试技术第三章测试系统特性173 3、测试系统传输特性的分类、测试系统传输特性的分类 静态特性（静态特性（ static ch

12、aracteristicsstatic characteristics ）：即输入量和输出量不随时间变化或变化缓慢即输入量和输出量不随时间变化或变化缓慢时，输出与输入之间的关系，可用代数方程时，输出与输入之间的关系，可用代数方程表示。表示。动态特性（动态特性（ dynamic characteristicsdynamic characteristics ）：即输入量和输出量随时间迅速变化时，输出即输入量和输出量随时间迅速变化时，输出与输入之间的关系，可用微分方程表示。与输入之间的关系，可用微分方程表示。传感器与测试技术第三章测试系统特性18对于静态测量的测试系统，一般只需衡量其静态特对于静态测量的测试系统，一般只需衡量其静态