土木工程测试学测试的技术基础

§1-1测试系统的组成及其主要性能指标一、测试系统的组成被测对象→传感器→测量电路→输出装置荷载系统→测量系统→显示记录信息输出→转换→传递→输出 一、测试系统的组成控制阀液压泵控制阀法向液压传感器剪切液压传感器法向位移传感器剪切位移传感器动态电阻应变仪位移变送器法向千斤顶水平千斤顶节理试件A/D转换计算机反馈回路一、测试系统的组成荷载系统：液压、重力、气压、杠杆、弹簧测量系统：传感器、中间变换、测量电路传感器又称为一次仪表，其余部分称为二次、三次仪表。测量电路：使用较多的是电桥电路和放大电路，此外，还有滤波、整流，积分、微分电路、放大器等。最简单情况，测量电路就是传感器和测量仪器之间的导线。

信号处理系统：对输出信号的处理显示和记录系统显示记录器和分析处理仪多被计算机取代。二、测试系统的主要性能指标1精度和误差：绝对误差相对误差引用误差二、测试系统的主要性能指标2稳定性：稳定度：时间上的稳定性表示方法：δs＝1.3mV/8h；δs＝0.3ε/d环境影响：βu＝0.02mA/10%；βr＝0.3Ω/℃3测量范围：量程超载、工作频率范围4分辨率：能测量的最小变化量零点和90%满量程5传递特性：输入量与输出量的对应关系。静态传递特性动态传递特性§1-2线性系统及其主要性质1线性时不变系统XY，X1Y1，X2Y2线形系统的方程输入x（t)输出y（t)系统h（x)§1-2线性系统及其主要性质2线性系统的主要特性叠加性：X1+X2Y1+Y2齐次性（比例性）：cXcY微分特性：

XYX’Y’积分特性：XY频率保持特性：幅值、频率、相位差x(t)＝Asin(ωt+φ)y(t)＝Bsin(ωt+ξ)§1-2线性系统及其主要性质例题对某线性装置输入简谐信号x(t)＝Asin(ωt+φ)，若输出为y(t)＝Bsin(θt+ξ)，请对幅值等各对应量作定性比较，并用数学语言描述它们之间的关系。解： B=kA（齐次性） θ=ω（保频） ξ=φ-C（保频）§1-2线性系统及其主要性质例题滑动变阻器可以实现位移测试，能否进行速度和加速度测试？磁电式传感器能够测移动速度，能否测位移和加速度？答：利用微分特性和积分特性实现。上次课复习1测试系统的组成荷载系统、测量系统、信号处理系统、显示和记录系统2测试系统的主要性能指标精度和误差、稳定性、测量范围、分辨率、传递特性3线形系统4线形系统的主要性质叠加性、齐次性、微分特性、积分特性、频率保持特性§1-3测试系统的静态传递特性及其主要参数一、静态方程和标定曲线静态方程标定曲线yx§1-3测试系统的静态传递特性及其主要参数2测试系统的主要静态特性参数(1)灵敏度xy表示方法S

=2Ω/mm§尽1-请3测烛试系抛统的霸静态办传递吉特性蛮及其聪主要艘参数2眯测试六系统辱的主性要静居态特世性参膊数(2浩)（廊非）绢线性牢度（边直线匹度）定义投：测献量系帜统的瞧标定谋曲线娃(由横试验勉确定帮的实旅际工士作曲阔线)来对理旗论拟绢合直淹线的联接近傅程度非线宗性度均方伤差最技小的现直线一般显要求树小于涉3％§碧1-扎3测演试系淘统的铲静态讨传递糟特性钟及其涛主要拳参数2信测试宁系统旱的主垒要静露态特按性参笨数(3那)回洋程误冰差（就迟滞阁性）系统同滞后早现象份和不初工作疾区引电起§斑1-蜡3测柴试系除统的刚静态缓传递爬特性劳及其手主要门参数2因测试虾系统慈的主越要静清态特命性参抗数（4雹）环别境影码响与拌对应霞措施温度侮、湿欠度、迹气压率、电谦源电稳压、偷接地古条件党、绝容缘电冻阻灵敏滔度漂写移零点信漂移减少肆环境燃影响末的措驳施：隔离滨、补涌偿、颜增益错反馈吸、计驳算机霉修正贤补偿§滚1-跳3测芒试系拜统的攻静态挡传递忽特性宿及其茄主要燃参数例题喂：某次趣压力饺测量林时，蔽磁电跨式传鼻感器碑的灵鸽敏度株S=闭90足.0昌μv躲／M总Pa善，将融它与腾增益稍为0经.0独05硬V／萄μv刮的电洁压放凉大器俯相连感，输茫出到歪灵敏旱度为序的2用0m检m／诵v笔宿式记础录仪柴。求系安统的袭总灵身敏度案。当△拌P=直5.型0M跪Pa廉时，笼记录旁笔在地记录苦纸上千的偏预移量激?解：K=制K屑1×舒K2砍×篇K刘3=9旦0μ锐v／零Mp巩a×你0.沙00营5V守／μ臭v朝×宽2叉0m撞m眠／v=9雨mm虚／腾Mp次aW=即K创×好△字P算=缺9武mm梁／在Mp吵a遇×5败.0缓MP宋a=纽奉45朽mm§1细-4画测试显系统勺的动汇态传喷递特绣性及革其测院定1动态鲁传递舍特性传递帝函数频率怒的传强递函很数频率哭响应槐函数2孙系统撒在典觉型输涌入下粱的动续态响坟应3泡不失听真测轨试条决件4论负载夜效应5糟动态灯参数洪测定一、象动灰态传元递特泛性1站传递欢函数输入蔑、输译出关庙系可亲用微房诚分方隙程描卡述。扩在输渠入x塔(t宗)、悬输出次y(公t)荷以及御各阶咸导数说的初肤始值锈均为悟零的变情况固下，身对微译分方图程进爱行拉食普拉油斯变请换(阻简称营拉式鄙变换锅)，巴得输出辫的拉产氏变杀换和起输入到拉氏诊变换截之比阴即且为传弊递函派数一、尤动卫态传柏递特豆性拉普帜拉斯茶变换（1荒）拉普抬拉斯梦变换喂是线卧性变塞换，止变换录前后矿不会停影响钓原方也程包晓含的蒙信息真。变饥换前旋后两苗个方傍程等非价。（2天）贤传递龟函数摄是一筹个代伍数有豆理分题式函贿数，守其特拴征容张易识查别与骗研究拥。而猴考察则微分倦方程甘的特催性困粮难。说明径：（1搂）能传递掩函数续实质躬是以功复数萝域（逝s=获a+驻jb绵)中冻的象泽函数毁X(俱s)飘、Y键(s并)的灾代数辟式去拉代替室实数忧域中机原函丙数x弄(t苏)、端y(馋t)扑的微薪分方尾程式述。（2著）哗H(叮s)贸是庸将实曲际的暴物理英系统幕抽象超成数沿学模日型，裂经过放变换才后得对出的呆，所宿以同锦一个有传递肯函数毁可以扁表示婆具有年相同郊的传限输特臭性的卸不同稍系统蒜。（3戏）喊传递特函数吼H(锻s)霸用于喊描述梢系统售本身听固有宅的特颠性，钞与输煌入X负(t域)的惕表达穷式无筹关。筋X器(t捷)不笋同时姨，Y诵(t晋)的惰表达湾式不坡同，刺但传汇递函前数H闹(s迅)保崇持不舅变。（4著）鸟传递弃函数工H(非s)辆分母摩完全岸由系那统的眼结构林决定来，而问分子剖则和庄待测岔变量作及测骡点布雷置情确况有巧关。一、瓶动逆态传显递特岸性2缝串、米并联而环节遵的传睬递函暑数串联干系统Z（s）H1（S）H2（S）H（s）X（t）Y（t）H（s）H1（S）H2（S）X（t）Y（t）Y1（s）Y2（s）并联滩系统一、踩动态项传递不特性3菌频率矿响应夹函数传递痛函数备的傅咽式变雨换物理孤意义稻：对于票稳定伪的常拾系数料线性雄系统框，若杏输入捞为正具弦信挂号，赴则稳植态时漠的输蓄出是柄与输安入为糊同一岔频率塘的正蜡弦信层号；骂输出器的幅模值和女相角束通常避不等泄于输银入的突幅值脱和相门角，村输出荒和输诵入幅身值比育和相巷位差思都是软输入拜频率趁的函左数，养并反爹映在益系统梦的幅误频特俱性和垮相频舞特性狼中。一、伶动态飞传递伙特性3婶频率援响应值函数幅频山特性相频炉特性幅频悔特性当输赖入正蚁弦信砖号的葡频率冶沿频至率轴僻滑动各时，则输出判、输叨入正珍弦信探号振滚幅之浇比随飘频率乌的变新化规俗律相频只特性输入宣、输殖出正班弦信棍号的袄相位坛差之滨比随川频率烈的变坦化规郊律一、阻动态哄传递讲特性频率窜响应民函数秩与传绑递函链数的陵区别传递器函数洒中的s换成jω便得膊到了降频率尝响应旗函数捆。传递砍函数楚是输岔出与弹输入吐拉氏爽变换鉴之比胁，其雹输入夫并不的限于很正弦句激励胞，不罩仅描颤述了臭测量疏装置谢的稳辞态特壶性．伶也描失述了批它的瞬态蒜特性。频率割响应茅函数霉是在正弦尘信号激励恳下，汪测量明装置近达到稳态后输闯出与螺输入旺之间陷的关许系。一、热动脖态传旨递特孟性4晒常见嚼测试甩系统仆的传硬递函冠数和汇频率千响应胳特性（1向）一歌阶系半统力学集模型m=0kδ位移y（t）力x（t）一、龄动态煎传递营特性4茂常见申测试切系统凝的传添递函享数和演频率因响应四特性（1压）一取阶系宏统m=0kδ位移y（t）力x（t）力学铃模型相频饺特性幅频鞋特性传递食函数一、腰动态坏传递然特性4起常见淹测试榨系统佳的传止递函东数和拾频率夏响应字特性（2碍）二蜓阶系都统固有症频率阻尼耐比灵敏虚度频率哪响应玻特性幅频惕特性相频卡特性二、劝系统钳在典跨型输沃入下值的动毅态响遥应1查单位患脉冲以信号2嚷单位迷阶越糕信号3伴单位拍斜坡兼信号4模单位筒正弦肾信号5奴任意盘输入三、联信号毙的失启真及吵不失诊真测奸量条挽件1迎定义不失捆真测饰试（陕传递赚）实管质系统劫的响称应波罗形（卸输出乡丰）与辰输入屿波形艇完全纱相似续。可厨保持咽原信虚号的雁特性仆和全净部信岔息。2钻不失逼真条晒件幅频要函数头为常舱数相频皱函数旅为线性伴（过践原点柔的直荷线）四、饱测试卷系统锦的负终载效驱应输入哄阻抗凳:加入提放大显器负反