厦理工测试技术与信号处理课件第2章 测试装置的基本特性

第二章、测试装置的基本特性

§1概述测试装置的基本特性

静态特性、动态特性、负载特性、抗干扰性不失真测量：语音片段1(Good)语音片段2(bad)测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。返回目录§2测试系统静态响应特性

如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化（或低频），则称为静态测量。静态测量时，测试装置表现出的响应特性称为静态响应特性。a)灵敏度

当测试装置的输入x有一增量△x,引起输出y发生相应变化△y时,定义:S=△y/△xyx△x△yb)非线性度

标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。

非线性度=B/A×100%yxBc)回程误差

测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最大者为hmax，则定义回程误差为:(hmax/A)×100%yxhmaxAd)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：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。

可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。

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。案例：物料配重自动测量系统的静态参数测量

灵敏度=△y/△x非线性度=B/A×100%回程误差=(hmax/A)×100%测量范围：

无论复杂度如何，把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。x(t)h(t)y(t)输入量系统特性输出§3测试系统的动态响应特性

y(t)=X(t)*h(t)卷积分一、测试系统基本要求

理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入－输出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。其中以输出和输入成线性关系最佳。xy线性xy线性xy非线性二、测试系统的动态特性分析基础一）线性系统的特性

系统输入x(t)和输出y(t)间的关系可以用常系数线性微分方程来描述：线性系统(时域描述)一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。２.线性系统性质：a)叠加性

系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和，即若x1(t)→y1(t)，x2(t)→y2(t)

则x1(t)±x2(t)→y1(t)±y2(t)b)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，即:

若x(t)→y(t)

则kx(t)→ky(t)c)微分性

系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分，即若x(t)→y(t)

则x'(t)→y'(t)d)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，即若x(t)→y(t)

则∫x(t)dt→∫y(t)dt

e)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，即

若x(t)=Acos(ωt+φx)

则y(t)=Bcos(ωt+φy)线性系统的这些主要特性，特别是符合叠加原理和频率保持性，在测量工作中具有重要作用。二)线性系统动态特性的描述方法三.测试系统的动态特性描述（4)频率响应函数的求法1)有传递函数H（s）求H(jw)：2)通过实验求得H(jw)：3)由x(t)，y(t)通过傅里叶变换得到x(jw)和y(jw),求出H(jw)。四、常见测试系统的频率特性（一）一阶测试系统（惯性环节）例：液柱式温度计

C---液柱介质的热容

R---介质的热阻一阶测试系统的一般式：

§4测试装置对任意输入的响应一、对任意输入的响应：利用h(t)，H（s）或H（w）来进行分析计算二、对单位阶跃输入的响应1.一阶系统：响应的快慢取决于时间常数2.二阶系统：振荡响应取决于ζ和wm，ζ影响超调量和振荡次数（ζ越小，振荡越大，超调越大），wm影响响应快慢（wm越高，系统响应越快）§5实现不失真测试的条件一、理想测试的含义

x(t)y(t)y(t)=AoX(t-to)1)输出信号的幅值是输入信号的Ao倍

2)输出信号处处滞后于输入信号同一时间to二、理想测试的条件幅频特性：A(w)＝Ao＝const

相频特性：φ（w）＝－wto＝线性

理想测试系统三、实际测试装置的测试失真1.实际测试装置只能在某一频率段达到近似的理想测试，要选用合适的测试装置；2.对单一频率成分的信号测试，一般不会产生失真；3.对多种频率成分的信号，特别在跨越测试装置固有频率前后信号的失真最为严重；4.一般应对输入信号进行预处理，滤去非信号频带内的噪声，防止噪声进入共振区。§6测试装置动态特性的测量1、频率响应法通过不同频率正弦激励信号，测出不同频率下的输出、输入的幅值比和相位差，得到A(w)和φ（w）特性图。结构参数的确定：一阶系统：由幅频特性直接确定二阶系统：利用A（wn)接近峰值，确定ζ和wn2、阶跃响应法：由测试装置的阶跃响应曲线，确定系统的动态特性参数。§7负载效应1.负载效应概念：一个装置连接到另一个装置上，发生能量交换，影响其状态、输出和传递函数。2.负载效应原理：ER1R2RmV3.减轻负载效应的措施对电压输出环节1)提高后续环节的输入阻抗；2)插入高输入阻抗、低输出阻抗的放大器；3)使用反馈或零点测量原理。4.负载效应（阻抗匹配）的应用：要注意测试系统对被测对象的影响，测试系统内部各组成部分之间的相互影响。§8测试装置的抗干扰1.主要干