信号测试技术第二章ppt课件

1、第二章是测试装置的基本特征、知识点和要求：1 .掌握线性系统及其主要特征。2.掌握测试设备的动态和静态特性。3.掌握一阶和二阶测试器件的频率响应特性。4.掌握测试设备的无失真测试条件。主要内容：1 .测试设备的基本要求；2.线性系统及其主要性质；3.测试设备的静态特性；4.测试设备的动态特性；5.测试设备对任何输入的响应；6.无失真测试的条件；7.测试设备的典型链路传递函数。1，PPT学习和交流，第2章，测试设备的基本特性，1概述，2测试设备的静态特性，3测试设备动态特性的数学描述，4测试设备对任意输入的响应，5实现无失真测试的条件，6测试和返回测试设备的动态特性，2，PPT学习和交流，1。测

2、试设备的基本要求。线性系统及其主要性质，1概述目录，3。PPT学习与交流，1。线性度，2。灵敏度，辨别阈值，分辨率，3。返回错误，4。稳定性和漂移。测试设备的静态特性，目录，4。PPT学习与交流，1。传递函数，2。频率响应函数，3。脉冲响应函数，4。链接的串联和并联PPT学习和交流，1。系统对任意输入的响应。系统对单位阶跃输入的响应，4。测试设备对任意输入的响应，目录，5。实现测试装置无失真测试的条件。PPT学习与交流，1。频率响应法，2。阶跃响应法，6。测试装置的动态特性测试，目录，7。PPT学习与交流，1。总结，测试是一种从客观事物中获取相关信息的过程。在这个过程中，借助专用设备测试装置(

3、系统)，设计相应的实验，并采用适当的方法和必要的数学处理方法来获取感兴趣的信息。测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。系统的复杂性因不同目的而异。两个简单的测试设备：8、PPT学习和通信、复杂测试系统理解、轴承缺陷检测、加速度计带通滤波器包络检测器、9、PPT学习和通信、1。测试设备的基本要求通常的工程测试问题总是处理输入x(t)、设备(系统)的传输特性h(t)和输出y(t)之间的关系。如图所示：1)如果x(t)和y(t)可以被观察到(已知)，h(t)可以被推断出来。2)如果h(t)是已知的并且y(t)是可测量的，那么x(t)可以被推断。3)如果x(t)和h(t)是已知的，则y(t

4、)可以被推断和估计。内容，10，PPT学习和交流，3)如果输入和系统特性是已知的，则可以推断和估计系统的输出。(预测)，系统分析中的三种问题：1)当输入和输出是可测量的(已知的)时，系统的传输特性可以从它们推断出来。(系统识别)，2)当系统特性已知时，可以测量输出，并且可以从中推断出导致输出的输入量。(反向)、11、PPT学习和交流以及理想的测试设备应该在输出和输入之间具有线性关系。也就是说，它有一个单一的价值和明确的投入产出关系。该系统是一个时不变的线性系统。实际测试装置只能在小的工作范围和一定的误差允许范围内满足线性要求。许多物理系统是时变的。在工程中，系统中的参数通常可以被认为是具有足够

5、精度的时不变常数。上一页，内容，12，PPT学习与交流，上一页，内容，测试系统的广义数学模型，它是根据相应的物理定律(如牛顿定律、能量守恒定律、基尔霍夫电路定律等)连接输入和输出的一组数学方程。)。在常系数的一般微分方程中，任何特定的输入和输出之间的关系可以用以下数学形式表示：x:投入量；时间系统的顺序由输出的最高微分阶n决定。通常，工程中使用的测试设备是线性系统。13、PPT学习与交流、系统模型划分、线性系统和非线性系统线性系统：具有叠加性和比例性。连续时间系统和离散时间系统：的输入和输出是连续函数。系统的特性用微分方程描述。离散时间系统：的输入和输出，输出都是离散函数，系统的特性用差分方程

6、描述。时变系统和时不变系统：由系统参数是否随时间变化来确定。分析线性时不变系统(线性时不变系统)的理论和方法是最基本和最成熟的，而其他系统在某些假设下可以被视为线性时不变系统。一般的测试系统可以看作线性时不变系统，即可以用常微分方程描述的系统。由于系统的材料和部件的特性在环境温度、湿度等因素的影响下变化缓慢，微分方程的系数随时间而变化。在工程中，在保证精度的情况下，常将其视为常数。常系数线性系统称为时不变线性系统。14，PPT学习与交流，2。线性系统及其主要性质。如果用x(t) y(t)来表示上述系统的输入和输出之间的对应关系，则时不变线性系统具有以下主要性质。1)叠加原理：多个输入产生的总输

7、出是每个输入产生的输出叠加的结果。也就是说，如果是这样，上一页和目录符合叠加原理，这意味着由作用于线性系统的输入产生的输出不会相互影响。15，PPT学习和交流，当分析同时添加到系统中的许多输入的总效果时，我们可以先分析单个输入的效果(假设其他输入不存在)，然后添加这些效果来表示总效果。在前一页上，2)由比例常数倍数输入获得的输出等于由原始输入获得的输出的常数倍数，即： kx (t) ky (t)如果x(t) y(t)，3)由差分系统获得的原始输入信号的差分等于原始输出信号的差分，即如果x(t) y(t)那么x(t)y(t。4)积分特性如果系统的初始状态为零，系统对输入积分的响应等于原始输入响应

8、的积分，即5)频率保持如果输入是某一频率的谐波(正弦或余弦)信号，系统的稳态输出必须是同一频率的谐波信号；也就是说，输出y(t)的唯一可能的解决方案只能是，前一页，内容，17，PPT学习和交流，并且重要的结论是线性系统具有频率保持的特性，这意味着输入信号的频率分量在通过线性系统之后仍然保持原始的频率分量。如果输入是良好的正弦函数，但输出包含其他频率成分，则可以得出结论，其他频率成分绝不是由输入引起的，它们是由器件的外部干扰或内部噪声引起的，或者如果输入过大，器件将进入非线性区域，或者器件中存在明显的非线性环节。18，PPT学习通信，如果余弦信号通过非线性系统(二极管)，输出被整流，其频率成分被

9、改变。19、PPT学习与交流、相关术语和测试设备特性、相关术语：测试和测量精度通常按指示值与参考值的绝对误差比进行分类。范围(指示范围)和测量范围(应用)信噪比：信号功率与干扰功率之比，单位分贝测试装置的特性：测试系统在两个方面的性能要求1。静态特性：简单的测量，只使用静态条件下的指标来调查2。动态特性：需要综合考察静态和动态性能。这两个方面相互影响，处理方法也大不相同。20，PPT学会交流，2测试设备的静态特性，在静态测量中，微分方程的微分项为零，所以稳态线性系统的输入输出微分方程成为理想的稳态线性系统，其输出将是单声道，上一页，内容，21，PPT学习与交流，1。线性，线性：输入和输出保持恒

10、定比例关系的程度，以及校准曲线接近拟合直线的程度。两种拟合方法：端基直线和独立直线的线性误差=B/A*100% B是校准曲线和拟合直线之间的最大偏差。a是器件的标称输出范围。上一页，内容，22，PPT学习与交流，2。灵敏度、辨别阈值和分辨率，用于描述测试设备对测量变化的响应能力。当设备的输入X有变化X，导致输出Y有相应的变化Y时，则定义灵敏度。对于理想的稳态线性系统，灵敏度应为：然而，一般测试装置不是理想的稳态线性系统，即校准线是曲线，拟合直线的斜率用作装置的灵敏度。灵敏度有尺寸，其单位取决于输入和输出的单位。如果这两个单位相同，它们被称为“放大率”或“放大系数”。上一页，目录，23，PPT学

11、习通信，通常，引起测量装置输出值可察觉变化的最小测量变化值称为辨别阈值(也称为灵敏度阈值或灵敏度极限)。它用于描述设备对输入的微小变化做出响应的能力。“分辨率”是指定点设备有效区分紧密相邻量值的能力。前一页，内容，24，PPT学习与交流，3，返回错误，理想设备的输出与输入有着完全单调的一一对应关系。在相同的试验条件下，当输入量由小变大时，对于相同的输入量，两个输出量之间往往存在差异。在整个测量范围内，最大差值称为回程误差或滞后误差。上一页，内容，25，PPT学习与交流，4。稳定性和漂移稳定性是指测量装置在特定条件下保持其测量特性不变的能力。通常，当影响量未指定时，稳定性是指设备不受时间变化影响

12、的能力。漂移是指测量特性随时间的缓慢变化。测量装置的输出不仅取决于输入量，还取决于环境的影响。环境温度、大气压力、相对湿度、电源电压等。可能会影响测量设备的输出。环境变化或多或少会影响设备的一些静态特性参数。恒定输入在指定时间内的输出变化称为点漂移；标称范围最低点的点漂移称为零点漂移。前一页，内容，26，PPT学习与交流，3测试系统的动态特性。在工程测试中，大量被测信号是随时间变化的动态信号，测试系统的动态特性反映了其测量动态信号的能力。对于测试系统来说，需要快速、准确地测量信号大小，真实地再现信号的波形变化，即当输入量发生变化时，测试系统的输出量能够立即变化而不失真。在实际测试系统中，总会有

13、弹簧、质量(惯性)和阻尼等元件，所以输出y(t)不仅与输入x(t)、输入的变化速度和加速度有关，还受系统质量和阻尼的影响。例1:水银温度计测试系统对输入的时间响应，例2:千分表测得的振动物体的振幅和频率响应，27。PPT学习与交流，测试装置动态特性的数学描述，将测试系统视为线性时不变系统，根据其物理结构和相关规律，可以建立描述输入输出关系的线性微分方程，但在使用中存在诸多不便。因此，除了微分方程形式的数学模型之外，拉普拉斯变换和傅立叶变换经常被用来建立它们相应的“传递函数”、“频率响应函数”和“阶跃响应函数”，以更简单地描述测试装置或系统的动态特性。上一页，内容，返回，28，PPT学习与交流，

14、1。pr上的传递函数(复数域的描述)根据上述公式，传递函数以代数形式表示测试系统的动态特性。29，PPT学习交流，传递函数的特征：1)H(s)与输入x(t)和系统的初始状态无关，它只表达系统的传输特性。2)H(s)只反映系统的传输特性，而不坚持系统的物理结构。也就是说，只要动态特性相似，电路系统和机械系统都可以使用相同类型的传递函数来描述它们的动态特性。3)传递函数用测量装置本身的参数表示输入和输出之间的关系，因此它将包含连接输入和输出的必要单位。4)氢不仅可以通过理论计算得到，也可以通过实验方法得到。5)h(s)中的分母取决于系统结构。上一页，内容，30，PPT学习与交流，31，PPT学习与

15、交流，2。频率响应函数(频域描述)频率响应函数描述和检查频域中的系统特性。在实际工程应用中，一些系统很难建立相应的微分方程和传递函数，传递函数本身的物理解释也不清楚。与传递函数相比，频响函数的物理概念清晰，易于通过实验建立。从频响函数和传递函数的关系，可以方便地得到传递函数。因此，频率响应函数已经成为测试系统实验研究的重要工具。谐波输出由频率保持和谐波输入获得，它们具有相同的频率但不同的幅度。振幅比AY0/X0是频率的函数，被记录为A()，其被定义为振幅-频率特性。相位差也是一个函数，表示为，定义为相频特性。统称为系统的频率特性。前一页，目录，32，PPT学习通信，(1)具有幅频特性、相频特性

16、和频率响应函数的恒线性系统在谐波信号激励下，系统的频率特性称为频率响应函数。将其写成()。相频特性：稳态输出和输入之间的相位差。把它记为。上一页，目录，33，PPT学习通信，通过实验获得频率响应函数的原理：用不同频率的谐波信号激励被测系统，然后每一个可以得到一组和，所有和可以表示系统的频率响应函数。3)当初始条件都为零时，输入x(t)和输出y(t)也可以同时测量，频率响应函数可以通过傅里叶变换x()和y()得到。2)通过实验获得。前一页，内容，34，PPT学习交流，优点：简单，信号发生器和双踪示波器的缺点：效率低，从系统的最低测量频率fmin到最高测量频率fmax，逐渐增加正弦激励信号频率f，记录每个频率对应的幅值比和相位差，并绘制系统幅频和相频特性。35，PPT学会交流，图片描述：1)曲线幅频特性曲线相频特性曲线2)曲线实频特性曲线虚频特性曲线，(3)振幅、相频特性及其图片描述频率响应函数h()，前一页，参考书目，36