测试技术基础电子教案——第4章 测试系统的基本特性.ppt

1、2020/7/27，1，4.1系统的输入/输出和测试系统4.2测试系统特性静态特性4.3测试系统特性动态特性4.4动态测试无损条件4.5常规测试系统的频率响应特性4.6测试系统的动态特性测试4.7配置测试系统需要考虑的因素，第4章测试系统的基本特性，2020/7/27，2，4.1系统的输入，1 .测试系统，2020/7/27，3，简单测试系统(红外线体温)，复杂测试系统(振动测量)，系统失真，2020/7/27，4，测试系统的传输特性3360，测试系统和输入/输出量，以及(预测)、系统分析的三个茄子问题：1)在输入和输出是可测量的(已知的)情况下，可以推断系统的传输特性。(系统识别)，2)在系

2、统特性已知的情况下，可以测量输出，从而估计导致输出的输入量。(反转)，由此根据测试要达到的要求，正确合理地选择了仪器。测试系统与输入/输出量之间的关系，2020/7/27，6，2。理想的测试系统是不线性变化的系统，理想的测试系统必须具有单值的确定输入输出关系。对于每个输入量，只能对应单个输出量。知道一个量就可以决定另一个量。在牙齿中，输出和输入最好是线性的。2020/7/27，7，测试系统输入x(t)和输出y(t)之间的关系可以用常数系数线性微分方程来描述。(a)线性系统，表达式中的an，an-1，上述方程是常数系数微分方程，描述了时间不变线性系统，也称为常数线性系统。通常用于工程的测试系统(

3、测试设备)是线性系统。2020/7/27，8，(b)定线系统的性质，复叠性质的范例，(1)。复叠性质，2020/7/27，9，复叠性质：每个输入总和的系统输出与个别输入的输出相同，线性系统的复叠性质，2020/7/27，10，(2)。比例特性，常量输入结果输出等于原始输入结果输出的常量倍数。也就是说，如果3360 x(t) y(t)，则为Kx (t)，即x(t)y(t)x(t)y(t)t(t)y(t)，则初始条件为0时，原始输入信号的积分等于原始输出信号的积分即，如果x(t) y(t)，则为x (t) dt y。系统的正常状态输出是相同频率的谐波信号。即，x(t)=Acos(t x) y(t)

4、=Bcos(t y)，遵守线性系统的主要特性，尤其是叠加原理和频率保持性，在测量工作中起着重要作用。(5)。频率保持特性，2020/7/27，13，(c)系统线性近似，测试系统的局部线性，在实际测试系统中，系数是随时间慢慢变化的细微变化。测试系统在静态测量中表示的响应特性称为静态响应特性，它可以充分确定大多数典型物理系统的系数、特定操作范围。4.2测试系统静态响应特性、稳态信号、动态信号、2020/7/27，15，理想测试系统在输入和输出之间具有单调线性比的关系。也就是说，输入和输出关系是具有S=b0/a0斜率的理想直线。在静态测试中，输入和输出不随时间变化，输入和输出的每个阶都为零。理想线型

5、，输入正常状态，1 .定义理想测试系统的静态特性、实际线型、2020/7/27，16、测试系统的输入X具有增量X，因此如果输出Y发生相应变化，则定义：线性异常系统，输入位移为0.01mm，输出位移为10mm，则静态测试灵敏度、灵敏度S=300/1=300mV/mm，放大倍数S=10/0.01=1000，(1)。实验校正，2020/7/27，19，偏差：测试系统标称输出范围(整个范围)a内拟合善意最大偏差B与a的比率，即非线性误差B/A100，a B校正曲线与拟合线以下的最大偏差为输出量计。通过非线性误差测量的非线性度，2020/7/27，20，10V的非线性度，1000V的非线性度，通过非线性

6、误差B/A100，2020/7/27，21等输入量获得的两个数值的徐璐其他输出量之间的差异最大的是hmax，2.3通过测试系统的动态响应特性、特定输入信号作用于测试系统并测量输出(已知)来推断系统的传输特性。(系统识别)，动态特性：输入量随时快速变化时测试系统的输出随输入变化的关系。2020/7/27，23，条件：线性系统的初始状态0 x(t) X(S)，y(t) Y(S)，拉普拉斯变换：结果：系统的传递函数h N表示微分方程的阶。例如，n=1，n=2分别称为主系统或次系统。1 .传输函数，2020/7/27，24，传输函数：系统动态特性说明，输入量，输出量，2020/7/27，25，传输函数

7、的特征，H(S，H(S)是测试系统本身的参数，表示输入和输出之间的关系，因此包含连接输入量和输出量所需的单位。2020/7/27，26，H(S)仅反映系统对输入的响应特性，与测量信号无关，与特定物理结构无关。传递函数的特征，H(S)是将实际物理系统抽象到数学模型后的拉普拉斯变换，因此具有不同物理特性的系统或元件可以具有相同类型的传递函数H(S)。H(S)是测试系统本身的参数，表示输入和输出之间的关系，因此包含连接输入量和输出量所需的单位。H(S)的分母完全由系统的结构确定，分母中最高的平方N表示系统微分方程的阶。分子与激励位置、激励方法、测量的变量和测量点的放置有关。2020/7/27，27，

8、2。用H(s)替换频率响应函数(Frequency response function):频率响应函数是传播函数的特殊情况。2020/7/27，28，输出信号的幅度、相位频率图表，输入信号的幅度、相位频率图表，输入：简单谐波信号x(t)=X0sint正常状态输出：简单谐波信号y (t)=y0sin相位差(t)，2020/7/27，29，物理意义：频率响应函数是正弦信号的激励作用下，测量装置达到正常状态后输出和输入之间的关系。输入信号的幅度、相位频率图、输出信号的幅度、相位频率图、2020/7/27，30、(1)。振幅频率特性，(2)。相位频率特性，统称A()、()，将输入信号的振幅、相位频率图

9、表、输出信号的振幅、相位频率图表、谐波信号激励下的恒定线性系统的稳态输出信号和输入信号的振幅比记录为A()。稳态输出对输入相位差，记录()；2020/7/27，31，H(j)通常以复数形式写入真实和虚拟形式。其中：2020/7/27，32，A()-曲线称为振幅频率特性曲线()-曲线称为相位频率特性曲线。第一系统的振幅和频率特性曲线，第一系统的相位频率特性曲线，图像说明，2020/7/27，33，伯德度(Bode度)20lgA()-lg曲线是对数振幅频率曲线()-lg曲线代数相对频率曲线。2020/7/27，34，Nyquist地图。创建Im()-Re()曲线，并记录其频率、实际频率、虚拟频率图

10、形H()=P() jQ() P()实际频率特性曲线Q()虚拟频率特性曲线。第一系统的nayquestertu，H()=A()ej()，2020/7/27，35，示例4.13360，测试系统传递函数，输入信号，分别，信号，信号，信号权重函数(Weight function)、h(t)称为测试设备的脉冲响应函数或权重函数。H(t)描述了测试装置的瞬态响应过程。如果x(t)=(t):执行races反向转换：2020/7/27，37，Y(S)=H(S)X(S)，races，4线性系统的时域响应，2020/7/27，38，5。H(S)、h(t)、H(j)之间的关系、h(t)时域、临时响应过程这反映了系统

11、的正常状态输出和输入之间的关系，也称为正弦传递函数。传递函数在系统中将输入作为正弦信号，输出作为正弦叠加瞬态信号转导关系的说明。这包括正常状态和临时输出和输入之间的关系。加权函数通过时域中的瞬态响应过程描述系统的动态特性。2020/7/27，40，实际上很难得到，实验方法，谐波信号的特性，6。系统描述方法比较，2020/7/27，41，优点：简单，信号发生器；4.4系统的无损测量条件，牙齿测试系统的输出波形与输入信号的波形完全一致，只是尺寸扩大了A0倍，在时间内延迟了t0牙齿。在牙齿情况下，测试系统被认为具有未失真的特性。2020/7/27，43，y (t)=a0x (t-t0)，h ()=a

12、 () EJ()，振幅和相位频率特性必须分别得到满足。x(t)x()y(t)y(t)y()，2020/7/27，44，a ()=A0=const，()=-t0，否，换句话说，相位频率特性曲线是经过原点并具有负斜率的直线。1) A()不等于常数时发生的扭曲称为振幅扭曲。2)()和非线性关系导致的扭曲称为相位扭曲。3) ()=0时，如果输出和输入没有落后，则测试度最好。，2020/7/27，45，输出信号未失真，输出信号失真，2020/7/27，46，数学表示：4.5通用系统的频率响应特性，第一系统(firss传递函数：命令：)，1，约=1/5，2)，误差不超过2%，y () x()，1)，=1，主系统的转折频率。3)，振幅误差不超过5%，A() 0.95，1.05，2020/7/27，51，1，越小越有利于测试。1)必须，即测量的信号的最大频率一定越低，系统输出的振幅误差就越小。A() 1，第一系统的时间常数，2)必须，即振幅误差越小，系统可以测量的频率越高。2020/7/27，52，振幅、相位频率映射，budto，naquisterto，2020/7/27，53，阶跃响应，温度湿度酒精，传递函数，