03P67测试系统的基本特性lpj.ppt

1、1、2、3、加速度修正带通滤波器包络检波器、复杂的测试系统(轴承缺陷检测)、4、理想的测试装置：具有单一值的确定性的投入产出关系，即每个输入量只能对应单一的输出量。 知道一方的量就可以决定另一方的量。 输出和输入呈线性关系是最好的。 测试系统的投入产出之间尽量满足线性关系，实现无失真的测试。 实际的测试系统大多无法在整个作业范围内完全保持线性，只能在一定范围内和一定的(误差)条件下进行线性处理，这就是该测试系统的作业范围。 对于几乎不随时间变化的静态测量，测试系统的线性关系始终是优选的，但并非必需的，因为静态非线性校正容易。 在动态测试中，测试系统以线性系统为目标。 一是因为现在可以对线性系统

2、进行比较完备的数学处理和分析，二是因为动态测试中的非线性校正非常困难。 六、二、线性系统及其主要性质在实际测试工作中，在一定条件下，将测试系统视为一个线性系统，具有重要的现实意义。 如果测试设备的输入量x(t )和输出量y(t )之间的关系可以用线性常微分方程描述，则该系统被称为时变线性系统，也称为稳态线性系统。 通常，nm指示系统是稳定的，即，系统的输入不扩散输出。 系数之和都是常数，不会随时间变化。 7、严格来说，许多物理系统是时变的，因为构成物理系统的材料、零配件、零配件特性并不十分稳定。 但是，在工程领域中，通常能够把时变线性系统作为时变线性系统以一盏茶的精度处理。 (3-2)、8、(

3、3-4)、(3-3)、(3-5)、9、说明：判断一个系统是否线性系统，判断其系统是否满足重叠性和比例性即可。 满意的话就是线性系统。 5 .频率保持特性，即信号通过测试装置后，振幅可能会放大或缩小，相位也可能变化，但频率不会变化。 (36 )，10，由于非线性系不具有线性，其解析和求解十分困难。 然而，在许多情况下，非线性系统在某个范围内近似为线性系统。 因此，线性系统的研究变得更加重要。 非线性系非线性系是指没有线性系的上述性质，或者不能用线性微分方程描述的系数。 例如，下述系统都是非线性系统，在第11、2节中测试系统的静态特性，在测定时测试装置的投入产出信号不随时变化(或变化极慢)的情况下

4、称为静态测定。12、测量系统的静态特性是指，被测量信号为静态信号(或变化极慢的信号)时的测试装置的输出和输入的关系。 定度曲线是描述测试装置的投入产出间的关系的曲线。 那个必须用实验方法得到。 如果输入信号是静态信号，则可由式(3-1)得到理想状态决定通常线性系的投入产出关系，即单调的线性比例关系。 然而，实际测量设备不是理想的线性系统，并且定度曲线不是线。 通常使用最小二乘法拟合的直线来确定线性关系。 用实验方法确定定度曲线，可以根据定度曲线的特征指标描述测量系统的静态特性。 有些想法： (3-7)，13，静态特性主要有线性、灵敏度、回归误差三个方面。 一、线性度定度曲线与理想直线的接近程度

5、。 用定度曲线和拟合直线的最大偏差b的同公称范围a的百分比表示。通过线性度=B/A100%、对实用非线性定度曲线的处理：非线性补偿，扩大系统的标称输出范围。 使限定输入量的变化范围小，定度曲线满足线性要求。 (3-8)、14、2 .灵敏度在测试装置的输入信号中有增量x时，在输出信号中产生相应的变化y。 在稳定态中，系统的输出信号变化量与输入信号变化量之间的比被称为灵敏度s。在理想稳态线性系统中，灵敏度的维度取决于投入产出的单位。 两者相同时，“倍率”或“男同志”表示灵敏度。 例如，存在如下位移传感器，其中，针对每种1 m的位移量(输入信号的变化量)，获得0.2mV的输出，并且S=0.2/1=0

6、.2 mV/m。=常数、(3-10 )、16、身份验证力阈值：也称为死区，是在器具响应时测量的最小变化值。 极限分辨率：即可确定区分的指示符表示值的最近邻值。 一般规定：数码数据老虎钳：最后的二进制位变化1个字的大小仿真老虎钳：表示比例分辨率值的一半。 描述针对测定装置的被测定变化的反应能力，也经常用于鉴别输入阈值和极限分辨率显示。 例如，某数字电压校正的范围为2V，各二进制位的最大读取值为1.9999v (五位半数)，最低位变化一位的大小为0.0001V，其极限分辨率为0.1mV。17、3、返回误差(也称为延迟或劣化) hmax定义了返回误差为33，360，并由hmax和测量系统的全尺度输出

7、值a的百分比表示，即，测试设备在从输入从小到大的测试过程中，相同输入量返回误差=(hmax/A)100%、(3-11 )、18、4、表示其他测试系统的指标，1精度表示测试装置的测定结果和被测定真值的接近程度，反映测定的总误差。 精确度(也称为精确度) :反映测量结果中的系统误差(es )的影响。 精密度：反映测量结果中随机误差(er )的影响。 精度：反映测量结果中的系统误差和随机误差的综合影响，即测量的总误差。 作为技术指标，多用相对误差和引用误差来表示。、es小、er大、es大、er小、es小、er小、19、3 .信噪比() 也就是说，2漂移测量设备的测量特性随时间缓慢变化。 在给定条件下

8、，在给定时间内相对于给定输入的输出变化称为点漂移的装置标称范围的最低值下的点漂移称为零点漂移，简称为零点漂移。 随着环境温度的变化而产生的漂移称为温度漂移。 4测量范围是指测试系统能够进行正常测试的工作量值的范围。 对于动态测试系统，必须指示在容许误差中正常工作的频率范围。 (3-12 )，20，分贝dB测试证明，人耳对3000赫兹声波最为敏感。 如果这个频率的声音强度达到I01012瓦/米2，就能引起人耳的听觉。 音强等级以人耳听到的这个最小声最强的I0为基准规定，将I01012瓦/米2的音强规定为零等级音强，即此时的音强等级规定为零分贝。 音高从I0倍增到2I0时，人耳感觉到的声音强弱没有

9、倍增。 只有当声音的强度达到10I0时，人耳感觉到的声音的强度才是2倍，与这个声音的强度对应的声音的强度为10分贝。音高为100I0时，人耳感觉到的声音的强弱为2倍，对应的音高等级为20分贝。音高为1000I0 人耳可承受的最大声音强度是1瓦/米21012I0，与之对应的声音强度是120分贝(注意： 10分贝=1分贝)。 描述(3-13 )、21、测试系统的特性，实质上是建立输入信号、输出信号和测试装置构成残奥仪表三者之间的关系。 也就是说，将测试系统这一物理系统抽象为数学模型，与输入输出的物理特性(机械量、功率量、热学量等)无关，分析输入信号和应答信号的关系。 第3节测试系统的动态特性、动态

10、特性输入量随时变化时系统表示的响应特性。 测试系统的动态特性的好坏主要取决于测试系统自身的结构，与输入信号有关。 (22 )系统分析的三个问题，以及(1)如果投入产出是可测量的(已知的)，则可以从所述测量中估计系统的传输特性。(系统识别)，2 )如果系统特性已知，则可以测量输出，并且可以由该输出来估计引起输出的输入量。 (逆请求)，3 )如果输入和系统特性已知，则能够推定系统的输出量。 (预测)、23、1、测试系统动态特性的记述方法、1时域差分方程是线性时变系统，可以用常系数线性微分方程(3-1)来记述。 可以通过投入产出之间的传输关系来确定系统的动态特性。 存在解决差分方程困难，不便于实用的

11、问题。 解决方法：利用拉普拉斯变换或傅立叶变换。 (3-1)、24、拉普拉斯变换和傅立叶变换之间的差异：LT:时域函数f(t )、复频率域函数、(变量t，全部为实数)、25、初始时，26、1) H(s )仅反映了系统本身的传输特性，而与输入和初始条件无关。 根据式(3-15 )，如果H(s )、X(s )、Y(s )三者中的任意一者知道其中两者，则能够求出第三者，然后通过进行傅立叶逆变换能够求出时域的描绘，如图3-4所示。 与用差分方程描述相比，传递函数具有用代数方程表示装置的动态特性简单得多、容易解析和修正的特征。 这对于复杂的写差分方程不方便的装置和系统来说有着更现实的意义。 另外，图3-

12、4系统的传输特性，27，4 ) h (s )的分母取决于系统的结构。 分子与输入(激发)点的位置、输入方式、被测定及测定点的配置状况等外在因素相关。 一般的测试装置都是稳定的系统，稳定的必要条件之一。 (2) H(s )仅反映系统本身的传输特性，并且与系统的具体物理结构无关。 3 )在实际物理系统中，投入产出总是具有不同的维度，因此传递函数通过反映系数和投入产出维度的转换关系。 传递函数的特点是： (5)传递函数不显示系统的物理性质。 虽然许多不同的物理系统可具有相同的传输函数，然而，即使系统是具有相同的激励，不同的传输函数物理系统的响应是不同的。 因而，传递函数的解析研究能够统一处理各种物理

13、性质不同的线性系统。 28、幅度比定义为该系统的振幅特性，所述相位差定义为该系统的相位频率特性。 3 .频率响应函数根据稳定线性系的频率保持特性对正弦信号x(t)=X0sint进行输入时，稳定时的输出是与输入相同频率的正弦信号y(t)=Y0sin(t )，但由于其幅度和相位角不等于正常输入信号，因此幅度比A()=Y0/X0和相位差()等于输入信号的频率的倒数、复杂的信号能够分解为正弦信号的重日式榻榻米，也能够应用系统的频率特性。 (316 )，将两者总称为系统的频率特性，将h ()称为系统的频率响应函数。 在由复数表示：29、传递函数H(s )中，设=0，即s=j，则能够求出频率响应函数H(j

14、 )的频率响应函数一般标记为h ()，有时标记为H(j )，对此进行说明，在t=0的情况下，将激励信号与稳态常数线性系连接，通过拉尔斯变换进行指令此外，因为系统的初始条件为零，所以当分别绘制输出y(t )的傅立叶变换y ()与输入x(t )的傅立叶变换x ()之比，即，a ()和()为、(3-17 )、30，时，系统的频率响应函数h ()为系统的幅度特性曲线和相位特性曲线实际绘图时，为了方便起见，多采用以下的绘图方法。 1 )将自变量或f的坐标称为对数，将幅度比a ()称为分贝，将相角称为实数绘图，这些曲线分别称为对数振幅特性曲线和对数相位频率特性曲线，统称为板(Bode )图。时，将(3-1

15、9 )、(3-18 )、(3-20 )、A()ej ()、31、2 )用h ()的实部p ()和虚部、3)p ()和q ()分别作为横轴、纵轴描绘Q()P ()曲线，并明确记载与曲线的某点分别对应的频率是系统的奈奎斯特图从图中原点引出的矢量径，其长度和横轴的夹角分别为其频率点的a ()和() 、32、*波段图是经过处理的幅度特性图，是普通的幅度特性图，横轴表示频率，纵轴表示幅度的放大率，一个电路网络表示对不同频率的信号的放大能力。 但是，在电子电路中，该图可能麻烦，但1 )当一个网络表示全部次低频和射频波时，则横轴(频率轴变长)。 2 )一般的放大电路的放大率可能达到数百，纵轴也变长。 3 )

16、这样描绘的图形往往是不规则的曲线。 伯父图基于上述3点化学基进行了改良，(1)不是使横轴的频度呈指数增加，而是如下变更以往的直线增加，例如频率尺度。 每个小区表示不同的频率摇镜头，例如10、100、1000、104等。 使得横轴可以表示从1Hz到108Hz的宽频率范围。 (2)纵轴表示倍率自然对数的20倍，这取决于分贝的定义。 因此，纵坐标的值大约为0到60，表示一盏茶。 像这样在图上一眼就能看出放大的癸贝尔数。 相位-频率特性也可相应地描绘。 (3)使曲线直线化。 从作为画面依据的式子可以得到fL、fH的数值。 得到的波特酒图也应该在fL和fH上出现角(不是曲线)，但由于角处理会产生一定的误

17、差。 请在斜率不为0的直线上加斜率。 表示每10倍频的放大率的变化。 经过3个这些个的简化，波特酒图的曲线由1条折线构成，看起来非常舒适。 经过处理产生了误差，但已经成为标准。 33、频率响应函数测定(正弦波法)、测定过程：用不同频率fi的简并性信号激励被测系统，同时测定激励和系统稳态输出的振幅相位，得到幅度比相位差。34、将正弦激励信号频率f从系统最低测量频率fmin逐步增加到最高测量频率fmax，记录与各频率对应的幅度比和相位差，并标绘系统振幅和相位特性。 A(f)f，(f)f，35，4 .冲击响应函数h(t )，输出的拉斯变换是输入为单位脉冲函数，h(t )，x(t )，这是测试系统特性的时域的记述形式。 传递函数H(s )、冲击响应函数h(t )和频率响应函数h ()分别是用复频率域、时域和频率域描述的测试系统的动态特性。 三者一一对应。 h(t )和H(s )是拉斯变换对，h(t )和H(j )是