系统的频率响应函数教学课件.ppt

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1、第三章测试系统特性机械工程测试技术本章学习要求:1.建立测试系统的概念2、掌握测试系统的动态特性2.了解测试系统特性对测量结果的影响3.了解测试系统特性的测量方法预备知识:拉普拉斯变换重点:测试系统的动态特性难点:测试系统的频率响应特性测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。测量系统的特性复杂测试系统(轴承缺陷检测)简单测试系统(光电池)V失真无论复杂度如何,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。3)如果输入和系统特性已知,则可以推断和估计系统的输出量。(预测)系统分析

2、中的三类问题:1)当输入、输出是可测量的(已知),可以通过它们推断系统的传输特性。(系统辨识)3)当系统特性已知,输出可测量,可以通过它们推断导致该输出的输入量。(反求)x(t)h(t)y(t)线性测量系统基本性质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非线性有关测试和测试装置的若干术语1、测量、计量和测试2、测量装置的误差和精确度3、量程和测量范围4、信噪比(SNR)5、动态范围如果测量时,

3、测试装置的输入、输出信号不随时间而变化,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。3.1测量系统的静态特性a)灵敏度当测试装置的输入x有一增量△x,引起输出y发生相应的变化△y时,则定义:S=△y/△x例如某位移测量系统在位移变化1m时输出的电压变化有5mV,则其灵敏度S=5V/mm,3.1测试系统静态响应特性b)非线性度标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。c)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,则定义回程误差为回程误差=(h

4、max/A)×100%d)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。灵敏阈: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。3.1测试系统静态响应特性稳定性: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。漂移:测量装置的测量特性随时间的慢变化。在规定条件下,对一个恒定的输入在规定时间内的输出变化,称为点漂;标称范围最低值处的点漂,称为零点漂移。可靠性:是

5、与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。(一)用传递函数或频率响应函数描述系统的传递特性;(二)测试系统对典型激励的响应函数;(三)测试系统特性参数的实验测定;3.2测试系统动态响应特性对运行设备进行测量时,得到的测量结果不仅受设备动态特性的影响,也会受到测量系统动态特性的影响,因此需要对测量系统的动态特性有清楚的了解。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:1.线性定常系统及其主要性质一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。当…和…均为常数时,上式描述的就是线性系统,也称为时不变线性系统b)比例性(也称均匀性)常数

6、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)线性系统性质:a)叠加原理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)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

7、叠加原理和频率保持性,在测量工作中具有重要作用。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(一)用传递函数或频率响应函数描述系统的传递特性;(二)测试系统对典型激励的响应函数;(三)测试系统特性参数的实验测定;3.2测试系统动态响应特性对运行设备进行测量时,得到的测量结果不仅受设备动态特性的影响,也会受到测量系统动态特性的影响,因此需要对测量系统的动态特性有清楚的了解。若系统的初始条件为零,对式(2-4)作拉氏变换得(一)用传递函数或频率响应函数描

8、述 系统的传递特性2.传递函数将输入和输出两者的拉普拉斯变换之比定义为传递函数H(s),即传递函数特性:1)

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