机械工程测试技术第二章测试装置的基本特性

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1、测试技术基础2.1系统的输入/输出及测试系统2.2测试系统特性静态特性2.3测试系统特性动态特性2.5动态测试不失真的条件2.6常见测试系统的频率响应特性2.7测试系统动态特性的测试2.8组成测试系统应考虑的因素第二章测试系统的基本特性▼▼▼▼▼▼▼2.1系统的输入/输出及测试系统定义：完成某种物理量的测量而由具有某一种或多种变换特性的物理装置构成的总体。1.测试系统简单测试系统(红外体温)复杂测试系统(振动测量)系统失真测试系统的传递特性:由测试装置自身的物理结构所决定的测试系统对信号传递变换的影响特性。测试系统

2、与输入/输出量之间的关系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)2)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)由此根据测试要达到的要求正确合理选用仪器。测试系统与输入/输出量之间的关系2.理想测试系统——线性时不变系统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

3、输入成线性关系最佳。x(t)y(t)线性线性y(t)x(t)非线性y(t)x(t)测试系统输入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：(a)线性系统式中，an、an-1、…、a0和bm、bm-1、…、b0均为一些只与测试系统的特性有关的常数。上述方程就是常系数微分方程，所描述的是时不变线性系统，也称为定常线性系统。一般在工程中使用的测试系统（测试装置）都是线性系统。(b)线性系统的性质叠加特性示例(1).叠加特性叠加特性：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)

4、，x2(t)→y2(t)则x1(t)±x2(t)→y1(t)±y2(t)叠加原理表明：同时作用的两个输入量所引起的响应，等于该两个输入量单独引起的响应之和。线性系统的叠加特性(2).比例特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)比例特性示例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)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(

5、3).微分特性(4).积分特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(wt+fx)则y(t)=Bcos(wt+fy)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。(5).频率保持特性输入信号的幅、相频图输出信号的幅、相频图(c)系统线性近似测试系统的局部线形实际测试系统中，系数都是随时间而缓慢变化—微变以足够的精度认为多数常见的物理系统中的系数一定的工作范围内和一定的误差允许范围，近似线性▲如果测量时，测试系统的输入、输出

6、信号不随时间而变化（变化极慢，在所观察的时间间隔内可忽略其变化而视作常量），则称为静态测量。静态测量时，测试系统表现出的响应特性称为静态响应特性。2.2测试系统静态响应特性稳态信号动态信号理想测试系统其输入、输出之间呈单调、线性比例的关系。即输入、输出关系是一条理想的直线，斜率为S=b0/a0在静态测试中，输入和输出不随时间而变化，而输入和输出的各阶导数均等于零。理想线形稳态输入1.理想测试系统的静态特性实际线形当测试系统的输入x有一增量x，引起输出y发生相应的变化y时，则定义:如果是线性理想系统，则1.一位移

7、传感器，当位移变化为1mm时，输出电压变化为300mV，则2.一机械式位移传感器，输入位移变化为0.01mm时，输出位移变化为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).灵敏度S=y/x(2).线性度标定曲线与拟合直线线性度线性度:测量装置输入、输出之间的关系(标定曲线)与理想比例关系(拟合直线)的偏离程度。实验标定1.以线性误差来衡量Bmax在测试系统的标称输出范围(全量程)A内，标定曲线与其拟合直线的最大偏差B与A的比值，即相对线性误差＝B/A

8、×100％式中，A——输出信号的变化范围；B——标定曲线与其拟合直线下最大偏差，以输出量计。非线性度2.用相对误差来衡量量程为10V时的线性度量程为1000V时的线性度相对误差＝B/A×100％(3).回程误差回程误差测试系统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