工程测试技术基础4.测试系统特性

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1、第四章、测试系统特性工程测试技术基础本章学习要求：1.建立测试系统的概念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第四章、测试系统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。4.1测试系统概论复杂测试系统(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。4.1测试系统概论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

2、)，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)x(t)h(t)y(t)测试系统基本要求4.1测试系统概论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4.1测试系统概论系统输入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：线性系统一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。线性系统性质：a)叠加性系统对各输入之

3、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)4.1测试系统概论b)比例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)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)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)dt4.1测试系统概论e)频率保持性若系统的输入

4、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，特别是符合叠加原理和频率保持性，在测量工作中具有重要作用。如果测量时，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。4.2测试系统静态响应特性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第四章、测试系统特性灵敏度越高，系统反映输入微小变化的能力就越强。在电子测量中，灵敏度越

5、高往往容易引入噪声并影响系统的稳定性及测量范围，在同等输出范围的情况下，灵敏度越大测量范围越小，反之则越大。4.2测试系统静态响应特性b.线性度δi：线性度△max：特性曲线与参考直线的最大偏差△F.S：满量程输出的平均值根据参考直线的定义方法，可将线性度分为：①理论线性度：参考直线由0点和满量程输出点确定②独立线性度：参考直线由最小二乘法确定。有时，系统的输出输入在局部范围内是直线，则取此段做为标称输出范围。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

6、定义回程误差为回程误差=(hmax/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。灵敏阀：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。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。可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。4.2测试系统静态响应特性在对动态物理量进行测试时，测试装置的输出变化是否能真实地反映

7、输入变化，则取决于测试装置的动态响应特性。4.3测试系统的动态响应特性第四章、测试系统特性x(t)h(t)y(t)属于：系统分析中的三类问题13)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)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)a)传递函数拉氏变换富氏变换4.3测试系统的动态响应特性优点：直观的反映了系统对不同频率成分输入信号的扭曲情况。传递函数测量实验求传递函数的原理，简单明了。依次用不同频率fi的简谐信

8、号去激励被测系统，同时测出激励和系统的稳态输出的幅值、相位，得到幅值比Ai、相位差φi。从系统的最低测量频率fmin到系统的最高测量频率fmax，按一定的增量方式逐步增加正弦激励