机械工程测试技术基础--02测试装置基本特性ppt课件.ppt

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1、第二章测试装置的基本特性§2-1概述1、动力学中的三个问题h(t)H(s)系统输入输出x(t)X(s)Y(s)y(t)(1)正问题：已知x(t)、h(t)，求y(t)。运动分析(2)第一类逆问题：已知x(t)、y(t)，求h(t)。系统辨识(3)第二类逆问题：已知y(t)、h(t)，求x(t)。载荷分析2、测试装置的性能静态特性、动态特性、负载特性、抗干扰特性。理想的测试装置输入输出存在单值确定的对应关系，其中线性关系为最佳。时不变（定常）线性系统：其中，ai(i=0,1,…,n)、bj(j=0,1,…,m

2、)为常数，n≥m。线性系统的主要性质：叠加性：若x1(t)y1(t)，x2(t)y2(t)，则[x1(t)x2(t)][y1(t)y2(t)]。微分特性：若x(t)y(t)，则dx(t)/dtdy(t)/dt。积分特性：若系统的初始状态为0，则。若，则。若系统输入是简谐信号，而输出却包含其他频率成分，则可以断定这些成分是由外界干扰、系统内部噪声、非线性环节或是输入太大使系统进入非线性区域所引起。频率保持性：是指若系统输入为简谐信号，则其稳态输出也为同频简谐信号。齐次性：若x(t)y(t)，

3、为常数，则x(t)y(t)。§2-2测试装置的静态特性1、线性度测量装置输入、输出之间的关系与理想直线的偏离程度。线性误差=B/A*100%，B为校准曲线与理想直线的最大偏差，A为输出的最大值与最小值之差。理想直线：数据点与理想直线间偏差的平方和最小。测量装置的静态特性是在静态测量情况下描述实际测量装置与理想是不变系统的接近程度。2、灵敏度灵敏度：表征测试系统对输入信号变化的一种反应能力，定义为输出量的变化y与引起该变化的输入量的变化x之比：应用中通常取理想直线的斜率作为测量装置的灵敏度。灵敏度的

4、单位取决于输入、输出量的单位。放大倍数定义为当输入输出量纲相同时的灵敏度。3、分辨力是指测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量，通常是以最小单位输出量所对应的输入量表示。实际装置在同样的测试条件下，当输入量由小增大和由大减小时，对于同一输入量所得到的两个输出量却往往存在着差值。把在全测量范围内，最大的差值称为回程误差或滞后误差。4、回程误差5、零点漂移和灵敏度漂移零点漂移：测量装置的输出零点偏离原始零点的距离。灵敏度漂移：由于材料性质的变化所引起的输入与输出关系（理想直线斜率）的变化。总误差是零点漂移与灵

5、敏度漂移之和，通常后者很小，可略去。§2-3测试装置的动态特性是指输入量随时间变化时，其输出随输入而变化的关系。测试系统的动态特性一般地，在所考虑的测量范围内，测试系统可以认为是线性系统。一、动态特性通常有微分方程、传递函数、频率响应函数（频响函数）、脉冲响应函数。1、微分方程其中，ai(i=0,1,…,n)、bj(j=0,1,…,m)为常数，n≥m。2、传递函数是指零初始条件下，定常线性系统输出量的拉普拉斯变换与引起该输出的输入量拉普拉斯变换之比。传递函数当系统初始条件全为零时，对微分方程进行拉普拉斯变换

6、可得系统传递函数为：（n≥m）拉普拉斯变换：拉普拉斯变换拉普拉斯逆变换注：傅里叶变换是拉普拉斯逆变换的特例，即当σ=0时。拉氏变换性质：1）线性性：若则2）微分性：3）积分性：4）卷积性：时域相乘（卷积）时域卷积（相乘）传递函数的特点H(s)与输入x(t)及系统的初始状态无关。如果x(t)给定，则系统输出的特性完全由H(s)决定，即传递函数表征了系统内在的固有动态特性。H(s)只反映系统传输特性，而和系统具体物理结构无关。即同一形式的传递函数可表征具有相同传输特性的不同物理系统。实际物理系统中，输入与输出间

7、的量纲变换关系在传递函数中通过系数ai(i=0,1,…,n)和bj(j=0,1,…,m)来反映。ai和bj的量纲由具体物理系统决定。H(s)的分母取决于系统的结构，分子则和系统与外界之间的关系，如输入（激励）点的位置、输入方式、被测量及测点布置情况有关。频率响应函数是指零初始条件下，定常线性系统稳态输出量的傅里叶变换与引起该输出的输入量傅里叶变换之比。反映了测试系统在各个频率正弦信号激励下的稳态响应特性。3、频率响应函数为复数，可以表示为式中：幅角()反映了稳态输出信号与输入信号的相位差。幅频特性H(

8、)的模A()反映了定常线性系统在正弦信号激励下，其稳态输出信号与输入信号的幅值比。相频特性频率特性是指幅频特性与相频特性统称，即系统在简谐信号激励下，其稳态输出与输入的幅值比及相位差随激励频率变化的特性。实频特性H()的实部P()。虚频特性H()的虚部Q()。频率响应函数的求法1)2)3)实验确定频率响应函数。依次用不同频率i的正弦信号激励被测系统，同时测量激励和系统稳态输出的幅值Xi、Yi和相位差