第二章 测量装置的基本特性ppt课件.ppt

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1、2.1测试系统的概述2.2测试系统的静态特性2.3测试系统的动态特性2.4动态测试不失真的条件2.5典型系统的频率响应特性2.6测试系统动态特性的测定2.7负载效应2.8测量系统的抗干扰第二章测试系统的基本特性▼▼▼▼▼▼▼▼2.1测试系统的概述1.定义：测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。复杂测试系统(轴承缺陷检测)简单测试系统(光电池)V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

2、，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)x(t)h(t)y(t)由此根据测试要达到的要求正确合理选用仪器。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。其中以输出和输入成线性关系最佳。x(t)y(t)线性线性y(

3、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，所描述的是线性时不变系统，也称为线性定常系统。一般在工程中使用的测试系统（测试装置）都是线性系统。（1）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)，x2(t)→y2(t)则x1(t)±x2(t)→y1(t)±y2(t)叠加原理

4、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(b)线性系统的性质(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(3).微分特性(4).积分特性若系统的输入为某一频

5、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。(5).频率保持特性如果测量时，测试系统的输入、输出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，

6、则定义:如果是线性理想系统，则1.一位移传感器，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的偏离程度。线性度线性度:标定曲线与拟合直线的偏离程度。实验标定偏离程度：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，即线性误差＝B/A×100

7、％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。非线形度用线性误差来衡量量程为10V时的线性度量程为1000V时的线性度线性误差＝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:回程误差=(hmax/A)×100%(4)静态响应特性的其他描述分辨力：指能引起输出量发生变化时输入量的最小变量，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

8、试装置能正常测量最小输入量和最大输入量之间的范围。静态测量：幅值动态测量：幅值和频率稳定性：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。零点漂移灵敏度漂移可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。测试装置的漂移▲在对动态物理量进行测试时，测试系统的输出变化是否能真实地反映输入变化，则取决于测试系统的动态响应特性。2.3测试系统的动态响应特性用特定的输入信号作用于测试系统，测量输出(已知)，由此推断