机械工程测试技术基础(第三版)段富海-第二章 测试装置的基本特性.ppt

PAGE: 2
第一节 概述
输入x 激励
输出y
测试装置
响应
特性：是指系统输入、输出关系。特性是统一的，相互联系的。
包括：静态特性、动态特性、负载特性、抗干扰特性。
静态测量：在测量期间，被测量值是恒定量（即被测量不 随时间变化或缓慢变化）。
静态特性：输入一个不随时间变化的信号与输出之间的关 系。
动态测量：被测量为瞬时值或被测量随时间变化。
若
x1(t) y1 (t)
x2 (t) y2 (t)
则 [x1(t) x2 (t)] [ y1(t) y2 (t)]
2）比例特性
ax(t) ay(t)
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
DATE: 2020/10/15
PAGE: 8
第一节 概述
3）微分性
如果线性的输入为x（t），引起的输出为y（t）， 当输入 时，输出为 。
最小二乘法——独立直线法
满量程法——端基直线法(端点连线法)
x(t) X o sin t
装置
y(t) Yo sin(t )
由于 x(t) y(t)
按线性系统的比例特性，对于某一已知频率，有
2 x(t) 2 y(t)
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
DATE: 2020/10/15
PAGE: 10
第一节 概述
又根据线性系统的微分特性
DATE: 2020/10/15
PAGE: 12
第二节 测量装置的静态特性
测量装置的静态特性是在静态测量条件下，描述 实际测量装置与理想时不变线性系统的接近程度。
1 线性度δ
线性度是指测量装置输入、输出之间的关系与 理想比例关系（即理想直线关系）的偏离程度，即 校准曲线和拟合直线的接近程度。
拟合直线确定方法：
2 复数域：鉴于解微分方程困难，用拉普拉斯变换，将 实数域中的微分方程化为复数域中的代数运算，传递 函数计算方便。
H(s) Y(s) X (s)
H(f ) Y(f ) X( f )
3 频率域：频率响应函数（用实验方法求得）。
4 脉冲响应函数：单位脉冲响应函数h(t)或权函数。
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
DATE: 2020/10/15
PAGE: 5
第一节 概述
特性分析的作用：
➢ 分析谐波输入的稳态响应； ➢ 确定不失真测试工作区域范围； ➢ 校正系统方程的参数； ➢ 对于高阶微分方程，特别是不能用微分方程描述的装置，
分析其特性。
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
DATE: 2020/10/15
PAGE: 1
第二章 测试装置的基本特性
第一节 概述
线性系统及其主要性质：叠加特性，比例特性， 微分性，积分性，频率保持性等。
第二节 测量装置的静态特性
线性度，灵敏度，分辨率，回程误差，漂移，重 复性误差，信噪比，动态范围。
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
DATE: 2020/10/15
描述时，则称该系统为线性时不变系统，也称定常线性 系统。式中t为时间自变量。a1, , an;b1, ,bm 均为常系数， 不随时间而变化。
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
DATE: 2020/10/15
PAGE: 7
第一节 概述
1）叠加特性
几个输入所产生的总输出是各个输入所产 生的输出叠加的结果
Байду номын сангаас
PAGE: 11
第一节 概述
由此得 相应的输出也应为
于是输出的唯 一可能解是
d 2 x(t) 2 x(t) 0
dt 2
d 2 y(t) 2 y(t) 0
dt 2
y(t) Y0e j(t)
叠加性和频率保持性，在测试工作中具 有重要的作用。
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
动态特性：在动态测量条件下的特性。
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
DATE: 2020/10/15
PAGE: 3
第一节 概述
一、特性描述的方法
工程测试问题：
输入
系统特性
输出
1）如果输入、输出是可以观察（已知）的量，那么通 过输入、输出就可以推断系统的传输特性(系统辨识)
dx(t) dy(t)
dt
dt
4）积分性
如果线性的输入为x（t），引起的输出为y（t）， 当输入 时，输出为 。
t0 x(t)dt t0 y(t)dt
0
0
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
DATE: 2020/10/15
PAGE: 9
第一节 概述
5）频率保持性
若输入为某一频率的简谐信号，则系统的稳态 输出必是同频的简谐信号。
第二章 测试装置的基本特性
第一节 概述 第二节 测量装置的静态特性 第三节 测量装置的动态特性 第四节 测试装置对任意输入的响应 第五节 实现不失真测量的条件 第六节 测量装置动态特性的测量 第七节 负载效应 第八节 测量装置的抗干扰
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
DATE: 2020/10/15
2）如果系统特性已知，输出可测，那么通过该特性和 输出就可以推断导致该输出的输入量(反求)
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)
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
DATE: 2020/10/15
PAGE: 4
第一节 概述
1 实数域：建立系统特性的数学模型（微分方程），求 解微分方程。
PAGE: 6
第一节 概述
二、线性系统及其主要性质
当系统的输入和输出之间的关系可用常系数线性微 分方程
an
d n y(t) dt n
an1
d n1 y(t) dt n1
a1
dy(t) dt
a0
y(t)
d m x(t)
d m1x(t)
dx(t)
bm dt m bm1 dt m1 b1 dt b0 x(t)
d 2 x(t) dt 2
d 2 y(t) dt 2
另输入为某一单一频 率的简谐信号，
x(t) X 0e jt
其二阶导数应为：
d 2 x(t) dt 2
d 2 ( X 0e jt ) dt
( j )2 X 0e jt
2 x(t)
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
DATE: 2020/10/15