测试技术课件-第2章测试系统的基本特性

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1、测试技术基础主要研究内容：1.建立测试系统的概念2.测试系统特性静态、动态特性3.了解测试系统特性的测量方法2测试系统的基本特性。。。测试系统是测量装置、标定装置和激励装置的总称。2.1测试系统概述2测试系统的基本特性简单测试系统(红外体温)复杂测试系统(振动测量)系统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。x(t)测试系统h(t)y(t)测试系统概述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

2、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。1)技术性能精度：测量系统的示值和被测量的真值相符合的程度。1、组成测试系统应考虑的因素精密度（precision）：示值重复性（随机误差）准确度（accuracy）：系统误差绝对误差=测量结果(示值)－被测真值相对误差=绝对误差/被测真值x100%引用误差=绝对误差/满量程值x100％仪器的精度等级一般用最大引用误差来标称。是与评价测试装置产生的测量误差大小有关的指标。①更高一

3、级仪器的测量值、②已修正过的算术平均值、③计量标准器所复现的量值作为约定真值。在实际测量中，只能用所谓的约定真值来代替真值。测试系统概述示值范围为0～150V的电压表，当其示值为100.0V时，用更高一级电压表测量结果为100.4V，则该电压表：实例分辨力：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。测试系统概述测量范围：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。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。温漂零漂可靠性：是与测试装置无故障工

4、作时间长短有关的一种描述。2)测试系统的经济指标3)测试系统的使用环境条件测试装置的漂移测试系统概述2、测试系统基本要求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非线性xy线性测试系统概述测试系统的线形关系动态测试系统的局部线形测试系统框图测试系统概述系统输入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：线性系统式中，an、an-1、…、a0和bm、bm-1、…、b0均为一些只与测试装置的特性有关的常数

5、。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装置都是线性系统。测试系统概述线性系统的性质a)叠加特性叠加特性示例测试系统概述叠加特性：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测试系统概述b)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

6、例特性示例测试系统概述c)微分特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)积分特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)dt测试系统方框图测试系统概述e)频率保持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(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。测试系统概述输入信号的幅、相频图输出

7、信号的幅、相频图测试系统概述如果测量时，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。2.2测试系统静态响应特性稳态信号动态信号测试系统方框图2测试系统的基本特性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。理想线形稳态输入理想测试系统的静态特性实际线形测试系统静态响应特性1、非线性度标定曲线与拟合直线测试系统静态响应特性非线形度非线性度:标定曲线与拟合直线

8、的偏离程度。测试系统静态响应特性实验标定偏离程度：在测量装置的标称输出范围(全量程)A内，标定曲线与其拟合直