3.1测试装置的基本特性-测试装置概述

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1、第二章测试装置的基本特性本章主要内容及学习要求：1.建立测试装置的概念2.掌握测量装置的静、动态特性及标定方法（传递函数、频率响应函数、脉冲响应函数）3.掌握一阶和二阶系统的特性4.了解测试装置特性对任意输入的影响5.掌握实现不失真测试的条件6.了解测试装置特性的测量方法7.了解测量装置抗干扰与负载效应第二章测试装置的基本特性测试技术与信号处理测试装置是测量装置、标定装置和激励装置总称。第一节测试装置概述系统失真?简单测试装置(红外体温)第二章测试装置的基本特性测试技术与信号处理复杂测试装置(振动测量)钢板厚度的机械

2、测量法用电涡流传感器测量板的厚度用差动变压器传感器测量板的厚度~第二章测试装置的基本特性测试技术与信号处理复杂测试装置(轴承缺陷检测)加速度计带通滤波器包络检波器第一节测试装置概述测试技术与信号处理无论测量装置如何复杂，可以把它作为一个系统来看待。这样，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)h(t)y(t)研究测试装置的目的测试技术与信号处理为实现某种物理量的测量而选择或设计测量装置时，就必须考虑该装置能否准确获得被测量的量值及其变化，即实现准确测量，而是否能够实现准

3、确测量，则取决于测量装置的特性。第一节测试装置概述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)测试技术与信号处理第三节测量装置的动态特性测试技术与信号处理第一节测试装置概述测量装置特性静态特性、动态特性、负载特性、抗干扰性等这种划分只是为了研究方便，事实上这些是统一的，各种特性之间是相互关联的。系

4、统动态特性的性质往往与静态特性有关。例如，若考虑静态特性中的非线性、迟滞、游隙等，动态特性就成为非线性方程，很难得到系统动态特性的清晰描述。所以，在研究动态特性时，忽略非线性或参数的时变特性，只从线性系统的角度研究测量系统最基本的动态特性。测量装置基本要求：理想的测量装置应该具有单值的、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非线性测试技术与信号处理第一节测试装置概述测试技术与信号处理第一节测试装置概述1

5、.测量装置的静态特性当被测量不随时间变化或变化缓慢时，输出量与输入量之间的关系成为静态特性，可以用代数方程表示。是通过某种意义的静态标定过程确定的。是一个实验过程，这一过程是在只改变测量装置的一个输入量，而其他所有的可能输入量严格保持不变的情况下，测量对应的输出量，由此得到测量装置输入与输出之间的关系。测试技术与信号处理第一节测试装置概述为了研究测量装置的原理和结构细节，还要确定其他各种可能输入与输出的关系←用来估计环境条件的变化与干扰输入对测量过程的影响或估计由此产生的测量误差。静态测量误差与多种因素有关，包括测量

6、装置本身和人为的因素，本章只讨论测量装置本身的测量误差。测试技术与信号处理第一节测试装置概述测量装置静态特性被测量输入被测量输出输入An环境变化或干扰输入的影响输入An单独作用下的输出输入A1单独作用下的输出输入A1环境变化或干扰输入的影响环境变化或干扰输入的影响输入A2输入A2单独作用下的输出.........图2-1静态标定过程（教材第43页）测试技术与信号处理第一节测试装置概述要标定的测量装置输入（被测量）输出标准仪器标准仪器标准仪器标准仪器输入变量-1输入变量-2图2-2测量装置的静态标定（教材第43页）在静

7、态标定的过程中，只改变一个被标定的量，其他量只能近似保持不变，严格保持不变是不可能的→用精密仪器测量输入量（被测量）和被标定测量装置的输出的同时，还要用精密仪器测量若干环境变量或干扰变量输入和输出。测试技术与信号处理第一节测试装置概述2.标准和标准传递如果要得到有意义的标定结果，输出与输入变量的测量必须是精确的，用来定量这些变量的仪器（或传感器）和技术统称为标准。测量精度是测量值接近真值的程度如何建立真值？定义为用精度最高的最终标准得到的测量值实际上可能无法使用最终标准来测量该变量可以使用中间的传递标准←逐级朔源如图

8、2-3所示（教材第44页）测试技术与信号处理第一节测试装置概述图2-3标准传递实例（教材第44页）测试技术与信号处理第一节测试装置概述导出单位基本单位和辅助单位专门约定选取某些相互独立的量作为基本量。SI制→长度、质量、时间、温度、电流、发光强度、物质的量。由基本单位和辅助单位按一定的函数关系来定义的，如，力—牛顿(N)，功率—瓦特(W)，等平