测试系统的动态特性

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1、第3章、测试系统的特性本章学习要求：1.建立测试系统的概念2.了解测试系统特性对测量结果的影响3.了解测试系统特性的测量方法1测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。(一)测试系统及其主要性质简单测试系统(光电池)V2复杂测试系统(轴承缺陷检测)加速度计带通滤波器包络检波器3测试系统输入输出(激励)(响应)图2.1测试系统方框图4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(时域描述)一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。5线性系统性质：a)叠加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)→

2、y1(t)，x2(t)→y2(t)则x1(t)±x2(t)→y1(t)±y2(t)b)比例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)6c)微分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)dt7e)频率保持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)=

3、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。8测试装置的特性动态特性静态特性9（二）测试系统的静态响应特性第3章、测试系统的特性如果测量时，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。10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线性xy非线性11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。a)灵敏度当测试装置的输入x有一增量△

4、x,引起输出y发生相应变化△y时,定义:S=△y/△xyx△x△y12b)非线性度标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。非线性度=B/A×100%yxB图2.4独立直线yBix测量范围A0定度曲线拟合曲线13c)回程误差测试装置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:(hmax/A)×100%yxhmaxA14d)静态响应特性的其他描述精度：是与评价测试装置产生的测量误差大小有关的指标灵敏阀：又称为死区，用来衡量测量起始点不灵敏的程度。分辨力：指能引起输出量发生变化

5、时输入量的最小变化量，表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。15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。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。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。16漂移：是指测试系统在输入不变的条件下，输出随时间而变化的趋势。零漂：在测试系统测试范围最低值处的点漂，称为零点漂移。点漂：在规定的条件下，当输入不变时，在规定时间内输出的变化。17信噪比：是指信号功率与干扰（噪声）功率之比，称为信噪比，记为SNR，并用分贝（dB）来表示。有时也用信号电压和噪声电压来表示

6、信噪比，信噪比SNR（以dB为单位）为SNRSNR18案例：物料配重自动测量系统的静态参数测量灵敏度=△y/△x非线性度=B/A×100%回程误差=(hmax/A)×100%测量范围：19测试系统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。x(t)h(t)y(t)输入量系统特性输出（三）测试系统的动态特性第3章、测试系统特性无论复杂度如何，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。203)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

7、)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)21测试装置的动态特性傅氏变换频率响应函数拉氏变换传递函数22一、拉普拉斯变换（拉氏变换）当函数的初值及各阶导数的初值为零时，其n阶导数的拉斯变换等于与拉斯变换的乘积。亦即23一、拉普拉斯变换（拉氏变换）24二、传递函数若线性系统的初始状态为零，即在考察时刻以前，其输入量、输出量及其各阶导数均为零。传递函数输出量和输入量的拉普拉斯变换,之比，定义为系统的传递函数，记为。25二、传递

8、函数传递函数是对系统特性的解析描述，它包含了瞬态、稳态时间响应和频