数字电子实验指导

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1、第三章、测试系统基本特性本章学习要求：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工程测试与信号分析测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。3.1测试系统基本概念简单测试系统(光电池)V第三章、测试系统基本特性测试是从客观事物中取得有关信息的过程，需要借助专门的设备即测试装置或测试系统，通过合适的测量手段和必要的数学处理方法，获得被测对象的有关信息。测试系统的特性通过其输出和输入表现出来复杂测试系统(轴承缺陷检测)加速度计带通滤波器包络检波器第三章、测试系统基本特性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

2、。(预测)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。(测试)系统分析中的三类问题：x(t)h(t)y(t)一、测试系统输入/输出基本关系第三章、测试系统基本特性二、对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。能够不失真地传递测量信号。其中以输出和输入成线性关系最佳。实际测试系统只能在一定测量范围内和一定误差允许范围内满足要求。xy线性xy线性xy非线性第三章、测试系统基本特性线性系统输入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

3、述：三、线性系统及主要性质a0，a1，…，an和b0，b1，…，bm均为常数，称该系统为线性定常系统。一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。第三章、测试系统基本特性线性系统性质：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)→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)第三章、测试系统基本特性c)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

4、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第三章、测试系统基本特性e)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)=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。第三章、测试系统基本特性假如已知系统是线性的及其输入的频率，可以断定测得输出信号中只有与输入信号频率相同的成分才是有效的，其余频率为噪声信号，可以通过滤波消除。任何复杂信号都是由许多频率不同的正弦

5、或余弦信号组合而成，根据系统的叠加性，只需要研究正弦信号输入下，输出与输入的对应关系，简化了系统特性的研究。3.2测试系统静态特性如果测量时，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。静态测量时，装置表现出的响应特性称为静态响应特性。第三章、测试系统基本特性a)灵敏度当测试装置的输入x有一增量△x,引起输出y发生相应变化△y时,定义:S=△y/△xyx△x△y在规定的条件下对测量仪器测量范围中不同测量点输入信号,记下对应的输出值,列成表格,画出曲线或得出输入输出量的函数关系式,即为测量仪器静态响应特性.第三章、测试系统基本特性b)线性度（非线性度）测量系统输入

6、、输出保持线性关系的程度。通常用标定曲线与拟合直线的偏离程度来表征线性度。线性度=B/A×100%第三章、测试系统基本特性c)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%yxhmaxA第三章、测试系统基本特性分辨力：引起测量装置输出值产生一个可察觉变化的最小输入量变化值。表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。d)静态响应特性的其它描述带数字显示装置的测量仪器的分辨力,为最低位数字显示变化一个步进量时的示值差.例:数字电压表最低位数字显示变化一个字的示

7、值差为1μV,则分辨力为1μV。模拟式显示装置的分辨力为其标尺最小分度值的一半。例:游标量具的分度值为0.02mm,则分辨力为0.01mm。第三章、测试系统基本特性可靠性：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。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。第三章、测试系统基本特性案例：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：第三章、测试