机械工程测试技术基础讲稿第七周

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1、主讲人：周晓军教授、博导联系电话：87952516/13306522407Email:sky@zju.edu.cn办公地点：浙江大学玉泉校区教1－104机械工程测量学－－测试技术基础第七周授课内容1、测试装置及其特性2、测试装置的动态特性3、测试系统的动态响应4、实现不失真测试的条件5、测试装置动态特性的测定6、负载效应7、测试装置的抗干抗测试是具有实验性质的测量。可以理解为测量和试验的结合。是从客观事物中取得有关信息的过程。在这一过程中，借助于测试系统，通过科学、合理的实验方法和数学处理的方法，求得所要研

2、究的对象的有关信息。1.测量装置及其特性测试系统指由相关器件、仪器和测试装置有机组合而成的具有获取某种信息之功能的整体；测试装置是指测试过程中所必需的功能单元；测试装置与测试系统的概念常常同等看待，不加以区分。测试系统与测量装置任一测试系统的输入、输出与系统的关系系统h(t)H(s)输入输出x(t)X(s)Y(s)y(t)测试内容输入x(t)、输出y(t)可测（已知），则通过输入、输出估计系统的传输特性h(t)；系统特性h(t)已知，输出y(t)可测，估计系统的输入x(t)输入x(t)及系统特性h(t)已知

3、，估计系统的输出y(t)。测试内容理想的测试装置应该是具有单值的、确定的输入－输出关系。其中以输入—输出关系为线性最佳。事实上，大多数测试装置都无法在较大工作范围内均呈线性。而只能在一定的范围内，一定的误差范围内满足这项要求。所以必须了解系统的特性，以便能正确选择仪器。例：用地磅测量体重；用米尺测量头发丝直径；用加速度计直接（不加积分器）测量位移等都是不正确的。对测试系统的基本要求时不变（定常）线性系统nm如果ai(i=0,1,…,n)、bj(j=0,1,…,m)均为常数，则该方程为常系数微分方程，所描述

4、的系统为时不变线性系统，也称为线性定常系统。线性系统及其主要性质时不变线性系统的主要性质：叠加性：若x1(t)y1(t)，x2(t)y2(t)，则：[x1(t)x2(t)][y1(t)y2(t)]齐次性：若x(t)y(t)，为常数，则：x(t)y(t)叠加性和齐次性可统一表示为：[x1(t)x2(t)][y1(t)y2(t)]微分特性：若x(t)y(t)，则：积分特性：若系统的初始状态为0，则：频率保持特性：若系统输入为简谐信号，则其稳态输出也为同频简谐信号。即：若，则证

5、：设为已知频率，则根据线性系统的比例特性和微分特性，有由线性系统的叠加原理频率保持特性设输入信号为单一频率的简谐信号，即则有相应的输出也应为即于是输出y(t)的唯一的可能解只能是若系统输入是简谐信号，而输出却包含其它频率成分，则可以断定这些成分是由外界干扰、系统内部噪声、非线性环节或是输入太大使系统进入非线性区域所引起。设备故障诊断中，我们只能检测到故障信号，而输入（故障）未知，这时利用频率保持特性就可以知道输入（故障）的频率成分，若能消除该频率成分，即消除了故障。频率保持性的应用为了获得准确的测量结果，对

6、测试装置提出了多方面的要求。主要有以下四个方面：静态特性：静态测量时输入和输出关系。动态特性：动态测量时输入和输出关系，如响应速度等。负载效应：所接入的测试装置成为被测对象的负载。抗干扰特性：抵制干扰信号作用的能力，它决定了系统的可靠性。静态测量可以不考虑动态特性，动态测量必须同时考虑静、动态特性。测试装置的特性时域微分方程传递函数H(s)频率响应函数H(jω)脉冲响应函数h(t)动态特性的数学描述H(jω)h(t)H(s)拉氏变换傅里叶变换2.测试系统的动态特性h(t)H(s)H(jω)输入输出x(t)X

7、(s)X(jω)Y(s)Y(jω)y(t)系统时不变线性系统的微分方程为：（nm）2.1传递函数（nm）定义：零初始条件下，定常线性系统输出量的拉氏变换与引起该输出的输入量的拉氏变换之比。②H(s)只反映系统传输特性，而和系统具体物理结构无关。即同一形式的传递函数可表征具有相同传输特性的不同物理系统。③实际物理系统中，输入与输出间的量纲变换关系在传递函数中通过系数ai(i=0,1,…,n)和bj(j=0,1,…,m)来反映。ai和bj的量纲由具体物理系统决定。④H(s)的分母取决于系统的结构，分母中s的

8、最高幂次n代表系统微分方程的阶数；分子则和系统与外界之间的关系，如输入（激励）点的位置、输入方式、被测量及测点布置情况有关。①H(s)与输入x(t)及系统的初始状态无关。如果x(t)给定，则系统输出的特性完全由H(s)决定，即传递函数表征了系统内在的固有动态特性。传递函数的特点频率响应函数的概念设定常线性系统的输入为谐波信号，则根据系统的频率保持特性，输出量也必是一个谐波信号，即2.2频率响应函数在频域中定义输出