测试系统的特性

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1、第三章测试系统的特性1.了解测试系统的静态、动态特性及描述方法。2.掌握测试系统动态特性的计算和试验方法。3.掌握不失真测量的条件。本章重点：测试系统的静态、动态特性及描述方法。获取测试系统动态特性的试验方法。传递函数。本章难点：单位脉冲响应函数、阶跃响应函数、频率响应函数。第一节概述测试系统：指由传感器、信号调理电路、信号处理电路、记录显示设备组成并具有获取某种信息之功能的整体。理想测试系统具备的特性：1.其输入、输出应该具有确定的一一对应的关系。系统（h(t)）输入x(t)输出y(t)激励响应3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输

2、出量。(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。(反求)2.其输入和输出应该是线性关系。线性系统定义：xy线性xy线性xy非线性其中：均为常数。线性系统的性质：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)c)微分性系统对原

3、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)dte)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)3响应速度快4动态测试时，必须保证测试信号的波形不发生失真。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。第二节测试装置的静态特性静态特性是在静态测试时

4、，测试装置表现出的特性。静态测试则是指被测信号不随时间变化或几乎不随时间变化的测试。静态测试时，测试系统的微分方程变为：静态特性指标1灵敏度当测试装置的输入x有一增量△x，引起输出y发生相应的变化△y时，则定义:S=△y/△x用以衡量在静态测量时，输入信号变化引起输出量的改变的程度。希望为常数。校准曲线：通常用实验方法求取装置输入、输出的关系。拟合直线的方法：1）端基直线2）最小二乘法确定2非线性度定义：指装置输入、输出间保持线性关系的程度。非线性度用标准曲线偏离其拟合直线的程度来表示。A——装置的标称输出范围B——校准曲线与拟合直线的最大偏差3漂

5、移定义：指输入量不变，经一段时间后，因仪器内部温度变化或其他不稳定因素的影响，使输出量发生变化。零漂：变成范围最低值处的漂移。4回程误差定义：也称滞后量或变差，用对应于同一输入量所得的两个输出量之差的最大值来表示。5分辨力（率）分辨力也称灵敏阈或灵敏限，是指测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量，通常是以最小单位输出量所对应的输入量来表示。对于数字测试系统，其输出显示系统的最后一位所代表的输入量极为该系统的分辨力。对于模拟测试系统，是用其输出只是标尺最小分度值的一半所表示的输入量来表示其分辨力。6信噪比信号功率与干扰（噪声）功率之比。用分贝来表示

6、。有时用信号电压与噪声电压来表示第三节测试装置动态特性的描述动态特性：指装置的输入、输出随时间变化时装置所表现出的特性。描述方法：以特定的信号作为输入，用其输出或输出、输入的关系表示。一、单位脉冲响应函数定义：输入为单位脉冲函数时系统的输出。输入、输出和相应函数的关系为：卷积卷积的物理意义：二、阶跃响应函数输入为单位阶跃函数u(t)时，系统的输出g(t)叫做阶跃响应。阶跃响应是脉冲响应的积分。脉冲响应是阶跃响应的倒数。三、频率响应函数输入为正弦波时：其响应：频率响应函数：H(ω)一般是复数。当输入频率为ω的正弦波时，输出也是同频率的正弦波，只是振幅

7、扩大了

8、H(ω)

9、倍，相位变化了H(ω)的幅角。频率响应函数是脉冲响应函数的傅里叶变换，脉冲响应函数是频率响应函数的傅里叶逆变换。设

10、H(ω)

11、=A(ω),A(ω)——ω为幅频特性argH(ω)=φ(ω)，φ(ω)——ω为相频特性对于任意信号则有：四、传递函数传递函数：对于：y(t)为事件变量t的函数，当t≤0时，有y(t)=0，拉氏变换为：将微分方程两端取拉氏变换，得：系统传递函数：该系统称为N阶系统。当a=0时：频率响应函数是传递函数的特例其中：对于线性系统输入为est，输出为H(s)est串并联系统的传递函数串联：H1（S）H2（S）X（S）

12、Y（S）H（S）并联：H（S）H1（S）H2（S）X（S）Y（S）第四节获取测试装置动态特性的计算法获取测试装置动态特性的