合肥工业大学机械测试基础课件

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1、第二章测试装置的基本特性第一节概述第二节测量装置的静态特性第三节测量装置的动态特性第四节测量装置对任意输入的响应第五节实现不失真测量的条件第六节测量装置动态特性的测量第七节负载效应第八节测量装置的抗干扰解决问题1。被测信号、测试系统、输出信号的关系。2。测试系统对信息的影响。3。如何准确地、完整地获取被测信息？4。如何得到装置的特性？第一节概述■测量装置（测量系统）——为达到某些特定目的，由若干个互有关联的单元组成的有机整体。通常的工程测量问题总是处理输入量x(t)、装置(系统)的传输特性h(t)和输出量y(t)三者

2、之间的关系。◆当输入、输出是可以观察(已知)的量，就可以通过它们推断系统的传输特性。◆当系统特性已知，输出可测，可以通过它们推断导致该输出的输入量。◆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。一、对测量装置的基本要求对于测量系统我们希望系统的输入输出之间具有一一对应的直线关系，具有这样关系的系统被称为线性系统。理想的测量装置应该具有单值的、确定的输入一输出关系。对于每一输入量都应只有单一的输出量与之对应。知道其中的一个量就可以确定另一个量。以输出和输入成线性关系为最佳。◆一些实际测量装置无法在较大工作范围

3、内满足这种要求，而只能在较小工作范围内和在一定误差范围内满足这项要求。二、线性系统及其主要性质常系数线性微分方程来进行描述■主要性质1）符合叠加原理：几个输入所产生的总输出是各个输入所产生的输出叠加的结果。2）比例特性：3）系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数4）如系统的初始状态均为零，则系统对输入积分的响应等于对原输入响应的积分。5）频率保持特性：若输入为某一频率的简谐（正弦或余弦）即信号则系统的稳态输出必是、也只是同频率的简谐信号；即输出唯一可能解只是证明：◆符合叠加原理和频率保持性在测量工作中具有重要意义

4、。例如◆已知系统是线性的和其输入的频率，那么依据频率保持性，可以认定测得该系统的输出信号中只有与输入频率相同的成份才可能是由该输入引起的输出，而其它频率成分都是噪声(干扰)。◆进而可采用相应的滤波技术，在很强的噪声干扰下，把有用的信息提取出来。如第一章所述，信号的频域函数，是用信号的各频率成分的叠加来描述的，面且在频域处理问题，往往比较方便和简捷。根据叠加原理和频率保持性，研究复杂输入信号所引起的输出时，就可以转换到频域中去研究，研究输入频域函数所产生的输出的频域函数。三、测量装置的特性为了获得准确的测量结果，对测量

5、装置提出多方面的性能要求。这些性能大致上包括四方面的性能：◆静态特性◆动态特性◆负载效应◆抗干扰特性静态特性是在静态测量情况下描述实际测量装置与理想时不变线性系统的接近程度。是通过某种意义的静态标定过程确定的。因此对静态标定必须有一个明确定义。静态标定是一个实验过程，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严格保持为不变的情况下，测量对应的输出量，由此得到测量装置输入与输出间的关系。通常以测量装置所要测量的量为输入，得到的输入与输出间的关系作为静态特性。为了研究测量装置的原理和结构细节，还要确定其

6、他各种可能输入与输出间的关系，从而得到所有感兴趣的输入与输出的关系。除被测量外，其他所有的输入与输出的关系可以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。这个过程如图2-1所示。3．测量装置的动态特性◆测量装置的动态特性是当被测量即输入量随时间快速变化时，测量输入与响应输出之间动态关系的数学描述。◆传递函数◆频响函数◆脉冲响应函数4．测量装置的负载特性◆测量装置或测量系统是由多个环节组成．◆当传感器安装到被测物体上或进入被测介质，要从物体与介质中吸收能量或产生干扰，使被测物理量偏离原有的

7、量值，从而不可能实现理想的测量，这种现象称为负载效应。这种效应不仅发生在传感器与被测物体之间，而且存在于测量装置的上述各环节之间。◆对于电路间的级连来说，负载效应的程度决定于前级的输出阻抗和后级的输入阻抗。将其推广到机械或其他非电系统，就是本章要讨论的广义负载效应和广义阻抗的概念。◆测量装置的负载特性是其固有特性，在进行测量或组成测量系统时，要考虑这种特性并将其影响降到最小。5．测量装置的抗干扰性测量装置在测量过程中要受到各种干扰，包括电源干扰、环境干扰(电磁场、声、光、温度、振动等干扰)和信道干扰。这些干扰的影响决

8、定于测量装置的抗干扰性能，并且与所采取的抗干扰措施有关。本章讨论这些干扰与测量装置的耦合机理与叠加到被测信号上形成的污染，同时讨论有效的抗干扰技术(如合理接地等)。对于多通道测量装置，理想的情况应该是各通道完全独立的或完全隔离的，即通道间不发生耦合与相互影响。实际上通道间存在一定程度的相互影响，即存在通道间的干扰。因此，多通道测量装置应该考虑通