检测技术 第3版 教学课件 作者 施文康 余晓芬 主编 第二章.ppt

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1、第二章　测试系统第二章　测试系统第一节　测试系统的组成第二节　测试系统的数学模型及频率特性第三节　测试系统对瞬态激励的响应第四节　测试系统频率特性的测定第五节　测量仪器的特性第六节　测量不确定度第一节　测试系统的组成图2-1　测试系统的组成框图第二节　测试系统的数学模型及频率特性一、测试系统的数学模型二、线性系统的性质三、传递函数四、环节的串联和并联五、频率响应函数六、频率特性及其图像七、一阶、二阶系统的频率特性八、理想频率响应函数一、测试系统的数学模型(一)零阶系统(二)一阶系统(三)二阶系统一、测试系统的数学模型图2-2　被测量、系统和

2、输出(一)零阶系统(二)一阶系统图2-3　一阶系统实例a)忽略质量的单自由度系统b)简单RC积分电路　c)液柱式温度计(三)二阶系统图2-4　二阶系统实例a)弹簧-质量-阻尼系统b)RLC振荡电路　c)动圈式仪表二、线性系统的性质三、传递函数1)H(s)与输入无关，不因x(t)而变化，它反映了系统的特性。2)H(s)反映了系统的传输、转换和响应特性，而与系统的具体物理结构无关。3)H(s)所描述的系统对任一具体的输入x(t)都确定地给出了相应的输出y(t)。4)H(s)中的分母通常取决于系统(包括研究对象和测试装置)的结构，而分子则和输入点

3、的位置、激励方式、所测的变量以及测点布置情况有关。四、环节的串联和并联图2-5　两个环节串联四、环节的串联和并联图2-6　两个环节并联四、环节的串联和并联图2-7　串联环节的传递函数a)系统框图　b)总的传递函数五、频率响应函数六、频率特性及其图像图2-8　一阶系统的博德图a)对数幅-频曲线　b)对数相-频曲线六、频率特性及其图像图2-9　一阶系统的奈奎斯特图七、一阶、二阶系统的频率特性(一)一阶系统的频率特性(二)二阶系统的频率特性(一)一阶系统的频率特性1)H(jω)＝1/(1＋jτω)的一阶系统是一个低通环节。2)反映一阶系统动态特性

4、的一个重要参量是时间常数τ。3)一阶系统的博德图大致可用一条折线近似之。4)一阶系统的奈奎斯特图是一个单位直径的半圆。(一)一阶系统的频率特性图2-10　一阶系统的幅频和相频特性曲线(二)二阶系统的频率特性1)式(2-29)所表达的是一个低通环节，即只有当ω/ωn很小时，A(ω)≈k，当()＞＞1时，A(ω)→0。2)影响二阶系统频率特性最主要的参数是频率比ω/ωn，所以选择二阶系统的固有频率时应密切注意其工作频率范围。3)二阶系统的博德图也可用折线近似表示。4)从相频特性看，在频率比(ω/ωn)＜＜1段相位滞后不大，而且和频率也近似地成比

5、例增加。5)二阶系统是一个振荡环节。(二)二阶系统的频率特性图2-11　二阶系统的幅频、相频特性曲线(二)二阶系统的频率特性图2-12　二阶系统的博德图(二)二阶系统的频率特性图2-13　二阶系统的奈奎斯特图(二)二阶系统的频率特性图2-14　二阶系统的实频、虚频特性曲线八、理想频率响应函数图2-15　不失真测试的时域波形八、理想频率响应函数图2-16　不失真测试的频响特性曲线第三节　测试系统对瞬态激励的响应一、单位脉冲输入和系统的脉冲响应函数二、单位阶跃输入和系统的阶跃响应三、测试系统对任意输入的响应一、单位脉冲输入和系统的脉冲响应函数一

6、、单位脉冲输入和系统的脉冲响应函数表2-1　一阶和二阶测试系统的脉冲响应函数及其图形二、单位阶跃输入和系统的阶跃响应表2-2　一阶和二阶测试系统对单位阶跃输入信号的响应二、单位阶跃输入和系统的阶跃响应图2-17　信号的分割三、测试系统对任意输入的响应图2-18　单位脉冲响应和任意输入的响应第四节　测试系统频率特性的测定—、正弦信号激励二、阶跃信号激励—、正弦信号激励二、阶跃信号激励(一)一阶测试系统阶跃响应的求法(二)二阶测试系统阶跃响应的求法(一)一阶测试系统阶跃响应的求法图2-19　一阶系统时间常数的求取(二)二阶测试系统阶跃响应的求法

7、图2-20　二阶系统(ξ＜1)的阶跃响应(二)二阶测试系统阶跃响应的求法图2-21　二阶系统(ξ＜1)的-ξ曲线图第五节　测量仪器的特性一、测量仪器的准确度及其定量指标二、重复性三、灵敏度、分辨力、鉴别力阈和信噪比四、标称范围、量程、测量范围和动态范围五、漂移、回程误差、死区和线性度六、工作频率范围、响应特性和响应时间一、测量仪器的准确度及其定量指标测量仪器准确度是测量仪器最主要的计量性能指标。测量仪器的准确度是指测量仪器给出的示值接近于真值的能力。示值与真值的这种偏差仅仅是由于仪器本身的原因所造成的。由于各种测量误差存在，通常任何测量都

8、是不完善的。所以多数情况下真值是不可知的，(当然有的真值与测试无关，是可知的，如一个圆周为360°)，接近于真值的能力也是不确定的。因此，测量仪器准确度是一种测量仪器示值接近真值