传感器与测试技术课件第三章测试系统特性.ppt

第一篇 工程测试技术基础,第3章 测试系统的特性,1.建立测试系统的概念 2.掌握描述测试系统静态特性的方法3.掌握描述测试系统动态特性的方法4.掌握实现系统不失真测试的条件,3.1 测试系统与线性系统,测试系统是指由传感器、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。,简单测试系统(光电池、温度计),复杂测试系统(轴承缺陷检测),测试系统的输出信号能够真实地反映被测物理量(输入信号)的变化过程，不使信号发生畸变，即实现不失真测试。,1、测试系统基本要求,系统的传递（传输）特性：系统的输出与输入量之间的变换或运算关系。,系统分析的三类问题：,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。(预测),1)当输入、输出是可测量的(已知)，则可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，则可推断导致该输出的输入量。(反求),输入、输出与系统传输特性之间的关系：,卷积的物理意义:,1）将输入信号x(t)分解为许多宽度为的窄脉冲面积之和，t=n时的第n个窄脉冲的高度为x(n)，在趋近于零的情况下，窄脉冲变为单位冲激信号，冲激强度可以看作是窄脉冲的面积。,h(t)单位冲激响应,2）在t=n时刻，窄脉冲引起的响应为:x(n)h(t-n),3）各脉冲引起的响应之和即为输出y(t)叠加性,1）具有单值的、确定的输入输出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。其中以输出和输入成线性关系最佳。,理想的测试系统传输特性：,2)系统的特性不随时间的推移发生改变。,最佳的测试系统具有线性时不变特性。,许多实际测试系统无法在较大工作范围内满足线性时不变要求，但在有效测量范围内近似满足线性时不变传输特性要求也可。本书所讨论的测试系统限于线性时不变系统。,一般在工程中使用的测试装置都看作线性时不变系统,2、线性系统及其特性,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述：,常系数线性微分方程中的系数为常数，所描述的是线性时不变系统。,线性系统的主要性质：,a)叠加特性 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),线性时不变系统的各输入分量所引起的输出互不影响，即一个输入的存在并不影响另一个输入的响应。,b)比例特性 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),叠加特性和比例特性可统一表示为若 x1(t)y1(t)，x2(t)y2(t)则 x1(t)x2(t)y1(t)y2(t),c)微分特性 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)积分特性 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)dt,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(t+x)则 y(t)=Bcos(t+y),线性系统的主要特性，特别是符合叠加原理和频率保持性，在测试工作中具有重要作用。,3、测试系统传输特性的分类,静态特性（Static characteristics）：即输入量和输出量不随时间变化或变化缓慢时，输出与输入之间的关系，可用代数方程表示。动态特性（Dynamic characteristics）：即输入量和输出量随时间迅速变化时，输出与输入之间的关系，可用微分方程表示。,对于静态测量的测试系统，一般只需衡量其静态特性、负载效应和抗干扰特性指标。在动态测试中，则需要以上四方面的特性指标来衡量。,为了获得准确的测量结果，常常对测试系统提出多方面的性能要求：,静态特性动态特性负载效应抗干扰特性,