第5章測試系統(tǒng)特性分析(新)

1、河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院第第5章章 測試系統(tǒng)特性分析測試系統(tǒng)特性分析 本章學(xué)習(xí)要求：本章學(xué)習(xí)要求：1. 建立測試系統(tǒng)的概念；建立測試系統(tǒng)的概念； 2. 掌握測試系統(tǒng)特性對測量結(jié)果的影響；掌握測試系統(tǒng)特性對測量結(jié)果的影響；3. 掌握測試系統(tǒng)特性參數(shù)的測量方法。掌握測試系統(tǒng)特性參數(shù)的測量方法。本章能力培養(yǎng)目標(biāo)：本章能力培養(yǎng)目標(biāo)：1. 根據(jù)測試任務(wù)要求和被測對象特點，選擇合適的測試系統(tǒng)；根據(jù)測試任務(wù)要求和被測對象特點，選擇合適的測試系統(tǒng)；2. 根據(jù)測試系統(tǒng)設(shè)計實驗方案，測取其靜態(tài)和動態(tài)特性參數(shù)，根據(jù)測試系統(tǒng)設(shè)計實驗方案，測取其靜態(tài)和動態(tài)特性參數(shù)， 并結(jié)合測試任務(wù)能做出合理的評價。并結(jié)

2、合測試任務(wù)能做出合理的評價。機械工程測試技術(shù)機械工程測試技術(shù)河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院 系統(tǒng)系統(tǒng)(system)的概念：的概念：由若干相互聯(lián)系、相互作由若干相互聯(lián)系、相互作用的單元組成的具有一定功能的整體。用的單元組成的具有一定功能的整體。5.1 測試系統(tǒng)概述測試系統(tǒng)概述 第第5章章 測試系統(tǒng)特性分析測試系統(tǒng)特性分析 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院 系統(tǒng)的種類：系統(tǒng)的種類：通信系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、自動控制通信系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、測試系統(tǒng)。系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、測試系統(tǒng)。 系統(tǒng)的功能：系統(tǒng)的功能：傳輸信號、處理信號。傳

3、輸信號、處理信號。5.1 測試系統(tǒng)概述測試系統(tǒng)概述 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院 測試系統(tǒng)是完成對被測量測試任務(wù)的專用設(shè)備。測試系統(tǒng)是完成對被測量測試任務(wù)的專用設(shè)備。典型測試系統(tǒng)由傳感器、轉(zhuǎn)換與調(diào)理電路、數(shù)據(jù)處典型測試系統(tǒng)由傳感器、轉(zhuǎn)換與調(diào)理電路、數(shù)據(jù)處理設(shè)備、顯示或記錄儀器等組成。理設(shè)備、顯示或記錄儀器等組成。 簡單測試系統(tǒng)簡單測試系統(tǒng)(光電池、溫度計光電池、溫度計)V5.1 測試系統(tǒng)概述測試系統(tǒng)概述 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院復(fù)雜測試系統(tǒng)復(fù)雜測試系統(tǒng)(軸承缺陷檢測軸承缺陷檢測) 加速度傳感器加速度傳感器 帶通濾波器帶通濾波器 包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器5.1 測試系統(tǒng)概

4、述測試系統(tǒng)概述 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院 （3）如果輸入和系統(tǒng)特性已知，則可以推斷和）如果輸入和系統(tǒng)特性已知，則可以推斷和估計系統(tǒng)的輸出量。估計系統(tǒng)的輸出量。(預(yù)測預(yù)測) 系統(tǒng)分析中的三類問題：系統(tǒng)分析中的三類問題： （1）當(dāng)輸入、輸出是可測量的）當(dāng)輸入、輸出是可測量的(已知已知)，可以通，可以通過它們推斷系統(tǒng)的傳輸特性。過它們推斷系統(tǒng)的傳輸特性。(系統(tǒng)辨識系統(tǒng)辨識) （2）當(dāng)系統(tǒng)特性已知，輸出可測量，可以通過）當(dāng)系統(tǒng)特性已知，輸出可測量，可以通過它們推斷導(dǎo)致該輸出的輸入量。它們推斷導(dǎo)致該輸出的輸入量。(反求反求)x(t)h(t)y(t)5.1 測試系統(tǒng)概述測試系統(tǒng)概述 河南科

5、技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院 理想的測試系統(tǒng)應(yīng)該具有單值的、確定的輸入理想的測試系統(tǒng)應(yīng)該具有單值的、確定的輸入輸出關(guān)系。對于每一輸入量都應(yīng)該只有單一的輸輸出關(guān)系。對于每一輸入量都應(yīng)該只有單一的輸出量與之對應(yīng)，知道其中一個量就可以確定另一個出量與之對應(yīng)，知道其中一個量就可以確定另一個量，并且以輸出和輸入成量，并且以輸出和輸入成線性關(guān)系線性關(guān)系最佳。最佳。 xy線性線性xy線性線性xy非線性非線性5.1.1 線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)(時域描述時域描述)5.1 測試系統(tǒng)概述測試系統(tǒng)概述 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院 線性系統(tǒng)的輸入線性系統(tǒng)的輸入x(t)和輸出和輸出y

6、(t)之之間可以用微分間可以用微分方程來描述：方程來描述： 在工程應(yīng)用中，測試系統(tǒng)都可處理為在工程應(yīng)用中，測試系統(tǒng)都可處理為LTI系統(tǒng)。系統(tǒng)。)()()()(011n1n1nnnntyadttdyadttydadttyda )()()()(011m1m1mmmmtxbdttdxbdttxdbdttxdb 5.1.1 線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì) 若系數(shù)若系數(shù)an，an-1，a0和和bm，bm-1，b0為為常數(shù)，該系統(tǒng)稱為時不變線性系統(tǒng)常數(shù)，該系統(tǒng)稱為時不變線性系統(tǒng)(LTI系統(tǒng)系統(tǒng))。河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院時不變線性系統(tǒng)性質(zhì)：時不變線性系統(tǒng)性質(zhì)：1. 疊加性疊加性

7、系統(tǒng)對各輸入信號之和的輸出，等于各輸入系統(tǒng)對各輸入信號之和的輸出，等于各輸入信號單獨作用時輸出信號的之和，即信號單獨作用時輸出信號的之和，即 若若 x1(t) y1(t)，x2(t) y2(t) 則則 x1(t) x2(t) y1(t) y2(t) 2. 比例性比例性 常數(shù)倍輸入信號所得的輸出，等于原輸入信常數(shù)倍輸入信號所得的輸出，等于原輸入信號所得輸出信號的常數(shù)倍，即號所得輸出信號的常數(shù)倍，即 c x(t) c y(t) (c為常數(shù)為常數(shù))5.1.1 線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院3. 微分性微分性 系統(tǒng)對輸入信號微分的輸出，等于原輸入信系

8、統(tǒng)對輸入信號微分的輸出，等于原輸入信號所得輸出信號的微分，即號所得輸出信號的微分，即 dx tdy tdtdt( )( )4. 積分性積分性 當(dāng)初始條件為零時，系統(tǒng)對輸入信號積分的當(dāng)初始條件為零時，系統(tǒng)對輸入信號積分的輸出，等于原輸入信號所得輸出信號的積分，即輸出，等于原輸入信號所得輸出信號的積分，即 ttx t dty t dt 0 0( )( ) 5.1.1 線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院5. 頻率保持性頻率保持性 若系統(tǒng)的輸入為某一頻率的簡諧信號，則系若系統(tǒng)的輸入為某一頻率的簡諧信號，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出將為同一頻率的簡諧信號，即統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸

9、出將為同一頻率的簡諧信號，即 若若x(t) = x0 cos(t +x ) 則則 y(t) = y0 cos(t +y ) 線性系統(tǒng)的這些主要性質(zhì)，特別是疊加性和線性系統(tǒng)的這些主要性質(zhì)，特別是疊加性和頻率保持性，在工程測試工作中具有重要作用。頻率保持性，在工程測試工作中具有重要作用。 5.1.1 線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院5.1.2 測量誤差測量誤差 5.1 測試系統(tǒng)概述測試系統(tǒng)概述 測量誤差測量誤差 = 測得值測得值 - 真值真值按特點性質(zhì)分按特點性質(zhì)分系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差已定系統(tǒng)誤差已定系統(tǒng)誤差未定系統(tǒng)誤差未定系統(tǒng)誤差隨機誤差隨機誤差粗大

10、誤差粗大誤差按表示方法分：按表示方法分：絕對誤差、相對誤差、引用誤差絕對誤差、相對誤差、引用誤差河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院精密度高精密度高正確度低正確度低精密度低精密度低正確度高正確度高精密度高精密度高正確度高正確度高5.1.2 測量誤差測量誤差 精度反映測量結(jié)果與真值的接近程度，與誤差精度反映測量結(jié)果與真值的接近程度，與誤差大小相對應(yīng)。精度又可分為精密度、正確度和準(zhǔn)確大小相對應(yīng)。精度又可分為精密度、正確度和準(zhǔn)確度度(精確度精確度)?，F(xiàn)用打靶結(jié)果來說明：。現(xiàn)用打靶結(jié)果來說明：河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院衡量精度常用相對誤差和引用誤差來表示。衡量精度常用相對誤差和引用誤

11、差來表示。 儀器儀表準(zhǔn)確度等級：儀器儀表準(zhǔn)確度等級： a 100n 在選用儀器儀表時，應(yīng)在合理選用量程的條件在選用儀器儀表時，應(yīng)在合理選用量程的條件下再選合適的準(zhǔn)確度等級，一般應(yīng)盡量避免在全量下再選合適的準(zhǔn)確度等級，一般應(yīng)盡量避免在全量程的程的1/3以下范圍內(nèi)使用，以免產(chǎn)生較大相對誤差。以下范圍內(nèi)使用，以免產(chǎn)生較大相對誤差。相對誤差：相對誤差：100100 xxx%x 引用誤差：引用誤差：nnn100100 xxx%x 5.1.2 測量誤差測量誤差 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院案例：案例：現(xiàn)有兩塊電壓表，其中一塊為現(xiàn)有兩塊電壓表，其中一塊為150V量程的量程的1.5 級電壓表，另一

12、塊為級電壓表，另一塊為15V的的2.5級電壓表，欲級電壓表，欲 測量測量10V左右的電壓時，問選用哪塊電壓表？左右的電壓時，問選用哪塊電壓表？解：解：nnnn100100100 xxx%xx 1n1n1x1.5% 1502.25V 2n2n2x2.5% 150.375V 112.25100%100%22.5%10 220.375100%100%3.75%10 5.1.2 測量誤差測量誤差 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院5.2 測試系統(tǒng)的標(biāo)定測試系統(tǒng)的標(biāo)定 對傳感器或測試系統(tǒng)的測量結(jié)果進(jìn)行驗證的過對傳感器或測試系統(tǒng)的測量結(jié)果進(jìn)行驗證的過程稱為標(biāo)定。根據(jù)用途分為靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定。程稱為

13、標(biāo)定。根據(jù)用途分為靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定。 靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器或測試系統(tǒng)的靜靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器或測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù)，態(tài)特性參數(shù)，線性度、靈敏度、滯后量和重復(fù)性。線性度、靈敏度、滯后量和重復(fù)性。 動態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器或測試系統(tǒng)的動動態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器或測試系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)，如態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)、時間常數(shù)、固有頻率和頻率響應(yīng)、時間常數(shù)、固有頻率和阻尼度等。阻尼度等。對于測量頻率很高的機械量，如沖擊、對于測量頻率很高的機械量，如沖擊、振動等，除靜態(tài)標(biāo)定外，還要進(jìn)行動態(tài)標(biāo)定。振動等，除靜態(tài)標(biāo)定外，還要進(jìn)行動態(tài)標(biāo)定。 第第5章章 測試系統(tǒng)特性分析測試系統(tǒng)特性分析 河南科

14、技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院5.2 測試系統(tǒng)的標(biāo)定測試系統(tǒng)的標(biāo)定 靜態(tài)標(biāo)定是靜態(tài)標(biāo)定是在規(guī)定條件下，利用一定在規(guī)定條件下，利用一定準(zhǔn)確度等準(zhǔn)確度等級的級的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備(比被標(biāo)定測試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度等級至少比被標(biāo)定測試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度等級至少高一個等級高一個等級)，產(chǎn)生已知標(biāo)準(zhǔn)的靜態(tài)，產(chǎn)生已知標(biāo)準(zhǔn)的靜態(tài)量量(如標(biāo)準(zhǔn)壓力、如標(biāo)準(zhǔn)壓力、應(yīng)變、位移等應(yīng)變、位移等)作傳感器或測試系統(tǒng)的輸入量，用實作傳感器或測試系統(tǒng)的輸入量，用實驗方法進(jìn)行多次重復(fù)測量，從而得到輸出量的過程驗方法進(jìn)行多次重復(fù)測量，從而得到輸出量的過程。 5.2.1 測試系統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)定測試系統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)定 無加速度、無振動、無沖擊無加速度、

15、無振動、無沖擊(除非這些參數(shù)本身除非這些參數(shù)本身就是被測物理量就是被測物理量)，環(huán)境溫度一般為室溫，環(huán)境溫度一般為室溫(205)，相對濕度不大于相對濕度不大于85，大氣壓力為，大氣壓力為0.1MPa。1. 靜態(tài)標(biāo)定條件靜態(tài)標(biāo)定條件河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院 （1）將傳感器或測試系統(tǒng)全量程）將傳感器或測試系統(tǒng)全量程(測量范圍測量范圍)分分成若干等間距點成若干等間距點(至少至少6個點個點)；2. 靜態(tài)標(biāo)定過程靜態(tài)標(biāo)定過程 （2）根據(jù)量程分點情況，由小到大、再由大到根據(jù)量程分點情況，由小到大、再由大到小逐點輸入標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)量，并記錄下與各輸入值相對小逐點輸入標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)量，并記錄下與各輸入值相

16、對應(yīng)的輸出值；應(yīng)的輸出值； （3）按步驟）按步驟(2)的過程進(jìn)行多次重復(fù)測量，將得的過程進(jìn)行多次重復(fù)測量，將得到的輸出輸入測量數(shù)據(jù)用表格列出或繪成曲線；到的輸出輸入測量數(shù)據(jù)用表格列出或繪成曲線； （4）對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，根據(jù)處理結(jié)果）對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，根據(jù)處理結(jié)果就可確定測試系統(tǒng)的就可確定測試系統(tǒng)的線性度、靈敏度、滯后量和重線性度、靈敏度、滯后量和重復(fù)性復(fù)性等靜態(tài)特性參數(shù)。等靜態(tài)特性參數(shù)。 5.2 測試系統(tǒng)的標(biāo)定測試系統(tǒng)的標(biāo)定河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院5.2.2 測試系統(tǒng)的動態(tài)標(biāo)定測試系統(tǒng)的動態(tài)標(biāo)定 動態(tài)標(biāo)定以經(jīng)過校準(zhǔn)的動態(tài)標(biāo)準(zhǔn)信號動態(tài)標(biāo)定以經(jīng)過校準(zhǔn)的動態(tài)標(biāo)準(zhǔn)信號(如

17、標(biāo)準(zhǔn)如標(biāo)準(zhǔn)正弦信號、階躍信號等正弦信號、階躍信號等)作為傳感器或測試系統(tǒng)的作為傳感器或測試系統(tǒng)的輸入，輸入，從而測量輸出從而測量輸出輸入的關(guān)系曲線輸入的關(guān)系曲線(幅頻特性幅頻特性曲線、相頻特性曲線、階躍響應(yīng)曲線曲線、相頻特性曲線、階躍響應(yīng)曲線)，然后求出，然后求出一階測試系統(tǒng)的一階測試系統(tǒng)的時間常數(shù)時間常數(shù)，二階測試系統(tǒng)的，二階測試系統(tǒng)的阻尼阻尼度度、固有角頻率固有角頻率。所采用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的誤差。所采用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的誤差應(yīng)為所要求測量結(jié)果誤差的應(yīng)為所要求測量結(jié)果誤差的 或更小?；蚋　?131/5.2 測試系統(tǒng)的標(biāo)定測試系統(tǒng)的標(biāo)定河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院5.3 測試系統(tǒng)的

18、靜態(tài)特性測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性 第第5章章 測試系統(tǒng)特性分析測試系統(tǒng)特性分析 系統(tǒng)的輸入、輸出不隨時間而變化的特性。系統(tǒng)的輸入、輸出不隨時間而變化的特性。研究靜態(tài)特性的目的研究靜態(tài)特性的目的: (1)確定信號的大??；確定信號的大小； (2)確定誤差的大小。確定誤差的大小。河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院5.3 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性 5.3.1 測試系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型 在研究測試系統(tǒng)的線性特性時，可以不考慮零位輸出量，在研究測試系統(tǒng)的線性特性時，可以不考慮零位輸出量，即取即取a0=0，靜態(tài)特性曲線過原點，如下圖所示。，靜態(tài)特性曲線過原點，如下圖所示。 (

19、a)線性特性；線性特性；(b)非線性僅有奇次項；非線性僅有奇次項；(c)非線性僅有偶次項；非線性僅有偶次項；(d)一般情況一般情況yaa xa xa xa x 23n0123n零點零點 線性項線性項 非線性誤差項非線性誤差項河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院1. 理想線性特性理想線性特性5.3.1 測試系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型 ya x 1 靜態(tài)特性曲線是一條過原點的直線，直線上所靜態(tài)特性曲線是一條過原點的直線，直線上所有點的斜率相等，測試系統(tǒng)的靈敏度為有點的斜率相等，測試系統(tǒng)的靈敏度為ySax1 常數(shù)常數(shù)2. 非線性項僅有奇次項非線性項僅有奇次項ya xa xa x35

20、135 靜態(tài)特性曲線關(guān)于原點對稱，在原點附近有較靜態(tài)特性曲線關(guān)于原點對稱，在原點附近有較寬的線性范圍，差動結(jié)構(gòu)的傳感器具有這種特性。寬的線性范圍，差動結(jié)構(gòu)的傳感器具有這種特性。河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院3. 非線性項僅有偶次項非線性項僅有偶次項ya xa xa x 24124 靜態(tài)特性曲線過原點，但不具有對稱性，線性靜態(tài)特性曲線過原點，但不具有對稱性，線性范圍較窄，測試系統(tǒng)設(shè)計時很少采用這種特性。范圍較窄，測試系統(tǒng)設(shè)計時很少采用這種特性。4. 一般情況一般情況ya xa xa xa x23n123n 靜態(tài)特性曲線過原點，也不具有對稱性，非線靜態(tài)特性曲線過原點，也不具有對稱性，非線

21、性誤差大。性誤差大。5.3.1 測試系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院C500C100 5.3.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù)測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù) 1. 線性度線性度(非線性誤差非線性誤差) 標(biāo)定曲線標(biāo)定曲線 與擬合與擬合(理想理想)直線直線 的接近程度。的接近程度。yy 5.3 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性 LYmaxLFS100% 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院 yaa x 01設(shè)擬合直線方程為：設(shè)擬合直線方程為：5.3.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù)測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù) 1）端點直線法）端點直線法 取零位輸出值和滿量程輸出值作

22、為直線的起點和終點，取零位輸出值和滿量程輸出值作為直線的起點和終點，兩個端點的連線為擬合直線。兩個端點的連線為擬合直線。 特點：簡單方便，但特點：簡單方便，但 大，精度較低。大，精度較低。 2）端點平移直線法）端點平移直線法Lmax 將端點直線平行移動，移動間距為將端點直線平行移動，移動間距為的一半，使標(biāo)定的一半，使標(biāo)定減小，精度提高。減小，精度提高。曲線分布在擬合直線的兩側(cè)。曲線分布在擬合直線的兩側(cè)。 特點：簡單方便，且特點：簡單方便，且Lmax Lmax 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院3）平均法：）平均法：iii01i11()()0nniiDyyyaa x 00a 1 ya x

23、若靜態(tài)標(biāo)定數(shù)據(jù)過零點，若靜態(tài)標(biāo)定數(shù)據(jù)過零點， ，則，則1ii/ayx i01i11kkiiykaax i01i11()nni ki kynk aax (2nk 1)2nk 或或 把實驗數(shù)據(jù)按輸入量把實驗數(shù)據(jù)按輸入量由小到大由小到大依次排列，分成個數(shù)近似依次排列，分成個數(shù)近似相等的兩組，得相等的兩組，得5.3.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù)測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院nniiaayxya xnn10ii1111nnnniiiinnniiix yxyxxyynaxxxxn iiiiii11111222iii1111()()1()()4）最小二乘法：）最小二乘法：22

24、iii01i11()()minnniiQyyyaa x 將將 代入代入 得：得：該式表明擬合直線通過該式表明擬合直線通過( , ) 點。當(dāng)點。當(dāng) 時，有時，有 xyaya x01 yaa x 01 yyaxx 1()a00 ax yx21iii/ 5.3.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù)測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院2. 靈敏度靈敏度 靈敏度是指測試系統(tǒng)對被測量變化的反應(yīng)能力，靈敏度是指測試系統(tǒng)對被測量變化的反應(yīng)能力，即輸出變化量與輸入變化量之比，即即輸出變化量與輸入變化量之比，即yxxy1ySax 5.3.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù)測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù) 河南科技

25、大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院3. 滯后量滯后量(遲滯或回程誤差遲滯或回程誤差) 在在輸入量由小增大和由大減小的測量過程中，輸入量由小增大和由大減小的測量過程中，同一個輸入量對應(yīng)正反行程兩個輸出量的最大差值。同一個輸入量對應(yīng)正反行程兩個輸出量的最大差值。H%YmaxHFS100 5.3.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù)測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院4. 重復(fù)性重復(fù)性(重復(fù)誤差重復(fù)誤差) 輸入量按同一方向變化時，在全量程范圍內(nèi)輸入量按同一方向變化時，在全量程范圍內(nèi) 重復(fù)進(jìn)行測量所得到各特性曲線的重復(fù)程度，即重復(fù)進(jìn)行測量所得到各特性曲線的重復(fù)程度，即RYmaxRFS1

26、00% 5.3.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù)測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院5. 靜態(tài)特性的其他參數(shù)靜態(tài)特性的其他參數(shù)靈敏閥：靈敏閥：又稱為死區(qū)，用來衡量測又稱為死區(qū)，用來衡量測量起始點不靈敏的程度。量起始點不靈敏的程度。 分辨力：分辨力：能引起輸出量發(fā)生變化時能引起輸出量發(fā)生變化時輸入量的最小變化量，表明測量裝輸入量的最小變化量，表明測量裝置分辨輸入量微小變化的能力。置分辨輸入量微小變化的能力。零點漂移：零點漂移：輸出零點偏離原始零點輸出零點偏離原始零點的距離。的距離。5.3.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù)測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電

27、學(xué)院測量范圍測量范圍(量程量程)：測量裝置能正常測量裝置能正常測量最小輸入量和最大輸入量之間測量最小輸入量和最大輸入量之間的范圍。的范圍。 可靠性：可靠性：與測量裝置無故障工作與測量裝置無故障工作時間長短有關(guān)的一種描述。時間長短有關(guān)的一種描述。 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：在一定工作條件下，當(dāng)在一定工作條件下，當(dāng)輸入量不變時，輸出量隨時間變輸入量不變時，輸出量隨時間變化的程度。化的程度。5.3.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù)測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院案例：案例：某力測量系統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)定數(shù)據(jù)如下表，求：某力測量系統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)定數(shù)據(jù)如下表，求： 靈敏度、線性度和滯后量。靈敏度、線

28、性度和滯后量。x (kN)0246420y (mV)03.87.9128.14.20.1 (mV)0.044.028.0011.988.004.020.04解解：1）用最小二乘法）用最小二乘法y nnniiinniix yxynaxxniiii1111222ii11111521836.171.99117618()7 5.3.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù)測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院Sa11.99LYmaxLFS3.84.02100%100%1.83%12 HYmaxHFS4.23.8100%100%3.3%12 (mV/kN)靈敏度：靈敏度：線性度：線性度：滯后

29、量：滯后量：nniiaayxnn10ii11111.9936.1180.0477yx0.041.99 擬合直線為：擬合直線為：5.3.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù)測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院Sa11.99LYmaxLFS3.84.08100%100%2.3%12 HYmaxHFS4.23.8100%100%3.3%12 (mV/kN)靈敏度：靈敏度：線性度：線性度：滯后量：滯后量：2）用平均法：）用平均法： ，a00.1 a11.99 擬合直線求解的方法不同，計算結(jié)果是有差別擬合直線求解的方法不同，計算結(jié)果是有差別的，其中最小二乘法計算結(jié)果可靠性最高。的，其中

30、最小二乘法計算結(jié)果可靠性最高。5.3.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù)測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院案例：案例：物料配重自動測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性物料配重自動測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性 5.3.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù)測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性參數(shù) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院系統(tǒng)的輸入、輸出都隨時間而快速變化的特性。系統(tǒng)的輸入、輸出都隨時間而快速變化的特性。5.4 測試系統(tǒng)的動態(tài)特性測試系統(tǒng)的動態(tài)特性 研究動態(tài)特性的目的研究動態(tài)特性的目的: (1)波形失真情況；波形失真情況； (2)響應(yīng)快慢。響應(yīng)快慢。)()()()(011n1n1nnnntyadttdyadttyda

31、dttyda )()()()(011m1m1mmmmtxbdttdxbdttxdbdttxdb 5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型第第5章章 測試系統(tǒng)特性分析測試系統(tǒng)特性分析 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院1. 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)(復(fù)頻域描述復(fù)頻域描述) 011n1nnn011m1mmm)()()(asasasabsbsbsbsXsYsH dtetxsXst 0)()(拉氏變換拉氏變換(數(shù)學(xué)定義數(shù)學(xué)定義)：)()(nnnsXsdttxdL H(s)特點：特點：與輸入、物理結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的初始狀態(tài)無與輸入、物理結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的初始狀態(tài)無關(guān)關(guān) ，只反映系統(tǒng)的傳輸、轉(zhuǎn)換和響應(yīng)特

32、性，只反映系統(tǒng)的傳輸、轉(zhuǎn)換和響應(yīng)特性 。分母。分母取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分子取決于輸入方式等。取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分子取決于輸入方式等。5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院串聯(lián)環(huán)節(jié)：串聯(lián)環(huán)節(jié)：H sH s Hs12( )( )( ) 并聯(lián)環(huán)節(jié)：并聯(lián)環(huán)節(jié)：H sH sHs12( )( )( ) 復(fù)雜系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：復(fù)雜系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：閉環(huán)反饋：閉環(huán)反饋：)()(1)()(211sHsHsHsH 式中：負(fù)反饋取式中：負(fù)反饋取“+”號，正反饋去號，正反饋去“-”號。號。5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大

33、學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院2. 頻率特性頻率特性(頻域描述頻域描述) ( ) 011n1nnn011m1mmm)()()()()()()()()(ajajajabjbjbjbjXjYjH sj )()()()(22 QPjHA 頻率響應(yīng)函數(shù)的意義：頻率響應(yīng)函數(shù)的意義：直觀地反映了測試系統(tǒng)對直觀地反映了測試系統(tǒng)對不同頻率簡諧信號激勵下的失真情況。不同頻率簡諧信號激勵下的失真情況。)()()( jQPjH )()( jeA )()(arctan)()( PQjH 幅頻特性幅頻特性 相頻特性相頻特性5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院

34、幅頻特性幅頻特性 ：在不同頻率的簡諧信號激勵下，穩(wěn)在不同頻率的簡諧信號激勵下，穩(wěn)態(tài)輸出信號與輸入信號的幅值比。態(tài)輸出信號與輸入信號的幅值比。相頻特性相頻特性 ：在不同頻率的簡諧信號激勵下，穩(wěn)在不同頻率的簡諧信號激勵下，穩(wěn)態(tài)輸出信號與輸入信號的相位差。態(tài)輸出信號與輸入信號的相位差。A( ) ( ) ( ) A( ) 5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院)()()(txtydttdykc 1）一階系統(tǒng)的頻率特性）一階系統(tǒng)的頻率特性 特征特征滯后滯后)()()(i00tTtTdttdTc )(itT)(otTdu tRCu tu tdto

35、oi( )( )( )5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院一階系統(tǒng)頻率特性一階系統(tǒng)頻率特性dy ty tSx tdt( )( )( ) 2)(11)( A)arctan()( ssXsYsH 11)()()( jjXjYjH 11)()()( 時間常數(shù)；時間常數(shù)；S 靜態(tài)靈敏度。靜態(tài)靈敏度。dy taa y tb x tdt100( )( )( ) 5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院案例：案例：用用 的溫度計，來測量復(fù)合周期溫度信的溫度計，來測量復(fù)合周期溫度信 號號x(

36、t)=sin2t+0.3sin20t，求測量結(jié)果，求測量結(jié)果y(t)=?故時間常數(shù)故時間常數(shù) 越小失真越小。越小失真越小。理想情況：理想情況：)( 1)(常常數(shù)數(shù) A0)( s2 . 0 解：解：當(dāng)當(dāng) 時，時， ，2 A(2)0.93 (2)0.38 當(dāng)當(dāng) 時，時， ， (20)1.32 A(20)0.24 20 y ttt( )0.93sin(20.38)0.072sin(201.32) 由于時間常數(shù)由于時間常數(shù) 太大，測量結(jié)果與被測對象相差太大，測量結(jié)果與被測對象相差較大較大(測量誤差較大測量誤差較大)，且頻率越高誤差越大。，且頻率越高誤差越大。 0.002s y t ( )0.999si

37、n(2t0.004)0.299sin(20t0.04)若若 ，5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院tyth t dte/u( )( )1 一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)：一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)：一階系統(tǒng)脈沖響應(yīng)：一階系統(tǒng)脈沖響應(yīng)：th tLH se1/1( )( ) 時間常數(shù)越小，響應(yīng)越快。時間常數(shù)越小，響應(yīng)越快。5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院稱重稱重( (應(yīng)變片應(yīng)變片) )F2）二階系統(tǒng)的頻率特性）二階系統(tǒng)的頻率特性加速度計加速度計5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)

38、模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院LRC振蕩回路振蕩回路d u tdu tLCRCu tu tdtdt2oooi2( )( )( )( ) LCn1/ R CL/ 2 S1 d u tdu tu tSu tdtdt222oonnoni2( )( )2( )( ) n 固有角頻率固有角頻率 阻尼度阻尼度(比比)S 靜態(tài)靈敏度靜態(tài)靈敏度5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院動圈式儀表動圈式儀表測力彈簧測力彈簧JG/n mk/n GJc 2/ kmc 2/ 特征特征振蕩振蕩SSGi/ kS/1 5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型

39、測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院)(2)(11)()()(n2n jjXjYjH 2 222nn1A( )1() 4() n2n2 ()( )arctan1() 2nn22n2)()()( sssXsYsHd y tdy ty tSx tdtdt222nnn2( )( )2( )( )理想情況：理想情況：)( 1)(常常數(shù)數(shù) A )( 阻尼度阻尼度 ， 固有頻率固有頻率 越越 高，失真越小高，失真越小7 . 0 nfd y tdy taaa y tb x tdtdt221002( )( )( )( )aan02/ aa a10 22 Sba00/15.4.1 測

40、試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院二階系統(tǒng)幅頻特性二階系統(tǒng)幅頻特性二階系統(tǒng)相頻特性二階系統(tǒng)相頻特性5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院案例：案例：用用 的測力彈簧去測量的測力彈簧去測量 的正弦變化力時，求幅值誤差和相位誤差。的正弦變化力時，求幅值誤差和相位誤差。 ，Hz800n f4 . 0 Hz400 f解：解：AAAA2 22( )(0)1( )118%0(10.5 )(2 0.4 0.5) （）220.40.5( )( )(0)arctan2810.5 ffnn/400/ 80

41、00.5 由于阻尼度由于阻尼度 ，固有頻率，固有頻率 也較低，幅值也較低，幅值誤差和相位誤差都較大。誤差和相位誤差都較大。7 . 0 nf5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院阻尼度阻尼度 ，固有頻率，固有頻率 越高，響應(yīng)越快。越高，響應(yīng)越快。7 . 0 nf二階系統(tǒng)脈沖響應(yīng)二階系統(tǒng)脈沖響應(yīng)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)0二階系統(tǒng)脈沖響應(yīng)二階系統(tǒng)脈沖響應(yīng)05.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院阻尼度和固有頻率的作用：阻尼度和固有頻率的作用：5.4.1 測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型

42、測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量1. 用頻率響應(yīng)法測量用頻率響應(yīng)法測量(正弦波激勵法正弦波激勵法) 根據(jù)頻率保持性，用正弦信號去激勵被測系統(tǒng)，根據(jù)頻率保持性，用正弦信號去激勵被測系統(tǒng)，保持正弦信號的幅值不變，依次改變其頻率保持正弦信號的幅值不變，依次改變其頻率 ，同時測出激勵和，同時測出激勵和穩(wěn)態(tài)輸出穩(wěn)態(tài)輸出的幅值的幅值 和相位和相位 ，從而得到幅值比從而得到幅值比 和相位差和相位差 。 )( A)( iAi if5.4 測試系統(tǒng)的動態(tài)特性測試系統(tǒng)的動態(tài)特性 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院

43、 由各頻率對應(yīng)的幅值比和相位差，繪制幅頻特由各頻率對應(yīng)的幅值比和相位差，繪制幅頻特性和相頻特性曲線，然后求取動態(tài)特性參數(shù)。性和相頻特性曲線，然后求取動態(tài)特性參數(shù)。 5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院1）用頻率響應(yīng)法測量時間常數(shù)）用頻率響應(yīng)法測量時間常數(shù) 由幅頻特性和相頻特性可知：由幅頻特性和相頻特性可知：當(dāng)幅頻特性當(dāng)幅頻特性 ，相頻特性相頻特性 時，時，對應(yīng)的橫坐標(biāo)對應(yīng)的橫坐標(biāo) ，由此查出該點對應(yīng)輸入由此查出該點對應(yīng)輸入信號的頻率，即可得到信號的頻率，即可得到時間常數(shù)時間常數(shù) 。 707. 0)( A45)( 1 f1/ 2

44、 5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院n/ nr 0.7071 2 n122/ )( A() () 90 n 2）用頻率響應(yīng)法測量）用頻率響應(yīng)法測量 和和 共振法共振法 nfrn212 A r21()21 當(dāng)當(dāng) 很小時：很小時： nr Ar()1/ 2 5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院案例：案例：音響系統(tǒng)頻率特性評定音響系統(tǒng)頻率特性評定y(t)=x(t)*h(t) Y(f)=X(f)H(f) 改進(jìn)改進(jìn):脈沖脈沖/ /白噪白噪聲輸入，測量其聲輸入，測量其輸出

45、，然后再求輸出，然后再求輸出的頻譜。輸出的頻譜。飛機模態(tài)分析飛機模態(tài)分析5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院2. 用脈沖響應(yīng)法測量用脈沖響應(yīng)法測量H(s)固有頻率、阻尼度固有頻率、阻尼度 若系統(tǒng)的輸人為單位脈沖若系統(tǒng)的輸人為單位脈沖 ，由于，由于 的的拉氏變換為拉氏變換為1，則，則 Y(s)=H(s) 或或 y(t)=L-1H(s)=h(t)(t )(t 5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院案例：案例：鏜桿鏜桿固有頻率測量固有頻率測量5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特

46、性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院案例：案例：橋梁固頻測量橋梁固頻測量原理：在橋中設(shè)置三角形障礙物，利用汽車路過障礙物時的沖擊對橋梁進(jìn)行激勵，通過應(yīng)變片測量橋梁的動態(tài)變形，從而得到橋梁的固有頻率。5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院3. 用階躍響應(yīng)法測量用階躍響應(yīng)法測量 若系統(tǒng)輸入信號為單位階躍信號，即若系統(tǒng)輸入信號為單位階躍信號，即x(t)=u(t)，則則X(s)=1/s，此時，此時Y(s)=H(s)/sH(s)阻尼度、固有頻率阻尼度、固有頻率優(yōu)點：優(yōu)點：直觀直觀缺點：缺點：簡單系

47、統(tǒng)識別簡單系統(tǒng)識別5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院1）用階躍響應(yīng)法測量）用階躍響應(yīng)法測量 0.632tyte/u( )1 5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院若將階躍響應(yīng)函數(shù)表達(dá)式改寫為若將階躍響應(yīng)函數(shù)表達(dá)式改寫為 ：tyte/u1( ) 兩邊取對數(shù)得：兩邊取對數(shù)得：tytZuln1( ) 則則tZ/ 這種方法運用了全部測量數(shù)據(jù)，即考慮了階這種方法運用了全部測量數(shù)據(jù)，即考慮了階躍響應(yīng)的全過程，且躍響應(yīng)的全過程，且Z與與t呈線性關(guān)系。若呈線性關(guān)系。若Z 與與

48、t 為為非線性，則不是一階系統(tǒng)。非線性，則不是一階系統(tǒng)。5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院 2）用階躍響應(yīng)法測量）用階躍響應(yīng)法測量 和和 自振法自振法 fnM1M2Td2dn1/1 Tf222nn4n niinln MM M211/()1ln 5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院案例：案例：在橋梁中懸掛重物，突然剪斷繩索，測得階在橋梁中懸掛重物，突然剪斷繩索，測得階躍響應(yīng)曲線如圖所示，求橋梁的阻尼度和固有頻率。躍響應(yīng)曲線如圖所示，求橋梁的阻尼度和固有頻率。T

49、d0.010.002444.1 (s)MM1n315lnln1.3224 2221.3220.1051.32242 n2225880.00244 10.105 (rad/s)fnn4122 (Hz)M115mm M34mm n2 解：解： 5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院原理：在橋梁中懸掛重物，然后突然剪斷繩索，產(chǎn)生階躍激勵，通過應(yīng)變片測量橋梁動態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。案例：案例：橋梁固有頻率測量橋梁固有頻率測量5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院實驗：

50、實驗：懸臂梁固有頻率測量懸臂梁固有頻率測量5.4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量測試系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測量河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院 測試系統(tǒng)的輸出測試系統(tǒng)的輸出y(t)與輸入與輸入x(t)滿足下列關(guān)系：滿足下列關(guān)系： 5.4.3 實現(xiàn)不失真測量的條件實現(xiàn)不失真測量的條件 該系統(tǒng)的輸該系統(tǒng)的輸出波形與輸入波出波形與輸入波形精確地相似，形精確地相似，只是幅值放大了只是幅值放大了A0倍，時間上延倍，時間上延遲了遲了t0。這種情。這種情況下，認(rèn)為測試況下，認(rèn)為測試系統(tǒng)具有不失真系統(tǒng)具有不失真測量的特性。測量的特性。tx(t)y(t)0t時域條件時域條件)()(00ttxAty 5.4

51、測試系統(tǒng)的動態(tài)特性測試系統(tǒng)的動態(tài)特性 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院傅里葉變換：傅里葉變換： )()(00ttxAty j tY jA eX j00()() 5.4.3 實現(xiàn)不失真測量的條件實現(xiàn)不失真測量的條件 頻域條件頻域條件AA0( ) 常數(shù)常數(shù)t0( ) j tjH jAeA e0()0()( ) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院 實際情況下，輸入信號頻率不同，輸出的幅值實際情況下，輸入信號頻率不同，輸出的幅值和相位都不同，因此會產(chǎn)生幅值和相位失真，且頻和相位都不同，因此會產(chǎn)生幅值和相位失真，且頻率越高失真越大。率越高失真越大。5.4.3 實現(xiàn)不失真測量的條件實現(xiàn)不失真

52、測量的條件 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院7 . 0 對一階測量系統(tǒng)，對一階測量系統(tǒng)，時間常數(shù)時間常數(shù) 越小越好越小越好。失真失真小小、響應(yīng)快響應(yīng)快、滿足不失真測量條件的、滿足不失真測量條件的頻帶寬頻帶寬。 當(dāng)當(dāng) 時，幅值誤差時，幅值誤差 。 0.2 A( )1.9% A( )2.5% n5 . 0 對二階測量系統(tǒng)，對二階測量系統(tǒng)，阻尼度阻尼度 、固有頻、固有頻率率 越高越好越高越好。幅頻特性。幅頻特性 接近于常數(shù)范圍大，接近于常數(shù)范圍大，相頻特性相頻特性 也近似于線性關(guān)系。也近似于線性關(guān)系。失真小失真小、響應(yīng)快響應(yīng)快、滿足不失真條件的滿足不失真條件的頻帶寬頻帶寬。7 . 06 .

53、0 nf)( A)( 當(dāng)當(dāng) ， 時，時， 。AA0() 常數(shù)常數(shù)t0( ) 5.4.3 實現(xiàn)不失真測量的條件實現(xiàn)不失真測量的條件 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院 在在實際測試工作中，當(dāng)一個測量環(huán)節(jié)聯(lián)接到實際測試工作中，當(dāng)一個測量環(huán)節(jié)聯(lián)接到另一個被測環(huán)節(jié)上時，必然對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，另一個被測環(huán)節(jié)上時，必然對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，即產(chǎn)生負(fù)載效應(yīng)。傳遞函數(shù)也不再是各組成環(huán)節(jié)即產(chǎn)生負(fù)載效應(yīng)。傳遞函數(shù)也不再是各組成環(huán)節(jié)的簡單疊加或乘積關(guān)系。的簡單疊加或乘積關(guān)系。 5.4.4 負(fù)載效應(yīng)負(fù)載效應(yīng) ER1R2VRLoU5.4 測試系統(tǒng)的動態(tài)特性測試系統(tǒng)的動態(tài)特性 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)

54、院當(dāng)沒接電壓表時：當(dāng)沒接電壓表時： ERRRU212o 當(dāng)接上電壓表后：當(dāng)接上電壓表后： oL2L21L2L21L2o)(/UERRRRRRRERRRRRU k1001 Rk150L2 RRV150 EV90o UV3 .64o U%6 .28誤差為：誤差為：當(dāng)當(dāng) 時，時， 。 LRooUU 5.4.4 負(fù)載效應(yīng)負(fù)載效應(yīng) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院案例：案例：物料配重自動測量系統(tǒng)物料配重自動測量系統(tǒng)5.4.4 負(fù)載效應(yīng)負(fù)載效應(yīng) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院案例：案例：RC低通濾波器產(chǎn)生的負(fù)載效應(yīng)低通濾波器產(chǎn)生的負(fù)載效應(yīng)兩者沒串聯(lián)時：兩者沒串聯(lián)時：H ssii1( )1

55、 i (1 2) ，兩者串聯(lián)后：兩者串聯(lián)后：YsH sXsR Css22112121 2( )1( )( )1() 5.4.4 負(fù)載效應(yīng)負(fù)載效應(yīng) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院 為了使測量結(jié)果能盡量準(zhǔn)確地反映被測對象為了使測量結(jié)果能盡量準(zhǔn)確地反映被測對象的動態(tài)特性，排除負(fù)載影響，應(yīng)使的動態(tài)特性，排除負(fù)載影響，應(yīng)使 。)()(1sHsH )()()(21sHsHsH 12 故：故： ，C2也盡量小。也盡量小。減小負(fù)載效應(yīng)的措施：減小負(fù)載效應(yīng)的措施：（1）提高后續(xù)環(huán)節(jié)）提高后續(xù)環(huán)節(jié)(負(fù)載負(fù)載)的輸入阻抗；的輸入阻抗； （2）在兩個環(huán)節(jié)之間，插入高輸入阻抗、低）在兩個環(huán)節(jié)之間，插入高輸入阻

56、抗、低輸出阻抗的放大器輸出阻抗的放大器(跟隨器跟隨器)。5.4.4 負(fù)載效應(yīng)負(fù)載效應(yīng) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院案例：案例：測力計產(chǎn)生的負(fù)載效應(yīng)測力計產(chǎn)生的負(fù)載效應(yīng)測力計測力計被測對象被測對象（1）靜態(tài)情況：）靜態(tài)情況：kFFFkk221112 kk21() 5.4.4 負(fù)載效應(yīng)負(fù)載效應(yīng) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院接上測力計后：接上測力計后：)()()(2)(1 )(2)(1 1)(212n222n1n121nsHsHsssssH 沒接測力計時：沒接測力計時：H sssi2inini1( )1()2 () 2)，1( i（2）動態(tài)情況）動態(tài)情況 為了使測量結(jié)果能盡量

57、準(zhǔn)確地反映被測對象的為了使測量結(jié)果能盡量準(zhǔn)確地反映被測對象的動態(tài)特性，應(yīng)使動態(tài)特性，應(yīng)使 。)()(1sHsH 故：故： ， ， 。20.6 0.7 1n2nff12SS 5.4.4 負(fù)載效應(yīng)負(fù)載效應(yīng) 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院5.5 測試系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計測試系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計 5.5.1 電磁干擾電磁干擾 抗電磁干擾技術(shù)又稱為抗電磁干擾技術(shù)又稱為“電磁兼容技術(shù)電磁兼容技術(shù)”。電磁兼容是指裝置或系統(tǒng)在其設(shè)備的預(yù)定場所投電磁兼容是指裝置或系統(tǒng)在其設(shè)備的預(yù)定場所投入實際運行時，入實際運行時，既不受周圍電磁環(huán)境的影響，又既不受周圍電磁環(huán)境的影響，又不影響周圍的環(huán)境，不影響周圍的環(huán)境，也不

58、發(fā)生性能惡化和失誤工也不發(fā)生性能惡化和失誤工作，而能按設(shè)計要求正常工作的能力。作，而能按設(shè)計要求正常工作的能力。 形成電磁干擾有三個要素：向外發(fā)送干擾的源形成電磁干擾有三個要素：向外發(fā)送干擾的源 干擾源；干擾源；傳播電磁干擾的途徑傳播電磁干擾的途徑耦合通道；耦合通道；承受電磁干擾的受體承受電磁干擾的受體受擾設(shè)備。受擾設(shè)備。 第第5章章 測試系統(tǒng)特性分析測試系統(tǒng)特性分析 河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院5.5 測試系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計測試系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計5.5.2 屏蔽、接地與隔離設(shè)計屏蔽、接地與隔離設(shè)計 1）電磁屏蔽：）電磁屏蔽：利用高電導(dǎo)率和高磁導(dǎo)率材料制利用高電導(dǎo)率和高磁導(dǎo)率材料制成封

59、閉的低阻抗容器，成封閉的低阻抗容器，將受擾電路置于該容器中將受擾電路置于該容器中，從而抑制該容器外的干擾與噪聲對容器內(nèi)電路的影從而抑制該容器外的干擾與噪聲對容器內(nèi)電路的影響?；蝽??；?qū)a(chǎn)生干擾與噪聲的電路置于該容器之中將產(chǎn)生干擾與噪聲的電路置于該容器之中，從而減弱或消除其對外部電路的影響。從而減弱或消除其對外部電路的影響。 1. 電磁屏蔽與雙絞線傳輸電磁屏蔽與雙絞線傳輸 抑制電磁干擾的措施：抑制電磁干擾的措施：消除或抑制干擾源；切消除或抑制干擾源；切斷或破壞干擾源與受擾設(shè)備之間的耦合通道；加強斷或破壞干擾源與受擾設(shè)備之間的耦合通道；加強受擾設(shè)備抗電磁干擾的能力。受擾設(shè)備抗電磁干擾的能力。河南科

60、技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院 屏蔽容器的結(jié)構(gòu)形式主要有屏蔽罩、屏蔽柵屏蔽容器的結(jié)構(gòu)形式主要有屏蔽罩、屏蔽柵網(wǎng)、屏蔽銅箔、隔離倉和導(dǎo)電涂料等。網(wǎng)、屏蔽銅箔、隔離倉和導(dǎo)電涂料等。 5.5.2 屏蔽、接地與隔離設(shè)計屏蔽、接地與隔離設(shè)計屏屏蔽蔽與與接接地地相相結(jié)結(jié)合合河南科技大學(xué)機電學(xué)院河南科技大學(xué)機電學(xué)院2）雙絞線傳輸）雙絞線傳輸 抑制抑制靜電靜電干擾采用金屬網(wǎng)屏蔽線，金屬網(wǎng)做屏干擾采用金屬網(wǎng)屏蔽線，金屬網(wǎng)做屏蔽層，芯線用于傳輸信號。抑制蔽層，芯線用于傳輸信號。抑制電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)干擾采用干擾采用雙絞線，一根做作屏蔽，另一根做信號傳輸線；雙絞線，一根做作屏蔽，另一根做信號傳輸線；外來磁場干擾引