車輛測(cè)試技術(shù)-第2章 測(cè)試系統(tǒng)的主要特征

1、第2章 測(cè)試系統(tǒng)的基本特征 1. 測(cè)試系統(tǒng)的主要特性 2. 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性 3. 測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 4. 測(cè)試系統(tǒng)不失真?zhèn)鬟f信號(hào)的條件 5. 測(cè)試系統(tǒng)的抗干擾2.1 測(cè)試系統(tǒng)的主要特性測(cè)試系統(tǒng)的基本要求：理想的測(cè)試系統(tǒng)傳輸特性：線性時(shí)不變系統(tǒng)的輸入x(t )和輸出y(t)之間的關(guān)系可用常系數(shù)線性微分方程來描述： 式中：是與測(cè)試系統(tǒng)的物理特性、結(jié)構(gòu)參數(shù)和輸入狀態(tài)有關(guān)的常數(shù)，不隨時(shí)間變化；n和m為正整數(shù)，表示微分的階數(shù)，一般nm并稱n值為線性系統(tǒng)的階數(shù)。 線性時(shí)不變系統(tǒng)主要特性：測(cè)試系統(tǒng)傳輸特性分類：2.2 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性在靜態(tài)測(cè)試時(shí)，輸入信號(hào)x(t)和輸出信號(hào)y(t)不隨時(shí)間變化，或者

2、隨時(shí)間變化但變化緩慢以至可以忽略時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)輸入與輸出之間呈現(xiàn)的關(guān)系就是測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性。 理想的線性時(shí)不變系統(tǒng)的靜態(tài)特性方程： 即輸出是輸入的單調(diào)、線性比例函數(shù)，其中斜率S應(yīng)是常數(shù)。 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性分析就是研究在靜態(tài)測(cè)試情況下，描述實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)與理想線性時(shí)不變系統(tǒng)的接近程度 當(dāng)特性曲線呈非線性關(guān)系時(shí)，靈敏度的表達(dá)式為：xyyyyxx00(a)(b)xyx式中測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差 由于測(cè)量系統(tǒng)或儀器在全量程范圍內(nèi)，各測(cè)量區(qū)間的x不完全相同，因此常用全量程范圍內(nèi)最大的x即xmax與測(cè)量系統(tǒng)滿量程輸出值YFS之比的百分率表示其分辨能力，稱為分辨率，用F表示，即即：產(chǎn)生可測(cè)輸出變化量時(shí)的最小輸入量

3、值表示相鄰兩次故障間隔時(shí)間的平均值 在給定的時(shí)間內(nèi)誤差仍能保持在規(guī)定限度以內(nèi)的概率。P值越大，則系統(tǒng)可靠性越高，但測(cè)試系統(tǒng)的成本加大。 p的最佳值為0.80.9 是平均無故障時(shí)間的倒數(shù)例如：某測(cè)試儀器的失效率為0.03%kh，表明有1萬臺(tái)這種儀器工作1000小時(shí)后只可能有3臺(tái)會(huì)出現(xiàn)故障。對(duì)于可修復(fù)的產(chǎn)品，用MTTR代表平均修復(fù)時(shí)間，若修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，則有效使用時(shí)間短，因此有效度表示為： 欲使測(cè)量結(jié)果具有普遍的科學(xué)意義，測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是經(jīng)過檢驗(yàn)的。標(biāo)定：用已知的標(biāo)準(zhǔn)校正儀器或測(cè)量系統(tǒng)的過程。 輸入到測(cè)量系統(tǒng)中的已知量是靜態(tài)量還是動(dòng)態(tài)量，標(biāo)定分靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定。 即：將原始基準(zhǔn)器，或比被標(biāo)定系統(tǒng)準(zhǔn)確度

4、高的各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器或已知輸入源作用于測(cè)量系統(tǒng)，得出測(cè)量系統(tǒng)的激勵(lì)響應(yīng)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)操作。靜態(tài)標(biāo)定的作用：確定儀器或測(cè)量系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，賦予儀器或測(cè)量系統(tǒng)分度值；確定儀器或測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)；消除系統(tǒng)誤差，改善儀器或測(cè)量系統(tǒng)的正確度 正行程：從零點(diǎn)開始，由低至高，逐次輸入預(yù)定的標(biāo)定值此稱標(biāo)定的正行程。反行程：再倒序依次輸入預(yù)定的標(biāo)定值，直至返回零點(diǎn)，此稱反行程。要求：標(biāo)定時(shí)，一般應(yīng)在全量程范圍內(nèi)均勻地取定5個(gè)或5個(gè)以上的標(biāo)定點(diǎn)（包括零點(diǎn)）2.2 測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性但是，對(duì)于一個(gè)略為復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)和復(fù)雜的測(cè)試信號(hào)，求解微分方程比較困難，甚至成為不可能。為此，根據(jù)自動(dòng)控制理論，應(yīng)用拉普拉斯變換求出傳

5、遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)等來描述動(dòng)態(tài)特性。 其中稱為拉氏變換算子 s是復(fù)數(shù)，又稱復(fù)頻率 傳遞函數(shù)的物理意義：1）傳遞函數(shù)反映了測(cè)量系統(tǒng)的固有特性，不隨輸入信號(hào)、輸出信號(hào)的變化而變化；2）不同類型的測(cè)量系統(tǒng)可用同一種形式的拉氏傳遞函數(shù)表達(dá)。 例如，一線性系統(tǒng)在正弦信號(hào)則其輸出為式中 的模 的相角：常取5或10 一階系統(tǒng)具有以下特點(diǎn): 1）一階系統(tǒng)是一個(gè)低通環(huán)節(jié)。 當(dāng)0時(shí)，幅值比A()=1為最大，相位差0，其幅值誤差與相位誤差為零，即輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的幅值、相位相同，測(cè)試系統(tǒng)輸出信號(hào)并不衰減。隨著的增大，A()逐漸減小，相位差逐漸增大； 當(dāng)時(shí)，A()幾乎與頻率成反比，相位差/2，這表明測(cè)試系統(tǒng)輸出信

6、號(hào)的幅值衰減加大，相位誤差增大，因此一階系統(tǒng)適用于測(cè)量緩變或低頻信號(hào)。2）時(shí)間常數(shù)決定著一階系統(tǒng)適用的頻率范圍。 當(dāng)較小時(shí)，幅值和相位的失真都較小；當(dāng)=1時(shí)，A()0.707，即20lgA()3dB。通常把處的頻率（即輸出幅值下降至輸入幅值的0.707倍處的頻率）稱為系統(tǒng)的“轉(zhuǎn)折頻率”（對(duì)濾波器來講，就是截止頻率），在該處相位滯后45。第一項(xiàng)是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)；第二項(xiàng)是t的指數(shù)衰減函數(shù) 的幾何意義：為階躍響應(yīng)曲線y(t)在t=0處斜率的倒數(shù)，即起始點(diǎn)的斜率為1/。通常把輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的98所需的時(shí)間（4）作為響應(yīng)速度指標(biāo)。（欠阻尼） 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)在t時(shí)最終趨于穩(wěn)態(tài)值； 當(dāng)1時(shí)，階躍響應(yīng)曲線的振幅不會(huì)超過穩(wěn)態(tài)值，不產(chǎn)生振蕩，一般工程上常將1的二階系統(tǒng)近似按一階系統(tǒng)對(duì)待。 5或2 常采用試驗(yàn)的方法實(shí)現(xiàn)。最常用的方法：頻率響應(yīng)法和階躍響應(yīng)法即用正弦信號(hào)或階躍信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)源，分別繪出頻率響應(yīng)曲線或階躍響應(yīng)曲線，從而確定時(shí)間常數(shù)、阻尼比