机械工程测试技术课件整理版ppt.ppt

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1、变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分机械工程测试技术机械工程测试技术 基础基础主讲：何柏 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分绪论 了解测试的基本概念 理解测试的基本内容与任务 掌握信号和信息的关系 理解测试系统的组成及各环节功能 了解测试信息处理技术的发展方向变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第

2、一节第一节 测试技术概况测试技术概况1 测试的基本概念测试的基本概念 测量测量： 是指确定被测对象属性量值为目的是指确定被测对象属性量值为目的的全部操作。的全部操作。 试验：试验： 对未知事物探索性的认识过程对未知事物探索性的认识过程 测试测试： 是具有试验性质的测量，或者可以是具有试验性质的测量，或者可以理解为测量和试验的综合。理解为测量和试验的综合。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2、 测试技术的内容和任务测试技术的内容和任务 测试技术研究的主要内容为：被测量的测测试技术研究的主要内容为

3、：被测量的测量原理、测量方法、量原理、测量方法、 测量系统以及数据处测量系统以及数据处理理 四个方面。四个方面。 测试技术的基本任务测试技术的基本任务（1 1）设计时为产品质量和性能提供评价）设计时为产品质量和性能提供评价（2 2）设备改造时为提高质量和产量提供依据）设备改造时为提高质量和产量提供依据（3 3）振动和噪声测量）振动和噪声测量（4 4）故障诊断）故障诊断（5 5）设备监控、质量控制）设备监控、质量控制变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3、 测试系统的组成测试系统的组成 测试系统是

4、指由相关的器件、仪器和测试测试系统是指由相关的器件、仪器和测试装置有机组合而成的具有获取某种信息之装置有机组合而成的具有获取某种信息之功能的整体。功能的整体。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分测试系统框图测试系统框图 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 传感器：直接用于被测量，并能按一定规律将被测传感器：直接用于被测量，并能按一定规律将被测量转换成同种或别种量值输出。这种输出通常是电量转换成同

5、种或别种量值输出。这种输出通常是电信号。信号。 信号调理：把来自传感器的信号转换成更适合于传信号调理：把来自传感器的信号转换成更适合于传输和处理的形式。如幅值放大、阻抗的变化转换成输和处理的形式。如幅值放大、阻抗的变化转换成电压的变化、或阻抗的变化转换成频率的变化。电压的变化、或阻抗的变化转换成频率的变化。 信号处理：接受来自条理的信号，并进行各种运算、信号处理：接受来自条理的信号，并进行各种运算、滤波、分析，将结果输至显示记录或控制系统。滤波、分析，将结果输至显示记录或控制系统。 信号显示、记录：以观察者易于识别的形式来显示信号显示、记录：以观察者易于识别的形式来显示测量的结果，或将结果进行

6、存储，供必要时使用。测量的结果，或将结果进行存储，供必要时使用。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分工程测试问题总是处理输入量工程测试问题总是处理输入量x(t)x(t)、装置（系统）的传输特性装置（系统）的传输特性h(t)h(t)和输和输出量出量y(t)y(t)三者之间的关系。如图：三者之间的关系。如图：输入(激励)输出(响应)系统x(t)X(s)X()y(t)Y(s)Y()h(t)H(s)H()变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线

7、是电力系统接线组成中一个重要组成部分信息信息 信号信号 信息的定义：事物运动的状态和方式信息的定义：事物运动的状态和方式 信息的基本性质信息的基本性质 1 1可识别可识别 通过各种探测与检测手段识别通过各种探测与检测手段识别2 2可以转换可以转换 可从一种形态转换成另一种形态可从一种形态转换成另一种形态 如：语言、文字、图象、图表，电信号，电压电流如：语言、文字、图象、图表，电信号，电压电流 3 3可以存贮可以存贮 如：计算机，内外存贮器，磁盘，光盘，录音带如：计算机，内外存贮器，磁盘，光盘，录音带4 4可以传输可以传输 如：电视，电话，手机如：电视，电话，手机信号：传输信息的载体信号：传输信

8、息的载体 信息蕴含于信号之中信息蕴含于信号之中变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4 测试技术的发展动向测试技术的发展动向 1）测量方式的多样化测量方式的多样化 2）视觉测试技术视觉测试技术 3)尺寸继续向尺寸继续向两个极端发展两个极端发展 智能化智能化 集成化集成化变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1.1.测量方式多样化测量方式多样化1.1.测量方式多样化测量方式多样化 包括：包括： （1 1

9、）动态测量）动态测量 （2 2）虚拟仪器）虚拟仪器 （3 3）便携式测量仪器）便携式测量仪器 （4 4）组合式测量方）组合式测量方 （5 5）多传感器融合技术在制造过程中的）多传感器融合技术在制造过程中的 应用应用变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2 视觉测试技术视觉测试技术 视觉测试技术是建立在计算机视觉研究视觉测试技术是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴测试技术。与计算机视基础上的一门新兴测试技术。与计算机视觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容不同，视

10、觉测试技术重点研究物体的几何不同，视觉测试技术重点研究物体的几何尺寸及物体的位置测量，如三维面形的快尺寸及物体的位置测量，如三维面形的快速测量、大型工件同轴度测量、共面性测速测量、大型工件同轴度测量、共面性测量等。它可以广泛应用于在线测量、逆向量等。它可以广泛应用于在线测量、逆向工程等主动、实时测量过程。工程等主动、实时测量过程。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3 两个极端发展两个极端发展 两个极端就是指相对于现在测量尺寸的大尺寸和小尺寸。两个极端就是指相对于现在测量尺寸的大尺寸和小尺寸。

11、通常尺寸的测量已被广为注意，也开发了多种多样的测试通常尺寸的测量已被广为注意，也开发了多种多样的测试方法。近年来，由于国民经济的快速发展和迫切需要，使方法。近年来，由于国民经济的快速发展和迫切需要，使得很多方面的生产和工程中测试的要求超过了我们所能测得很多方面的生产和工程中测试的要求超过了我们所能测试的范围，如飞机外形的测量、大型机械关键部件测量、试的范围，如飞机外形的测量、大型机械关键部件测量、高层建筑电梯导轨的准直测量、油罐车的现场校准等都要高层建筑电梯导轨的准直测量、油罐车的现场校准等都要求能进行大尺寸测量；微电子技术、生物技术的快速发展，求能进行大尺寸测量；微电子技术、生物技术的快速发

12、展，探索物质微观世界的需求，测量精度的不断提高，又要求探索物质微观世界的需求，测量精度的不断提高，又要求进行微米、纳米测试。纳米测量也多种多样，有光干涉测进行微米、纳米测试。纳米测量也多种多样，有光干涉测量仪、量子干涉仪、电容测微仪、量仪、量子干涉仪、电容测微仪、X射线干涉仪、频率跟射线干涉仪、频率跟踪式法珀标准量具、扫描电子显微镜踪式法珀标准量具、扫描电子显微镜(SEM)、扫描隧道显、扫描隧道显微镜微镜(STM)、原子力显微镜、原子力显微镜(AFM)、分子测量机、分子测量机M3(molecular measuring machine)等。等。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与

13、电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分课程的学习要求课程的学习要求 掌握信号的分类及其在时域和频域内的描述方法，掌握信号的分类及其在时域和频域内的描述方法，建立明确的信号频谱的概念。建立明确的信号频谱的概念。掌握测试装置的静、动态特性。掌握测试装置的静、动态特性。掌握常用传感器的工作原理、基本特性、使用掌握常用传感器的工作原理、基本特性、使用范围和传感器的选用原则。范围和传感器的选用原则。了解了解机电工程中常见参量的测试方法。机电工程中常见参量的测试方法。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站

14、的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第二节第二节 测量的基础知识测量的基础知识一、测量误差的基本概念一、测量误差的基本概念1真值：客观存在的量值。真值：客观存在的量值。 测量的目的得到真值测量的目的得到真值2测量误差：测量误差： 测量误差测量误差=测量值测量值 - 真值真值变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分二、测量误差产生的原因二、测量误差产生的原因 1测量方法引起的误差测量方法引起的误差 基准误差（基准不统一）方法误差，物理量转换基准误差（基准不统一）方法误差，物理量转换 为电量转换

15、误差，安装操作误差。为电量转换误差，安装操作误差。2设备引起的误差设备引起的误差 测量器件的误差，如标准法码，量规，刻度尺，测量器件的误差，如标准法码，量规，刻度尺，电器电阻误差等。电器电阻误差等。 如设计误差，零件误差，安装误差，系统老化等如设计误差，零件误差，安装误差，系统老化等3环境条件引起的误差环境条件引起的误差 如：温度、湿度、气压、光照、电磁场，振动等。如：温度、湿度、气压、光照、电磁场，振动等。4测量人员引起的误差测量人员引起的误差变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分三、测量误差的

16、分类三、测量误差的分类 系统误差系统误差 测量系统本身所有的误差测量系统本身所有的误差 随机误差随机误差 不可预知变化的误差不可预知变化的误差 粗大误差粗大误差 由读数，操作，记录，计算机失由读数，操作，记录，计算机失 误引起，或设备突然故障，粗大误处理方误引起，或设备突然故障，粗大误处理方法易除。法易除。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 精度、精密度、精度、精密度、及及准确度准确度 1.精密度：表示示值的分散程度，表现为示值在平均值左精密度：表示示值的分散程度，表现为示值在平均值左右波动，

17、反应了随机误差的大小和程度，精密度高则随机误右波动，反应了随机误差的大小和程度，精密度高则随机误差小。差小。 2.准确度：表示示值均值的准确程度，表现为均值与真值准确度：表示示值均值的准确程度，表现为均值与真值的相差程度，反映了系统误差的大小和程度。准确度愈低则的相差程度，反映了系统误差的大小和程度。准确度愈低则系统误差愈大。系统误差愈大。 3.精确度（精度）：表示精密度和准确度的综合程度。精确度（精度）：表示精密度和准确度的综合程度。反映了随机误差和系统误差合成的大小和程度。反映了随机误差和系统误差合成的大小和程度。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输

18、配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 a）精密度）精密度 b）正确度）正确度 c）准确度）准确度 . . .变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分不确定度不确定度 ：意味着对测量结果可信性、有效意味着对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测量结果的质量的一个参数。量结果的质量的一个参数。 测量不确定度就是说明被测量之值分散性测量不确定度就是说明被测量之值分散性的参数，它不说明测量结果是否接近真值。的参数，它不说明测量

19、结果是否接近真值。测量不确定度用标准偏差表示，测量不确定度用标准偏差表示，这时称其这时称其为标准不确定度。为标准不确定度。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一章第一章 信号及其描述信号及其描述 了解信号的分类了解信号的分类 掌握对周期性信号及非周期信号的描述掌握对周期性信号及非周期信号的描述 了解随机信号了解随机信号 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一节第一节 信号的分类与描述信号的分

20、类与描述信号的分类信号的分类 1 确定性信号确定性信号和和非确定性信号非确定性信号 （随机信号）确定性信号确定性信号 能用明确的数学关系式或图象表能用明确的数学关系式或图象表 达的信号称为确定性信号。达的信号称为确定性信号。 非确定性信号非确定性信号(随机信号随机信号)是无法用明确的数学是无法用明确的数学 关系式表达的信号。关系式表达的信号。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分分类图变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接

21、线组成中一个重要组成部分 周期信号周期信号是按一定时间间隔周而复始出现，无始是按一定时间间隔周而复始出现，无始无终的信号。无终的信号。 x(t)=x(t+nT)式中，式中，n任意整数（任意整数（n=1.2） T周期周期 非周期信号非周期信号是确定性信号中不具有周期重复性的是确定性信号中不具有周期重复性的信号。信号。 T 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2 连续信号和离散信号连续信号和离散信号 连续信号连续信号是其数学表示式中的独立变量取值是连续的信号。离散信号离散信号是其数学表示式中的独立变

22、量取值是离散的信号。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分能量信号 当x(t)满足 时，则信号的能量有限，称为能量有限信号，简称能量信号。满足能量有限条件，实际上就满足了绝对可积条件。功率信号 若x(t)在区间(-,+)的能量无限，不满足上式条件，但在有限区间(-T/2,T/2)满足平均功率有限的条件 则称为功率信号。 dttx)(221)(1212ttdttxtt变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部

23、分二二 信号的时域和频域描述信号的时域和频域描述 时域描述时域描述以时间以时间t为独立变量的，直接观测为独立变量的，直接观测或记录到的信号。信号时域描述直观地出或记录到的信号。信号时域描述直观地出信号瞬时值随时间变化的情况信号瞬时值随时间变化的情况。 频域描述频域描述信号以频率信号以频率f为独立变量的，称为为独立变量的，称为信号的。频域描述则反映信号的频率组成信号的。频域描述则反映信号的频率组成及其幅值、相角之大小。及其幅值、相角之大小。 时域描述和频域描述为从不同的角度观察、时域描述和频域描述为从不同的角度观察、分析信号提供了方便。运用傅里叶级数、分析信号提供了方便。运用傅里叶级数、傅里叶变

24、换及其反变换，可以方便地实现傅里叶变换及其反变换，可以方便地实现信号的时、频域转换。信号的时、频域转换。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第二节第二节 周期信号及其离散频谱周期信号及其离散频谱 一一 傅里叶级数的傅里叶级数的三角函数展开式三角函数展开式 对于满足狄里赫勒条件：函数在对于满足狄里赫勒条件：函数在(-T/2，T/2)区间连续或只有有限个第一区间连续或只有有限个第一 类间断点，且只有有限个极值点的周期信号，均可展开成：类间断点，且只有有限个极值点的周期信号，均可展开成： 常值分量常值

25、分量 余弦分量幅值余弦分量幅值 正弦分量幅值正弦分量幅值 式中：式中：a0，an，bn为傅里叶系数；为傅里叶系数；T0 为信号的周期为信号的周期 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 常值分量 A0=a0 幅值幅值 相位相位 An的关系称为幅值频谱图（幅值谱）的关系称为幅值频谱图（幅值谱） n的关系称相位频谱图的关系称相位频谱图 （相位谱）（相位谱） 频谱频谱 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分

26、二二 傅里叶级数的傅里叶级数的复指数展开式复指数展开式 幅值 相位 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1 求周期方波的 (幅值谱)(相位谱)频谱 ？解：(1)方波的时域描述为： 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分傅里叶级数变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分相位谱幅值谱变电站电气主接线是指变电站

27、的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分分析 把周期函数把周期函数X（t）展开为傅立叶级数的复）展开为傅立叶级数的复 指数函数形式后，可分别以和作幅频谱图指数函数形式后，可分别以和作幅频谱图和相频谱图；也可以的实部或虚部与频率和相频谱图；也可以的实部或虚部与频率的关系作幅频图，分别称为实频谱图和虚的关系作幅频图，分别称为实频谱图和虚频谱图频谱图.变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 时域时域 相互转换数学工具相互转换数学工具

28、频域频域 周期信号周期信号 傅里叶级数傅里叶级数 离散频谱离散频谱 周期信号周期信号 傅里叶积分傅里叶积分 离散频谱离散频谱1 离散性离散性 周期信号的频谱是离散的。周期信号的频谱是离散的。2 谐波性谐波性 每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，每条谱线只出现在基波频率的整数倍上， 基波频率是诸分量频率的公约数。基波频率是诸分量频率的公约数。3 收敛性收敛性 各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅 值或相位角。工程中常见的周期信号，其值或相位角。工程中常见的周期信号，其 谐波幅值的总趋势是随谐拨次数的增高而谐波幅值的总趋势是随谐拨次数的增高而 减少的。减少的。变电站

29、电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分三、周期信号的强度表述三、周期信号的强度表述峰值峰值 是信号可能出现的最大瞬时值是信号可能出现的最大瞬时值均值均值有效值有效值平均功率平均功率maxtxxpdttxTTx000)(1 dttxTxTrms00201 dttxTpTav00201变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第三节、瞬变非周期信号与连续频谱第三节、瞬变非周期信号与连续频谱 非周期信号通常解释为周期

30、非周期信号通常解释为周期T因而不具因而不具周期性不满足傅氏级数的展开条件，所以周期性不满足傅氏级数的展开条件，所以分解需应用傅氏积分分解需应用傅氏积分 非周期信号非周期信号x(t)，在任一有限区间满足狄氏，在任一有限区间满足狄氏条件，在无限区间绝对可积，则可进行到条件，在无限区间绝对可积，则可进行到频域中的转换，描述频谱，称为时频域中的转换，描述频谱，称为时x(t)的傅的傅氏变换。氏变换。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分一、傅里叶变换一、傅里叶变换逆变换正变换dewxtxdtetxwXtjt

31、j)(21)()()(X(）称为称为x(t)的傅里叶变换的傅里叶变换(FT) x(t)称为称为X(） 的傅里叶逆变换的傅里叶逆变换(IFT) 当以=2f dtefxtxdtetxfXftjftj22)()()(符号简记 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 式中 是频域函数的模，为信号x(t)的幅值谱 （f）为相位谱)(Re)(Imarctan)()(Im)(Re)()()(Im)(Re)(22)(fxfxffXfxxeXfxfxfxfj)(fx变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与

32、电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分二、二、 傅氏变换的基本性质傅氏变换的基本性质 1奇偶虚实性 2线性叠加性 3对称性 4. 尺度改变 5. 时移 表1.3 傅里叶变换的主要性质 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分例 求指数衰减信号x(t)的频谱。000)(ttAetxt（0） 2222)()(AjAjAeeAdtetxwxtjttj)arctan(arctan)()()(2222222222222AaAAAx相位谱幅值谱 解： 变电站电气主

33、接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分当=0 X()=A/ ()=0 + X() +0 () - /2 - X() -0 () +/2变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分三、几种典型信号的频谱三、几种典型信号的频谱 1、矩形窗函数的频谱、矩形窗函数的频谱 01t22TtTt fTjfTjftjeefjdtetfW212变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的

34、主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2 函数及其频谱函数及其频谱 tS1、定义在在时间内激发一个矩形脉冲时间内激发一个矩形脉冲 ，其面积为，其面积为1。当。当趋于趋于0时，时， 的极限就称为的极限就称为函数，记做函数，记做(t)。 函函数称为单位脉冲函数。数称为单位脉冲函数。 (t)的特点有：的特点有： tS从面积的角度来看（也称为从面积的角度来看（也称为函数的强度）函数的强度） 0, 00,ttt2、 函数的采样性质函数的采样性质 dttSdtt0lim3、 函数与其他函数的卷积特性函数与其他函数的卷积特性变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电

35、任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3、正、余弦函数的频谱密度函数、正、余弦函数的频谱密度函数tfjtfjtfjtfjeetfeejtf0000220220212cos212sin正、余弦函数可以写成正、余弦函数可以写成正余弦函数的傅立叶变换如下正余弦函数的傅立叶变换如下：000000212cos212sinfffftfffffjtf变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4、周期单位脉冲序列的频谱、周期单位脉冲序列的频谱sndefsnTtTtcomb,等间隔的周期单位脉冲序列常

36、称为梳状函数等间隔的周期单位脉冲序列常称为梳状函数其傅立叶级数的复指数形式其傅立叶级数的复指数形式dteTtcombTccTfecTtcombtssstskfjTTsskkssnfjkkdefs2222,1,/1,为系数式中变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第四节第四节 随机信号随机信号一、概述一、概述随机信号随机信号(非确定性信号非确定性信号 )随机信号是不能用确定的数学关系式来描述的不能预测其未随机信号是不能用确定的数学关系式来描述的不能预测其未来任何瞬时值，任何一次观测值只代表在其变动范

37、围中可能来任何瞬时值，任何一次观测值只代表在其变动范围中可能产生的结果之一，但其值的变动服从统计规律。产生的结果之一，但其值的变动服从统计规律。其特点其特点 1）时间函数不能用精确的数学关系式来描述；）时间函数不能用精确的数学关系式来描述； 2）不能预测它未来任何时刻的准确值；）不能预测它未来任何时刻的准确值； 3）对这种信号的每次观测结果都不同，但大量地）对这种信号的每次观测结果都不同，但大量地 重复试验可以看到它具有统计规律性。重复试验可以看到它具有统计规律性。 描述方法只能用数理统计概率方法。描述方法只能用数理统计概率方法。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连

38、接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 各态历经随机过程各态历经随机过程平稳过程平稳过程随机过程随机过程非平稳过程非平稳过程表示随机信号的单个时间历程 称为样本函效，某随机现象可能产生的全部样本函数的集合 (也称总体)称为随机过程。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分二、随机信号的主要特征参数二、随机信号的主要特征参数 dttxTTTx01lim1 均值、方差和均方值均值、方差和均方值(1) 均值为均值表示信号的常值分量。(2) 方差描述随机信号的波动分量，它

39、是偏离均值的平方的均值，即 dttxTxTx202lim(3) 均方差描述随机信号的强度，它是平方的均值， 即均方值的正平方根称为均方根值均值、方差、和均方值的相互关系是 dttxTTTx0221limrmsx222xxx变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2概率密度的函数概率密度的函数 随机信号的概率密度函数表示信号幅值落在指定区域内的概率 xxxtxxPxprx0lim 概率密度函数概率密度函数提供了随机信号幅值分布的信息，是随机提供了随机信号幅值分布的信息，是随机信号的主要特征参数之一。信

40、号的主要特征参数之一。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第二章第二章 测试装置的基本特性测试装置的基本特性 第一节第一节 概述概述通常的工程测试问题总是处理输入量通常的工程测试问题总是处理输入量x(t)、装置（系统）的、装置（系统）的传输特性传输特性h(t)和输出量和输出量y(t)三者之间的关系。三者之间的关系。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分理想的测试装置应该理想的测试装置应该 输出和输入

41、成线性关系。即具有单值的、确输出和输入成线性关系。即具有单值的、确定的输入定的输入-输出关系。输出关系。系统为时不变线性系统。系统为时不变线性系统。实际的测试装置实际的测试装置 只能在工作范围内和在一定误差允许范围只能在工作范围内和在一定误差允许范围 内满足线性要求。内满足线性要求。 很多物理系统是时变的。在工程上，常可很多物理系统是时变的。在工程上，常可 以以足够的精确度认为系统中的参数是时以以足够的精确度认为系统中的参数是时 不变的常数。不变的常数。 测试系统为线性系统测试系统为线性系统变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电

42、力系统接线组成中一个重要组成部分线性系统及其主要性质线性系统及其主要性质 当系统的输入x(t)和输出y(t)之间的关系可用常系数线性 微分方程 来描述，也称定常线性系统。 式中t为时间自变量。 系统的系数 均为常数。)()(0)(1)(1)(0)(1)(1)(1111txbbbbtyaaaadttdxdttxdmdttxdmdttdydttydndttydnmmmmnnnn 011011,bbbbaaaammnn和变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 如以x(t) y(t)表示上述系统的输入、输

43、出的对 应关系，则时不变线性系统具有以下一些主要 性质。 1）叠加原理叠加原理 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。即若 则 )()(11tytx)()(22tytx)()()()(2121tytytxtx符合叠加原理，意味着作用于线性系统的各个输入所产生的输出是互不影响的。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 2) 比例特性比例特性 对于任意常数A，必有 x(t) y(t) Ax(t) Ay(t)若线性系统的输入扩大 A倍，则其响应也将扩大 A倍 3) 3) 微分特性微分特

44、性 系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数，即 dttdydttdx)()(x(t) y(t)变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4）积分特性积分特性 如系统的初始状态均为零，则系统对输入积分的响应等同于对原输入响应的积分，即 x(t) y(t)0000)()(ttdttydttx5 5）频率保持性频率保持性 若输入为某一频率的简谐（正弦或余弦）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y(t)唯一可能解只能是tjeXtx0)()(00)(tjeYty变电站电气主接线是指变

45、电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第二节第二节 测试装置的静态特性测试装置的静态特性测试装置的静态特性就是在静态测试情况下描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度。用定量指标来研究实际测试系统的静态特性。用定量指标来研究实际测试系统的静态特性。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分一、线性度一、线性度(非线性度非线性度 )是指在静态测量中输出与输入之间是否保持常值比例关系的一种量度。用实验方法测出的输入输出关系曲

46、线称为“定度曲线”，定度曲线偏离拟合直线的程度称为线性度线性度=%100AB拟合直线的确定，常用的主要有两种：即端基直线和独立直线。 端基直线是指通过测量范围的上下限点的直线。显然用基端直线来代替实际的输入、输出曲线，其求解过程比较简单，但是其非线性度较差。 独立直线是指使输入与输出曲线上各点的线性误差Bi的平方和最小，即 （ 最小二乘法） 输入输出曲线与理想直线的偏离程度输入输出曲线与理想直线的偏离程度B: 输出值与理想直线的最大偏差值输出值与理想直线的最大偏差值A: 理论满量程输出值理论满量程输出值变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站

47、的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分二、灵敏度二、灵敏度当装置的输入x有一个变化量x，它引起输出y发生相应的变化量y，是测试系统对输入信号变化的一种反应能力。则定义灵敏度灵敏度输出变化量与输入变化量之比称为输出变化量与输入变化量之比称为灵敏度灵敏度xyS常数00abxyxyS测试系统是定常线性系统 当灵敏度为定值就是线性系统当灵敏度为定值就是线性系统 灵敏度的量纲取决于输入输出的量纲。当输入与输出的量纲相同时，则灵敏度是一个无量纲的数，常称之为“放大倍数”。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要

48、组成部分 测试系统由串联环节串联环节组成时如下图所示 S1 S2 S3系统的总灵敏度 123ySSSSx测试系统由并联和反馈回路构成 课程不做介绍niiSS1变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分三、回程误差三、回程误差在同样的测试条件下，当输入量由小增大和由大减小时，对于同一输入量所得到的两个输出量却往往存在着差值。把在全测量范围内，最大的差值称为回程误差回程误差或滞后误差。同一输入量的两输出量之差的最大值 与标称的输出范围A之比 回程误差回程误差 产生这种现象的原因：仪器内部摩擦间隙,死区,磁

49、性材料的磁滞、弹性材料迟滞现象、以及机械结构中的摩擦等在正行程和反行程的输入输出曲线不重在正行程和反行程的输入输出曲线不重合的程度合的程度.变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分四四 分辩力分辩力 分辨力分辨力是指测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量，通常是以最小单位输出量所对应的输入量来表示。分辨力与灵敏度有密切的关系，即为灵敏度的倒数。 一个测试系统的分辨力越高，表示它所能检测出的输入量最小变化量值越小。对于数字测试系统，其输出显示系统的最后一位所代表的输入量即为该系统的分辨力；对于模拟测

50、试系统，是用其输出指示标尺最小分度值的一半所代表的输入量来表示其分辨力。分辨力也称为灵敏阈或灵敏限。 例 数字电压表最大读数999V最小1V，则分辩力为1V或1/999变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分五五 零漂零漂 漂移是指测试系统在输入不变的条件下，输出随时间而变化的趋势。在规定的条件下，当输入不变时在规定时间内输出的变化，称为点漂。在测试系统测试范围最低值处的点漂，称为零点漂移，简称零漂。 产生漂移的原因产生漂移的原因 有两个方面：一是仪器自身结构参数的变化，另一个是周围环境的变化（如温