a-工程测试与信号处理技术01-绪论.ppt

《a-工程测试与信号处理技术01-绪论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《a-工程测试与信号处理技术01-绪论.ppt（51页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 测试：是测试：是测量测量与与试验试验的概括，是人们借助于一定的的概括，是人们借助于一定的装置装置，获取被测对象有相关，获取被测对象有相关“信息信息”的过程。的过程。( Measurement and test Technology ) 第一章 绪 论1-1 测试技术2022-8-10第一章第一章 绪论绪论21、何为、何为测试技术？测试技术？测试是科学的基础，从某种意义上讲，没有测试就没有科学。测试是科学的基础，从某种意义上讲，没有测试就没有科学。 测试：是指采用专门的测试：是指采用专门的技术手段技术手段和和仪器设备仪器设备，设计合理的，设计合理的实验方法实验方法并进行必要的并进行必要的数据数

2、据处理处理，从而找到被测量的，从而找到被测量的量值和性质量值和性质的过程。的过程。例例1-1：运动物体受到的空气阻力与其速度成正比，测量某物体自由坠落过程中的阻尼系数。：运动物体受到的空气阻力与其速度成正比，测量某物体自由坠落过程中的阻尼系数。 试验设计：试验设计：自由坠落、多点计时。得到测试数据：自由坠落、多点计时。得到测试数据： 建立系统模型：建立系统模型： 22ddmx tcx tmgdtdt 0000tdxx tdt 21ctmmmx tgegtcc初始条件：初始条件：有阻尼情况下，物体坠落位移方程：有阻尼情况下，物体坠落位移方程：尚有参数尚有参数 c 待定。待定。 数据拟合：数据拟合

3、： 921nsnnex txt寻找一个寻找一个c 使得使得最小，最小，111222333123456789xxxxxxxxxttttttttt此此 c 便是待求便是待求阻尼系数阻尼系数。2022-8-10第一章第一章 绪论绪论32、测试技术的任务及测试系统的组成、测试技术的任务及测试系统的组成 测量测量：使用一定的：使用一定的装置装置，通过，通过实验实验来获取来获取“数据数据”的过程；的过程；实验实验：是指以是指以“检验某种假设或验证某个结论检验某种假设或验证某个结论”而进行操作过程。而进行操作过程。试验试验：以获取以获取“信息信息”为目的的为目的的“测量测量”和和“数据分析与处理数据分析与处

4、理”的过程。的过程。 测试测试 ： 测量测量 + 试验。试验。 数据处理数据处理：利用相应的技术和设备，进行各种数据加工的过程。：利用相应的技术和设备，进行各种数据加工的过程。包括：数据的采集、存储、检索、比较、变换、传输等等。包括：数据的采集、存储、检索、比较、变换、传输等等。例如：比较两只步枪的射击精度测试。例如：比较两只步枪的射击精度测试。测试数据：测试数据：11111212111 813 773 471 6851 6562 196NNxy.xy.xy.21212222226 1467 9885 2476 7927 3474 577NNxy.xy.xy.数据处理：数据处理：中心坐标中心坐

5、标：( - -1.5387 , 1.255 )系统偏差：系统偏差： 1.9856随机误差：随机误差： 3.7276A：中心坐标：中心坐标： ( 6.104 , 6.9098 )系统偏差：系统偏差： 9.2197随机误差：随机误差： 1.2657B：22MeanXY221NnnnSTDxXyYN1111NNnnnnXxYyNN中心坐标：中心坐标：系统偏差：系统偏差：随机误差：随机误差：p 相关术语和概念：相关术语和概念：通过测试，得到了信息通过测试，得到了信息2022-8-10第一章第一章 绪论绪论4 信息量：信息量：作用于的作用于的受体受体的的不确定性不确定性 (uncertainty )消除

6、消除的程度；的程度； 不确定性：事件结果的不确定性：事件结果的不可预测程度不可预测程度。事件事件1：明天早上会下雨吗？：明天早上会下雨吗？事件事件2：明天早上会地震吗？：明天早上会地震吗？事件事件3：明天还会是白天吗？：明天还会是白天吗？ 信息的定量描述：信息的定量描述：某事件发生后有某事件发生后有 N 个可能的结果，每个结果出现的概率分为：个可能的结果，每个结果出现的概率分为：12Nppp11Nnnp211NnnnHp logp并且并且则该事件的信息熵为：则该事件的信息熵为：例如例如： 国家队国家队 vs 五邑大学队五邑大学队 ； 输赢概率：输赢概率：0.99 : 0.01 H1=0.080

7、8国家队国家队 vs 伊朗国家队；伊朗国家队； 输赢概率：输赢概率：0.55 : 0.45 H2=0.9928国家队国家队 vs 韩国国家队；韩国国家队； 输赢概率：输赢概率：0.25 : 0.75 H3=0.8133国家队国家队 vs 巴西国家队；巴西国家队； 输赢概率：输赢概率：0.05: 0.95 H4=0.2864 信号：信号：信息的载体，其物理形态可以转换、传输和记录，而承载的信息不变。信息的载体，其物理形态可以转换、传输和记录，而承载的信息不变。本课程所涉及的本课程所涉及的信号信号，特指：，特指：随时间而变化的物理量随时间而变化的物理量，且以，且以机械量机械量和和热工量热工量为主。

8、为主。 机械量：机械量：例如，例如，应力、应变、位移、速度、转速、角度应力、应变、位移、速度、转速、角度等等；等等； 热工量：热工量：例如，例如，压力压力(压强压强)、流量、温度、流量、温度等等；等等；2022-8-10第一章第一章 绪论绪论5p 测试技术的任务：测试技术的任务：1、依据、依据研究对象研究对象的的既有模型或假设既有模型或假设，结合具体的，结合具体的研究目的研究目的设计实验；设计实验；2、利用、利用适当的仪器设备适当的仪器设备、通过、通过合理的操作过程合理的操作过程获得获得必要的测试数据必要的测试数据；3、通过、通过数据处理数据处理获取获取描述、评价和比较描述、评价和比较研究对象

9、研究对象状态和属性状态和属性的的“信息信息”。 非电量电测法：非电量电测法：将将非电物理量非电物理量变换成变换成电压电压、电流电流、电容、电阻电容、电阻等等电量进行传等等电量进行传输、记录和显示，从而达到测量目的的方法；输、记录和显示，从而达到测量目的的方法； 传感器：传感器：在在非电量电测过程非电量电测过程中，实现中，实现非电量非电量到到电量电量的的转换的器件转换的器件或或设备设备； 传感器标定：传感器标定：通过实验建立被测通过实验建立被测非电物理量非电物理量与传感器与传感器输出电量输出电量的之间精确的的之间精确的函函数关系数关系的方法和过程；的方法和过程；p 测试系统的组成及测试的工作过程

10、：测试系统的组成及测试的工作过程：2022-8-10第一章第一章 绪论绪论63、测试技术的发展方向、测试技术的发展方向u 新材料应用新材料应用：新型：新型压电压电、磁敏磁敏、光敏光敏、气敏气敏等敏感材料应用等敏感材料应用新型传感器；新型传感器；u 计算机技术应用计算机技术应用，主要体现在以下两个方面：，主要体现在以下两个方面： 嵌入式计算机嵌入式计算机的应用的应用智能传感器和传感设备；智能传感器和传感设备； 计算机技术计算机技术和和通讯技术通讯技术的应用的应用网络化网络化测试技术、测试技术、虚拟仪器虚拟仪器技术；技术；u 数据处理技术发展数据处理技术发展：新型：新型变换域变换域方法、方法、人工

11、智能人工智能在数据挖掘、知识获取方面的在数据挖掘、知识获取方面的应用等等，使得数据分析的结果更加丰富、更加深入。应用等等，使得数据分析的结果更加丰富、更加深入。4、本课程测内容和任务、本课程测内容和任务u 机械工程中常见机械工程中常见动态物理量动态物理量的的传感传感、信号调理信号调理、数据采集数据采集的的方法及设备应用方法及设备应用；u 常用数据处理方法的常用数据处理方法的算法原理及应用算法原理及应用；2022-8-10第一章第一章 绪论绪论7u 实例一：变频空调管路测试，目的：获取管路振型和固频，减振设计、疲劳寿命提高。变频空调管路测试，目的：获取管路振型和固频，减振设计、疲劳寿命提高。u

12、实例二：材料冲击测试，目的：获取玻璃、混凝土等材料在冲击载荷作用下的本构特性，材料冲击测试，目的：获取玻璃、混凝土等材料在冲击载荷作用下的本构特性，为结构抗爆设计提供依据。为结构抗爆设计提供依据。u 实例三：电机异响测试，目的：在生产线电机异响测试，目的：在生产线上代替人工听音，自动判断产品是否合格。上代替人工听音，自动判断产品是否合格。5、实例、实例1-2 量的基本概念量的基本概念2022-8-10第一章第一章 绪论绪论8 1-2-1 量和量纲，国际单位制量和量纲，国际单位制u 量：量：现象、物体或物质可现象、物体或物质可定性区别定性区别和和定量确定定量确定的一种属性。的一种属性。 基本量：

13、基本量：确定单位制时选定的相互独立的量。确定单位制时选定的相互独立的量。1960年年10月，第月，第11届国际计量大会确定了国际通用的届国际计量大会确定了国际通用的“国际单位制国际单位制”，简称，简称“SI 制制”。其中包括七个基本量：。其中包括七个基本量： 长度单位：长度单位：m / 米；米； 时间单位：时间单位：s / 秒秒； 重量单位：重量单位：kg / 千克；千克； 电流单位：电流单位：A / 安培；安培； 温度单位：温度单位：C / 摄氏度；摄氏度； 物质的量：物质的量：mol / 摩尔摩尔 （以（以1克克C12所包含的所包含的C原子个数为一个单位）原子个数为一个单位） 光强度单位：

14、光强度单位：cd / 坎德拉；坎德拉； 辅助量：辅助量： 平面角度单位：平面角度单位： rad / 弧度弧度； 球面角单位：球面角单位： sr / 球面度球面度； 2022-8-10第一章第一章 绪论绪论9 导出量：导出量：以基本量为基础，为表示物质属性或物质运动状态而导出的量。以基本量为基础，为表示物质属性或物质运动状态而导出的量。例如：例如：速度速度，物体在单位时间运动的距离，物体在单位时间运动的距离，m / s，或，或， km / h 等；等；压强压强，单位面积上的压力，单位面积上的压力，Pa = N/m2，帕斯卡。，帕斯卡。国际制中的国际制中的倍数倍数单位和单位和分数分数单位：单位：

15、倍数单位：倍数单位：k (103) / M (106) / G (109) / T (1012)； 分数单位：分数单位：d (10-1) / c (10-2) / m (10-3) / m (10-6) / n (10-9) / p (10-12) ； 例如：例如：压力（压强）压力（压强）1000Pa 1 kPa，1000 kPa = 1 MPa 长度长度 1 m 10 dm = 100 cm = 1000 mm , 1 mm = 1000mm 电容电容 1 F 106 ， 1 mF = 1000 nF 1000, 000 pF， Fm2022-8-10第一章第一章 绪论绪论10 计量基准：计

16、量基准：用来用来保存和复现保存和复现计量单位的计量器具。三级基准：国家基准、副基计量单位的计量器具。三级基准：国家基准、副基准和工作基准，分别由国家、省、市准和工作基准，分别由国家、省、市质量监督局质量监督局保存。保存。 计量标准：计量标准：按照国家计量检定系统规定的按照国家计量检定系统规定的准确度等级准确度等级制作的制作的计量器具计量器具，用于检，用于检定更低一级的定更低一级的计量标准计量标准或或计量器具计量器具。如，检定测长器具（如游标卡尺）的量块如，检定测长器具（如游标卡尺）的量块。 量值传递：量值传递：通过自上而下逐级通过自上而下逐级检定或校准检定或校准，将，将国家基准国家基准所复现的

17、单位量值所复现的单位量值逐级逐级传递传递到测量用的到测量用的器具器具上，以保证测量量值的准确和一致。上，以保证测量量值的准确和一致。第二十八条第二十八条县级以上人民政府计量行政部门依法设置的计量检定机构，为国家法定计量检定机构。县级以上人民政府计量行政部门依法设置的计量检定机构，为国家法定计量检定机构。其职责是：负责研究建立计量基准、社会公用计量标准，进行量值传递，执行强制检定和法律规定其职责是：负责研究建立计量基准、社会公用计量标准，进行量值传递，执行强制检定和法律规定的其他检定、测试任务，起草技术规范，为实施计量监督提供技术保证，并承办有关计量监督工作。的其他检定、测试任务，起草技术规范，

18、为实施计量监督提供技术保证，并承办有关计量监督工作。 常用仪表精度级别：常用仪表精度级别：0.05级、级、0.1级、级、0.2级、级、0.5级、级、1.0级、级、1.5级、级、2.5级；级；例外：例外：称重仪表称重仪表用分度数表示精度，例如：用分度数表示精度，例如：3000，表示其准确度为，表示其准确度为满量程的满量程的13000。 计量：计量：为实现测量准确和单位统一而进行的测量过程；为实现测量准确和单位统一而进行的测量过程；1-2-2 基准、标准和量值的传递基准、标准和量值的传递2022-8-10第一章第一章 绪论绪论111-2-3 测量方法测量方法 直接测量和间接测量：直接测量和间接测量

19、：用测量器具直接测得被测值称为用测量器具直接测得被测值称为直接直接测量测量；先测得相关；先测得相关值，然后经计算得到被测值的测量方法称为值，然后经计算得到被测值的测量方法称为间接测量间接测量。 直接比较和间接比较测量：直接比较和间接比较测量：将将被测值被测值与与已知值已知值进行比较的测量方法称为进行比较的测量方法称为直接比直接比较较测量测量，如，尺子、天平如，尺子、天平；利用仪器将原始被测量转换成与之保持固定关系的另一种；利用仪器将原始被测量转换成与之保持固定关系的另一种量，然后再进行比较测量的方法称为量，然后再进行比较测量的方法称为间接比较测量间接比较测量，如，水银温度计，如，水银温度计。

20、接触测量和非接触测量接触测量和非接触测量 等精度测量和不等精度测量等精度测量和不等精度测量 相关术语相关术语 示值：示值：测量器具指示的被测量之量值。测量器具指示的被测量之量值。 示值误差：示值误差：示值与真值之差。示值与真值之差。 标称范围：标称范围：测量器具所能指示的范围。测量器具所能指示的范围。 测量范围：测量范围：误差允许的误差允许的标称范围标称范围。 量程：量程：标称范围上下限之差。标称范围上下限之差。最小刻度最小刻度1mm的的尺子尺子是是不等精度不等精度测量器具，量值越大误差越小。测量器具，量值越大误差越小。振弦式振弦式力传感器力传感器是是等精度等精度测量器具，量程范围内其误差总是

21、测量器具，量程范围内其误差总是1%。工程上，通常工程上，通常标称范围标称范围等于等于测量范围测量范围，于是，经常将以上三个概念统称为，于是，经常将以上三个概念统称为“量程范围量程范围”。例如，位移传感器量程范围例如，位移传感器量程范围50mm，满量程精度，满量程精度 0.1%(FSC)。1-3 测量误差与测量结果的可信程度测量误差与测量结果的可信程度2022-8-10第一章第一章 绪论绪论12u 系统误差（偏差）：系统误差（偏差）：对同一对象进行多次测量，如果测量误差按一定规律变对同一对象进行多次测量，如果测量误差按一定规律变化或保持为一个常数，这种误差称为化或保持为一个常数，这种误差称为“系

22、统误差系统误差”或称或称“偏差偏差”。 1-3-1、误差及其统计特性、误差及其统计特性例如，某个品牌的钢卷尺有制造误差，环境温度例如，某个品牌的钢卷尺有制造误差，环境温度25C时刻度偏大时刻度偏大 0.1；该尺子的温度系；该尺子的温度系数为数为 0.01C。在环境温度。在环境温度35C时测量真值为时测量真值为 x0 的物体时，其测量的示值为：的物体时，其测量的示值为：测量误差（绝对误差）定义：测量误差（绝对误差）定义：Dx = x x0 ; x：测量结果，：测量结果，x0：被测对象的真值。：被测对象的真值。2000.10.0111101.001100100 xxx系统误差系统误差可以通过可以通

23、过标定标定和和补偿补偿等技术手段予以减小或消除。等技术手段予以减小或消除。u 粗大误差：粗大误差：显超出合理预期的测量结果。在连续测量过程中，也称为显超出合理预期的测量结果。在连续测量过程中，也称为“飞飞点点”，通常是由于某种意外因素而造成的不合理测量结果。在数据处理是应，通常是由于某种意外因素而造成的不合理测量结果。在数据处理是应予以剔除。予以剔除。2022-8-10第一章第一章 绪论绪论13例如，两台人体秤称同一人体重，每台称反复称例如，两台人体秤称同一人体重，每台称反复称100次，所得数据如下：次，所得数据如下： 74.9322 75.0259 75.0096 74.9608 74.98

24、70 75.0103 75.1074 75.0831 74.9595 75.0910 75.0072 74.9949 75.0040 74.9982 74.9956 75.0046 75.0029 74.9803 74.9966 74.9892 74.9986 / 0.039474.9991 / 0.0178u 随机误差：随机误差：对同一对象进行多次测量，如果测量误差的大小和符号以不可知的对同一对象进行多次测量，如果测量误差的大小和符号以不可知的方式变化，这种误差称为方式变化，这种误差称为“随机误差随机误差”。12111NNnnxxxxxNN222212111NNnnxxxxxxxxNN均值：

25、均值：标准方差：标准方差：通常用通常用均值均值作为作为测量结果测量结果；标准差（均方差）作为；标准差（均方差）作为衡量随机误差大小衡量随机误差大小的测度。的测度。直方图直方图均值均值 3 3 均值均值33 2022-8-10第一章第一章 绪论绪论14 1-3-2、误差产生原因、误差产生原因u 器具误差：器具误差：测量设备本身存在缺陷而产生的误差。测量设备本身存在缺陷而产生的误差。u 方法误差：方法误差：测量测量操作过程而产生的误差。测量测量操作过程而产生的误差。例如，例如，PT100型热敏电阻，特性如图所示，用线性关系近似型热敏电阻，特性如图所示，用线性关系近似表达阻值与温度的关系时，会存在一

26、定误差。表达阻值与温度的关系时，会存在一定误差。121;NnnnNnnRRTTbaTb RRR TbRau 调整误差：调整误差：测量前未能将器具和被测对象调整到正确的位置或状体而导致的测量前未能将器具和被测对象调整到正确的位置或状体而导致的误差。例如，人体称未精确误差。例如，人体称未精确调零调零而导致的测量误差。而导致的测量误差。u 观测误差：测量时观测者主观判断不当而导致的误差。观测误差：测量时观测者主观判断不当而导致的误差。u 环境误差：环境误差：测量过程环境条件变化而导致的误差。测量过程环境条件变化而导致的误差。例如，测量一个零件的尺寸，例如，测量一个零件的尺寸，因环境温度改变和热涨冷缩

27、而造成的尺寸测量结果不同。因环境温度改变和热涨冷缩而造成的尺寸测量结果不同。机械量电测的噪声：包括不可预知的机械量电测的噪声：包括不可预知的电磁噪声电磁噪声、振动噪声振动噪声、传感器和电路的热噪声传感器和电路的热噪声等等。等等。2022-8-10第一章第一章 绪论绪论15 1-3-3、误差的表示方法、误差的表示方法式中：式中： x 测量结果，测量结果，x0 被测对象的真值被测对象的真值u 相对误差：相对误差：Dxx100%xx0 x100%u 引用误差：引用误差：gmDxxm100%式中：式中： xm 称为称为“引用值引用值”。通常取器具的测量范围上限作为引用值，此时称为。通常取器具的测量范围

28、上限作为引用值，此时称为“满满量程（量程（FSCFull Scale）误差）误差”，指的是测量值达到满量程时的最大误差，常用于，指的是测量值达到满量程时的最大误差，常用于表示测量器具的表示测量器具的“精度精度”。u 分贝误差：分贝误差：edb 20lgxx0式中：式中： x 为测量结果，为测量结果，x0 为被测对象的真值。为被测对象的真值。u 绝对误差：绝对误差：0 xxxD 2022-8-10第一章第一章 绪论绪论16 1-3-4 测量结果的可信程度测量结果的可信程度u 测量的精密度：测量的精密度：描述了测量结果中描述了测量结果中随随机误差机误差大小的程度，反映了多次测量大小的程度，反映了多

29、次测量结果的重复性。结果的重复性。u 测量的正确度：测量的正确度：描述了测量结果中描述了测量结果中系统误差（偏差）系统误差（偏差）大小的程度，是规定条件大小的程度，是规定条件下测量结果中所有系统误差的综合反映。下测量结果中所有系统误差的综合反映。u 测量的准确度：测量的准确度：测量精密度描述了测量结果与被测真值的一致程度，是测量结测量精密度描述了测量结果与被测真值的一致程度，是测量结果中果中随机误差随机误差和和系统误差系统误差的综合反映，也称为测量的综合反映，也称为测量“精确度精确度”或或“精度精度”。u 测量的不确定度：测量的不确定度：测量不确定度是对被测真值所处范围的估计和评定，反映了测量

30、不确定度是对被测真值所处范围的估计和评定，反映了测量结果的可信程度。任何一次测量，只有不确定度可估计时才有意义。测量结果的可信程度。任何一次测量，只有不确定度可估计时才有意义。用多次测量数据的均方差来衡量，用多次测量数据的均方差来衡量，精密未必准确精密未必准确。用多次测量数据的均值与真值之差来衡量，用多次测量数据的均值与真值之差来衡量，正确未必精密正确未必精密。用多次测量的最大偏差来衡量，既有随机误差的成分、也有系统误差的成分。用多次测量的最大偏差来衡量，既有随机误差的成分、也有系统误差的成分。即，误差可能范围的测度。例如，用尺子测量长度时，测量结果的准确度不会大于尺子的即，误差可能范围的测度

31、。例如，用尺子测量长度时，测量结果的准确度不会大于尺子的最小刻度。因此，最小刻度可作为该尺子或此次测量的最小刻度。因此，最小刻度可作为该尺子或此次测量的“不确定度不确定度”指标。指标。2022-8-10第一章第一章 绪论绪论17 1-3-5、测量误差的传递的概念、测量误差的传递的概念12, , . , Myf xxx假设，间接测量量假设，间接测量量 y 是多个直接测量量的多元函数，即是多个直接测量量的多元函数，即12, , ., Myf xxxu 直接与间接测量直接与间接测量均值均值之间满足之间满足同样同样的的函数关系函数关系：且，偏微分：且，偏微分：12,Mfffxxx存在，则：存在，则：u

32、 测量测量绝对误差绝对误差传递关系：传递关系：1212, . , MMfffyxxxxxxD DDD2222221212yMMfffxxxu 测量测量标准差标准差的传递关系：的传递关系：若各个直接测量量的标准差为若各个直接测量量的标准差为12M则，则，间接测量量间接测量量 y 的标准差为的标准差为：12121, . , MMyfffxxxyfxxxDDDDu 测量测量相对误差相对误差传递关系：传递关系：2022-8-10第一章第一章 绪论绪论18例例1-2，温度电测系统如图所示，温度与电阻之，温度电测系统如图所示，温度与电阻之间的函数关系为：间的函数关系为：210.07919.961196tr

33、rrxfxxx 计算机数据采集系统直接测量并换算得到电阻计算机数据采集系统直接测量并换算得到电阻值，其间的误差和非线性关系忽略不计。值，其间的误差和非线性关系忽略不计。计算温度的计算温度的均值均值、标准差标准差和最大和最大绝对和相对误差绝对和相对误差。 110.5377、111.8339、107.7412、110.8622 110.3188、108.6923、109.5664、110.3426 113.5784、112.7694、108.6501、113.0349 110.7254、109.9369、110.7147、109.7950 109.8759、111.4897、111.4090、11

34、1.4172解：解：电阻测量值的均值方差和离差分别为：电阻测量值的均值方差和离差分别为：11110.269MrrmmxxMmax3.1972rrrxxxD2111.2308MrrmrmxxM143.89trxfx2.538rtrxdxdx223.6622rttrrxdxdx8.1146rttrrxdxxxdxDD0.1844rttrtrxxdxxxdxfDD连续连续20次采样，得到的电阻读数为：次采样，得到的电阻读数为：2022-8-10第一章第一章 绪论绪论19 1-3-6、消除系统偏差的方法、消除系统偏差的方法标定标定 (Calibration)u 使用标准的计量仪器（高一级精度的仪器）对

35、所使用仪器的准确度进行检测和使用标准的计量仪器（高一级精度的仪器）对所使用仪器的准确度进行检测和评定，并对其偏差进行调整和消除。评定，并对其偏差进行调整和消除。u 通过试验建立测量系统输入量（被测量）与输出量之间的函数关系：通过试验建立测量系统输入量（被测量）与输出量之间的函数关系： 方法：方法：利用已知的利用已知的标准值标准值，或，或，精确测量后的已知量值精确测量后的已知量值，输入到待标定的输入到待标定的测量系统或测量系统或传感器传感器等仪表中，记录相应的等仪表中，记录相应的输出值输出值；反复多次试验，得到相应的；反复多次试验，得到相应的输入输入/输出数据输出数据；运；运用适当的用适当的统计

36、方法统计方法对所得到的数据进行处理，建立输入量与输出量之间的对所得到的数据进行处理，建立输入量与输出量之间的函数关系函数关系。 一般步骤：一般步骤：(1). 选定输入与输出之间的关系类型，即：选定输入与输出之间的关系类型，即：模型模型；通过研究系统的物理性质得到模型。实践中最常用的是通过研究系统的物理性质得到模型。实践中最常用的是线性模型线性模型：ykxb(2). 条件不变，反复测量，获得数据；条件不变，反复测量，获得数据；(3). 数据处理，确定模型参数；数据处理，确定模型参数；其中，其中，x是被测量，是被测量，y是输出量，是输出量，b是系统的是系统的0点。点。b=0 时，简化为比例模型：时

37、，简化为比例模型：ykx以概率统计为基础的数据处理方法。例如：线性模型参数确定以概率统计为基础的数据处理方法。例如：线性模型参数确定线性回归方法。线性回归方法。2022-8-10第一章第一章 绪论绪论20 测量实验测量实验：对精确的对精确的已知量已知量，进行测量并记录相应，进行测量并记录相应的的输出量输出量。用卡规多次测量标准内圆，结果如下：。用卡规多次测量标准内圆，结果如下：例例1-3：内径卡规的设计参数为：内径卡规的设计参数为：0.4ldDDL量程：量程：010mm2.50 6.24240, 6.24810, 6.258905.00 12.4845, 12.4860, 12.50497.5

38、0 18.7480, 18.7482, 18.7642 10.0 25.0020, 25.0029, 25.0159标准内径标准内径 测量结果测量结果0.39980.003dD利用利用线性回归线性回归方法计算得到标定结果：方法计算得到标定结果： 选择模型选择模型：确定被测与输出量之间的确定被测与输出量之间的关系类型关系类型，即，即，模型模型。卡规的。卡规的被测量被测量 d 与输出量与输出量 D 之间为线性关系：之间为线性关系： 确定参数确定参数：根据一定的统计准则，确定模型中的根据一定的统计准则，确定模型中的参数参数。此处的待定参数为此处的待定参数为 k 和和 b ；应用研究过程中，应用研究过

39、程中，理论分析理论分析的目的是找到合理的的目的是找到合理的“模型模型”，为理解试验结果指，为理解试验结果指明方向；而明方向；而测试和试验测试和试验的目的是为理论模型确定的目的是为理论模型确定精确的参数精确的参数。二者结合，得到最终。二者结合，得到最终的研究结果。的研究结果。dkDb2022-8-10第一章第一章 绪论绪论211-5 测试（测量）系统的静态特性测试（测量）系统的静态特性静态特性：静态特性：测试系统对于不随时间变化的输入量的响应特性。测试系统对于不随时间变化的输入量的响应特性。当被测量不随时间改变时，测试系统的测量输出与被测量之间的关系成为当被测量不随时间改变时，测试系统的测量输出

40、与被测量之间的关系成为“静态特性静态特性”。理想静态特性理想静态特性为为线性线性特性：特性：0ykxb取输出为：取输出为：0yyb则可简化为则可简化为比例比例关系：关系：ykx电流测量电流测量1iVR电压测量电压测量121RvVR滑动电阻式位移测量滑动电阻式位移测量LlVU1、灵敏度：、灵敏度：输出信号与被测量之比。输出信号与被测量之比。0limxydySxdxD DD理想线性系统：理想线性系统：0limxydyySxdxxD DD= 常数常数例如：例如：滑动电阻式位移传感器：滑动电阻式位移传感器：VUVSmmlL灵敏度反映了测试系统或测量装置对被测量的敏感程度。灵敏度反映了测试系统或测量装置

41、对被测量的敏感程度。被测量与输出量性质相同时，也被称为被测量与输出量性质相同时，也被称为“放大倍数放大倍数”：LSl2022-8-10第一章第一章 绪论绪论222、线性度：、线性度：静态标定曲线与拟合直线的偏差程度静态标定曲线与拟合直线的偏差程度100%BABA即，标定时近似用直线模型拟合遗留的偏差。在计算机测试系即，标定时近似用直线模型拟合遗留的偏差。在计算机测试系统中，可以用标定曲线代替拟合直线从而减小非线性误差。统中，可以用标定曲线代替拟合直线从而减小非线性误差。3、回程误差（迟滞误差）：、回程误差（迟滞误差）：被测量上升过程和下被测量上升过程和下降过程输出量不重复造成的误差降过程输出量

42、不重复造成的误差max100%hAhmax4、重复性：、重复性：工作条件下不变，按同一方向做全程多次测量，工作条件下不变，按同一方向做全程多次测量，对于同一个被测量多次测量结果的不一致误差对于同一个被测量多次测量结果的不一致误差max100%RARmax5、分辨率：、分辨率：测试系统能检测到的被测量最小变化的能力，测试系统能检测到的被测量最小变化的能力，即，能引起输出量变化的最小被测量即，能引起输出量变化的最小被测量100%xAD6、稳定度：、稳定度：给定给定的工作条件后，测试系统保持其性能给定给定的工作条件后，测试系统保持其性能不变的能力。不变的能力。7、漂移：、漂移：工作条件和被测量不变，

43、测试输出随时间或温度工作条件和被测量不变，测试输出随时间或温度变化的程度。变化的程度。比如，零点漂移：比如，零点漂移：ppm/天、天、 ppm/C。23 1-6、测试（测量）系统的动态特性、测试（测量）系统的动态特性2022-8-10第一章第一章 绪论绪论 动态范围动态范围：指信号的波动范围，或，仪器系统的许用测量范围。指信号的波动范围，或，仪器系统的许用测量范围。设，信号的设，信号的最大幅度最大幅度（或，仪器可测的最大信号幅度）（或，仪器可测的最大信号幅度）ymax，最小幅度最小幅度（或，仪器可测的（或，仪器可测的最小信号幅度）最小信号幅度）ymin，则，则动态范围动态范围定义为：定义为：m

44、axmin20lgyDRy分贝分贝(dB)1、表示方法表示方法：随时间变化的物理量，用时间函数表示。随时间变化的物理量，用时间函数表示。 信号的能量：信号的能量： 20limTTPxt dt 201TNxt dtT 信号的功率：信号的功率：能量有限信号能量有限信号能量信号能量信号功率有限信号功率有限信号功率信号功率信号 信噪比信噪比：有用有用信号与干扰信号的功率信号与干扰信号的功率 之比：之比：10lgsnNSNRN分贝分贝(dB) 1-6-1、工程信号的类型及其表示方法、工程信号的类型及其表示方法如图所示，如图所示， f(t) 是力锤敲击桌面时的作用力信号，是力锤敲击桌面时的作用力信号，a(

45、t) 是桌面是桌面振动的加速度信号。振动的加速度信号。2022-8-10第一章第一章 绪论绪论242、数字数字信号信号：定义在定义在不连续的时间点不连续的时间点上并且其上并且其取值为有限分辨率编码数字取值为有限分辨率编码数字。计算机控制计算机控制A/D转换（转换（Analog to Digital Convert）：）：u 时间离散：时间离散：只在一些离散的时间点上有定义的信号称为只在一些离散的时间点上有定义的信号称为“离散信号离散信号”；u 数值离散：数值离散：只有限精度编码的数值称为只有限精度编码的数值称为“离散数字离散数字”；u 时间序列：时间序列：数字信号在计算机中对应于一串相互之间具

46、有确切的时间间隔意义的数字信号在计算机中对应于一串相互之间具有确切的时间间隔意义的数字，这种数字序列称为数字，这种数字序列称为“时间序列时间序列”。数字序列记录了某个物理量的变化过程，工程上也称之为物理量或物理现象的数字序列记录了某个物理量的变化过程，工程上也称之为物理量或物理现象的“时间历程时间历程”。2022-8-10第一章第一章 绪论绪论252、确定性信号确定性信号：可用数学表达式准确表示的信号，是信号的理想形式或抽象。：可用数学表达式准确表示的信号，是信号的理想形式或抽象。 sincos2x tAtAt例如，正弦信号例如，正弦信号用于表示类似正弦的物理过程。用于表示类似正弦的物理过程。

47、随机信号的基本统计量可由随机信号的基本统计量可由随机序列随机序列进行进行估计估计：3、随机随机信号信号：不能用精确的数学表达式表示、不能不能用精确的数学表达式表示、不能预测任何时刻的信号值、任意两时刻预测任何时刻的信号值、任意两时刻 t1 和和 t2 的取值的取值 x(t1) 与与 x(t2) 之间没有确定关系的信号。之间没有确定关系的信号。11NnnxxN211NnnxxN假设，对随机信号采样得到随机序列为：假设，对随机信号采样得到随机序列为：12Nxxx12NXxxx或者写作：或者写作：u 均值均值u 均方差均方差u 平稳随机序列：平稳随机序列：均值和方差均不随均值和方差均不随时间而变化的

48、随机序列称为时间而变化的随机序列称为“平稳序平稳序列列”，否则，称为，否则，称为“非平稳序列非平稳序列”。2022-8-10第一章第一章 绪论绪论264、阶跃和冲激信号阶跃和冲激信号u 单位阶跃：单位阶跃： 1000tu tt00010ttu tttt及其时移：及其时移：用于描述作用时间可忽略的物理用于描述作用时间可忽略的物理突变过程。突变过程。例如：例如：u 单位冲激：单位冲激： 0100ttt dtt用于描述用于描述效果不可忽略效果不可忽略而而时间时间可以忽略可以忽略的物理现象。例如：的物理现象。例如：u 基本性质：基本性质： tddu tu ttdt 000 x tttx ttt 00

49、x tttdtx t筛选特性筛选特性微秒微秒毫秒毫秒秒秒2022-8-10第一章第一章 绪论绪论275、周期信号周期信号：以固定的时间间隔重复再现的信号叫周期信号。即：以固定的时间间隔重复再现的信号叫周期信号。即： x tx tnT其中其中 T 称作称作“周期周期”012n x tTx tnT x tttTtnT“频率频率”，每秒钟波动的，每秒钟波动的次数次数。1fT6、正弦信号正弦信号最重要的周期信号最重要的周期信号 sinsin 2f tAtAft22fT信号的角频率：信号的角频率： 整周期积分为整周期积分为 0：0000sincossincos0,TTTTtdttdtn tdtm tdt

50、n m 正交性正交性不同倍频乘积的积分为不同倍频乘积的积分为 0、倍频正余弦乘积为、倍频正余弦乘积为 0：000sinsincoscossincos0 , ,TTTn tm tdtn tm tdtn tm tdtnmn m2001 cos2sin22TTtTtdtdt20cos2TTtdt 周期能量为周期能量为 T/2：2022-8-10第一章第一章 绪论绪论287、周期信号的周期信号的Fourier级数展开级数展开：用无穷多个正、余弦波的叠加表示一般周期信号。用无穷多个正、余弦波的叠加表示一般周期信号。 0001cossinnnnx taantbnt式中：式中：022fT注意到，各次谐波频率