机械工程测试基础_测量装置的基本特性.ppt

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1、第二章 测试装置的基本特性第一节 概述第二节 测量装置的静态特性第三节 测量装置的动态特性第四节 测试装置对任意输入的响应第五节 实现不失真测试的条件第六节 测量装置动态特性的测量 第七节 负载效应第八节 测量装置的抗干扰2021/9/231第一节第一节 概述概述测试装置能否实现准确测量，取决于其特性：测试装置能否实现准确测量，取决于其特性：测试装置的特性测试装置的特性抗干扰特性抗干扰特性负载特性负载特性动态特性动态特性静态特性静态特性 说明：说明：测试装置各特性是统一的，相互关联的。例如：动态特性方程测试装置各特性是统一的，相互关联的。例如：动态特性方程一般可视为线性方程，但考虑静态特性的非

2、线性、迟滞等因素，就成一般可视为线性方程，但考虑静态特性的非线性、迟滞等因素，就成为非线性方程。为非线性方程。2021/9/2321 1、测试装置的静态特性、测试装置的静态特性u静态特性是由静态特性是由静态标定静态标定来确定的；来确定的；u静态标定：是一个实验过程，只改变测量装置的一个输入量，其他所静态标定：是一个实验过程，只改变测量装置的一个输入量，其他所有的可能输入严格保持不变，测量对应的输出量，得到输入和输出之有的可能输入严格保持不变，测量对应的输出量，得到输入和输出之间的关系；间的关系；u在静态标定中，当以在静态标定中，当以要测量的量作为输入要测量的量作为输入时，得到的输入与输出之间时

3、，得到的输入与输出之间的关系作为静态特性；的关系作为静态特性；u为研究测量装置的原理和结构细节，还要确定其他各种可能输入与输为研究测量装置的原理和结构细节，还要确定其他各种可能输入与输出之间的关系，据此可估计出之间的关系，据此可估计（图（图2 21 1）l环境条件的变化与干扰输入对测量过程的影响；环境条件的变化与干扰输入对测量过程的影响；l环境条件的变化与干扰输入所产生的测量误差。环境条件的变化与干扰输入所产生的测量误差。u实际标定过程如图实际标定过程如图2 22 2，主要考虑其他量不会严格保持不变。，主要考虑其他量不会严格保持不变。u测量装置的静态测量误差：测量装置自身和人为因素。测量装置的

4、静态测量误差：测量装置自身和人为因素。2021/9/2332 2、标准和标准传递、标准和标准传递u若标定结果有意义，输入和输出变量的测量必须精确；若标定结果有意义，输入和输出变量的测量必须精确；u用来定量输入、输出变量的仪器和技术统称为标准；用来定量输入、输出变量的仪器和技术统称为标准；u变量的测量精度以测量误差量化，即测量值与真值的差；变量的测量精度以测量误差量化，即测量值与真值的差；u真值：用精度最高的最终标准得到的测量值；真值：用精度最高的最终标准得到的测量值；u标准传递和实例（图标准传递和实例（图2 23 3）。）。标准砝码标准砝码标准砝码产标准砝码产生的压力生的压力被标定压力被标定压

5、力传感器传感器实验室压力实验室压力传感器传感器活塞式压力活塞式压力标定器标定器实验室用标实验室用标定器定器2021/9/2343 3、测量装置的动态特性、测量装置的动态特性u动态特性：动态特性：当输入量随时间快速变化时，测量输入与响应输出之间动当输入量随时间快速变化时，测量输入与响应输出之间动态关系的数学描述；态关系的数学描述；u研究测量装置动态特性时，一般认为系统参数不变，即用常系数线性研究测量装置动态特性时，一般认为系统参数不变，即用常系数线性微分方程描述，如下：微分方程描述，如下：2 21 12021/9/235u测量装置的动态特性也可以用测量装置的动态特性也可以用传递函数传递函数、频率

6、响应函数频率响应函数和和单位脉冲响应函数单位脉冲响应函数表示：表示：传递函数：传递函数：频率响应函数：频率响应函数：脉冲响应函数：脉冲响应函数：2021/9/2364 4、测量装置的负载特性、测量装置的负载特性u测量装置或系统一般由若干环节组成：传感器、测量电路、前置放大、测量装置或系统一般由若干环节组成：传感器、测量电路、前置放大、信号调理等；信号调理等；u负载效应：传感器安装于被测物体或进入被测介质，要从物体与介质负载效应：传感器安装于被测物体或进入被测介质，要从物体与介质中吸收能力或产生干扰，使被测物理量偏离原有量值，从而不可能实中吸收能力或产生干扰，使被测物理量偏离原有量值，从而不可能

7、实现理想的测量，这种效应称为现理想的测量，这种效应称为负载效应负载效应。u测量装置的各环节之间一般都会产生负载效应；测量装置的各环节之间一般都会产生负载效应；u负载特性是测量装置的固有特性，在进行测量或组成测量系统时，要负载特性是测量装置的固有特性，在进行测量或组成测量系统时，要加以考虑并将其降到最小。加以考虑并将其降到最小。2021/9/2375 5、测量装置的抗干扰性、测量装置的抗干扰性u测量装置所受的干扰形式：电源干扰、环境干扰、信道干扰。测量装置所受的干扰形式：电源干扰、环境干扰、信道干扰。u干扰影响决定于测量装置的抗干扰性能，并与采取的抗干扰措施有关。干扰影响决定于测量装置的抗干扰性

8、能，并与采取的抗干扰措施有关。2021/9/238第二节第二节 测量装置的静态特性测量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量情况下描述实际测就是在静态测量情况下描述实际测试装置与理想时不变线性系统接近的程度。试装置与理想时不变线性系统接近的程度。一、线性度：一、线性度：线性度：线性度：测量装置输出、输入之间的关系与理想比例关系的偏离测量装置输出、输入之间的关系与理想比例关系的偏离程度。实际标定时输入、输出数据不在一条直线上。程度。实际标定时输入、输出数据不在一条直线上。线性误差的两种表达形式：线性误差的两种表达形式：图图224a、b上各点与上各点与理想直线理想直线的最

9、大偏差的最大偏差max；百分数表达：百分数表达：2021/9/239理想直线的确定方法：理想直线的确定方法：端点连线（端点连线（a图）和最小二乘直线（图）和最小二乘直线（b图）。图）。二、灵敏度：二、灵敏度：灵敏度：灵敏度：单位输入变化所引起的输出的变化，通常使用理想直线单位输入变化所引起的输出的变化，通常使用理想直线的斜率作为测量装置的灵敏度值。的斜率作为测量装置的灵敏度值。灵敏度是有量纲的。灵敏度是有量纲的。三、回程误差：三、回程误差：回程误差也称为迟滞，是描述测试装置的输出同输入变化方向有回程误差也称为迟滞，是描述测试装置的输出同输入变化方向有关的特性。关的特性。2021/9/2310理

10、想测试装置，输入与输出为完全单调的一一对应直线关系；理想测试装置，输入与输出为完全单调的一一对应直线关系；实际测试装置在同样测试条件下，当输入量由小增大和由大减小实际测试装置在同样测试条件下，当输入量由小增大和由大减小时，对于同一个输入量所得到的两个输出量往往存在差值。时，对于同一个输入量所得到的两个输出量往往存在差值。在整在整个测量范围内，最大的差值称为回程误差。个测量范围内，最大的差值称为回程误差。0yHmaxyFS回程误差回程误差2021/9/2311四、分辨力：四、分辨力：引起测量装置的输出量产生一个可以察觉变化的最小输入量变化引起测量装置的输出量产生一个可以察觉变化的最小输入量变化值

11、称为分辨力。值称为分辨力。五、零点漂移和灵敏度漂移五、零点漂移和灵敏度漂移零漂是测量装置的输出零点偏离原始零点的距离，可以是随时间零漂是测量装置的输出零点偏离原始零点的距离，可以是随时间缓慢变化的量；缓慢变化的量；灵敏度漂移是由于材料性质的变化引起输入与输出关系的变化。灵敏度漂移是由于材料性质的变化引起输入与输出关系的变化。总误差是零漂和灵敏度漂移的和；后者较小，可忽略。总误差是零漂和灵敏度漂移的和；后者较小，可忽略。2021/9/2312第三节第三节 测量装置的动态特性测量装置的动态特性 测试装置的动态特性是指测试装置的动态特性是指当输入量随时间快当输入量随时间快速变化时，测量输入与响应输出

12、之间动态关系的速变化时，测量输入与响应输出之间动态关系的数学描述数学描述。一、动态特性的数学描述一、动态特性的数学描述 把测量装置视为定常线性系统，可用常系数线性微分方程把测量装置视为定常线性系统，可用常系数线性微分方程描述输入、输出关系，但使用不便。可通过拉普拉斯变描述输入、输出关系，但使用不便。可通过拉普拉斯变化建立化建立“传递函数传递函数”；通过傅立叶变换建立；通过傅立叶变换建立“频率特性频率特性函数函数”，描述会更简便有效。，描述会更简便有效。2021/9/23131 1、传递函数、传递函数若若y(t)y(t)为时间变量为时间变量t t的函数，且当的函数，且当t0t0时，有时，有y(t

13、)=0y(t)=0，则，则y(t)y(t)的拉普拉斯变换的拉普拉斯变换Y(s)Y(s)定义为定义为 式中式中s s为复变量，为复变量，s=a+j,a0 s=a+j,a0。若若系统的初始条件均为零系统的初始条件均为零，对式，对式（2 21 1）作拉氏变换得作拉氏变换得 2021/9/2314 将输入和输出两者的拉普拉斯变换之比定义为传递函将输入和输出两者的拉普拉斯变换之比定义为传递函H(s)H(s)，即，即 传递函数特性：传递函数特性：传递函数传递函数H(s)H(s)与输入与输入x(t)x(t)及系统的初始状态无关及系统的初始状态无关，它仅表达系统的传输，它仅表达系统的传输特性，由传递函数特性，

14、由传递函数H(s)H(s)所描述的一个系统对于任一具体的输入所描述的一个系统对于任一具体的输入x(t)x(t)都明都明确地给出了相应的输出确地给出了相应的输出 y(t)y(t)；H(s)H(s)不拘泥于系统的物理结构不拘泥于系统的物理结构。同一形式的传递函数可以表征具有相同。同一形式的传递函数可以表征具有相同传输特性的不同的物理系统。如液柱温度计和传输特性的不同的物理系统。如液柱温度计和RCRC低通滤波器。低通滤波器。实际的物理系统，输入、输出都具有量纲实际的物理系统，输入、输出都具有量纲。输入、输出量纲的变换关系。输入、输出量纲的变换关系由等式中的各系数由等式中的各系数a an n，a an

15、-1n-1，a a1 1，a a0 0和和b bm m，b bm-1m-1，b b1 1，b b0 0反映。反映。H(s)H(s)中的分母取决于系统的结构中的分母取决于系统的结构，n n代表系统微分方程的阶数；代表系统微分方程的阶数；分子和系分子和系统同外界之间的关系有关统同外界之间的关系有关。测试装置一般为稳定系统测试装置一般为稳定系统，则有，则有n nm。2021/9/23152 2、频率响应函数、频率响应函数l传递函数在传递函数在复数域复数域描述和考察系统特性，优于时域的微分描述和考察系统特性，优于时域的微分方程形式，但工程中许多系统难以建立微分方程和传递函方程形式，但工程中许多系统难以

16、建立微分方程和传递函数。数。l频率响应函数在频率响应函数在频率域频率域描述和考察系统特性。其优点：描述和考察系统特性。其优点：物理概念明确；物理概念明确；易通过实验建立频率响应函数；易通过实验建立频率响应函数；利用它和传递函数的关系，极易求传递函数。利用它和传递函数的关系，极易求传递函数。u频率响应函数是实验研究系统的重要工具。频率响应函数是实验研究系统的重要工具。2021/9/2316（一）幅频特性、相频特性和频率响应函数（一）幅频特性、相频特性和频率响应函数测试系统频率保持特性频率保持特性稳态输出稳态输出结论：结论：幅值比幅值比A=YA=Y0 0/X/X0 0，是，是的函数；的函数；相位差

17、相位差 也是也是的函数。的函数。2021/9/2317定义：定义：幅频特性幅频特性A()A()：定常线性系统在简谐信号激励下，稳定常线性系统在简谐信号激励下，稳态输出信号和输入信号的幅值比；态输出信号和输入信号的幅值比；相频特性相频特性()()：定常线性系统在简谐信号激励下，定常线性系统在简谐信号激励下，稳态输出信号和输入信号的相位差；稳态输出信号和输入信号的相位差；A()A()和和()()通称为通称为系统的频率特性系统的频率特性。频率响应函数：频率响应函数：H()=A()e H()=A()e j ()j ()补充定义：补充定义：幅值误差幅值误差2021/9/2318（二）频率响应函数的求法（

18、二）频率响应函数的求法1 1）已知系统的传递函数）已知系统的传递函数H(s),H(s),可设可设s=js=j，2021/9/2319s=j拉普拉斯变换傅立叶变换2021/9/23202 2）通过实验求频率响应函数）通过实验求频率响应函数激励信号频率激励信号频率激励和系统稳态输出激励和系统稳态输出的幅值比的幅值比激励和系统稳态输出激励和系统稳态输出的相位差的相位差1 1A1=Y01/X011 12 2A2=Y02/X022 2i iAi=Y0i/X0ii i3 3）也可在初始条件全为零的情况下，同时测试）也可在初始条件全为零的情况下，同时测试x(t)x(t)、y(t)y(t)，由其傅立叶变换，由

19、其傅立叶变换X(X()和和Y(Y()求得频率响求得频率响应函数应函数H(H()=Y()=Y()/X()/X()。2021/9/2321说明：说明：频率响应函数描述系统的简谐输入和其稳态输出的关系。频率响应函数描述系统的简谐输入和其稳态输出的关系。任何复杂信号都可以分解为简谐信号的叠加，因此系统任何复杂信号都可以分解为简谐信号的叠加，因此系统频率特性适用于任何复杂信号。频率特性适用于任何复杂信号。幅频、相频特性分别表征系统对输入信号中各个频率分幅频、相频特性分别表征系统对输入信号中各个频率分量幅值的缩放能力和相位角前后移动的能力。量幅值的缩放能力和相位角前后移动的能力。2021/9/2322（三

20、）幅、相频率特性和其图像描述三）幅、相频率特性和其图像描述幅频特性曲线幅频特性曲线A()A()；相频特性曲线；相频特性曲线 ()。伯德图（伯德图（BodeBode图）图）p对数幅频特性曲线：对数幅频特性曲线：自变量自变量取对数标尺；取对数标尺；A A（）取分贝）取分贝标尺；标尺；p对数相频特性曲线：自变量对数相频特性曲线：自变量取对数标尺；取对数标尺；（）取分贝）取分贝标尺；标尺；乃奎斯特图乃奎斯特图p实频特性曲线实频特性曲线P P（）；p虚频特性曲线虚频特性曲线Q Q（）；p乃奎斯特图（乃奎斯特图（NyquistNyquist图）图）Q Q（）P P（）.2021/9/23232021/9/

21、23243 3、脉冲响应函数、脉冲响应函数若装置的输入为单位冲激函数若装置的输入为单位冲激函数 。根据单位冲激。根据单位冲激函数的定义和函数的抽样性质，可求出单位冲激函数的函数的定义和函数的抽样性质，可求出单位冲激函数的拉氏变换，即拉氏变换，即由于由于 ，则有，则有已知：已知：2021/9/2325对上式两边取拉氏逆变换，且令对上式两边取拉氏逆变换，且令 则有则有上式表明，单位冲激函数的响应同样可描述测量系统的上式表明，单位冲激函数的响应同样可描述测量系统的动态特性，它同传递函数是等效的，不同的是一个在复动态特性，它同传递函数是等效的，不同的是一个在复频域频域 ，一个是在时间域，通常称，一个是

22、在时间域，通常称h h(t t)为脉冲响应函数。为脉冲响应函数。2021/9/2326系系统统特特性性描描述述时域：脉冲响应函数时域：脉冲响应函数h(t)h(t)；频域：频率响应函数频域：频率响应函数H(H(）；）；复数域：传递函数复数域：传递函数H(S)H(S)。结论：结论：2021/9/23274 4、环节的串联和并联、环节的串联和并联2 27 72021/9/2328令令s=js=j，得，得1 1、串联的传递函数和频率响应函数：、串联的传递函数和频率响应函数：2021/9/23292 28 82021/9/23302 2、并联的传递函数和频率响应函数、并联的传递函数和频率响应函数令令s=

23、js=j，得，得2021/9/2331则有则有v任何分母中任何分母中s s高于高于3 3次的高阶系统均可视为是由多个一阶、二次的高阶系统均可视为是由多个一阶、二阶系统的并联。也可将其转换为若干一阶、二阶系统的串联。阶系统的并联。也可将其转换为若干一阶、二阶系统的串联。证明：证明：2021/9/2332二、一阶、二阶系统的特性二、一阶、二阶系统的特性1 1、一阶系统、一阶系统 RC RC电路的一阶微分方程：电路的一阶微分方程：2021/9/23332 29 92021/9/2334一般形式的一阶微分方程式：一般形式的一阶微分方程式：改写为：改写为：=a=a1 1/a/a0 0系统时间常数系统时间

24、常数 。S=bS=b0 0/a/a0 0系统静态灵敏度系统静态灵敏度;考察系统动态特性时，可令考察系统动态特性时，可令S=1S=1。得。得2021/9/2335作拉氏变换，有作拉氏变换，有故系统的传递函数为故系统的传递函数为一阶装置的脉冲响应函数为一阶装置的脉冲响应函数为2021/9/23362-102-102-112-112021/9/23372-122-122-132-132021/9/2338一阶系统的特点：一阶系统的特点：1.1.当激励频率当激励频率 远小于远小于1/1/时（约时（约 1/51/5 )，幅频响应才接，幅频响应才接近于近于1 1，输出、输入幅值几乎相等。，输出、输入幅值几

25、乎相等。当当 1 1时时，H(H()1/j ，系统相当于积分器。系统相当于积分器。其中其中A A（）几乎与激励频）几乎与激励频率成反比，相位滞后率成反比，相位滞后9090度。因此一阶系统只适用于被测度。因此一阶系统只适用于被测量缓慢或低频的参数。量缓慢或低频的参数。2.2.时间常数时间常数 是反映一阶系统特性的重要参数。是反映一阶系统特性的重要参数。1/1/处，处，幅频特性降为原来的幅频特性降为原来的0.7070.707（即（即3dB)3dB)，相位角滞，相位角滞后后4545o o,时间常数时间常数 决定了测试系统适应的工作频率范围。决定了测试系统适应的工作频率范围。3.3.一阶系统的伯德图可

26、以用一条折线近似。一阶系统的伯德图可以用一条折线近似。1/1/，A A（）1 1，1/1/，20dB/1020dB/10倍频。倍频。1/1/称为转折称为转折频率，该点折线偏离实际曲线误差最大（频率，该点折线偏离实际曲线误差最大（3dB)3dB)。2021/9/23392、二阶系统、二阶系统2 214142021/9/2340动圈式电表的二阶微分方程式：动圈式电表的二阶微分方程式：2021/9/2341n n称为系统的称为系统的固有频率固有频率，称为系统的称为系统的阻尼比阻尼比，S S为静态为静态灵敏度。令灵敏度。令S=1S=1，对上式进行拉普拉斯变换，得，对上式进行拉普拉斯变换，得2021/9

27、/2342相应的频率响应函数、幅频特性和相频特性为相应的频率响应函数、幅频特性和相频特性为二阶系统的脉冲响应函数为二阶系统的脉冲响应函数为2021/9/23432021/9/23442021/9/23452021/9/2346二阶系统的特点：二阶系统的特点：1.1.当当n n时时,H(),H()。2.2.影响二阶系统动态特性的参数是：固有频率影响二阶系统动态特性的参数是：固有频率n n和阻尼比和阻尼比。在在 n n附近，系统的幅频特性受阻尼比影响最大，当附近，系统的幅频特性受阻尼比影响最大，当 n n时，系统时，系统发生共振。此时，发生共振。此时，A()=1/2A()=1/2，()()-90-

28、90度，且不因阻尼比度，且不因阻尼比而改变。而改变。3.3.伯德图可用折线近似。伯德图可用折线近似。4.4.在在 n n时，时，接近度，输出信号与输入信号反相。接近度，输出信号与输入信号反相。在在靠近靠近n n区间时，区间时，()()随频率的变化而剧烈变化，当随频率的变化而剧烈变化，当越小，越小，这种变化越剧烈。这种变化越剧烈。5.5.二阶系统是一个振荡环节。二阶系统是一个振荡环节。要选择一个恰当的固有频率与阻尼比的要选择一个恰当的固有频率与阻尼比的组合，从而获得较小的误差与较宽的工作频率范围。一般取组合，从而获得较小的误差与较宽的工作频率范围。一般取 （0.60.60.80.8）n n,=(

29、0.65,=(0.650.7)0.7)。2021/9/2347系统特性描述时域：脉冲响应函数时域：脉冲响应函数h(t)；频域：频率响应函数频域：频率响应函数H(）；）；复数域：传递函数复数域：传递函数H(S)。2021/9/23482021/9/23492021/9/2350第四节第四节 测试装置对任意输入的响应测试装置对任意输入的响应一、系统对任意输入的响应一、系统对任意输入的响应输入输入x(tx(t）分割为相邻、持续时间）分割为相邻、持续时间的脉冲信号；的脉冲信号；若若足够小，足够小，x(t x(t）看作在看作在时刻输入脉冲信号的强时刻输入脉冲信号的强度；度；t t时刻该脉冲对系统输出的贡

30、献量时刻该脉冲对系统输出的贡献量x(t)x(t)h(t-);h(t-);t t时刻系统的输出为所有时刻系统的输出为所有tt的各贡献之和，为的各贡献之和，为对对取极限，得取极限，得2021/9/23512021/9/2352二、系统对单位阶跃输入的响应二、系统对单位阶跃输入的响应一一2021/9/23532021/9/2354结论：结论：单位阶跃可以看成单位脉冲函数的积分单位阶跃可以看成单位脉冲函数的积分，故单位阶跃输入，故单位阶跃输入下的输出就是系统脉冲响应的积分。阶跃函数可通过对系下的输出就是系统脉冲响应的积分。阶跃函数可通过对系统突然加载或突然卸载获得。统突然加载或突然卸载获得。一阶系统时

31、间常数一阶系统时间常数越小，系统到达稳态的时间越短。即越小，系统到达稳态的时间越短。即一阶系统的时间常数越小越好；一阶系统的时间常数越小越好；二阶系统的响应很大程度上决定于阻尼比二阶系统的响应很大程度上决定于阻尼比和固有频率和固有频率n n。n n越高，系统响应越快。越高，系统响应越快。直接影响超调量和振荡次直接影响超调量和振荡次数。（数。（0 0，超调，超调100100；11，转化为两个一阶系统串联；，转化为两个一阶系统串联；0.60.60.80.8之间，系统以较短时间进入稳态误差之间，系统以较短时间进入稳态误差（2 25 5）范围）范围）。2021/9/2355第五节第五节 实现不失真测试

32、的条件实现不失真测试的条件 设测试系统的输入为设测试系统的输入为x x(t t)，若实现不失真测试，则该测试，若实现不失真测试，则该测试系统的输出系统的输出y y(t t)应满足：应满足：式中：式中：A A0 0、t t0 0均为常数。均为常数。2021/9/2356将上式进行傅里叶变换，得：将上式进行傅里叶变换，得：当测试系统的初始状态为零时，即当当测试系统的初始状态为零时，即当t0t0时，时，测试系统的频率响应函数为测试系统的频率响应函数为 2021/9/2357结论：结论：l满足式上述不失真条件的装置，其输出仍会滞后输入一定满足式上述不失真条件的装置，其输出仍会滞后输入一定时间；时间；l

33、若测量的目的为精确地测量输入波形，上式条件完全满足若测量的目的为精确地测量输入波形，上式条件完全满足要求；要求；l若测量的结果作为反馈控制信号，输出对输入的滞后有可若测量的结果作为反馈控制信号，输出对输入的滞后有可能破坏系统的稳定性。此时，要力求减小时间滞后。能破坏系统的稳定性。此时，要力求减小时间滞后。2021/9/2358实际测试装置的分析：实际测试装置的分析：v实际测试装置不可能在非常宽广的频率范围内满足不失实际测试装置不可能在非常宽广的频率范围内满足不失真条件，一般既有幅值失真，也有相位失真。特别是在频真条件，一般既有幅值失真，也有相位失真。特别是在频率成份跨越率成份跨越n n前、后，

34、信号失真严重。如图所示。前、后，信号失真严重。如图所示。v实际测试装置，在某一频率范围内，也难以完全理想实实际测试装置，在某一频率范围内，也难以完全理想实现不失真测试，只能将波形失真限制在一定误差范围。为现不失真测试，只能将波形失真限制在一定误差范围。为此，首先选用合适的测量装置，在测量频率范围内，其幅此，首先选用合适的测量装置，在测量频率范围内，其幅频、相频特性接近不失真条件；其次，对输入信号作必要频、相频特性接近不失真条件；其次，对输入信号作必要的前置处理，滤去非信号频带内的噪声。的前置处理，滤去非信号频带内的噪声。v装置选择时，分析并权衡幅值失真、相位失真对测试的装置选择时，分析并权衡幅

35、值失真、相位失真对测试的影响。例如：振动测量与特定波形的延时测量。影响。例如：振动测量与特定波形的延时测量。2021/9/23592021/9/23602021/9/2361一阶系统不失真条件分析：一阶系统不失真条件分析：2021/9/23622021/9/2363二二阶阶系系统统不不失失真真条条件件分分析析:2021/9/23642021/9/2365第六节第六节 测试装置动态特性的测试测试装置动态特性的测试 要使测量装置可靠，定度要精确，要定期校准要使测量装置可靠，定度要精确，要定期校准一、频率响应法一、频率响应法 频率响应法是以一组频率可调的标准正弦信号作为系频率响应法是以一组频率可调的

36、标准正弦信号作为系统的输入，通过对系统输出幅值和相位的测试，获得系统统的输入，通过对系统输出幅值和相位的测试，获得系统的动态特性参数。这种方法实质上是一种稳态响应法，即的动态特性参数。这种方法实质上是一种稳态响应法，即通过输出的稳态响应来标定系统的动态特性。通过输出的稳态响应来标定系统的动态特性。2021/9/23662021/9/23672021/9/23682021/9/2369二、阶跃响应法二、阶跃响应法 阶跃响应法是以阶跃信号作为测试系统的输入，通过对阶跃响应法是以阶跃信号作为测试系统的输入，通过对系统输出响应的测试，从中计算出系统的动态特性参数。系统输出响应的测试，从中计算出系统的动

37、态特性参数。这种方法实质上是一种瞬态响应法。即通过对这种方法实质上是一种瞬态响应法。即通过对输出响应的输出响应的过渡过程来标定系统的动态特性过渡过程来标定系统的动态特性。一阶系统动态特性参数的求解2021/9/2370由上图可见由上图可见，2021/9/2371二阶系统动态特性参数的求取二阶系统动态特性参数的求取2312021/9/2372方法一：2021/9/2373方法二2021/9/23742021/9/2375第七节第七节 负载效应负载效应 实际测试中，测试系统和被测对象之间，测试实际测试中，测试系统和被测对象之间，测试系统内部各环节之间相互联接而产生相互作用。系统内部各环节之间相互联

38、接而产生相互作用。测试装置会成为被测对象的负载；测试装置会成为被测对象的负载；后接环节成为前面环节的负载。后接环节成为前面环节的负载。环节联接复杂性实例2021/9/23762021/9/2377一、负载效应一、负载效应 一个装置联接到另一装置上，并发生一个装置联接到另一装置上，并发生能量交换，能量交换，产生两种现象：产生两种现象：前装置连接处甚至整个装置的状态和输出发生变化；前装置连接处甚至整个装置的状态和输出发生变化；两个装置共同成为一个新的整体，其传递函数不再是两个装置共同成为一个新的整体，其传递函数不再是简单的串并联关系。简单的串并联关系。2021/9/2378ER1R2V V=ER2

39、/(R2+R1)V=ER2Rm/R1(Rm+R2)+RmR2V VRm令令R1=100K,R2=150K,Rm=150K,E=150V,得得:U0=90V,U1=64.3V，误差达误差达28.6%。2021/9/23792021/9/23802021/9/23812021/9/2382二、减轻负载效应的措施：二、减轻负载效应的措施：1.提高后续环节的输入阻抗；提高后续环节的输入阻抗；2.在原来两相联接的环节之中，插入高输入阻在原来两相联接的环节之中，插入高输入阻抗、低输出阻抗的放大器；抗、低输出阻抗的放大器；3.使用反馈或零点测量原理，使后面环节几乎使用反馈或零点测量原理，使后面环节几乎不从前

40、环节吸取能量。不从前环节吸取能量。2021/9/2383 测测量量过过程程中中，除除待待测测量量信信号号外外，各各种种不不可可见见的的、随随机机的的信信号号可可能能出出现现在在测测量量系系统统中中。这这些些信信号与有用信号叠加在一起，严重扭曲测量结果。号与有用信号叠加在一起，严重扭曲测量结果。测量系统测量系统信信道道干干扰扰电电磁磁干干扰扰电电源源干干扰扰第八节第八节 测量装置的抗干扰测量装置的抗干扰2021/9/23841)1)电磁干扰电磁干扰:干扰以电磁波辐射方式经空间串入测干扰以电磁波辐射方式经空间串入测 量系统。量系统。2)2)信道干扰：信号在传输过程中，通道中各元件产信道干扰：信号在

41、传输过程中，通道中各元件产 生的噪声或非线性畸变所造成的干扰。生的噪声或非线性畸变所造成的干扰。2)2)电源干扰：这是由于供电电源波动对测量电路引电源干扰：这是由于供电电源波动对测量电路引 起的干扰。起的干扰。一般说来，良好的屏蔽及正确的接地可去除大部分的一般说来，良好的屏蔽及正确的接地可去除大部分的电磁波干扰。使用交流稳压器、隔离稳压器可减小供电电电磁波干扰。使用交流稳压器、隔离稳压器可减小供电电源波动的影响。信道干扰是测量装置内部的干扰，可以在源波动的影响。信道干扰是测量装置内部的干扰，可以在设计时选用低噪声的元器件，印刷电路板设计时元件合理设计时选用低噪声的元器件，印刷电路板设计时元件合理排放等方式来增强信道的抗干扰性。排放等方式来增强信道的抗干扰性。2021/9/2385