测量装置的基本特性.ppt

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1、1机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 2.1测试系统的概述测试系统的概述2.2测试系统的静态特性测试系统的静态特性2.3测试系统的动态特性测试系统的动态特性2.4动态测试不失真的条件动态测试不失真的条件2.5典型系统的频率响应特性典型系统的频率响应特性2.6测试系统动态特性的测定测试系统动态特性的测定 2.7负载效应负

2、载效应2.8测量系统的抗干扰测量系统的抗干扰第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性2机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 2.1测试系统的概述测试系统的概述1.定定义义：测测试试系系统统是是执执行行测测试试任任务务的的传传感感器器、仪仪器器和和设备的总称。设备的总称。复杂测试系统复杂测试系统(轴承缺陷检测轴承缺

3、陷检测)简单测试系统简单测试系统(光电池光电池)V3机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 无无论论复复杂杂度度如如何何，把把测测量量装装置置作作为为一一个个系系统统来来看看待待。问问题题简简化化为为处处理理输输入入量量x(t)、系系统统传传输输特特性性h(t)和和输输出出y(t)三三者之间的关系。者之间的关系。3)如果输

4、入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(预测预测)系统分析中的三类问题：系统分析中的三类问题：1)当输入、输出是可测量的当输入、输出是可测量的(已知已知)，可以通过它们推断系统的传输，可以通过它们推断系统的传输特性。特性。(系统辨识系统辨识)2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。输入量。(反求反求)x(t)h(t)y(t)由此根据测试要达到的要求正确合理选用仪器。由此根据测试要达到的要求正确合理选用仪器。4机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础

5、第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 2.理想测试系统理想测试系统线性时不变系统线性时不变系统 理想的测试系统应该具有理想的测试系统应该具有单值的单值的、确定的确定的输入输出关输入输出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。其中以输出和输入成道其中一个量就可以确定

6、另一个量。其中以输出和输入成线线性关系性关系最佳。最佳。x(t)y(t)线性线性线性线性y(t)x(t)非线性非线性y(t)x(t)5机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 测试系统输入测试系统输入x(t)和输出和输出y(t)间的关系可以用间的关系可以用常系数常系数线性微分方程来描述：线性微分方程来描述：(a)线性系统线性

7、系统式中，式中，an、an-1、a0和和bm、bm-1、b0均为一些只与测均为一些只与测试系统的特性有关的常数。上述方程就是常系数微分方程，试系统的特性有关的常数。上述方程就是常系数微分方程，所描述的是所描述的是线性时不变线性时不变系统，也称为系统，也称为线性定常线性定常系统。系统。一般在工程中使用的测试系统（测试装置）都是线性系统。一般在工程中使用的测试系统（测试装置）都是线性系统。6机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical Techno

8、logyGuangdong University of Petrochemical Technology（1）叠加特性：）叠加特性：系系统统对对各各输输入入之之和和的的输输出出等等于于各各单单个个输输入入的的输输出出之之和和即即若若x1(t)y1(t)，x2(t)y2(t)则则x1(t)x2(t)y1(t)y2(t)叠加原理表明叠加原理表明：同时同时作用的两个输作用的两个输入量所引起的响应，等于该两个入量所引起的响应，等于该两个输入量输入量单独单独引起的引起的响应之和响应之和。线性系统的叠加特性线性系统的叠加特性(b)线性系统的性质线性系统的性质7机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章

9、第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology(2).比例特性比例特性常常数数倍倍输输入入所所得得的的输输出出等等于于原原输输入入所所得得输输出出的的常常数数倍倍，即即:若若x(t)y(t)则则kx(t)ky(t)比例特性示例比例特性示例8机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdon

10、g University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分，即系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分，即若若x(t)y(t)则则x(t)y(t)当初始条件为当初始条件为零零时，系统对原输入信号的积分等于原时，系统对原输入信号的积分等于原输出信号的积分，即输出信号的积分，即若若x(t)y(t)则则x(t)dty(t)dt(3).微分特性微分特性(4).积分特性积分特性9机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基

11、本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 若系统的输入为若系统的输入为某一频率某一频率的谐波信号，则系统的稳态输的谐波信号，则系统的稳态输出将为出将为同一频率同一频率的谐波信号，即的谐波信号，即若若x(t)=Acos(t+x)则则y(t)=Bcos(t+y)线性系统的这些主要特性，特别是符合线性系统的这些主要特性，特别是符合叠加原理叠加原理和和频率保持性频率保持性，在测量工作中具有重要作

12、用。，在测量工作中具有重要作用。(5).频率保持特性频率保持特性10机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 如果测量时，测试系统的如果测量时，测试系统的输入、输出输入、输出信号信号不随时间而不随时间而变化（变化极慢，在所观察的时间间隔内可忽略其变化而变化（变化极慢，在所观察的时间间隔内可忽略其变化而视作常量）视作常量），则

13、称为，则称为静态测量静态测量。静态测量时，测试系统表现出的响应特性称为静态测量时，测试系统表现出的响应特性称为静态响静态响应特性应特性。2.2测试系统静态响应特性测试系统静态响应特性稳态信号稳态信号 动态信号动态信号 11机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 当测试系统的输入当测试系统的输入x有一增量有一增量x，引起输出

14、，引起输出y发生相应发生相应的变化的变化y时，则定义时，则定义:如果是线性理想系统，则如果是线性理想系统，则 1.一位移传感器，当位移变化为一位移传感器，当位移变化为1mm时，输时，输出电压变化为出电压变化为300mV，则，则2.一机械式位移传感器，输入位移变化为一机械式位移传感器，输入位移变化为0.01mm时，输出位移变化为时，输出位移变化为10mm，则，则静态测试灵敏度静态测试灵敏度 灵敏度灵敏度S=300/1=300mV/mm 放大倍数放大倍数S=10/0.01=1000(1).灵敏度灵敏度S=y/x 12机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基

15、本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology(2).线性度线性度标定曲线与拟合直线的标定曲线与拟合直线的偏离程度。偏离程度。13机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochem

16、ical Technology 线性度线性度 线性度线性度:标定曲线与拟合直线的标定曲线与拟合直线的偏离程度。偏离程度。实验标定实验标定14机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 偏离程度偏离程度：在测试系统的在测试系统的标称输出范围标称输出范围(全量程全量程)A内，标定曲线与其拟合直线的内，标定曲线与其拟合直线的最最大偏

17、差大偏差B与与A的比值，即的比值，即线性误差线性误差B/A100 式中，式中，A输出信号的变化范围；输出信号的变化范围；B标定曲线与其拟合直线下标定曲线与其拟合直线下最大最大偏差偏差，以输出量计。，以输出量计。非线形度非线形度 用线性误差来衡量用线性误差来衡量 15机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 量程为量程为10V

18、时的线性度时的线性度 量程为量程为1000V时的线性度时的线性度 线性误差线性误差B/A100 16机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology(3).回程误差回程误差回程误差回程误差 测试系统在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，测试系统在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于对于同一个输入量同一个输入量所得到的两个数值

19、不同的输出量之间差所得到的两个数值不同的输出量之间差值值最大者最大者为为hmax，则定义回程误差为，则定义回程误差为:回程误差回程误差=(hmax/A)100%17机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology(4)静态响应特性的其他描述静态响应特性的其他描述分辨力：分辨力：指能引起输出量发生变化时指能引起输出量发生变化时输入量输

20、入量的的最小变量最小变量，表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。测量范围：测量范围：是指测试装置能正常测量最小输入量和最大是指测试装置能正常测量最小输入量和最大 输入量之间的范围。输入量之间的范围。静态测量：幅值静态测量：幅值 动态测量：幅值和频率动态测量：幅值和频率稳定性：稳定性：是指在一定工作条件下，当输入量不变时，输是指在一定工作条件下，当输入量不变时，输 出量随时间变化的程度。出量随时间变化的程度。零点漂移零点漂移 灵敏度漂移灵敏度漂移可靠性：可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种 描述。描述。测试

21、装置的漂移18机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 在在对对动动态态物物理理量量进进行行测测试试时时，测测试试系系统统的的输输出出变变化化是是否否能能真真实实地地反反映映输输入入变变化化，则则取取决决于于测测试试系系统统的的动动态态响响应应特性。特性。2.3测试系统的动态响应特性测试系统的动态响应特性 用特定的输入信号作

22、用于测试系统，测量输出用特定的输入信号作用于测试系统，测量输出 (已已知知)，由此推断系统的传输特性。，由此推断系统的传输特性。(系统辨识系统辨识)动态特性动态特性:输入量随时间作快速变化时，测试系统的输出随输入量随时间作快速变化时，测试系统的输出随输入而变化的关系。输入而变化的关系。19机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technolo

23、gy 频率响应函数频率响应函数:(Frequency response function)以以代入代入H(s)得：得：频率响应函数是传递函数的特例。频率响应函数是传递函数的特例。20机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 输入：简谐信号输入：简谐信号x(t)=X0sint稳态输出：简谐信号稳态输出：简谐信号y(t)=Y0s

24、in(t+)相同：输入和输出都为同频率的简谐信号相同：输入和输出都为同频率的简谐信号.不同：两者的幅值不一样，其不同：两者的幅值不一样，其幅值幅值比比A()=Y0/X0随频率随频率而而变化，是变化，是的函数。的函数。相位差相位差()也是频率也是频率的函数。的函数。F物理意义物理意义:频率响应频率响应函数是在函数是在正弦信号的激正弦信号的激励励下，测量装置达到下，测量装置达到稳态稳态后输出和输入之间后输出和输入之间的关系。的关系。21机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University

25、of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology(1).幅频特性幅频特性(2).相频特性相频特性A()、()统称为系统的频率特性。统称为系统的频率特性。输入信号的幅、相频图输入信号的幅、相频图输出信号的幅、相频图输出信号的幅、相频图定常线性系统在定常线性系统在简谐信号简谐信号的激励下，其的激励下，其稳态稳态输出信号输出信号和输入信号的和输入信号的幅值比幅值比，记为，记为A()；稳态输出对输入的稳态输出对输入的相位差相位差，记为，记为()；22机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章

26、测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology H(j)一般为复数，写成实部和虚部的形式：一般为复数，写成实部和虚部的形式：其中：其中：23机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong Uni

27、versity of Petrochemical Technology FA(A()-)-曲线称为曲线称为幅频特性曲线幅频特性曲线；F()-)-曲线称为曲线称为相频特性曲线相频特性曲线。一阶系统的幅频特性曲线一阶系统的幅频特性曲线 一阶系统的相频特性曲线一阶系统的相频特性曲线 图像描述24机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technolo

28、gy 伯德图（伯德图（BodeBode图）图）F20lgA(20lgA()-lg)-lg 曲线为对数幅频曲线曲线为对数幅频曲线F()-)-lg lg 曲线对数相频曲线。曲线对数相频曲线。一阶系统的伯德图一阶系统的伯德图 25机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology F奈魁斯特图（奈魁斯特图（Nyquist图）图）。F作作Im

29、()-Re()曲线并注出相曲线并注出相应频率应频率 实频、虚频图实频、虚频图FH()=P()+jQ()FP()实频特性曲线实频特性曲线FQ()虚频特性曲线。虚频特性曲线。一阶系统的奈魁斯特图一阶系统的奈魁斯特图H()=A()ej()26机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 脉冲响应函数脉冲响应函数:称称h(t)为测试装置

30、的脉冲响应函数或权函数。为测试装置的脉冲响应函数或权函数。h(t)描述了测试装置的瞬态响应过程。描述了测试装置的瞬态响应过程。若若x(t)=(t)，则：，则：进行拉氏逆变换：进行拉氏逆变换：27机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 设测试系统的输出设测试系统的输出y(t)与输入与输入x(t)满足关系满足关系y(t)=A0

31、 x(t-t0)2.4系统不失真测量的条件系统不失真测量的条件该测试系统该测试系统的输出波形与输的输出波形与输入信号的波形精入信号的波形精确地一致，只是确地一致，只是幅值幅值放大了放大了A0倍倍，在时间上在时间上延迟了延迟了t0而已。这种情况而已。这种情况下，认为测试系下，认为测试系统具有不失真的统具有不失真的特性。特性。时域条件时域条件28机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong Universit

32、y of Petrochemical Technology y(t)=A0 x(t-t0)H()=A()ej()则其幅频和相频特性应分别满足：则其幅频和相频特性应分别满足：A()=A0=const()=-t0即为实现不失真测试的条件。即为实现不失真测试的条件。x(t)X()y(t)Y()29机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technol

33、ogy A()=A0=const()=-t0不失真测试的幅频和相频曲线不失真测试的幅频和相频曲线 物理意义物理意义:1)系统对输入信号中所含各系统对输入信号中所含各频率成分的幅值进行频率成分的幅值进行常数倍常数倍数放缩数放缩，也就是说，幅频特，也就是说，幅频特性曲线是一性曲线是一与横轴平行与横轴平行的直的直线。线。2)输入信号中各频率成分的相输入信号中各频率成分的相角在通过该系统时作角在通过该系统时作与频率成与频率成正比的滞后移动正比的滞后移动，也就是说，也就是说，相频特性曲线是一通过原点并相频特性曲线是一通过原点并且有且有负斜率负斜率的直线。的直线。1)如果如果A()不等于常数，引不等于常数

34、，引起的失真称为起的失真称为幅值失真幅值失真；2)()与与不成线性关系引不成线性关系引起的失真称为起的失真称为相位失真相位失真。3)当当()=0时，输出和输入时，输出和输入没有滞后，此时，测试作图没有滞后，此时，测试作图才是最理想的。才是最理想的。30机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 例例2.2:某一测试装置的幅频、

35、相频特性如图所示，问哪个信某一测试装置的幅频、相频特性如图所示，问哪个信号输入，测试输出不失真？号输入，测试输出不失真？31机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 数学表述：数学表述：2.5典型系统的频率响应特性典型系统的频率响应特性1.一阶系统一阶系统(First-orderSystem)进行拉式变换进行拉式变换(s+1

36、)Y(s)=KX(s)静态灵敏度：静态灵敏度：时间常数时间常数：则则32机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 传递函数：传递函数：令：K1灵敏度归一处理在工程实际中，一个忽略了质量的单自由度振动系在工程实际中，一个忽略了质量的单自由度振动系统，在施于统，在施于A点的外力点的外力f(t)作用下，其运动方程为作用下，其运动方

37、程为33机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 负值表示相角的滞后频率响应函数频率响应函数A()()幅频特性曲线图幅频特性曲线图相频特性曲线图相频特性曲线图34机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University

38、of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 动态测试不失真的条件动态测试不失真的条件 一阶系统的幅相频特性一阶系统的幅相频特性35机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 在某一频率范围内，误在某一频率范围内，误差不超

39、过一定限度差不超过一定限度认为不失真认为不失真。当当1约约=1/52）误差不超过误差不超过2%Y()X()1）当当=1一阶系统的转折频率。一阶系统的转折频率。3）幅值误差不超过幅值误差不超过5%，A()0.95,1.0536机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 1越小，对测试越有利。越小，对测试越有利。1）一定，即被测信

40、号最高频率一定，一定，即被测信号最高频率一定，越小，系统输越小，系统输出的幅值误差越小出的幅值误差越小。A()1 为一阶系统的时间常数为一阶系统的时间常数2）一定，即幅值误差一定，一定，即幅值误差一定，越小，系统能够测量越小，系统能够测量的频率就越高。的频率就越高。37机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 幅、相频幅、相

41、频图图伯德图伯德图奈魁斯特图奈魁斯特图38机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 例例2.1:某测试系统传递函数某测试系统传递函数，当输入信号，当输入信号，分别为分别为，时，试分别求系统稳态时，试分别求系统稳态输出。输出。信号信号信号信号 信号信号信号信号 39机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的

42、基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 例例4.3:用一个一阶系统作用一个一阶系统作100Hz正弦信号测量。正弦信号测量。(1)如果要如果要求限制振幅误差在求限制振幅误差在5%以内，则时间常数以内，则时间常数应取多少应取多少？(2)若用具有该时间常数的同一系统作若用具有该时间常数的同一系统作50Hz信号的信号的测试，此时的振幅误差和相角差各是多少？测试，此时的振幅误差和相角差各是多少

43、？40机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 微分方程微分方程 微分方程变为：微分方程变为：（固有频率）（固有频率）（阻尼率）（阻尼率）称重称重(应变片应变片)加速度加速度(压电压电)2.二阶系统（二阶系统（Second-ordersystem）（灵敏度）（灵敏度）对二阶系统而言，主要的动态特性参数是系统固有对二阶系统而言

44、，主要的动态特性参数是系统固有频率频率和阻尼系数和阻尼系数。推导推导41机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 频率响应函数频率响应函数幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性A()/n ()/n 幅频特性曲线图幅频特性曲线图相频特性曲线图相频特性曲线图传递函数传递函数42机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测

45、试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 1)、/n2.5，A()近似水平直线，近似水平直线，()=-180。2)、当、当n，即即/n 1时，时，A()1；()近似线性。近似线性。3)、当、当n时，时，n越大，系统工作频率范围越大。越大，系统工作频率范围越大。4)、当、当=n时，时，A()=1/(2)，()=-90，幅值剧增，共振。幅值剧增，共振。动态测试不失真的条件动态测试不

46、失真的条件二阶系统的幅相频特性二阶系统的幅相频特性43机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 1)、0.7,A()水平近似水平近似线性线性较长，较长，()近似近似线性线性较长。较长。2)、0.60.8,A()、()都较好，有较好的综合特性。都较好，有较好的综合特性。动态测试不失真的条件动态测试不失真的条件44机械工程测试技

47、术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 1)、二阶系统主要动态性能指标：、二阶系统主要动态性能指标：n、2)、希望测试装置由于频率特性不理想所引起的误差尽可能小，希望测试装置由于频率特性不理想所引起的误差尽可能小，一般选取一般选取/n(0.60.8)，=0.60.8。45机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本

48、特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of Petrochemical Technology 任任何何一一个个测测试试系系统统，都都需需要要通通过过实实验验的的方方法法来来确确定定系系统统输输入入、输输出出关关系系，这这个个过过程程称称为为标标定定。即即使使经经过过标标定定的的测测试试系系统统，也也应应当当定定期期校校准准，这这实实际际上上就就是是要要测测定定系系统的特性参数。统的特性参数。2.6测试系统动态特性的测定测试系统动态特性的测定

49、F目的目的：在作动态参数检测时，要确定系：在作动态参数检测时，要确定系统的不失真工作频段是否符合要求。统的不失真工作频段是否符合要求。F方法方法：用标准信号输入，测出其输出信：用标准信号输入，测出其输出信号，从而求得需要的特性。号，从而求得需要的特性。F标准信号标准信号:正弦信号、脉冲信号正弦信号、脉冲信号和和阶跃阶跃信号。信号。46机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petrochemical TechnologyGuangdong University of

50、 Petrochemical Technology 1.频率响应法频率响应法理论依据：理论依据：方法：以频率为方法：以频率为的正弦信号的正弦信号x(t)=X0sint作用于装置，在输出达到作用于装置，在输出达到稳态后稳态后测量输出测量输出和输入的和输入的幅值比幅值比和和相位差相位差，则幅值比就，则幅值比就是该是该对应的幅频特性值，相位差与该对应的幅频特性值，相位差与该对应的即为相频特性值。对应的即为相频特性值。47机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性 广东石油化工学院广东石油化工学院Guangdong University of Petroc