1、 （1）測試系統的數學模型）測試系統的數學模型 （2）測試系統對典型激勵的響應函數）測試系統對典型激勵的響應函數 （3）測試系統特性參數的實驗測定）測試系統特性參數的實驗測定 （4）測試系統的負載效應）測試系統的負載效應 第三章第三章 測試系統的特性測試系統的特性 3.4 一階測試系統特性參數的實驗測定一階測試系統特性參數的實驗測定 11ssH1 階躍試驗階躍試驗由一階系統的階躍響應函數：由一階系統的階躍響應函數：tety 1)(tety)(1（3-27）（3-28） 定義定義 Z=ln1-y(t)則有則有 畫出畫出Z與與t的關系圖，則可的關系圖，則可得到一根斜率為得到一根斜率為-1/的直線的

2、直線(圖圖3.6)。從而可以得到更為精確。從而可以得到更為精確的值。的值。 根據所測得的數據點是否根據所測得的數據點是否落在一根直線上的情況，我們落在一根直線上的情況，我們可判斷該系統是否是一個一階可判斷該系統是否是一個一階系統。系統。 tZ1dtdZ圖圖3.6 一階系統的階躍試驗一階系統的階躍試驗 3 頻率響應試驗頻率響應試驗 將正弦信號在一個很寬的頻率范將正弦信號在一個很寬的頻率范圍上輸入被試驗系統，記錄系統的圍上輸入被試驗系統，記錄系統的輸入與輸出值。然后用對數座標畫輸入與輸出值。然后用對數座標畫出系統的幅值比和相位。若系統為出系統的幅值比和相位。若系統為一階系統，則所得曲線在低頻段為一

3、階系統，則所得曲線在低頻段為一水平線（斜率為零），而在高頻一水平線（斜率為零），而在高頻段曲線斜率為段曲線斜率為-20dB/10倍頻。相角倍頻。相角則漸近地接近則漸近地接近-90。于是由曲線的轉。于是由曲線的轉折點（轉折頻率）處可求得時間常折點（轉折頻率）處可求得時間常數：數： break1圖圖3.7 一階系統的頻率響應試驗一階系統的頻率響應試驗 3.5 測試系統的負載效應測試系統的負載效應 1 負載效應負載效應 定義：在電路系統中后級與前級相定義：在電路系統中后級與前級相連時由于后級阻抗的影響造成系統阻抗連時由于后級阻抗的影響造成系統阻抗發生變化的一種效應。發生變化的一種效應。 依據戴維南定

4、理依據戴維南定理 ：若負載：若負載ZL與雙與雙端端網絡連接成一個回路（如圖網絡連接成一個回路（如圖3.8（b）所示），則在該回路中將流經有一電流所示），則在該回路中將流經有一電流il。該電流。該電流il與圖（與圖（c）中的等效電路中）中的等效電路中的電流值相同。如果這里的阻抗的電流值相同。如果這里的阻抗ZL代表代表一塊電壓表的話。則電壓表兩端測得的一塊電壓表的話。則電壓表兩端測得的電壓值電壓值Em應等于應等于 圖圖3.8 戴維南定理戴維南定理 lABlllmZZZEZiE0(3.29) 由式（由式（3.29）可見）可見 EmE0。這是由于測量中接入電壓表后產生的。這是由于測量中接入電壓表后產生

5、的影響，主要是由表的負載所引起的。影響，主要是由表的負載所引起的。 為能使測量值為能使測量值Em接近于電源電壓接近于電源電壓E0 ，應使，應使ZLZAB。對于一般的包括非電系統在內的所有系統則有對于一般的包括非電系統在內的所有系統則有式中式中 ym廣義變量的被測值廣義變量的被測值 ； xu廣義變量的未受干擾的值廣義變量的未受干擾的值 ； Zgi廣義輸入的阻抗；廣義輸入的阻抗； Zgo廣義輸出的阻抗。廣義輸出的阻抗。 ugigougogigimXZZXZZZy11(3.30) 實例實例: 電位器式傳感器負載效應電位器式傳感器負載效應 圖圖3.9 電位器式傳感器電位器式傳感器UiRRxRLUoIL

6、ab 解解: 分壓比分壓比 根據戴維南定理根據戴維南定理 式中等效電阻式中等效電阻 電位計輸出電壓電位計輸出電壓RRxxiLabLRRUI)()(xxxxiRRRRRRR)(xxLLxiLLoRRRRRRRURIURRUUxiab 輸出輸出/輸入比值輸入比值 設設 當當 即即 時時)(xxLLxioRRRRRRRUULRRm/)1(1xmxxUUio0mLRxUUioioUURRx0m 2 分析分析 一個測試系統可以認為是被測對象與測量裝置的連接。一個測試系統可以認為是被測對象與測量裝置的連接。 由于傳感、顯示等中間環節的影響，系統的前后環節之間發生由于傳感、顯示等中間環節的影響，系統的前后環

7、節之間發生了能量交換。測試裝置的輸出了能量交換。測試裝置的輸出z(t)將不再等于被測對象的輸出值將不再等于被測對象的輸出值y(t)。 在兩個系統互聯而發生能量交換時，系統連接點的物理參量將在兩個系統互聯而發生能量交換時，系統連接點的物理參量將發生變化。兩個系統將不再簡單地保留其原有的傳遞函數，而是共發生變化。兩個系統將不再簡單地保留其原有的傳遞函數，而是共同形成一個整體系統的新傳遞函數。同形成一個整體系統的新傳遞函數。圖圖3-10 被測對象與測試裝置連接關系被測對象與測試裝置連接關系 3 負載效實例負載效實例 一低通濾波器接上負載；地震式速度傳感器外接負載；一低通濾波器接上負載；地震式速度傳感

8、器外接負載；一簡單的單自由度振動系統外接傳感器一簡單的單自由度振動系統外接傳感器 。圖圖3.11 負載效應例負載效應例 4 一階系統的互聯一階系統的互聯 圖圖3.12 兩個一階環節的聯接兩個一階環節的聯接（a）（）（b）一階環節）一階環節 （c）兩環節不加隔離直接串聯）兩環節不加隔離直接串聯 圖圖2.11中兩個一階環節的傳遞函數分別是：中兩個一階環節的傳遞函數分別是： 11111;11CRssH 22222;11CRssH若未加任何隔離措施而將這兩個環節直若未加任何隔離措施而將這兩個環節直接串聯，令接串聯，令v2(t)為聯接點的電壓，可得為聯接點的電壓，可得 ssVsVy2211 ssVsVy

9、2211(3.31)(3.32)(3.33) 自連接點右側的電抗為自連接點右側的電抗為 令令Z表示自表示自R1后的右側電路的電抗，即后的右側電路的電抗，即 ssVsVy2211 ssVsVy2211sCssCsCRsCRZ222222221112122122212212111111/1sCsCCssCssCsCssCZsCZ ssVsVy2211 ssVsVy2211故故連接后的傳遞函數為：連接后的傳遞函數為：而而 22121212221122112121111ssCRsssCRsCCRsZRZsVsVx 22121212211ssCRsVsVsVsVsVsVsHyxxy 221212121111111sssssHsH ssVsVy2211 ssVsVy2211 顯然，顯然，H(s) H1(s) H2(s)。原因：這兩個環節直接串聯形成兩環。原因：這兩個環節直接串聯形成兩環節間有能量交換。節間有能量交換。 解決方法：采用隔離，即在兩級之間插入解決方法：采用隔離，即在兩級之間插入“跟隨跟隨”器。器。 （缺點：（缺點：比較麻煩?。┍容^麻煩?。┖侠磉x用測試裝置使能滿足測試精度的要求。合理選用測試裝置使能滿足測試精度的要求。 為使為使H(s) H1(s)，在測試裝置選擇上可采取：在測試裝置選擇上可采?。?2 1，一般應選用，一般應選用2 0.31測試裝置的存儲器件