測試裝置的基本特性教案第1頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容概述測試裝置的靜態(tài)特性測試裝置的動態(tài)特性測試裝置對任意輸入的響應(yīng)實(shí)現(xiàn)不失真測試的條件測試裝置動態(tài)特性的測量第2頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月§4.1

概述隨著測試目的和要求的不同，測試裝置的組成、復(fù)雜程度有很大差別。測試系統(tǒng)是執(zhí)行測試任務(wù)的各種裝置和儀器的總稱。第3頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月檢測系統(tǒng)構(gòu)成信息獲取轉(zhuǎn)換顯示和處理（信號檢出部分）（信號變換部分）（分析處理部分、通信接口及總線）第4頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月對測試裝置的基本要求1工程測試問題有三類：1）如果x(t)、y(t)可以觀察(已知)，則可推斷h(t)。2）如果h(t)已知，y(t)可測，則可推斷x(t)。3）如果x(t)和h(t)已知，則可推斷和估計(jì)y(t)。第5頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月對測試裝置的基本要求2研究對象+測試裝置作為一個系統(tǒng)舉例說明研究對象是測試裝置本身----測試裝置的定度（標(biāo)度）問題理想的測試裝置應(yīng)具有單值的、確定的輸入-輸出關(guān)系；輸出與輸入成線性關(guān)系為最佳。實(shí)際的測試裝置只能在較小的范圍和一定的誤差允許范圍內(nèi)滿足線性要求。第6頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)時不變線性系統(tǒng)/定常線性系統(tǒng)系統(tǒng)的輸入與輸出的關(guān)系可用常系數(shù)線性微分方程來描述的系統(tǒng)。嚴(yán)格的說，很多物理系統(tǒng)是時變的（因?yàn)椴环€(wěn)定因素的存在），但在工程上?？梢砸宰銐虻木_度認(rèn)為大多數(shù)常見物理系統(tǒng)是時不變系統(tǒng)。返回傳遞函數(shù)第7頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月時不變線性系統(tǒng)的主要性質(zhì)1符合疊加原理（很重要）幾個輸入所產(chǎn)生的總輸出是各個輸入所產(chǎn)生的輸出疊加的結(jié)果。符合疊加原理，意味著作用于線性系統(tǒng)的各個輸入所產(chǎn)生的輸出是互不影響的。以x(t)→y(t)表示系統(tǒng)的輸入、輸出的對應(yīng)關(guān)系第8頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月時不變線性系統(tǒng)的主要性質(zhì)2比例特性—又稱“均勻性”對于任意常數(shù)a，必有微分特性—系統(tǒng)對輸入導(dǎo)數(shù)的響應(yīng)等于對原輸入響應(yīng)的導(dǎo)數(shù)，即

第9頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月時不變線性系統(tǒng)的主要性質(zhì)3積分特性如系統(tǒng)的初始狀態(tài)均為零，則系統(tǒng)對輸入積分的響應(yīng)等同于對原輸入響應(yīng)的積分，即頻率保持性（很重要）若輸入為某一頻率的簡諧（正弦或余弦）信號，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出必是、也只是同頻率的簡諧信號應(yīng)用：利用此性質(zhì)判斷噪聲，進(jìn)而利用相應(yīng)的濾波技術(shù)，提取有用的信息第10頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月測試系統(tǒng)的性質(zhì)靜態(tài)特性動態(tài)特性負(fù)載特性抗干擾性第11頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月在靜態(tài)測量中，定常線性系統(tǒng)的輸入-輸出微分方程式變成

理想的定常線性系統(tǒng)，其輸出將是輸入的單調(diào)、線性比例函數(shù)，其中斜率S

是靈敏度，應(yīng)是常數(shù)。

實(shí)際的測量裝置并非理想的定常線性系統(tǒng)，其微分方程式的系數(shù)并非常數(shù)。通常會是測試系統(tǒng)的性質(zhì)第12頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月§4.2測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性線性度靈敏度、分辨力回程誤差零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移注意：測試裝置的靜態(tài)特性就是在靜態(tài)測試情況下描述實(shí)際測試裝置與理想定常線性系統(tǒng)的接近程度1、靜態(tài)特性： ——常量/緩慢變化的輸入情況下的輸出特性。測量時，測試裝置的輸入、輸出信號不隨時間而變化，則稱為靜態(tài)測量。第13頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.1線性度定義：指測量裝置輸出、輸入之間的關(guān)系與理想比例關(guān)系的偏離程度；即校準(zhǔn)曲線接近擬合直線的程度。

線性誤差=B/A*100%擬合直線（獨(dú)立直線、端基直線）A為裝置的標(biāo)稱輸出范圍B為校準(zhǔn)曲線與擬合直線的最大偏差靜態(tài)校準(zhǔn)第14頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.1線性度相對誤差:輸出值與理想直線的最大偏差值:理論滿量程輸出值理想直線：表達(dá):擬合直線一般不存在或很難獲得準(zhǔn)確結(jié)果利用測量數(shù)據(jù)，通過計(jì)算獲得第15頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月獲取擬合直線方法：(b)最小二乘法：計(jì)算：有n個測量數(shù)據(jù):(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)，(n>2)殘差：i=yi–(a+b

xi)殘差平方和最小：2i=min(a)端點(diǎn)連線法：檢測系統(tǒng)輸入輸出曲線的兩端點(diǎn)連線特點(diǎn)：xyΔ算法：簡單、方便，偏差大，與測量值有關(guān)算法：特點(diǎn)：精度高第16頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.2靈敏度、分辨力1當(dāng)裝置的輸入x有一個變化量?x，它引起輸出y發(fā)生相應(yīng)的變化量?y，則定義靈敏度

對于理想的定常線性系統(tǒng)，靈敏度應(yīng)當(dāng)是但是，一般的測試裝置總不是理想定常線性系統(tǒng)，用擬合直線的斜率來作為該裝置的靈敏度。注意：靈敏度有量綱，其單位取決于輸入、輸出量的單位。第17頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月通常，把引起測量裝置輸出值產(chǎn)生一個可察覺變化的最小輸入量（被測量）變化值稱為分辨力。通常表示為它與可能輸入范圍之比的百分?jǐn)?shù)。它用來描述裝置對輸入微小變化的響應(yīng)能力。2、分辨率---是相對數(shù)值：1、分辨力---是絕對數(shù)值，如0.01mm，0.1g，10ms，……說明：能檢測的最小被測量的變換量相對于滿量程的百分?jǐn)?shù)，如：0.1%,0.02%第18頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.3回程誤差實(shí)際裝置在同樣的測試條件下，當(dāng)輸入量由小增大和由大減小時，對于同一輸入量所得到的兩個輸出量卻往往存在著差值。

把在全測量范圍內(nèi)，最大的差值稱為回程誤差或滯后誤差。理想裝置的輸出、輸入有完全單調(diào)的一一對應(yīng)的關(guān)系?；爻陶`差：正向（輸入量增大）和反向（輸入量減小）行程期間，檢測裝置輸入—輸出曲線的不重合程度。產(chǎn)生原因：滯后現(xiàn)象的后果、裝置死區(qū)的存在第19頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.3回程誤差正反行程輸出值的最大偏差除以滿量程輸出算法：第20頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.4重復(fù)性重復(fù)性：外界條件不變的情況下，對同一被測量多次重復(fù)測量時，每一次的輸出值都不一樣，是隨機(jī)的。重復(fù)性反應(yīng)的是測量值之間的分散性——精密度，屬于隨機(jī)誤差?？筛鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差來計(jì)算。第21頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移

穩(wěn)定度是指測量裝置在規(guī)定條件下保持其測量特性恒定不變的能力。通常在不指明影響量時，穩(wěn)定度指裝置不受時間變化影響的能力。

漂移是指測量特性隨時間的慢變化。

零點(diǎn)漂移是測量裝置的輸出零點(diǎn)偏離原始零點(diǎn)的距離，它可以是隨時間緩慢變化的量；

靈敏度漂移是指由于材料性質(zhì)的變化所引起的輸入與輸出關(guān)系（斜率）的變化?？傉`差=零點(diǎn)漂移+靈敏度漂移第22頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3測試系統(tǒng)的動態(tài)特性動態(tài)特性：——變化/動態(tài)信號。研究當(dāng)測試與檢測系統(tǒng)的輸入和輸出均為隨時間而變化的信號時，系統(tǒng)對輸出信號的影響。動態(tài)測量——被測量本身隨時間變化，而測量系統(tǒng)又能準(zhǔn)確地跟隨被測量的變化而變化例：彈簧秤的力學(xué)模型動態(tài)信號——幅值、時間、空間/頻率由系統(tǒng)元件的機(jī)械、物理及光、電、磁等特性決定。動態(tài)特性——輸入與輸出在幅值與頻率上的相互關(guān)系第24頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3測試系統(tǒng)的動態(tài)特性

無論復(fù)雜度如何，把測量裝置作為一個系統(tǒng)來看待。問題簡化為處理輸入量x(t)、系統(tǒng)傳輸特性h(t)和輸出y(t)三者之間的關(guān)系。x(t)h(t)y(t)輸入量系統(tǒng)特性輸出第25頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3.2研究測試系統(tǒng)的動態(tài)特性的方法2定常線性系統(tǒng)的測試裝置，可用常系數(shù)線性微分方程來描述，但使用時有許多不便。因此，常通過拉普拉斯變換建立其相應(yīng)的“傳遞函數(shù)”，通過傅立葉變換建立其相應(yīng)的“頻率響應(yīng)函數(shù)”，以便更簡便地描述裝置或系統(tǒng)的特性。h(t)H(s)H(ω

)s=j

ωFTIFTLTILT1研究測試系統(tǒng)的動態(tài)特性可以從時域和頻域兩個方面進(jìn)行分析。3.激勵源的選用：正弦信號、階躍信號和沖擊信號。第26頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1

測試系統(tǒng)的一般數(shù)學(xué)描述動態(tài)特性：測試系統(tǒng)在被測量隨時間變化的條件下輸入輸出關(guān)系(1)微分方程：根據(jù)相應(yīng)的物理定律（如牛頓定律、能量守恒定律、基爾霍夫電路定律等），用線性常系數(shù)微分方程表示系統(tǒng)的輸入x與輸出y關(guān)系的數(shù)字方程式ai、bi(i=0,1,…)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性參數(shù)，常數(shù)，系統(tǒng)的階次由輸出量最高微分階次決定。常見為0階、一階、二階系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：概念清晰，輸入-輸出關(guān)系明了，可區(qū)分暫態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)缺點(diǎn)：求解方程麻煩，傳感器調(diào)整時分析困難。4.3.3測試系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述第27頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月2傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)動態(tài)特性更為廣泛的函數(shù)是傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)的定義：x(t)、y(t)及其各階導(dǎo)數(shù)的初始值為零，系統(tǒng)輸出信號的拉普拉斯變換(拉氏變換)與輸入信號的拉氏變換之比，記為

拉普拉斯變換定義：第28頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月x(t)y(t)輸入量輸出量H(s)=X(S)Y(S)(())第29頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月傳遞函數(shù)：利用拉氏變換，將微分方程轉(zhuǎn)換成為復(fù)數(shù)域的數(shù)學(xué)模型，輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比：傅氏變換拉氏變換優(yōu)點(diǎn)：直觀的反映了系統(tǒng)對不同頻率成分輸入信號的扭曲情況，可由實(shí)驗(yàn)測得。4.3.3測試系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述第30頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月傳遞函數(shù)的特點(diǎn)1）H(s)與輸入x(t)及系統(tǒng)的初始狀態(tài)無關(guān)，它只表達(dá)了系統(tǒng)的傳輸特性。2）H(s)只反映系統(tǒng)傳輸特性而不拘泥于系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)。即具有相似傳遞函數(shù)的不同系統(tǒng),物理性質(zhì)完全相同。3）an、bn等系數(shù)的量綱將因具體物理系統(tǒng)和輸入、輸出的量綱而異。4）H(s)中的分母取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。第31頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月頻率響應(yīng)函數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù)是在頻率域中描述和考察系統(tǒng)特性的。與傳遞函數(shù)相比較，頻率響應(yīng)的物理概念明確，也易通過實(shí)驗(yàn)來建立；利用它和傳遞函數(shù)的關(guān)系，由它極易求出傳遞函數(shù)。因此頻率響應(yīng)函數(shù)是實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)的重要工具。第32頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月幅頻特性、相頻特性和頻率響應(yīng)函數(shù)定常線性系統(tǒng)在簡諧信號的激勵下，系統(tǒng)的頻率特性：幅頻特性：穩(wěn)態(tài)輸出信號和輸入信號的幅值比。記為A(ω)。相頻特性：穩(wěn)態(tài)輸出對輸入的相位差。記為φ(ω)。系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)為第33頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)：簡單，信號發(fā)生器，雙蹤示波器就可以缺點(diǎn)：效率低4.3.3測試系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述第34頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月案例：音響系統(tǒng)性能評定y(t)=x(t)*h(t)Y(f)=X(f)H(f)

改進(jìn)：白噪聲輸入，測量輸出，再求輸出頻譜。白噪聲：在所有頻率成分處X(f)=14.3.3測試系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述第35頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月輸入正弦信號：x(t)=Aejwt暫態(tài)響應(yīng)衰減消失后輸出正弦信號：y(t)=Aej(wt+j)3、頻率響應(yīng)函數(shù)第36頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月以代入上式，也可以得到頻響函數(shù)，說明頻率響應(yīng)函數(shù)是傳遞函數(shù)的特例。則線性系統(tǒng)的頻響函數(shù)為：jjjY0ej(wt+j)X0ejwt=Y(jw)X(jw)第37頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月頻率特性及其圖像H(j)一般為復(fù)數(shù)，寫成實(shí)部和虛部的形式：第38頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月幅頻特性：幅值比與頻率關(guān)系A(chǔ)(ω)：輸出幅值與靜態(tài)幅值比---系統(tǒng)的動態(tài)靈敏度（增益）相頻特性：相位與頻率的關(guān)系第39頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月A()-曲線稱為幅頻特性曲線；()-曲線稱為相頻特性曲線。實(shí)際作圖時，常畫出伯德圖（Bode圖）：

20lgA()-lg曲線——對數(shù)幅頻曲線

()-lg曲線——對數(shù)相頻曲線

第40頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一階系統(tǒng)第41頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4脈沖響應(yīng)函數(shù)

若輸入為單位脈沖，即x(t)=δ(t),則X(s)=L[δ(t)]=1。裝置的相應(yīng)輸出是Y(s)=H(s)X(s)=H(s),其時域描述可通過對Y(s)的拉普拉斯反變換得到h(t)常稱為系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)或權(quán)函數(shù)。時域脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)系統(tǒng)特性的描述頻域頻率響應(yīng)函數(shù)H(ω)復(fù)數(shù)域傳遞函數(shù)H(s)第42頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月若裝置的輸人為單位脈沖δ(t)，因δ(t)的傅立葉變換為1，因此裝置輸出y(t)的拉式變換必將是H(s)，即Y(s)=H(s)，或y(t)=L-1[H(S)]，并可以記為h(t)，常稱它為裝置的脈沖響應(yīng)函數(shù)或權(quán)函數(shù)。時域波形參數(shù)識別優(yōu)點(diǎn)：直觀缺點(diǎn)：簡單系統(tǒng)識別第43頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖響應(yīng)函數(shù)測量實(shí)驗(yàn)求脈沖響應(yīng)函數(shù)簡單明了，產(chǎn)生一個沖擊信號，再測量系統(tǒng)輸出就可以了。案例：橋梁固有頻率測量原理：在橋中設(shè)置一三角形障礙物，利用汽車礙時的沖擊對橋梁進(jìn)行激勵，再通過應(yīng)變片測量橋梁動態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。第44頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)測試系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性：輸入：階躍信號輸出：階躍響應(yīng)時域波形參數(shù)識別優(yōu)點(diǎn)：直觀缺點(diǎn)：簡單系統(tǒng)識別若系統(tǒng)的輸入信號為單位階躍信號，即x(t)=u(t)，則X(s)=1/s，此時Y(s)=H(s)/s，固有y(t)=L-1[H(s)/s]。2.2測試系統(tǒng)動態(tài)特性第45頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月階躍響應(yīng)函數(shù)測量實(shí)驗(yàn)求階躍響應(yīng)函數(shù)簡單明了，產(chǎn)生一個階躍信號，再測量系統(tǒng)輸出就可以了。案例：橋梁固有頻率測量原理：在橋中懸掛重物，然后突然剪斷繩索，產(chǎn)生階躍激勵，再通過應(yīng)變片測量橋梁動態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。第46頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1環(huán)節(jié)的串聯(lián)和并聯(lián)兩個傳遞函數(shù)各為H1(s)和H2(s)的環(huán)節(jié)串聯(lián)時系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H(s)在初始條件為零時為：對幾個環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的系統(tǒng)，有4.3.4測試系統(tǒng)的動態(tài)分析第47頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月并聯(lián)時

因由n個環(huán)節(jié)并聯(lián)組成的系統(tǒng)，有第48頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月n個環(huán)節(jié)串聯(lián)時系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)其相頻和幅頻分別為n個環(huán)節(jié)并聯(lián)時系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)第49頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月特別注意因?yàn)?/p>

結(jié)論：任何分母中s高于三次（n>3）的高階系統(tǒng)都可以看作是若干個一階環(huán)節(jié)和二階環(huán)節(jié)的并聯(lián)（也自然可轉(zhuǎn)化為若干一階環(huán)節(jié)和二階環(huán)節(jié)的串聯(lián)）。第50頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一階系統(tǒng)實(shí)例系統(tǒng)一系統(tǒng)二2.測試系統(tǒng)的頻率響應(yīng)第51頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一階系統(tǒng)的一般形式一階系統(tǒng)均可用一階微分方程來描述，一般形式的一階微分方程為改寫為式中為時間常數(shù)；為系統(tǒng)靈敏度，是一個常數(shù)。令S=1，即第52頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一階系統(tǒng)的特性1傳遞函數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù)幅相頻表達(dá)式脈沖響應(yīng)函數(shù)第53頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一階系統(tǒng)的特性2第54頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一階系統(tǒng)的特性31）當(dāng)時，;當(dāng)時，。2）在處，A(ω)為0.707（-3db),相角滯后-45o。3）一階系統(tǒng)的伯德圖可用一條折線來近似描述。這條折線在段為A(ω)=1,在段為一

-20db/10倍頻斜率的直線。點(diǎn)稱轉(zhuǎn)折頻率。一階測量裝置適用于測量緩變或低頻的被測量時間常數(shù)τ是一階反映系統(tǒng)特性的重要參數(shù)，它決定了該裝置適用的頻率范圍。第55頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月二階系統(tǒng)實(shí)例1第56頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月二階系統(tǒng)實(shí)例2第57頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月二階系統(tǒng)的一般形式令S=1,得到歸一化的二階微分方程，作為研究二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)式。系統(tǒng)的固有頻率系統(tǒng)的靜態(tài)靈敏度系統(tǒng)的阻尼比第58頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月二階系統(tǒng)的特性1傳遞函數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù)、幅頻特性和相頻特性脈沖響應(yīng)函數(shù)第59頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月二階系統(tǒng)的特性2二階系統(tǒng)的幅頻、相頻特性曲線第60頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月二階系統(tǒng)的特性31）當(dāng)時，；當(dāng)時，。2）二階系統(tǒng)的伯德圖可用折線來近似。在段，A(ω)可用0dB水平線近似。在段，可用斜率為-40dB/10倍頻的直線來近似。第61頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月二階系統(tǒng)的特性43)在段，φ(ω)甚小，且和頻率近似成正比增加。在段，φ(ω)趨近于180o，即輸出信號幾乎和輸入反相。在ω靠近區(qū)間，φ(ω)隨頻率的變化而劇烈變化，而且ζ越小，這種變化越劇烈。4）影響二階系統(tǒng)動態(tài)特性的參數(shù)是固有頻率和阻尼比；在通常使用的頻率中，又以固有頻率的影響最為重要。固有頻率的選擇應(yīng)以其工作頻率范圍為依據(jù)。一般取第62頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4測試系統(tǒng)動態(tài)特性的測定靜態(tài)參數(shù)的測試以經(jīng)過校準(zhǔn)的“標(biāo)準(zhǔn)”靜態(tài)量作為輸入，求出輸出-輸入曲線。根據(jù)這條曲線確定其回程誤差，整理和確定其校準(zhǔn)曲線、線性誤差和靈敏度。動態(tài)參數(shù)的測試頻率響應(yīng)法階躍響應(yīng)法第63頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4測試系統(tǒng)動態(tài)特性的測定

4.4.1階躍響應(yīng)法單位階躍輸入第64頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4測試系統(tǒng)動態(tài)特性的測定

---系統(tǒng)對單位階躍的響應(yīng)（2）一階系統(tǒng)對單位階躍輸入的響應(yīng)穩(wěn)態(tài)輸出誤差理論上為零，系統(tǒng)的初始上升斜率為，為時間常數(shù)。一階系統(tǒng)的時間常數(shù)越小越好。第65頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4測試系統(tǒng)動態(tài)特性的測定2二階系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)的測定第66頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月二階系統(tǒng)對單位階躍輸入的響應(yīng)系統(tǒng)的響應(yīng)在很大程度上決定于阻尼比ζ和固有頻率。越高，系統(tǒng)的響應(yīng)越快。阻尼比直接影響超調(diào)量和振蕩次數(shù)。ζ選在0.6~0.8之間。系統(tǒng)的固有頻率為系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。第67頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論

對一階系統(tǒng)而言，如果時間常數(shù)越小，則裝置響應(yīng)越快，近于滿足測試不失真條件的通頻帶越寬。故一階系統(tǒng)的時間常數(shù)越小越好。對二階系統(tǒng)而言，一般地，在ζ=0.6~0.8時，可以獲得較為合適的綜合性能。計(jì)算表明，當(dāng)ζ=0.7時，在0~0.58ωn的頻率范圍滿足不失真測試的條件。第68頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.2頻率響應(yīng)法通過穩(wěn)態(tài)正弦激勵試驗(yàn)求得幅頻和相頻特性曲線。1一階系統(tǒng)：通過幅頻特性或相頻特性直接確定其動態(tài)特性參數(shù)τ。第69頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.2頻率響應(yīng)法一階系統(tǒng)①測得一階裝置的階躍響應(yīng)，取該輸出值達(dá)到最終穩(wěn)態(tài)值的63%所經(jīng)過的時間作為時間常數(shù)τ。但測量結(jié)果的可靠性很差。②將一階裝置的階躍響應(yīng)表達(dá)式改寫為兩邊取對數(shù)，有根據(jù)測得值作出曲線，根據(jù)其斜率值確定時間常數(shù)τ。第70頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.2頻率響應(yīng)法2.二階系統(tǒng)，動態(tài)特性參數(shù)為：固有頻率和阻尼比ζ。參數(shù)可從相頻特性曲線直接估計(jì)，但相角測量較困難。

通常通過幅頻曲線估計(jì)其參數(shù)。對欠阻尼系統(tǒng)，令或者第71頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.2頻率響應(yīng)法二階裝置第72頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.2頻率響應(yīng)法二階裝置

如果測得響應(yīng)的較長瞬變過程，則可利用任意兩個超調(diào)量和來求取其阻尼比。第73頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)測試系統(tǒng)的輸出y(t)與輸入x(t)滿足關(guān)系y(t)=A0x(t-t0)系統(tǒng)不失真測試的時域條件4.5系統(tǒng)不失真測試的條件該測試系統(tǒng)的輸出波形與輸入信號的波形精確地一致，只是幅值放大了A0倍，在時間上延遲了t0而已。這種情況下，認(rèn)為測試系統(tǒng)具有不失真的特性。時域條件第74頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月y(t)=A0x(t-t0)→Y(ω)=A0e-jωt0X(ω)2.4系統(tǒng)不失真測量的條件不失真測試系統(tǒng)條件的幅頻特性和相頻特性應(yīng)分別滿足

A(ω)=A0=常數(shù)φ(ω)=--t0ω做傅立葉變換頻域定義第75頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月信號中不同頻率成分通過

測試裝置后的輸出第76頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)載效應(yīng)1測試裝置的接入就成為被測對象的負(fù)載；后接環(huán)節(jié)總是成為前面環(huán)節(jié)的負(fù)載。第77頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)載效應(yīng)2

當(dāng)一個裝置連接到另一裝置上，并發(fā)生能量交換時，就會發(fā)生兩種現(xiàn)象：1）前裝置的聯(lián)接處甚至整個裝置的狀態(tài)和輸出都將發(fā)生變化；2）兩個裝置共同形成一個新的整體，該裝置雖然保留其良組成裝置的某些主要特征，但其傳遞函數(shù)已不能用理想的串聯(lián)、并聯(lián)來計(jì)算。某裝置由于后接另一裝置而產(chǎn)生的種種現(xiàn)象，成為負(fù)載效應(yīng)。第78頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月減輕負(fù)載效應(yīng)的措施對于電壓輸出的環(huán)節(jié)，可用如下辦法：提高后續(xù)環(huán)節(jié)（負(fù)載）的輸入阻抗在原來兩個相聯(lián)接的環(huán)節(jié)之中，插入高輸入阻抗、低輸出阻抗的的放大器，以便一方面減小從前環(huán)節(jié)吸取能量，另一方面在承受后一環(huán)節(jié)（負(fù)載）后又能減少電壓輸出的變化，從而減小負(fù)載效應(yīng)使用反饋和零點(diǎn)測量原理，使后面環(huán)節(jié)幾乎不從前環(huán)節(jié)吸取能量。如電位差計(jì)測量電壓等。第79頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月測試裝置的抗干擾一個測試系統(tǒng)抗干擾能力的大小在很大程度上決定了該系統(tǒng)的可靠性，是測試系統(tǒng)重要的特性之一。第80頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月測量裝置的干擾源

一般說來，良好的屏蔽及正確的接地可除去大部分的電磁波干擾。而絕大部分測量裝置都需要供電，所以外部電網(wǎng)對裝置的干擾以及裝置內(nèi)部通過電源內(nèi)阻相互藕合造成的干擾對裝置的影響最大。因此，如何克服通過電源造成的干擾應(yīng)重點(diǎn)注意。第81頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾1電網(wǎng)電源噪聲把供電電壓跳變的持續(xù)時間Δt>1s者，稱為過壓和欠壓噪聲。供電電網(wǎng)內(nèi)阻過大或網(wǎng)內(nèi)用電器過多會造成欠壓噪聲。三相供電零線開路可能造成某相過壓。供電電壓跳變的持續(xù)時間1s>Δt>1ms者，被稱為浪涌和下陷噪聲。它主要產(chǎn)生于感應(yīng)性用電器(如大功率電機(jī))在開、關(guān)機(jī)時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。供電電壓跳變的持續(xù)時間Δt<1ms者，被稱為尖峰噪聲。這類噪聲產(chǎn)生的原因較復(fù)雜,用電器間斷的通斷產(chǎn)生的高頻分量、汽車點(diǎn)火器所產(chǎn)生的高頻干擾耦合到電網(wǎng)都可能產(chǎn)生尖峰噪聲。第82頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾2供電系統(tǒng)的抗干擾交流穩(wěn)壓器：消除過壓、欠壓造成的影響，保證供電的穩(wěn)定。隔離穩(wěn)壓器：減少高頻噪聲的竄入。低通濾波器：可濾去大于50Hz市電基波的高頻干擾。獨(dú)立功能塊單獨(dú)供電：可以基本消除各單元電路因共用電源而引起相互耦合所造成的干擾。第83頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月合理的供電