《測(cè)試技術(shù)》PPT課件.ppt

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1、2020/9/1,1,,系統(tǒng)對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng) 系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入信號(hào)的響應(yīng),2.4 測(cè)試裝置對(duì)任意輸入的響應(yīng),2020/9/1,2,一、系統(tǒng)對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng),2020/9/1,3,,對(duì)取極限，,,,此式表明，從時(shí)域看，系統(tǒng)的輸出就是輸入與系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)的卷積，是系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的最基本表達(dá)式。,2020/9/1,4,,卷積積分是一種數(shù)學(xué)方法，在信號(hào)與系統(tǒng)的理論研究中占有重要的地位。特別是關(guān)于信號(hào)的時(shí)間域與變換域分析，它是溝通時(shí)域頻域的一個(gè)橋梁。,1、卷積分基礎(chǔ)：,2020/9/1,5,,1）將信號(hào)x(t)分解為許多寬度為 t 的窄條面積之和，t= n t 時(shí)的第n個(gè)窄條的高度為x(

2、n t )，在 t 趨近于零的情況下，窄條可以看作是強(qiáng)度等于窄條面積的脈沖。,2、卷積的物理意義：,2020/9/1,6,2）在t=nt時(shí)刻，窄條脈沖引起的響應(yīng)為: x(nt)t h(t- nt),2020/9/1,7,3）各脈沖引起的響應(yīng)之和即為輸出y(t),,,,,,2020/9/1,8,案例：音響系統(tǒng)性能評(píng)定,,改進(jìn)：脈沖輸入/白噪聲輸入，測(cè)量輸出，再求輸出頻譜。,飛機(jī)模態(tài)分析,2020/9/1,9,案例:鏜桿固有頻率測(cè)量,2020/9/1,10,實(shí)驗(yàn)：懸臂梁固有頻率測(cè)量,2020/9/1,11,案例:橋梁固頻測(cè)量,原理：在橋中設(shè)置一三角形障礙物，利用汽車礙時(shí)的沖擊對(duì)橋梁進(jìn)行激

3、勵(lì)，再通過應(yīng)變片測(cè)量橋梁動(dòng)態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。,2020/9/1,12,二、系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng),,,,單位階躍輸入,一階系統(tǒng)響應(yīng),二階系統(tǒng)響應(yīng),輸出,輸入,,X(s)=1/s,x(t)=u(t) 0 t0,,,,2020/9/1,13,單位階躍激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)輸出誤差理論上為零 系統(tǒng)初始上升斜率為,,,,在理論上,，系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)無意義,對(duì)一階裝置,越小越好，達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)間越短。,一階系統(tǒng)：,2020/9/1,14,二階系統(tǒng)：,在單位階躍激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)輸出誤差也為零，但其響應(yīng)主要決定于,，,。,,,，響應(yīng)越快；,,，持續(xù)振蕩，達(dá)不到穩(wěn)態(tài)；,，雖不發(fā)生振蕩，但也需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)；,

4、,響應(yīng)在偏離穩(wěn)態(tài)不到2%5%范圍內(nèi)。,,,2020/9/1,15,,若系統(tǒng)輸入信號(hào)為單位階躍信號(hào)， 即: x(t)=u(t)， 則 X(s)=1/s， 此時(shí) Y(s)=H(s)/s,階躍響應(yīng)函數(shù),2020/9/1,16,階躍響應(yīng)函數(shù)測(cè)量,實(shí)驗(yàn)求階躍響應(yīng)函數(shù)簡(jiǎn)單明了，產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào)，再測(cè)量系統(tǒng)輸出就可以了。,原理：在橋中懸掛重物，然后突然剪斷繩索，產(chǎn)生階躍激勵(lì)，再通過應(yīng)變片測(cè)量橋梁動(dòng)態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。,案例：橋梁固有頻率測(cè)量,2020/9/1,17,2.5實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試的條件,設(shè)有一個(gè)測(cè)試裝置，其輸出,與輸入,滿足：,,----------------- ,輸出和輸入波形一致，只是幅值

5、放大了,倍，,時(shí)間延遲,測(cè)試裝置實(shí)現(xiàn)了不失真測(cè)量對(duì)作傅立葉變換：,,,若,2020/9/1,18,則,,所以，測(cè)試裝置實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試條件：,,,稱幅值失真,,成線性關(guān)系稱相位失真,2020/9/1,19,注：滿足不失真測(cè)試條件后，裝置的輸出仍滯后于輸入若測(cè)試結(jié)果用作反饋控制信號(hào)，則此滯后影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。應(yīng)使滯后。 實(shí)際裝置很難實(shí)現(xiàn)完全理想的不失真常測(cè)試有誤差只能將波形失真限制在一定誤差范圍內(nèi)。,一階裝置：,時(shí)間常數(shù) 愈小，裝置的響應(yīng)愈快，近于滿足不失真測(cè)試條件的通頻帶愈寬。所以時(shí)間常數(shù) 原則上愈小愈好。,2020/9/1,20,二階裝置：,,，,的數(shù)值較小，,且,接近直線，,變化

6、不超過10%，,波形輸出失真很小。,,，,接近,，,且隨,變化甚小，,此時(shí)將實(shí)測(cè)電路反相，,則,基本滿足不失真條件。,但此時(shí),過小，輸出幅值太小。,,，可獲得較為合適的綜合特性；,,,,,的頻率范圍內(nèi)，,,的變化不超過5%，,同時(shí),也接近于直線，所以相位失真也很小。,2020/9/1,21,設(shè)測(cè)試系統(tǒng)的輸出y(t)與輸入x(t)滿足關(guān)系 y(t)=A0 x(t-t0),系統(tǒng)不失真測(cè)量條件,該系統(tǒng)的輸出波形與輸入信號(hào)的波形精確地一致，只是幅值放大了A0倍，在時(shí)間上延遲了t0而已。這種情況下，認(rèn)為測(cè)試系統(tǒng)具有不失真的特性。,2020/9/1,22,y(t)=A0 x(t-t0) Y()=A0e-

7、jt0X(),不失真測(cè)試系統(tǒng)條件的幅頻特性和相頻特性應(yīng)分別滿足 A()=A0=常數(shù) ()=--t0,做傅立葉變換,2020/9/1,23,2.6 測(cè)試裝置動(dòng)態(tài)特性測(cè)試,2.6.1頻率響應(yīng)法 2.6.2階躍響應(yīng)法,主要敘述對(duì)裝置本身動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試方法,2020/9/1,24,2.6.1頻率響應(yīng)法,通過穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)試驗(yàn) 求其幅頻和相頻特性曲線,，,。,對(duì)于一階裝置：主要確定其時(shí)間常數(shù),，,,2020/9/1,25,對(duì)于二階裝置：,1) 從相頻特性,直接估計(jì)其動(dòng)態(tài)特性參數(shù),，,但準(zhǔn)確測(cè)定相角較難。,2) 從幅頻特性曲線估計(jì)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)：,對(duì),的欠阻尼系統(tǒng)，,的峰值稍偏離,的,處，,,,或,2020/

8、9/1,26,當(dāng),甚小時(shí)，,先求,，再求,。,,由,當(dāng),時(shí)，,，當(dāng),甚小時(shí),接近峰值。,令,，,代入,中：,,2020/9/1,27,,在,曲線上，在峰值的,處作水平線交,曲線于a,b對(duì)應(yīng)頻率,,則,2020/9/1,28,2.6.2階躍響應(yīng)法（在工程中常用）（一）由一階裝置的階躍響應(yīng)求其動(dòng)態(tài)特性參數(shù),估算：測(cè)得一階裝置的階躍響應(yīng)，取輸出值達(dá)到最終穩(wěn)態(tài)值的63所經(jīng)過的時(shí)間作為時(shí)間常數(shù) 。,精確計(jì)算： 一階裝置的階躍響應(yīng)表達(dá)式：,(不可靠，取決于某瞬時(shí)值，有誤差),,2020/9/1,29,所以,成線性關(guān)系，作曲線，依其斜率計(jì)算,(此法運(yùn)用了全部測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果較可靠),2020/9/1,

9、30,（二）由二階裝置的階躍響應(yīng)求其動(dòng)態(tài)特性參數(shù),,2020/9/1,31,,,,有阻尼固有頻率,其瞬態(tài)響應(yīng)為以,為園頻率作衰減振蕩，,各振蕩峰值對(duì)應(yīng)時(shí)間,,,,，,，,，,，,當(dāng),,時(shí)，,為超調(diào)量,2020/9/1,32,,,所以,,,作 圖，,求阻尼比,若：測(cè)響應(yīng)較長(zhǎng)的瞬變過程，用 和 求阻尼比,，,2020/9/1,33,,,,,,當(dāng) 時(shí)，以1代替 ，則,2020/9/1,34,1 、一階系統(tǒng),,溫度,酒精,濕度,2.6.3典型系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),2020/9/1,35,,特征：測(cè)量滯后,階躍響應(yīng),,,,,2020/9/1,36,一階系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)測(cè)量：,階躍響應(yīng),

10、,2020/9/1,37,,實(shí)驗(yàn)：一階系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)對(duì)測(cè)量的影響,2020/9/1,38,2 二階系統(tǒng),,稱重(應(yīng)變片),,加速度,2020/9/1,39,,,,特征：震蕩,脈沖響應(yīng),,2.6.4典型系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),2020/9/1,40,,,,,二階系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量,脈沖響應(yīng)/階躍響應(yīng)函數(shù)法：,,2020/9/1,41,,傳遞函數(shù)法,,,,,2020/9/1,42,阻尼系數(shù)和固頻的作用,2020/9/1,43,實(shí)驗(yàn)：二階系統(tǒng)參數(shù)對(duì)測(cè)量的影響,2020/9/1,44,2.7負(fù)載效應(yīng) 2.7.1定義：,大多數(shù)測(cè)量元件（或儀表）總要從被測(cè)對(duì)象中吸取一些能量，它會(huì)或多或少地改變被測(cè)量的數(shù)值，這種效應(yīng)稱為測(cè)

11、試裝置的負(fù)載效應(yīng)。 為比較各種儀表的負(fù)載效應(yīng)，在電測(cè)儀表中常用輸入阻抗來表示：,,2020/9/1,45,,測(cè)量元件消耗的功率，為使,，需使儀表具有很大的輸入阻抗,2.7.2措施：,1、采用輔助能源放大器，使測(cè)量元件只從被測(cè)的環(huán) 節(jié)上取得微小的功率，再借助放大器使儀表獲得所需的功率，減少前一環(huán)節(jié)的功率損耗。 2、利用負(fù)反饋技術(shù)組成零位測(cè)量，在達(dá)到平衡時(shí)，理論上可認(rèn)為不消耗被測(cè)介質(zhì)中的能量。 3、提高輸入阻抗，使放大器輸出阻抗減小。,2020/9/1,46,實(shí)際測(cè)量工作中，測(cè)量系統(tǒng)和被測(cè)對(duì)象會(huì)產(chǎn)生相互作用。測(cè)量裝置構(gòu)成被測(cè)對(duì)象的負(fù)載。彼此間存在能量交換和相互影響，以致系統(tǒng)的傳遞函數(shù)不

12、再是各組成環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的疊加或連乘。,V=ER2Rm/R1(Rm+R2)+RmR2,令R1=100K,R2=150K, Rm=150K,E=150V,得:U0=90V,U1=64.3V， 誤差達(dá)28.6%。,2020/9/1,47,,案例：物料配重自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)測(cè)量,靈敏度=y/x,非線性度=B/A100%,回程誤差=(hmax/A)100%,測(cè)量范圍：,2020/9/1,48,2.8測(cè)試裝置的抗干擾,2.8.1測(cè)量裝置的干擾源 2.8.2防供電干擾 2.8.3防信道干擾 2.8.4接地 2.8.5提高系統(tǒng)精度,2020/9/1,49,測(cè)量過程中，除待測(cè)量信號(hào)外，各種不可見的、隨機(jī)的信

13、號(hào)可能出現(xiàn)在測(cè)量系統(tǒng)中。這些信號(hào)與有用信號(hào)疊加在一起，嚴(yán)重扭曲測(cè)量結(jié)果。,測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾,2020/9/1,50,1)電磁干擾:干擾以電磁波輻射方式經(jīng)空間串入測(cè) 量系統(tǒng)。,2)信道干擾：信號(hào)在傳輸過程中，通道中各元件產(chǎn) 生的噪聲或非線性畸變所造成的干擾。,2)電源干擾：這是由于供電電源波動(dòng)對(duì)測(cè)量電路引 起的干擾。,一般說來，良好的屏蔽及正確的接地可去除大部分的電磁波干擾。使用交流穩(wěn)壓器、隔離穩(wěn)壓器可減小供電電源波動(dòng)的影響。信道干擾是測(cè)量裝置內(nèi)部的干擾，可以在設(shè)計(jì)時(shí)選用低噪聲的元器件，印刷電路板設(shè)計(jì)時(shí)元件合理排放等方式來增強(qiáng)信道的抗干擾性。,2020/9/1,51,其它應(yīng)用：,

14、肌電誘發(fā)電位儀,生理信號(hào)傳導(dǎo)速度60m/s-70m/s,2020/9/1,52,2.8.1測(cè)量裝置的干擾源,電磁場(chǎng)干擾外部電磁波輻射； 信道干擾裝置內(nèi)部元器件之間的相互影響； 電源干擾電源、電網(wǎng)波動(dòng)。,測(cè)試系統(tǒng)的干擾源： 干擾（噪聲）進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)的無用信號(hào)。其干擾了需要測(cè)量的信號(hào)，并改變、影響被測(cè)量信號(hào)的正確顯示，以致于誤測(cè)、誤判、誤讀。,干擾進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)的三條途徑：,2020/9/1,53,2.8.2 防供電干擾,一、電網(wǎng)電源噪聲 二、供電系統(tǒng)干擾 三、去干擾措施 1、交流穩(wěn)壓器 2、隔離變壓器（穩(wěn)壓器） 3、低通濾波器 4、獨(dú)立功能模塊單獨(dú)供電,采用電源穩(wěn)壓器穩(wěn)定電源電壓； 采用隔離穩(wěn)壓器減少高頻噪聲； 采用低通濾波器； 采用獨(dú)立電源或直流電源供電。,2020/9/1,54,2.8.3防信道干擾,1、合理設(shè)計(jì)、選用元器件 2、合理布置元器件和線路走向 3、采用屏蔽,2020/9/1,55,2.8.4接地,1、采用單點(diǎn)接地法 2、加寬加粗公共接地線 3、縮短接地線 4、數(shù)字和模擬接地,2020/9/1,56,2.8.5提高系統(tǒng)精度,設(shè)計(jì) 選型 調(diào)試 定期維護(hù),2020/9/1,57,休 息 一 下,