傳感器與測試技術課件第三章測試系統(tǒng)特性

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1、傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 第 一 篇 工 程 測 試 技 術 基 礎第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性1.建 立 測 試 系 統(tǒng) 的 概 念 2.掌 握 描 述 測 試 系 統(tǒng) 靜 態(tài) 特 性 的 方 法3.掌 握 描 述 測 試 系 統(tǒng) 動 態(tài) 特 性 的 方 法4.掌 握 實 現(xiàn) 系 統(tǒng) 不 失 真 測 試 的 條 件 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 3.1 測 試 系 統(tǒng) 與 線 性 系 統(tǒng) 測 試 系 統(tǒng) 是 指 由 傳 感 器 、 信 號 調(diào) 理 電 路 、 信 號處

2、理 電 路 、 記 錄 顯 示 設 備 組 成 并 具 有 獲 取 某 種 信 息之 功 能 的 整 體 。 簡 單 測 試 系 統(tǒng) (光 電 池 、 溫 度 計 ) V 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 復 雜 測 試 系 統(tǒng) (軸 承 缺 陷 檢 測 ) 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 測 試 系 統(tǒng) 的 輸 出 信 號 能 夠 真 實 地 反 映 被 測 物 理量 (輸 入 信 號 )的 變 化 過 程 ， 不 使 信 號 發(fā) 生 畸 變 ， 即實 現(xiàn) 不 失 真 測 試 。1、 測

3、 試 系 統(tǒng) 基 本 要 求 系 統(tǒng) 的 傳 遞 （ 傳 輸 ） 特 性 ： 系 統(tǒng) 的 輸 出 與 輸 入 量 之 間的 變 換 或 運 算 關 系 。 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 系 統(tǒng) 分 析 的 三 類 問 題 ：3)如 果 輸 入 和 系 統(tǒng) 特 性 已 知 ， 則 可 以 推 斷 和 估 計系 統(tǒng) 的 輸 出 量 。 (預 測 ) 1)當 輸 入 、 輸 出 是 可 測 量 的 (已 知 )， 則 可 推 斷 系統(tǒng) 的 傳 輸 特 性 。 (系 統(tǒng) 辨 識 )2)當 系 統(tǒng) 特 性 已 知 ， 輸 出 可 測 量 ， 則 可

4、 推 斷 導 致該 輸 出 的 輸 入 量 。 (反 求 )x(t) h(t) y(t)輸 入 系 統(tǒng) 特 性 輸 出 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 x(t) h(t) y(t)輸 入 系 統(tǒng) 特 性 輸 出y(t)=x(t)*h(t)卷 積 dthxthtxty )()()()()( 輸 入 、 輸 出 與 系 統(tǒng) 傳 輸 特 性 之 間 的 關 系 ： 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 卷 積 的 物 理 意 義 :1） 將 輸 入 信 號 x(t)分 解 為 許 多 寬 度 為 的

5、 窄 脈 沖 面積 之 和 ， t=n時 的 第 n個 窄 脈 沖 的 高 度 為 x(n)， 在趨 近 于 零 的 情 況 下 ， 窄 脈 沖 變 為 單 位 沖 激 信 號 ， 沖激 強 度 可 以 看 作 是 窄 脈 沖 的 面 積 。 tx(t) n x(n) 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 2） 在 t=n時 刻 ， 窄 脈 沖 引 起 的 響 應 為 : x(n) h(t-n) tx(n) h(t- n)0y(t) 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 3） 各 脈 沖 引 起 的

6、 響 應 之 和 即 為 輸 出 y(t)疊 加 性 dthxnthnxty n )()()()(lim)( 0 ty(t)0 dthxthtxty )()()()()( y(t)=x(t)*h(t)卷 積 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 1） 具 有 單 值 的 、 確 定 的 輸 入 輸 出 關 系 。 對 于 每 一輸 入 量 都 應 該 只 有 單 一 的 輸 出 量 與 之 對 應 。 知 道 其 中一 個 量 就 可 以 確 定 另 一 個 量 。 其 中 以 輸 出 和 輸 入 成 線性 關 系 最 佳 。 xy線 性 xy線

7、 性 xy非 線 性理 想 的 測 試 系 統(tǒng) 傳 輸 特 性 ：2)系 統(tǒng) 的 特 性 不 隨 時 間 的 推 移 發(fā) 生 改 變 。 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 最 佳 的 測 試 系 統(tǒng) 具 有 線 性 時 不 變 特 性 。許 多 實 際 測 試 系 統(tǒng) 無 法 在 較 大 工 作 范 圍 內(nèi) 滿 足線 性 時 不 變 要 求 ， 但 在 有 效 測 量 范 圍 內(nèi) 近 似 滿足 線 性 時 不 變 傳 輸 特 性 要 求 也 可 。本 書 所 討 論 的 測 試 系 統(tǒng) 限 于 線 性 時 不 變 系 統(tǒng) 。一 般 在 工 程

8、 中 使 用 的 測 試 裝 置 都 看 作 線 性 時 不 變 系 統(tǒng) 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 2、 線 性 系 統(tǒng) 及 其 特 性 系 統(tǒng) 輸 入 x(t)和 輸 出 y(t)間 的 關 系 可 以 用 常系 數(shù) 線 性 微 分 方 程 來 描 述 ： 的 系 數(shù) 。是 與 測 試 裝 置 結 構 有 關，和，式 中 0101 01111 01111 . . bbbaaa xbdtdxbdt xdbdt xdb yadtdyadt ydadt yda nnnn mmmmmm nnnnnn 常 系 數(shù) 線 性 微 分 方 程 中

9、的 系 數(shù) 為 常 數(shù) ， 所 描 述的 是 線 性 時 不 變 系 統(tǒng) 。 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 線 性 系 統(tǒng) 的 主 要 性 質(zhì) ：a)疊 加 特 性 系 統(tǒng) 對 各 輸 入 之 和 的 輸 出 等 于 各 單 個 輸 入 的 輸 出之 和 ， 即 若 x1(t) y1(t)， x2(t) y2(t) 則 x1(t) x2(t) y1(t) y2(t) 線 性 時 不 變 系 統(tǒng) 的 各 輸 入 分 量 所 引 起 的 輸 出 互 不 影響 ， 即 一 個 輸 入 的 存 在 并 不 影 響 另 一 個 輸 入 的 響 應

10、。 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 b)比 例 特 性 常 數(shù) 倍 輸 入 所 得 的 輸 出 等 于 原 輸 入 所 得 輸 出 的常 數(shù) 倍 ， 即 : 若 x(t) y(t) 則 kx(t) ky(t) 疊 加 特 性 和 比 例 特 性 可 統(tǒng) 一 表 示 為若 x1(t) y1(t)， x2(t) y2(t) 則 x 1(t) x2(t) y1(t) y2(t) 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 c)微 分 特 性 系 統(tǒng) 對 原 輸 入 信 號 的 微 分 等 于 原 輸 出

11、信 號 的 微分 ， 即 若 x(t) y(t) 則 x(t) y(t) d)積 分 特 性 當 初 始 條 件 為 零 時 ， 系 統(tǒng) 對 原 輸 入 信 號 的 積分 等 于 原 輸 出 信 號 的 積 分 ， 即 若 x(t) y(t) 則 x(t)dt y(t)dt 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 e)頻 率 保 持 性 若 系 統(tǒng) 的 輸 入 為 某 一 頻 率 的 諧 波 信 號 ， 則 系 統(tǒng)的 穩(wěn) 態(tài) 輸 出 將 為 同 一 頻 率 的 諧 波 信 號 ， 即 若 x(t)=Acos( t+ x) 則 y(t)=Bcos(

12、t+ y) 線 性 系 統(tǒng) 的 主 要 特 性 ， 特 別 是 符 合 疊 加 原 理 和頻 率 保 持 性 ， 在 測 試 工 作 中 具 有 重 要 作 用 。 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院 3、 測 試 系 統(tǒng) 傳 輸 特 性 的 分 類 靜 態(tài) 特 性 （ Static characteristics ） ：即 輸 入 量 和 輸 出 量 不 隨 時 間 變 化 或 變 化 緩 慢時 ， 輸 出 與 輸 入 之 間 的 關 系 ， 可 用 代 數(shù) 方 程表 示 。動 態(tài) 特 性 （ Dynamic characteristics

13、） ：即 輸 入 量 和 輸 出 量 隨 時 間 迅 速 變 化 時 ， 輸 出與 輸 入 之 間 的 關 系 ， 可 用 微 分 方 程 表 示 。 傳 感 器 與 測 試 技 術 第 3章 測 試 系 統(tǒng) 的 特 性 航 海 學 院對 于 靜 態(tài) 測 量 的 測 試 系 統(tǒng) ， 一 般 只 需 衡 量 其 靜 態(tài) 特性 、 負 載 效 應 和 抗 干 擾 特 性 指 標 。在 動 態(tài) 測 試 中 ， 則 需 要 以 上 四 方 面 的 特 性 指 標 來 衡量 。 為 了 獲 得 準 確 的 測 量 結 果 ， 常 常 對 測 試 系 統(tǒng) 提 出多 方 面 的 性 能 要 求 ：靜 態(tài) 特 性動 態(tài) 特 性負 載 效 應抗 干 擾 特 性 傳 輸 特 性 （ 重 要 ）