《測試技術(shù)》PPT課件.ppt

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1、2020/9/1,1,,系統(tǒng)對任意輸入信號的響應(yīng) 系統(tǒng)對單位階躍輸入信號的響應(yīng),2.4 測試裝置對任意輸入的響應(yīng),2020/9/1,2,一、系統(tǒng)對任意輸入信號的響應(yīng),2020/9/1,3,,對取極限，,,,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)性能評定,,改進(jìn)：脈沖輸入/白噪聲輸入，測量輸出，再求輸出頻譜。,飛機(jī)模態(tài)分析,2020/9/1,9,案例:鏜桿固有頻率測量,2020/9/1,10,實(shí)驗(yàn)：懸臂梁固有頻率測量,2020/9/1,11,案例:橋梁固頻測量,原理：在橋中設(shè)置一三角形障礙物，利用汽車礙時(shí)的沖擊對橋梁進(jìn)行激

3、勵(lì)，再通過應(yīng)變片測量橋梁動態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。,2020/9/1,12,二、系統(tǒng)對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)輸入信號為單位階躍信號， 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)測量,實(shí)驗(yàn)求階躍響應(yīng)函數(shù)簡單明了，產(chǎn)生一個(gè)階躍信號，再測量系統(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)變片測量橋梁動態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。,案例：橋梁固有頻率測量,2020/9/1,17,2.5實(shí)現(xiàn)不失真測試的條件,設(shè)有一個(gè)測試裝置，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,測試裝置實(shí)現(xiàn)了不失真測量對作傅立葉變換：,,,若,2020/9/1,18,則,,所以，測試裝置實(shí)現(xiàn)不失真測試條件：,,,稱幅值失真,,成線性關(guān)系稱相位失真,2020/9/1,19,注：滿足不失真測試條件后，裝置的輸出仍滯后于輸入若測試結(jié)果用作反饋控制信號，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)不失真測量條件,該系統(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(shí)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。,2020/9/1,22,y(t)=A0 x(t-t0) Y()=A0e-

7、jt0X(),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()=A0=常數(shù) ()=--t0,做傅立葉變換,2020/9/1,23,2.6 測試裝置動態(tài)特性測試,2.6.1頻率響應(yīng)法 2.6.2階躍響應(yīng)法,主要敘述對裝置本身動態(tài)特性的測試方法,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,，,。,對于一階裝置：主要確定其時(shí)間常數(shù),，,,2020/9/1,25,對于二階裝置：,1) 從相頻特性,直接估計(jì)其動態(tài)特性參數(shù),，,但準(zhǔn)確測定相角較難。,2) 從幅頻特性曲線估計(jì)動態(tài)特性參數(shù)：,對,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)求其動態(tài)特性參數(shù),估算：測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)用了全部測試數(shù)據(jù)，測試結(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：測響應(yīng)較長的瞬變過程，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)的動態(tài)響應(yīng),2020/9/1,35,,特征：測量滯后,階躍響應(yīng),,,,,2020/9/1,36,一階系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)測量：,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)對測量的影響,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)的動態(tài)響應(yīng),2020/9/1,40,,,,,二階系統(tǒng)參數(shù)測量,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)對測量的影響,2020/9/1,44,2.7負(fù)載效應(yīng) 2.7.1定義：,大多數(shù)測量元件（或儀表）總要從被測對象中吸取一些能量，它會或多或少地改變被測量的數(shù)值，這種效應(yīng)稱為測

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)，在電測儀表中常用輸入阻抗來表示：,,2020/9/1,45,,測量元件消耗的功率，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，使測量元件只從被測的環(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)組成零位測量，在達(dá)到平衡時(shí)，理論上可認(rèn)為不消耗被測介質(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)際測量工作中，測量系統(tǒng)和被測對象會產(chǎn)生相互作用。測量裝置構(gòu)成被測對象的負(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：物料配重自動測量系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)測量,靈敏度=y/x,非線性度=B/A100%,回程誤差=(hmax/A)100%,測量范圍：,2020/9/1,48,2.8測試裝置的抗干擾,2.8.1測量裝置的干擾源 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,測量過程中，除待測量信號外，各種不可見的、隨機(jī)的信

13、號可能出現(xiàn)在測量系統(tǒng)中。這些信號與有用信號疊加在一起，嚴(yán)重扭曲測量結(jié)果。,測量系統(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 量系統(tǒng)。,2)信道干擾：信號在傳輸過程中，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對測量電路引 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的影響。信道干擾是測量裝置內(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,生理信號傳導(dǎo)速度60m/s-70m/s,2020/9/1,52,2.8.1測量裝置的干擾源,電磁場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。,測試系統(tǒng)的干擾源： 干擾（噪聲）進(jìn)入測試系統(tǒng)的無用信號。其干擾了需要測量的信號，并改變、影響被測量信號的正確顯示，以致于誤測、誤判、誤讀。,干擾進(jìn)入測試系統(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,