传感器与测试技术课件第三章测试系统特性

传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 第 一 篇 工 程 测 试 技 术 基 础第 3章 测 试 系 统 的 特 性1.建 立 测 试 系 统 的 概 念 2.掌 握 描 述 测 试 系 统 静 态 特 性 的 方 法3.掌 握 描 述 测 试 系 统 动 态 特 性 的 方 法4.掌 握 实 现 系 统 不 失 真 测 试 的 条 件 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 3.1 测 试 系 统 与 线 性 系 统 测 试 系 统 是 指 由 传 感 器 、 信 号 调 理 电 路 、 信 号处 理 电 路 、 记 录 显 示 设 备 组 成 并 具 有 获 取 某 种 信 息之 功 能 的 整 体 。 简 单 测 试 系 统 (光 电 池 、 温 度 计 ) V 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 复 杂 测 试 系 统 (轴 承 缺 陷 检 测 ) 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 测 试 系 统 的 输 出 信 号 能 够 真 实 地 反 映 被 测 物 理量 (输 入 信 号 )的 变 化 过 程 ， 不 使 信 号 发 生 畸 变 ， 即实 现 不 失 真 测 试 。1、 测 试 系 统 基 本 要 求 系 统 的 传 递 （ 传 输 ） 特 性 ： 系 统 的 输 出 与 输 入 量 之 间的 变 换 或 运 算 关 系 。 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 系 统 分 析 的 三 类 问 题 ：3)如 果 输 入 和 系 统 特 性 已 知 ， 则 可 以 推 断 和 估 计系 统 的 输 出 量 。 (预 测 ) 1)当 输 入 、 输 出 是 可 测 量 的 (已 知 )， 则 可 推 断 系统 的 传 输 特 性 。 (系 统 辨 识 )2)当 系 统 特 性 已 知 ， 输 出 可 测 量 ， 则 可 推 断 导 致该 输 出 的 输 入 量 。 (反 求 )x(t) h(t) y(t)输 入 系 统 特 性 输 出 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 x(t) h(t) y(t)输 入 系 统 特 性 输 出y(t)=x(t)*h(t)卷 积 dthxthtxty )()()()()( 输 入 、 输 出 与 系 统 传 输 特 性 之 间 的 关 系 ： 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 卷 积 的 物 理 意 义 :1） 将 输 入 信 号 x(t)分 解 为 许 多 宽 度 为 的 窄 脉 冲 面积 之 和 ， t=n时 的 第 n个 窄 脉 冲 的 高 度 为 x(n)， 在趋 近 于 零 的 情 况 下 ， 窄 脉 冲 变 为 单 位 冲 激 信 号 ， 冲激 强 度 可 以 看 作 是 窄 脉 冲 的 面 积 。 tx(t) n x(n) 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 2） 在 t=n时 刻 ， 窄 脉 冲 引 起 的 响 应 为 : x(n) h(t-n) tx(n) h(t- n)0y(t) 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 3） 各 脉 冲 引 起 的 响 应 之 和 即 为 输 出 y(t)叠 加 性 dthxnthnxty n )()()()(lim)( 0 ty(t)0 dthxthtxty )()()()()( y(t)=x(t)*h(t)卷 积 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 1） 具 有 单 值 的 、 确 定 的 输 入 输 出 关 系 。 对 于 每 一输 入 量 都 应 该 只 有 单 一 的 输 出 量 与 之 对 应 。 知 道 其 中一 个 量 就 可 以 确 定 另 一 个 量 。 其 中 以 输 出 和 输 入 成 线性 关 系 最 佳 。 xy线 性 xy线 性 xy非 线 性理 想 的 测 试 系 统 传 输 特 性 ：2)系 统 的 特 性 不 随 时 间 的 推 移 发 生 改 变 。 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 最 佳 的 测 试 系 统 具 有 线 性 时 不 变 特 性 。许 多 实 际 测 试 系 统 无 法 在 较 大 工 作 范 围 内 满 足线 性 时 不 变 要 求 ， 但 在 有 效 测 量 范 围 内 近 似 满足 线 性 时 不 变 传 输 特 性 要 求 也 可 。本 书 所 讨 论 的 测 试 系 统 限 于 线 性 时 不 变 系 统 。一 般 在 工 程 中 使 用 的 测 试 装 置 都 看 作 线 性 时 不 变 系 统 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 2、 线 性 系 统 及 其 特 性 系 统 输 入 x(t)和 输 出 y(t)间 的 关 系 可 以 用 常系 数 线 性 微 分 方 程 来 描 述 ： 的 系 数 。是 与 测 试 装 置 结 构 有 关，和，式 中 0101 01111 01111 . . bbbaaa xbdtdxbdt xdbdt xdb yadtdyadt ydadt yda nnnn mmmmmm nnnnnn 常 系 数 线 性 微 分 方 程 中 的 系 数 为 常 数 ， 所 描 述的 是 线 性 时 不 变 系 统 。 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 线 性 系 统 的 主 要 性 质 ：a)叠 加 特 性 系 统 对 各 输 入 之 和 的 输 出 等 于 各 单 个 输 入 的 输 出之 和 ， 即 若 x1(t) y1(t)， x2(t) y2(t) 则 x1(t) x2(t) y1(t) y2(t) 线 性 时 不 变 系 统 的 各 输 入 分 量 所 引 起 的 输 出 互 不 影响 ， 即 一 个 输 入 的 存 在 并 不 影 响 另 一 个 输 入 的 响 应 。 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 b)比 例 特 性 常 数 倍 输 入 所 得 的 输 出 等 于 原 输 入 所 得 输 出 的常 数 倍 ， 即 : 若 x(t) y(t) 则 kx(t) ky(t) 叠 加 特 性 和 比 例 特 性 可 统 一 表 示 为若 x1(t) y1(t)， x2(t) y2(t) 则 x 1(t) x2(t) y1(t) y2(t) 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 c)微 分 特 性 系 统 对 原 输 入 信 号 的 微 分 等 于 原 输 出 信 号 的 微分 ， 即 若 x(t) y(t) 则 x(t) y(t) d)积 分 特 性 当 初 始 条 件 为 零 时 ， 系 统 对 原 输 入 信 号 的 积分 等 于 原 输 出 信 号 的 积 分 ， 即 若 x(t) y(t) 则 x(t)dt y(t)dt 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 e)频 率 保 持 性 若 系 统 的 输 入 为 某 一 频 率 的 谐 波 信 号 ， 则 系 统的 稳 态 输 出 将 为 同 一 频 率 的 谐 波 信 号 ， 即 若 x(t)=Acos( t+ x) 则 y(t)=Bcos( t+ y) 线 性 系 统 的 主 要 特 性 ， 特 别 是 符 合 叠 加 原 理 和频 率 保 持 性 ， 在 测 试 工 作 中 具 有 重 要 作 用 。 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院 3、 测 试 系 统 传 输 特 性 的 分 类 静 态 特 性 （ Static characteristics ） ：即 输 入 量 和 输 出 量 不 随 时 间 变 化 或 变 化 缓 慢时 ， 输 出 与 输 入 之 间 的 关 系 ， 可 用 代 数 方 程表 示 。动 态 特 性 （ Dynamic characteristics ） ：即 输 入 量 和 输 出 量 随 时 间 迅 速 变 化 时 ， 输 出与 输 入 之 间 的 关 系 ， 可 用 微 分 方 程 表 示 。 传 感 器 与 测 试 技 术 第 3章 测 试 系 统 的 特 性 航 海 学 院对 于 静 态 测 量 的 测 试 系 统 ， 一 般 只 需 衡 量 其 静 态 特性 、 负 载 效 应 和 抗 干 扰 特 性 指 标 。在 动 态 测 试 中 ， 则 需 要 以 上 四 方 面 的 特 性 指 标 来 衡量 。 为 了 获 得 准 确 的 测 量 结 果 ， 常 常 对 测 试 系 统 提 出多 方 面 的 性 能 要 求 ：静 态 特 性动 态 特 性负 载 效 应抗 干 扰 特 性 传 输 特 性 （ 重 要 ）