第6讲测试系统的基本特性.ppt

二阶系统 1.欠阻尼 2.临界阻尼 3.过阻尼 实验：悬臂梁固有频率测量 案例:桥梁固频测量 原理：在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车碍时的冲击对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。 c) 阶跃响应函数 若系统输入信号为单位阶跃信号，即x(t)=u(t)，则X(s)=1/s，此时Y(s)=H(s)/s H(f) 时域波形参数识别 设测试系统的输出y(t)与输入x(t)满足关系 y(t)=A0x(t-t0) 系统不失真测量条件 该系统的输出波形与输入信号的波形精确地一致，只是幅值放大了A0倍，在时间上延迟了t0而已。这种情况下，认为测试系统具有不失真的特性。 t A x(t) y(t)=A0x(t) y(t)=A0x(t- t0) 时域条件 y(t)=A0x(t-t0) ? Y(ω)=A0e-jωt0X(ω) 不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别满足 A(ω)=A0=常数 φ(ω)=-t0ω 做傅立叶变换 频域定义 1 一阶系统 典型系统的动态响应 温度 酒精 湿度 特征：测量滞后 阶跃响应 传递函数 一阶系统时间常数测量： 阶跃响应 0.63 2 二阶系统 称重(应变片) F 加速度 特征：震荡 脉冲响应 传递函数 二阶系统参数测量 脉冲响应/阶跃响应函数法： tb M1 M2 传递函数法 0.707 阻尼系数和固频的作用 V 负载效应 实际测量工作中，测量系统和被测对象会产生相互作用。测量装置构成被测对象的负载。彼此间存在能量交换和相互影响，以致系统的传递函数不再是各组成环节传递函数的叠加或连乘。 E R1 R2 V Rm 令R1=100K,R2=150K, Rm=150K,E=150V,得:U0=90V,U1=64.3V， 误差达28.6%。 测量系统的抗干扰 测量过程中，除待测量信号外，各种不可见的、随机的信号可能出现在测量系统中。这些信号与有用信号叠加在一起，严重扭曲测量结果。 测量系统 信 道 干 扰 电 磁 干 扰 电 源 干 扰 1)电磁干扰:干扰以电磁波辐射方式经空间串入测量系统。 2)信道干扰：信号在传输过程中，通道中各元件产生的噪声或非线性畸变所造成的干扰。 3)电源干扰：这是由于供电电源波动对测量电路引起的干扰。 一般说来，良好的屏蔽及正确的接地可去除大部分的电磁波干扰。使用交流稳压器、隔离稳压器可减小供电电源波动的影响。信道干扰是测量装置内部的干扰，可以在设计时选用低噪声的元器件，印刷电路板设计时元件合理排放等方式来增强信道的抗干扰性。 湖北工业大学机械学院 第六讲 测试系统的基本特性 工程测试技术基础 一、测试系统的数学模型 研究其输入－输出之间的关系及特性，以便用理论指导其设计、制造、校准与使用。 理论和技术上表征输入－输出之间的关系通常是以建立数学模型来体现，这也是研究科学问题的基本出发点。 输入 输出 关系 静态特性 动态特性 微分方程描述 1、静态数学模型 在静态信号作用下，输出与输入间的一种函数关系。 若不考虑迟滞和蠕动，一般用n次多项式来表示： 式中 x 为输入量；y为输出量；a0为零输入时的输出，也叫零位输出；a1为传感器线性项系数也称线性灵敏度，常用K或S表示；a2 , a3 , ··· , an为非线性项系数，其数值由具体传感器非线性特性决定 2、传感器动态数学模型（略） 二、测试系统的静态特性 静态特性是指被测值处于稳定状态时, 输出与输入的关系,主要由线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等性能来描述。 （1）线性度 线性度是输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度，又称非线性误差。 YFS为满量程输出，ΔLmax为最大非线性绝对误差 （2）灵敏度 灵敏度是在稳态下输出增量与输入增量的比值。 对于线性传感器，其灵敏度就是它的静态特性的斜率 对于非线性传感器的灵敏度是一个随工作点而变的变量. （3）回程误差 在正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间，输出-输入特性曲线不一致的程度。 磁性材料的磁滞、弹性材料迟滞 现象、以及机械结构中的摩擦和游 隙等原因 （4）重复性 重复性是在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。 主要由机械部分的磨损、间隙、松动，部件的内磨擦、积尘，电路元件老化、工作点漂移等原因产生 （5）稳定性 在室温条件下，经过相当长的时间间隔，输出与起始标定时的输出之间的差异。 （6）漂移 时间漂移：在规定的条件下