中国石油大学（华东）：《机电信息检测与处理技术》课程教学资源（课件讲稿）第三章 测试装置的基本特性

机械工程测试枝术基础 第三章削就装置的基牵特性 第三章测试装置的基本特性 §3.1概述 §3.2测试系统的静态特性 §3.3测试系统的动态特性 §3.4系统实现不失真测量的条件 §3.5典型系统的频率响应特性 §3.6测试系统动态特性参数获取方法 §3.7组成测试系统应考虑的因素 China university of petroleum(Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院2

China university of petroleum (Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院 机械工程测试技术基础 第三章 测试装置的基本特性 2 第三章 测试装置的基本特性 §3.1 概述 §3.2 测试系统的静态特性 §3.3 测试系统的动态特性 §3.4 系统实现不失真测量的条件 §3.5 典型系统的频率响应特性 §3.6 测试系统动态特性参数获取方法 §3.7 组成测试系统应考虑的因素 ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼

机械工程测试枝术基础 第三章测试装置的基牵特性 §3.1概述 1.测试系统 被测对家 传感器 中间变换 显示、记录 电量 装置 电量数字量 装置 物理量 测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。 定义：完成某种物理量的测量而由具有某一种或多种变换 特性的物理装置构成的总体。 China university ofpetroleum (Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院3

China university of petroleum (Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院 机械工程测试技术基础 第三章 测试装置的基本特性 3 §3.1 概述 测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。 1. 测试系统 定义：完成某种物理量的测量而由具有某一种或多种变换 特性的物理装置构成的总体

机械工程测试枝术基础 第三章削就装置的基牵特性 测试装置：可能是复杂的测试系统，也可能是组成环节。 简单测试系统（红外体温计） 系统失真 3689 复杂测试系统（振动测量装置） Transducer Preamplifier Filter(s) Detector/ Averager Output China university of petroleum(Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院4

China university of petroleum (Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院 机械工程测试技术基础 第三章 测试装置的基本特性 4 简单测试系统 (红外体温计) 复杂测试系统 (振动测量装置) 系统失真 测试装置：可能是复杂的测试系统，也可能是组成环节

机械工程测试枝术基础 第三章测试装置的基李特性 测试系统的传递特性：由自身的物理结构所决定的测试系统 对信号传递变换的影响特性。 输入（激励） 测试系统 输出（响应） (对信号的传递特性) x(t) y(t) 测试系统分析中的三类问题： 1)当输入、输出是可测量的（已知）时，可通过它们推断系统的传输特性。 (系统辨识) 2)当系统特性已知，输出可测量时，可推导出该输出的输入量。（反求） 工程测试中最常见的问题。 3)若输入和系统特性已知，则可推断和估计系统的输出量。（预测） China university of petroleum(Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院5

China university of petroleum (Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院 机械工程测试技术基础 第三章 测试装置的基本特性 5 测试系统的传递特性: 由自身的物理结构所决定的测试系统 对信号传递变换的影响特性。 输入(激励) 输出(响应) x(t) y(t) 测试系统 (对信号的传递特性) 3) 若输入和系统特性已知，则可推断和估计系统的输出量。(预测) 测试系统分析中的三类问题： 1) 当输入、输出是可测量的(已知)时，可通过它们推断系统的传输特性。 (系统辨识) 2) 当系统特性已知，输出可测量时，可推导出该输出的输入量。 (反求) 工程测试中最常见的问题

机械工程测试枝术基础 第三章削欲装置的基车特性 2.测试系统的基本要求 理想测试系统应具有单值的、确定的输入—输出关系。 对于每一输入量都应只有单一的输出量与之对应。已知其中一个量 就可确定另一个量。以输出和输入成线性关系为最佳。 y(t) 线性 线性 非线性 00 ● x(t) x(t) x(t) 0 China university of petroleum(Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院6

China university of petroleum (Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院 机械工程测试技术基础 第三章 测试装置的基本特性 6 2. 测试系统的基本要求 理想测试系统应具有单值的、确定的输入——输出关系。 对于每一输入量都应只有单一的输出量与之对应。已知其中一个量 就可确定另一个量。以输出和输入成线性关系为最佳。 x(t) y(t) 线性 y(t) 线性 x(t) 非线性 y(t) x(t)

机械工程测试枝术基础 第三章测试装置的基牵特性 ©系统线性近似 ●很多实际系统， 都不可能在较大的工作范围内完全保持线性。 ·实际系统中，系数都是随时间而 y(t 缓慢变化的微变量； 实际物理系统，一般情况下都是 m

China university of petroleum (Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院 机械工程测试技术基础 第三章 测试装置的基本特性 7 系统线性近似 0 x(t) y(t) 线性段 测试系统的局部线性  实际系统中，系数都是随时间而 缓慢变化的微变量；  很多实际系统，都不可能在较大的工作范围内完全保持线性。  实际物理系统，一般情况下都是 m<n，且输入只有一项。 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) n n n n n n m m m m m m d y t d y t dy t a a a a y t dt dt dt d x t d x t dx t b b b b x t dt dt dt                     

机械工程测试枝术基础 第三章渊试装置的基车特性 2.线性定常系统及其主要性质 当测试系统输入x()和输出(t)之间的关系可以用常系数线性 微分方程来描述时，即： d"y(t) d"'y(t) an *an-1 dt"- +.+a1 dy(t) aoy(t) dt" dt bnm "x0+bd0++b0+b,x0 0m-1 dtm-1 dt 该方程所描述的就是线性定常系统，也称线性时不变系统。 式中，an、an1、.、a和bm、bm-1、.、b均是仅与系统特性有关的常数。 在工程中使用的测试系统（装置）一般都是线性系统。 China university of petroleum(Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院8

China university of petroleum (Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院 机械工程测试技术基础 第三章 测试装置的基本特性 8 当测试系统输入x(t)和输出y(t)之间的关系可以用常系数线性 微分方程来描述时，即： 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) n n n n n n m m m m m m d y t d y t dy t a a a a y t dt dt dt d x t d x t dx t b b b b x t dt dt dt                      在工程中使用的测试系统（装置）一般都是线性系统。 2. 线性定常系统及其主要性质 该方程所描述的就是线性定常系统，也称线性时不变系统。 式中，an、an-1、.、a0和bm、bm-1、.、b0均是仅与系统特性有关的常数

机械工程测试枝术基础 第三章削试装置的基车特性 (1)叠加特性 测试 系统 0 15 25 x,(t)=A,Sin(o,t+0,)=10Sin(2π3t+π/6 (a) y1(t)=20Sin(2T-3t+T/6 测试 系统 (b) 0.5 15 2.5 x2(t)=A.Sin(o2t+02=5Sin(2π2t+元/3) y2(t)=10Si(2T·2t+T/3) M 测试 系统 (c) x(t)=10Sin(2π3-t+π/6)+5Sin(2π2t+r/3) y(t)-20Sim2T3-t+T/6+10Sia(2T2t+T/3) 叠加特性示例 China university ofpetroleum (Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院9

China university of petroleum (Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院 机械工程测试技术基础 第三章 测试装置的基本特性 9 (1)叠加特性 叠加特性示例 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -10 -5 0 5 10 (a) mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -5 0 5 (b) mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -10 0 10 (c) mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -10 -5 0 5 10 (a) mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -5 0 5 (b) mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -10 0 10 (c) mm x1 (t)= A1 Sin(ω1 t+θ1 )=10Sin(2π·3·t+π/6) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -10 -5 0 5 10 (a) mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -5 0 5 (b) mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -10 0 10 (c) mm x2(t)= A2Sin(ω2t+θ2)=5Sin(2π·2·t+π/3) x(t)= 10Sin(2π·3·t+π/6)+5Sin(2π·2·t+π/3) (a) (b) (c) 测试 系统 测试 系统 测试 系统 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -20 -10 0 10 20 t mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -10 -5 0 5 10 t mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -20 0 20 t mm 0 y1(t)=0.520Sin(21π·3·t+π1.5/6) 2 2.5 3 -20 -10 0 10 20 t mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -10 -5 0 5 10 t mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -20 0 20 t mm y2(t)=10Sin(2π·2·t+π/3) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -20 -10 0 10 20 t mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -10 -5 0 5 10 t mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -20 0 20 t mm y(t)= 20Sin(2π·3·t+π/6)+10Sin(2π·2·t+π/3)

机械工程测试枝术基础 第三章测试装置的基车特性 叠加特性： 测试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()→y1(),x2刊→Jy2() 则 1()±x2()→y1()±y2() x(t) 系统 y)→ 表明：同时作用的两个输入所引 (a) 起的输出互不影响。 x2(t) 系统 (t) (b) x0②+ 系统 (t)+y2(t) x2()1 (c) 线性系统的叠加特性 China university of petroleum(Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院10

China university of petroleum (Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院 机械工程测试技术基础 第三章 测试装置的基本特性 10 叠加特性： 测试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) 表明：同时作用的两个输入所引 起的输出互不影响。 系统 ( ) 1 x t ( ) 1 y t 系统 ( ) 2 x t ( ) 2 y t (a) 系统 ( ) 1 x t ( ) ( ) 1 2 y t  y t (b) (c) ( ) 2 x t 线性系统的叠加特性

机械工程测试枝术基础 第三章测试装置的基牵特性 (2)比例特性 常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的相同的 常数倍，即： 若 x)→y(@ 则 kx(t)→(t) 测试 系统 0.5 15 (a) 10Si(2π-3t+π/6) ,(t)=20Si(2π-3t+元/6) 测试 系统 x,(t)=2A,Simo,t+0,)=20Sin(2π3t+元/6) (b) y2(t)=40Sin(2π3t+π/6) 比例特性示例 China university ofpetroleum(Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院山

China university of petroleum (Huadong) 中国石油大学（华东）机电工程学院 机械工程测试技术基础 第三章 测试装置的基本特性 11 (2)比例特性 常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的相同的 常数倍，即: 若 x(t) → y(t) 则 kx(t) → ky(t) 比例特性示例 (a) (b) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -20 -10 0 10 20 t mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -10 -5 0 5 10 t mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -20 0 20 t mm x2(t)= 2A1Sin(ω2t+θ2)= 20Sin(2π·3·t+π/6) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -10 -5 0 5 10 (a) mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -5 0 5 (b) mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -10 0 10 (c) mm x1(t)= A1Sin(ω1t+θ1)=10Sin(2π·3·t+π/6) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -40 -20 0 20 40 t mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -10 -5 0 5 10 t mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -20 0 20 t mm y2(t)= 40Sin(2π·3·t+π/6) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -20 -10 0 10 20 t mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -10 -5 0 5 10 t mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -20 0 20 t mm y1(t)= 20Sin(2π·3·t+π/6) 测试 系统 测试 系统