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