车辆测试技术-第2章 测试系统的主要特征

1、第2章 测试系统的基本特征 1. 测试系统的主要特性 2. 测试系统的静态特性 3. 测试系统的动态特性 4. 测试系统不失真传递信号的条件 5. 测试系统的抗干扰2.1 测试系统的主要特性测试系统的基本要求：理想的测试系统传输特性：线性时不变系统的输入x(t )和输出y(t)之间的关系可用常系数线性微分方程来描述： 式中：是与测试系统的物理特性、结构参数和输入状态有关的常数，不随时间变化；n和m为正整数，表示微分的阶数，一般nm并称n值为线性系统的阶数。 线性时不变系统主要特性：测试系统传输特性分类：2.2 测试系统的静态特性在静态测试时，输入信号x(t)和输出信号y(t)不随时间变化，或者

2、随时间变化但变化缓慢以至可以忽略时，测试系统输入与输出之间呈现的关系就是测试系统的静态特性。 理想的线性时不变系统的静态特性方程： 即输出是输入的单调、线性比例函数，其中斜率S应是常数。 测试系统的静态特性分析就是研究在静态测试情况下，描述实际测试系统与理想线性时不变系统的接近程度 当特性曲线呈非线性关系时，灵敏度的表达式为：xyyyyxx00(a)(b)xyx式中测量值的标准偏差 由于测量系统或仪器在全量程范围内，各测量区间的x不完全相同，因此常用全量程范围内最大的x即xmax与测量系统满量程输出值YFS之比的百分率表示其分辨能力，称为分辨率，用F表示，即即：产生可测输出变化量时的最小输入量

3、值表示相邻两次故障间隔时间的平均值 在给定的时间内误差仍能保持在规定限度以内的概率。P值越大，则系统可靠性越高，但测试系统的成本加大。 p的最佳值为0.80.9 是平均无故障时间的倒数例如：某测试仪器的失效率为0.03%kh，表明有1万台这种仪器工作1000小时后只可能有3台会出现故障。对于可修复的产品，用MTTR代表平均修复时间，若修复时间长，则有效使用时间短，因此有效度表示为： 欲使测量结果具有普遍的科学意义，测量系统应当是经过检验的。标定：用已知的标准校正仪器或测量系统的过程。 输入到测量系统中的已知量是静态量还是动态量，标定分静态标定和动态标定。 即：将原始基准器，或比被标定系统准确度

4、高的各级标准器或已知输入源作用于测量系统，得出测量系统的激励响应关系的实验操作。静态标定的作用：确定仪器或测量系统的输入输出关系，赋予仪器或测量系统分度值；确定仪器或测量系统的静态特性指标；消除系统误差，改善仪器或测量系统的正确度 正行程：从零点开始，由低至高，逐次输入预定的标定值此称标定的正行程。反行程：再倒序依次输入预定的标定值，直至返回零点，此称反行程。要求：标定时，一般应在全量程范围内均匀地取定5个或5个以上的标定点（包括零点）2.2 测试系统的动态特性但是，对于一个略为复杂的测试系统和复杂的测试信号，求解微分方程比较困难，甚至成为不可能。为此，根据自动控制理论，应用拉普拉斯变换求出传

5、递函数、频率响应函数等来描述动态特性。 其中称为拉氏变换算子 s是复数，又称复频率 传递函数的物理意义：1）传递函数反映了测量系统的固有特性，不随输入信号、输出信号的变化而变化；2）不同类型的测量系统可用同一种形式的拉氏传递函数表达。 例如，一线性系统在正弦信号则其输出为式中 的模 的相角：常取5或10 一阶系统具有以下特点: 1）一阶系统是一个低通环节。 当0时，幅值比A()=1为最大，相位差0，其幅值误差与相位误差为零，即输出信号与输入信号的幅值、相位相同，测试系统输出信号并不衰减。随着的增大，A()逐渐减小，相位差逐渐增大； 当时，A()几乎与频率成反比，相位差/2，这表明测试系统输出信

6、号的幅值衰减加大，相位误差增大，因此一阶系统适用于测量缓变或低频信号。2）时间常数决定着一阶系统适用的频率范围。 当较小时，幅值和相位的失真都较小；当=1时，A()0.707，即20lgA()3dB。通常把处的频率（即输出幅值下降至输入幅值的0.707倍处的频率）称为系统的“转折频率”（对滤波器来讲，就是截止频率），在该处相位滞后45。第一项是系统的稳态响应；第二项是t的指数衰减函数 的几何意义：为阶跃响应曲线y(t)在t=0处斜率的倒数，即起始点的斜率为1/。通常把输出达到稳态值的98所需的时间（4）作为响应速度指标。（欠阻尼） 二阶系统的单位阶跃响应在t时最终趋于稳态值； 当1时，阶跃响应曲线的振幅不会超过稳态值，不产生振荡，一般工程上常将1的二阶系统近似按一阶系统对待。 5或2 常采用试验的方法实现。最常用的方法：频率响应法和阶跃响应法即用正弦信号或阶跃信号作为标准激励源，分别绘出频率响应曲线或阶跃响应曲线，从而确定时间常数、阻尼比