第二章测试系统试验测试系统的技术特性

第二章试验测试系统的技术特性

测试系统概述

、测试系统的标定

、测试系统的静态特性、测试系统的动态特性、测试系统的抗干扰设计、项目设计实例。第二章试验测试系统的技术特性本章学习要求：1.建立测试系统的概念；2.掌握测试系统特性对测量结果的影响；3.掌握测试系统特性参数的测量方法。本章能力培养目标：1.根据测试任务要求和被测对象特点，选择合适的测试系统；2.根据测试系统设计实验方案，测取其静态和动态特性参数，并结合测试任务能做出合理的评价。系统(system)的概念：由若干相互联系、相互作用的单元组成的具有一定功能的整体。2.1测试系统概述

自动化防空系统系统的种类：通信系统、计算机系统、自动控制系统、生态系统、经济系统、社会系统、测试系统。系统的功能：传输信号、处理信号。收音机系统2.1测试系统概述

所谓混频，就是利用非线性元件，例如二极管，把两个不同频率的电信号进行混合，通过选频回路得到第三个频率的信号的过程。完成这样过程的装置，叫做混频器。振荡器（英文：oscillator）是用来产生重复电子讯号（通常是正弦波或方波）的电子元件。其构成的电路叫振荡电路。将音频信号或视频信号从高频信号(无线电波)中分离出来叫解调，也叫检波。2.1测试系统概述

测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。测试系统的基本构成框图被测对象测量装置试验装置数据处理装置显示记录装置测试系统是完成对被测量测试任务的专用设备。典型测试系统由传感器、转换与调理电路、数据处理设备、显示或记录仪器等组成。简单测试系统(光电池、温度计)V2.1测试系统概述

复杂测试系统(轴承缺陷检测)

加速度传感器带通滤波器包络检波器2.1测试系统概述

（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。(系统预测)系统分析中的三类问题：

（1）当输入、输出是可测量的(已知)，可以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，可以通过它们推断导致该输出的输入量。(系统反求)2.1测试系统概述

系统h(t)输入x(t)输出y(t)X(ω)H(ω)Y(ω)

理想的测试系统应该具有单值的、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，并且以输出和输入成线性关系最佳。xy线性xy线性xy非线性2.1.1线性系统及其主要性质(时域描述)

线性系统的输入x(t)和输出y(t)之间可以用微分方程来描述：在工程应用中，测试系统都可处理为LTI系统。2.1.1

线性系统及其主要性质

若系数an，an-1，…，a0和bm，bm-1，…，b0为常数，该系统称为时不变线性系统(LTI系统)。时不变线性系统性质：1.叠加性

系统对各输入信号之和的输出，等于各输入信号单独作用时输出信号的之和，即

若

x1(t)→y1(t)，x2(t)→y2(t)

则

x1(t)±x2(t)→y1(t)±y2(t)2.比例性

常数倍输入信号所得的输出，等于原输入信号所得输出信号的常数倍，即

cx(t)→cy(t)(c为常数)3.微分性

系统对输入信号微分的输出，等于原输入信号所得输出信号的微分，即4.积分性

当初始条件为零时，系统对输入信号积分的输出，等于原输入信号所得输出信号的积分，即时不变线性系统性质：5.频率保持性

若系统的输入为某一频率的简谐信号，则系统的稳态输出将为同一频率的简谐信号，即

若x(t)=x0cos(ωt+φx)

则y(t)=y0cos(ωt+φy)

线性系统的这些主要性质，特别是叠加性和频率保持性，在工程测试工作中具有重要作用。

时不变线性系统性质：2.1.2测量误差

测量误差=测得值-真值按特点性质分系统误差已定系统误差未定系统误差随机误差粗大误差按表示方法分：绝对误差、相对误差、引用误差精密度高正确度低精密度低正确度高精密度高正确度高精度反映测量结果与真值的接近程度，与误差大小相对应。精度又可分为精密度、正确度和准确度(精确度)。现用打靶结果来说明：2.1.2测量误差

衡量精度常用相对误差和引用误差来表示。仪器仪表准确度等级：

a＝100γn

在选用仪器仪表时，应在合理选用量程的条件下再选合适的准确度等级，一般应尽量避免在全量程的1/3以下范围内使用，以免产生较大相对误差。相对误差：引用误差：2.1.2测量误差

案例：现有两块电压表，其中一块为150V量程的1.5

级电压表，另一块为15V的2.5级电压表，欲测量10V左右的电压时，问选用哪块电压表？解：2.1.2测量误差

2.2测试系统的标定

对传感器或测试系统的测量结果进行验证的过程称为标定。根据用途分为静态标定和动态标定。

静态标定的目的是确定传感器或测试系统的静态特性参数，线性度、灵敏度、滞后量和重复性。

动态标定的目的是确定传感器或测试系统的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼度等。对于测量频率很高的机械量，如冲击、振动等，除静态标定外，还要进行动态标定。

2.2测试系统的标定

标定与校准的内容

灵敏度频率响应动态线性范围工作特性的标定与校准：极限加速度极限温度声灵敏度磁灵敏度环境特性的标定与校准：重量极性物理、几何参数的标定与校准：1.传感器标定的意义

（1）是设计、制造和使用传感器的一个重要环节。任何传感器在制造、装配完毕后都须对设计指标进行标定试验，以保证量值的准确传递。

（2）对新研制的传感器，须进行标定试验，才能用标定数据进行量值传递，而标定数据又可作为改进传感器设计的重要依据。2.2测试系统的标定

2.2测试系统的标定

（3）传感器使用、存储一段时间后，也须对其主要技术指标进行复测，称为校准（校准和标定本质上是一样的），以确保其性能指标达到要求。

（4）对出现故障的传感器，若经修理还可继续使用，修理后也必须再次进行标定试验，因为它的某些指标可能发生了变化。

2.2测试系统的标定

2.传感器标定的基本方法

将已知的被测量作为待标定传感器的输入，同时用输出量测量环节将待标定传感器的输出信号测量并显示出来（待标定传感器本身包括后续测量电路和显示部分时，标定系统也可不要输出量测量环节）；对所获得的传感器输入量和输出量进行处理和比较，从而得到一系列表征两者对应关系的标定曲线，进而得到传感器性能指标的实测结果。2.2测试系统的标定

3.传感器标定的分类（1）根据被测量进行分类

①绝对标定法

被测量是由高精度的设备产生并测量其大小的。特点：精度较高，但较复杂。

②相对标定法或比较标定法

被测量是用根据绝对标定法标定好的标准传感器来测量的。特点：简单易行，但标定精度较低。2.2测试系统的标定

（2）根据标定的内容分类

①静态标定

确定传感器的静态指标，主要有线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。

②动态标定

确定传感器的动态指标，主要有时间常数、自然振荡频率和阻尼比等。

有时根据需要也对非测量方向（因素）的灵敏度、温度响应、环境影响等进行标定。2.2测试系统的标定

对传感器进行标定，目的是依据试验数据确定传感器的各项性能指标，实际上也就是确定传感器的测量精度。传感器制造出来之后，自身的测量精度就客观确定了。但标定结果可能因所用的标定装置或标定数据处理方法不同而出现差异。一个高精度的传感器，如果标定方法不当，则很可能在实测中产生较大的误差；反之，一个精度不太高的传感器，如果标定方法得当，反而可能在实测中产生较小的误差。2.2测试系统的标定

显然，提高标定设备、指示仪器的精度有助于提高标定精度。按有关规定，标定设备、指示仪器的精度都有一最低要求。在此规定上，标定设备和指示仪器的精度越高，标定的精度也越高。数据处理的方法很多，不同的方法有不同的精度，因此，提高对标定数据处理的精度也很重要。

2.2测试系统的标定

还应注意减小环境变化引起的误差。传感器一般由制造厂在实验室内按规定条件进行标定。通常希望传感器的标定状态尽可能模拟实际测量状态，但在实验室内不可能模拟各种使用状态。使用状态改变引起测试数据变化时，将会给测量带来明显的误差。为此，设计传感器时就应考虑这一因素的影响。某些环境条件对传感器输出的影响不可消除时，可在特定条件下标定，并给出在不同条件下标定值的修正系数或修正公式。若能在测量现场进行标定，则效果更好。静态标定是在规定条件下，利用一定准确度等级的标准设备(比被标定测试系统的准确度等级至少高一个等级)，产生已知标准的静态量(如标准压力、应变、位移等)作传感器或测试系统的输入量，用实验方法进行多次重复测量，从而得到输出量的过程。

2.2.1测试系统的静态标定

无加速度、无振动、无冲击(除非这些参数本身就是被测物理量)，环境温度一般为室温(20±5)℃，相对湿度不大于85％，大气压力为0.1MPa。1.静态标定条件(2)标准器具精度的选择为保证标定精度，须选择与被标定传感器的精度要求相适应的一定等级的标准器具（一般所用的测量仪器和设备的精度至少要比被标定传感器的精度高一个量级），它应符合国家计量量值传递的规定，或经计量部门检定合格。这样，通过标定所确定的传感器精度才是可靠的。2.2.1测试系统的静态标定（1）将传感器或测试系统全量程(测量范围)分成若干等间距点(至少6个点)；2.静态标定过程

（2）根据量程分点情况，由小到大、再由大到小逐点输入标准静态量，并记录下与各输入值相对应的输出值；

（3）按步骤(2)的过程进行多次重复测量，将得到的输出－输入测量数据用表格列出或绘成曲线；

（4）对测量数据进行分析处理，根据处理结果就可确定测试系统的线性度、灵敏度、滞后量和重复性等静态特性参数。

2.2.1测试系统的静态标定2.2.2测试系统的动态标定动态标定以经过校准的动态标准信号(如标准正弦信号、阶跃信号等)作为传感器或测试系统的输入，从而测量输出－输入的关系曲线(幅频特性曲线、相频特性曲线、阶跃响应曲线)，然后求出一阶测试系统的时间常数，二阶测试系统的阻尼度、固有角频率。所采用的标准输入信号的误差应为所要求测量结果误差的

或更小。

传感器的动态标定主要用于确定传感器的动态技术指标。动态技术指标主要是研究传感器的动态响应，而与动态响应有关的参数，一阶传感器只有一个时间常数τ，二阶传感器则有自然振荡频率wn和阻尼比ζ两个参数。确定这些参数的方法很多，一般是通过实验确定，如测量传感器的阶跃响应、正弦响应、线性输入响应、白噪声，及用机械振动法等。其中最常用的是测量传感器的阶跃响应。2.2.2测试系统的动态标定灵敏度的标定与校准传感器在一定频率与环境下，输出量（电压、电荷等）与输入量（位移、速度、加速度等）之比。频率响应的标定与校准频率响应是传感器的灵敏度随频率变化的关系，在振动输入幅值不变的情况下，用传感器的输出与频率变化的关系来表示。即横坐标表示频率，纵坐标表示灵敏度。2.2.2测试系统的动态标定2.2.2测试系统的动态标定线性度的标定与校准线性度：在某一频率下，传感器的灵敏度随振动输入量大小而变化的规律。若横坐标表示输入，纵坐标表示灵敏度，则理想传感器或测量系统的线性度应是一条过原点的直线。2.2.2测试系统的动态标定传感器标定与校准的方法

绝对法和比较法“绝对法”校准传感器电磁标准振动台（不受周围环境的影响）给出位移、速度、加速度、频率，并由相应的标准测量系统，测得固定在振动台上的传感器的输出电压等，进而计算出灵敏度。一个需校准的加速度计的输入加速度为

输出电压为:

则加速度计的电压灵敏度为：

2.2.2测试系统的动态标定与容易测量，关键是振幅（微幅，几微米）的测定。一读数显微镜振幅标定法方法简单、方便、可靠、直观，有一定的精度，是工程中较为实用的标定方法。缺点是不能进行连续标定、标定速度慢，在低频区（）容易受电磁振动台的窜动干扰影响，在高频区（）又受到由于振幅减小（当保持加速度或速度为定植时），读数显微镜的读数误差比例相对增加的限制。这种方法要求选用综合性能较好的振动台，并要求安装在较大质量且与能够避免外界振动干扰的基础上。读数显微镜振幅标定系统如图所示。2.2.2测试系统的动态标定振动台放大器振动台控制系统读出装置频率计示波器传感器专用夹具读数显微镜支架读数显微镜振幅标定系统2.2.2测试系统的动态标定标定时，传感器安装在专用夹具上。对于多个传感器同时标定时，传感器需紧靠专用夹具周围安装，以避免振动台台面上各点的振动不同。标定时，还需注意台面的水平度误差、读数显微镜的仰角误差、读数显微镜的旋转角误差，一般应控制在左右。2.2.2测试系统的动态标定二互易法适用于磁电式、压电式传感器的标定与校准。这是一种绝对校准法。具体方法很多，这里介绍两只传感器进行二次测量的电阻分压互易法。⑴将两只加速度计用刚性支架以“背靠背”方式安装在振动台上，如图所示。测量两只加速度计在激振频率为时的输出电压和的比值；⑵将两只加速度计直接以“背靠背”方式连接在一起，如图所示。以某一只加速度计作为激振器，通过分压器电阻输入频率为的电流，测量第二只加速度计在受振时产生的输出电压。进而按下两式可求得和：

2.2.2测试系统的动态标定

若将代入上式，可得

式中、两个加速度计的质量；振动台的频率；电阻值。2.2.2测试系统的动态标定两只加速度计的互易校准法振动台1号加速度计2号加速度计1号加速度计2号加速度计2.2.2测试系统的动态标定“比较法”校准传感器“比较法”将被校准的传感器与已知的标准传感器相比较而得到被校准传感器的灵敏度和频率特性曲线的方法。标准传感器的灵敏度及频率特性曲线必须是由“绝对法”最高校准技术获得的。标准传感器的传感元件通常是由石英晶体（性能稳定）制成。“比较法”校准传感器的方法是将被校准传感器和标准传感器同时安装在标准振动台上，承受相同的振动，然后测出它们的输出信号。被校准传感器的灵敏度为：

式中标准传感器的灵敏度；标准传感器的输出电压；

被校准传感器的输出电压。2.2.2测试系统的动态标定改变频率，重复上述过程，则可得到被校准传感器的频率特性曲线。进行校准时，将被校准传感器与标准传感器“背靠背”地安装在一个托架上，再将托架安装在标准振动台上，保证两个传感器承受相同的振动，但其相位则相反，校准系统如图所示。这种方法具有校准速度快、操作方便等优点。精度取决于标准传感器的精度和性能（二级精度）。2.2.2测试系统的动态标定“比较法”标定装置示意图放大器读出装置读出装置放大器记录仪标准振动台标准传感器被校准传感器标准测量系统被校测量系统2.2.2测试系统的动态标定频响曲线和线性度的校准一频响曲线校准频率响应曲线是指传感器的灵敏度随频率的变化情况。频率响应曲线的校准也是在标准振动台上进行，其校准装置如图所示。图1.114频率响应曲线校准装置示意图电荷放大器定振装置差频振荡功率放大器电荷放大器XY记录仪2.2.2测试系统的动态标定被校准传感器与标准传感器（“背靠背”固定）接受相同的振动，同时记录两个传感器的振动信号。图中差动振荡器的目的是保证标准振动台以恒加速度振动。固定振动台的振动的幅值（标准量级），改变振动台的振动频率，测量出被校传感器在不同频率下的输出量，再换算成灵敏度，即被校加速度计的频率响应特性曲线如图所示。

2.2.2测试系统的动态标定图1.115加速度计的频率响应特性曲线2.2.2测试系统的动态标定二线性度校准线性度是指传感器的灵敏度随输入振动量的大小变化的情况。线性度的校准也是在标准振动台上进行的。在一定的频率（一般选），逐点改变输入量，测出输出量即可。线性度曲线如图所示。图1.116传感器线性度曲线输入量输出量０理想曲线实际曲线2.2.2测试系统的动态标定力传感器的动态标定方法力传感器的动态灵敏度与动态力测试系统的频率特性需在动态下进行标定。正弦激励法力传感器的频率响应用正弦激励法校准。方法是将力传感器安装在标准振动台上，在力传感器顶部安装一个重块，以恒定的加速度在不同的频率下激励力传感器，并记录下力传感器的输出，即为该力传感器的频率响应。冲击力法这种方法是将力传感器安装在基础上，落锤上安装有加速度计，落锤自由下落，撞击力传感器，并记录加速度计与力传感器的响应，即可求得力传感器的灵敏度。用谱分析的方法，可以测出力传感器的谐振频率与频率响应。2.2.2测试系统的动态标定电涡流传感器的静态标定方法静标定系统该系统由静校器、测量电路、高稳定度稳压电源、数个电压表、被测导体及被校传感器组成。静标定系统示意图如图图1.117静标定系统示意图数字电压表稳压电源测量电路传感器测试盘千分尺2.2.2测试系统的动态标定静标定方法

将被校准传感器固定于静校器上，并将传感器输出送到测量电路中。被测导体（测试盘）和静校器的千分尺相连，旋动千分尺，被测导体和传感器之间便有相对位移。被测导体和传感器端面接触时，，然后反转千分尺，记下不同值时，传感器的输出电压读数。根据测得的数据，可绘出特性曲线，如图所示。特性曲线2.3测试系统的静态特性

研究静态特性的目的:

(1)确定信号的大小；

(2)确定误差的大小。系统的输入、输出不随时间而变化的特性。2.3.1测试系统的静态数学模型

在研究测试系统的线性特性时，可以不考虑零位输出量，即取a0=0，静态特性曲线过原点，如下图所示。

(a)线性特性；(b)非线性仅有奇次项；(c)非线性仅有偶次项；(d)一般情况零点线性项非线性误差项1.理想线性特性静态特性曲线是一条过原点的直线，直线上所有点的斜率相等，测试系统的灵敏度为常数2.非线性项仅有奇次项静态特性曲线关于原点对称，在原点附近有较宽的线性范围，差动结构的传感器具有这种特性。2.3.1测试系统的静态数学模型

3.非线性项仅有偶次项静态特性曲线过原点，但不具有对称性，线性范围较窄，测试系统设计时很少采用这种特性。4.一般情况静态特性曲线过原点，也不具有对称性，非线性误差大。2.3.1测试系统的静态数学模型

1.线性度(非线性误差)

标定曲线

与拟合(理想)直线的接近程度。

2.3.2测试系统的静态特性参数设拟合直线方程为：1）端点直线法取零位输出值和满量程输出值作为直线的起点和终点，两个端点的连线为拟合直线。特点：简单方便，但大，精度较低。

2）端点平移直线法将端点直线平行移动，移动间距为的一半，使标定减小，精度提高。曲线分布在拟合直线的两侧。特点：简单方便，且

2.3.2测试系统的静态特性参数3）平均法：若静态标定数据过零点，，，则或

把实验数据按输入量由小到大依次排列，分成个数近似相等的两组，得

2.3.2测试系统的静态特性参数4）最小二乘法：将代入得：该式表明拟合直线通过(,)点。当时，有

2.3.2测试系统的静态特性参数2.灵敏度

灵敏度是指测试系统对被测量变化的反应能力，即输出变化量与输入变化量之比，即yx△x△y

2.3.2测试系统的静态特性参数3.滞后量(迟滞或回程误差)

在输入量由小增大和由大减小的测量过程中，同一个输入量对应正反行程两个输出量的最大差值。

2.3.2测试系统的静态特性参数4.重复性(重复误差)

输入量按同一方向变化时，在全量程范围内重复进行测量所得到各特性曲线的重复程度，即

2.3.2测试系统的静态特性参数5.静态特性的其他参数灵敏阀：又称为死区，用来衡量测量起始点不灵敏的程度。

分辨力：能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量，表明测量装置分辨输入量微小变化的能力。零点漂移：输出零点偏离原始零点的距离。

2.3.2测试系统的静态特性参数测量范围(量程)：测量装置能正常测量最小输入量和最大输入量之间的范围。

可靠性：与测量装置无故障工作时间长短有关的一种描述。

稳定性：在一定工作条件下，当输入量不变时，输出量随时间变化的程度。

2.3.2测试系统的静态特性参数案例：某力测量系统的静态标定数据如下表，求：灵敏度、线性度和滞后量。x(kN)0246420y(mV)03.87.9128.14.20.1

(mV)0.044.028.0011.988.004.020.04解：1）用最小二乘法

2.3.2测试系统的静态特性参数(mV/kN)灵敏度：线性度：滞后量：拟合直线为：

2.3.2测试系统的静态特性参数(mV/kN)灵敏度：线性度：滞后量：2）用平均法：，拟合直线求解的方法不同，计算结果是有差别的，其中最小二乘法计算结果可靠性最高。

2.3.2测试系统的静态特性参数案例：物料配重自动测量系统的静态特性

2.3.2测试系统的静态特性参数系统的输入、输出都随时间而快速变化的特性。2.4测试系统的动态特性

研究动态特性的目的:

(1)波形失真情况；

(2)响应快慢。2.4.1测试系统的动态数学模型1.传递函数(复频域描述)

拉氏变换(数学定义)：H(s)特点：与输入、物理结构及系统的初始状态无关，只反映系统的传输、转换和响应特性。分母取决于系统的结构参数，分子取决于输入方式等。2.4.1测试系统的动态数学模型串联环节：并联环节：复杂系统的传递函数：闭环反馈：式中：负反馈取“+”号，正反馈去“-”号。2.4.1测试系统的动态数学模型2.频率特性(频域描述)

()

频率响应函数的意义：直观地反映了测试系统对不同频率简谐信号激励下的失真情况。——幅频特性——相频特性2.4.1测试系统的动态数学模型幅频特性：在不同频率的简谐信号激励下，稳态输出信号与输入信号的幅值比。相频特性：在不同频率的简谐信号激励下，稳态输出信号与输入信号的相位差。2.4.1测试系统的动态数学模型1）一阶系统的频率特性

特征滞后2.4.1测试系统的动态数学模型一阶系统频率特性——时间常数；——静态灵敏度。2.4.1测试系统的动态数学模型案例：用的温度计，来测量复合周期温度信号x(t)=sin2t+0.3sin20t，求测量结果y(t)=?

故时间常数

越小失真越小。理想情况：解：当时，，当时，，

由于时间常数太大，测量结果与被测对象相差较大(测量误差较大)，且频率越高误差越大。若，2.4.1测试系统的动态数学模型一阶系统阶跃响应：一阶系统脉冲响应：时间常数越小，响应越快。2.4.1测试系统的动态数学模型称重(应变片)F2）二阶系统的频率特性加速度计2.4.1测试系统的动态数学模型LRC振荡回路——固有角频率——阻尼度(比)——静态灵敏度2.4.1测试系统的动态数学模型动圈式仪表测力弹簧特征振荡2.4.1测试系统的动态数学模型理想情况：

阻尼度

，固有频率越高，失真越小2.4.1测试系统的动态数学模型二阶系统幅频特性二阶系统相频特性2.4.1测试系统的动态数学模型案例：用的测力弹簧去测量的正弦变化力时，求幅值误差和相位误差。

解：由于阻尼度，固有频率也较低，幅值误差和相位误差都较大。2.4.1测试系统的动态数学模型阻尼度，固有频率越高，响应越快。二阶系统脉冲响应二阶系统阶跃响应二阶系统脉冲响应2.4.1测试系统的动态数学模型阻尼度和固有频率的作用：2.4.1测试系统的动态数学模型2.4.2测试系统动态特性参数的测量1.用频率响应法测量(正弦波激励法)

根据频率保持性，用正弦信号去激励被测系统，保持正弦信号的幅值不变，依次改变其频率

，同时测出激励和稳态输出的幅值

和相位

，从而得到幅值比和相位差。

由各频率对应的幅值比和相位差，绘制幅频特性和相频特性曲线，然后求取动态特性参数。

2.4.2测试系统动态特性参数的测量1）用频率响应法测量时间常数由幅频特性和相频特性可知：当幅频特性，相频特性时，对应的横坐标，由此查出该点对应输入信号的频率，即可得到时间常数。2.4.2测试系统动态特性参数的测量0.707

2）用频率响应法测量和——共振法当很小时：2.4.2测试系统动态特性参数的测量案例：音响系统频率特性评定y(t)=x(t)*h(t)Y(f)=X(f)H(f)

改进:脉冲/白噪声输入，测量其输出，然后再求输出的频谱。飞机模态分析2.4.2测试系统动态特性参数的测量2.用脉冲响应法测量H(s)固有频率、阻尼度若系统的输入为单位脉冲

，由于的拉氏变换为1，则

Y(s)=H(s)或

y(t)=L-1[H(s)]=h(t)2.4.2测试系统动态特性参数的测量案例：镗杆固有频率测量2.4.2测试系统动态特性参数的测量案例：桥梁固频测量原理：在桥中设置三角形障碍物，利用汽车路过障碍物时的冲击对桥梁进行激励，通过应变片测量桥梁的动态变形，从而得到桥梁的固有频率。2.4.2测试系统动态特性参数的测量3.用阶跃响应法测量

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)/sH(s)阻尼度、固有频率优点：直观缺点：简单系统识别2.4.2测试系统动态特性参数的测量1）用阶跃响应法测量

0.6322.4.2测试系统动态特性参数的测量若将阶跃响应函数表达式改写为：两边取对数得：则这种方法运用了全部测量数据，即考虑了阶跃响应的全过程，且Z与t呈线性关系。若Z与t为非线性，则不是一阶系统。2.4.2测试系统动态特性参数的测量

2）用阶跃响应法测量和——自振法

M1M2Td2.4.2测试系统动态特性参数的测量案例：在桥梁中悬挂重物，突然剪断绳索，测得阶跃响应曲线如图所示，求桥梁的阻尼度和固有频率。解：

2.4.2测试系统动态特性参数的测量原理：在桥梁中悬挂重物，然后突然剪断绳索，产生阶跃激励，通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。案例：桥梁固有频率测量2.4.2测试系统动态特性参数的测量实验：悬臂梁固有频率测量2.4.2测试系统动态特性参数的测量测试系统的输出y(t)与输入x(t)满足下列关系：2.4.3实现不失真测量的条件

该系统的输出波形与输入波形精确地相似，只是幅值放大了A0倍，时间上延迟了t0。这种情况下，认为测试系统具有不失真测量的特性。tx(t)y(t)时域条件傅里叶变换：

频域条件常数2.4.3实现不失真测量的条件实际情况下，输入信号频率不同，输出的幅值和相位都不同，因此会产生幅值和相位失真，且频率越高失真越大。2.4.3实现不失真测量的条件对一阶测量系统，时间常数越小越好。失真小、响应快、满足不失真测量条件的频带宽。当时，幅值误差。对二阶测量系统，阻尼度、固有频率越高越好。幅频特性接近于常数范围大，相频特性也近似于线性关系。失真小、响应快、满足不失真条件的频带宽。当，时，。常数2.4.3实现不失真测量的条件在实际测试工作中，当一个测量环节联接到另一个被测环节上时，必然对测量结果产生影响，即产生负载效应。传递函数也不再是各组成环节的简单叠加或乘积关系。

2.4.4负载效应

ER1R2VRL当没接电压表时：当接上电压表后：误差为：当时，

。

2.4.4负载效应

案例：物料配重自动测量系统2.4.4负载效应

案例：RC低通滤波器产生的负载效应两者没串联时：两者串联后：2.4.4负载效应

为了使测量结果能尽量准确地反映被测对象的动态特性，排除负载影响，应使。故：，C2也尽量小。减小负载效应的措施：（1）提高后续环节(负载)的输入阻抗；（2）在两个环节之间，插入高输入阻抗、低输出阻抗的放大器(跟随器)。2.4.4负载效应

案例：测力计产生的负载效应测力计被测对象（1）静态情况：2.4.4负载效应

接上测力计后：没接测力计时：（2）动态情况为了使测量结果能尽量准确地反映被测对象的动态特性，应使。故：，，。2.4.4负载效应

2.5测试系统的抗干扰设计

2.5.1电磁干扰抗电磁干扰技术又称为“电磁兼容技术”。电磁兼容是指装置或系统在其设备的预定场所投入实际运行时，既不受周围电磁环境的影响，又不影响周围的环境，也不发生性能恶化和失误工作，而能按设计要求正常工作的能力。形成电磁干扰有三个要素：向外发送干扰的源——干扰源；传播电磁干扰的途径——耦合通道；承受电磁干扰的受体——受扰设备。

2.5.2屏蔽、接地与隔离设计

1）电磁屏蔽：利用高电导率和高磁导率材料制成封闭的低阻抗容器，将受扰电路置于该容器中，从而抑制该容器外的干扰与噪声对容器内电路的影响。或将产生干扰与噪声的电路置于该容器之中，从而减弱或消除其对外部电路的影响。

1.电磁屏蔽与双绞线传输抑制电磁干扰的措施：消除或抑制干扰源；切断或破坏干扰源与受扰设备之间的耦合通道；加强受扰设备抗电磁干扰