第三章汽车测试技术讲课使用

第二章测试装置的基本特性

本章学习要求：1.建立测试装置的概念

2.掌握测量装置的静、动态特性及标定方法

（传递函数、频率响应函数、脉冲响应函数）3.掌握一阶和二阶系统的特性4.了解测试装置特性对任意输入的影响

5.掌握实现不失真测试的条件6.了解测试装置特性的测量方法7.了解测量装置抗干扰与负载效应第二章测试装置的基本特性测试技术与信号处理

测试装置是测量装置、标定装置和激励装置总称。第一节测试装置概述

系统失真？简单测试装置(红外体温)第二章测试装置的基本特性测试技术与信号处理复杂测试装置(振动测量)复杂测试装置(轴承缺陷检测)加速度计带通滤波器包络检波器第一节测试装置概述测试技术与信号处理高频谐振测试无论测量装置如何复杂，可以把它作为一个系统来看待。这样，问题简化为处理输入量x(t)、系统传输特性h(t)和输出y(t)三者之间的关系。x(t

)h(

t

)y(

t

)研究测试装置的目的测试技术与信号处理为实现某种物理量的测量而选择或设计测量装置时，就必须考虑该装置能否准确获得被测量的量值及其变化，即实现准确测量，而是否能够实现准确测量，则取决于测量装置的特性。第一节测试装置概述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。(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。(反求)x(t)h(t)y(t)测试技术与信号处理第三节测量装置的动态特性测试技术与信号处理第一节测试装置概述测量装置特性静态特性、动态特性、负载特性、抗干扰性等这种划分只是为了研究方便，事实上这些是统一的，各种特性之间是相互关联的。系统动态特性的性质往往与静态特性有关。例如，若考虑静态特性中的非线性、迟滞、游隙等，动态特性就成为非线性方程，很难得到系统动态特性的清晰描述。所以，在研究动态特性时，忽略非线性或参数的时变特性，只从线性系统的角度研究测量系统最基本的动态特性。测量装置基本要求：

理想的测量装置应该具有单值的、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。其中以输出和输入成线性关系最佳。

xy线性xy线性xy非线性测试技术与信号处理第一节测试装置概述测试技术与信号处理第一节测试装置概述1.测量装置的静态特性当被测量不随时间变化或变化缓慢时，输出量与输入量之间的关系成为静态特性，可以用代数方程表示。是通过某种意义的静态标定过程确定的。是一个实验过程，这一过程是在只改变测量装置的一个输入量，而其他所有的可能输入量严格保持不变的情况下，测量对应的输出量，由此得到测量装置输入与输出之间的关系。测试技术与信号处理第一节测试装置概述为了研究测量装置的原理和结构细节，还要确定其他各种可能输入与输出的关系←用来估计环境条件的变化与干扰输入对测量过程的影响或估计由此产生的测量误差。静态测量误差与多种因素有关，包括测量装置本身和人为的因素，本章只讨论测量装置本身的测量误差。测试技术与信号处理第一节测试装置概述测量装置静态特性被测量输入被测量输出输入An环境变化或干扰输入的影响输入An单独作用下的输出输入A1单独作用下的输出输入A1环境变化或干扰输入的影响环境变化或干扰输入的影响输入A2输入A2单独作用下的输出.........图2-1静态标定过程（教材第43页）测试技术与信号处理第一节测试装置概述要标定的测量装置输入（被测量）输出标准仪器标准仪器标准仪器标准仪器输入变量-1输入变量-2图2-2测量装置的静态标定（教材第43页）在静态标定的过程中，只改变一个被标定的量，其他量只能近似保持不变，严格保持不变是不可能的→用精密仪器测量输入量（被测量）和被标定测量装置的输出的同时，还要用精密仪器测量若干环境变量或干扰变量输入和输出，如图2-2所示。一个设计、制造良好的测量装置受环境变化与干扰的影响应该很小测试技术与信号处理第一节测试装置概述2.标准和标准传递如果要得到有意义的标定结果，输出与输入变量的测量必须是精确的，用来定量这些变量的仪器（或传感器）和技术统称为标准。测量精度是测量值接近真值的程度如何建立真值？定义为用精度最高的最终标准得到的测量值实际上可能无法使用最终标准来测量该变量可以使用中间的传递标准←逐级朔源如图2-3所示（教材第44）当被测量随时间迅速变化时，输出量与输入量之间的关系称为动态特性。测试技术与信号处理第一节测试装置概述3.测量装置的动态特性在研究测量装置动态特性时，认为系统参数是不变的，并且忽略系统的非线性因素，可以用线性微分方程描述，...动态特性：可由物理原理的理论分析和参数的试验估计得到，也可由系统的试验方法得到。适合于简单的测量装置普遍适用的方法确定动态特性的目的：①了解装置所能实现的不失真测量的频率范围；②在确定动态测量任务后，选择满足要求的装置，必要时用试验确认其动态特性，从而得到可靠的测量结果和估计测量误差。案例:桥梁固频测量原理：在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车越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。测试技术与信号处理第三节测量装置的动态特性当传感器安装到被测物上或进入被测介质，要从物体与介质中吸收能量或产生干扰，使被测物理量偏离原有的量值，从而不可能实现理想的测量，这种现象称为负载效应。测试技术与信号处理第一节测试装置概述4.测量装置的负载特性测量装置的负载特性是固有特性，在进行测量或组成测量系统时，要考虑这种特性并将其影响降到最小。5.测量装置的抗干扰性测量装置在测量过程中会受到各种干扰，包括电源干扰、环境干扰（电磁场、声、光、温度、振动等干扰）和信道干扰。这些干扰的影响取决于测量装置的抗干扰性能，并且与所采取的抗干扰措施有关，需要要采取有效地抗干扰技术将其影响降到最小。在静态貌测量鸟情况饲下，询描述钩实际盟测量尸装置赶与理忧想时吼不变虹系统蜻的接近圆程度。本节依讨论历以下游一些与重要首的静赞态特渗性第二谷节和测电试装始置的闪静态欧特性第二篮章俱测榜试装扇置的罚基本柔特性测试药技术裤与信打号处帽理二、债灵敏逼度一、笑线穴性度三、翁回程峰误差四、清分辨景力五、器零点纵漂移滤和灵蜓敏度本漂移理想蚕的测撑试装瓦置静忆态特侄性曲笑线是泡条直环线，平但实烦际上邻大多许数测淡试装载置的狱静态璃特性醒曲线愁是非克线性熊的。实际省特性邀曲线怨与理率想直迹线偏将离的泡最大畅值表示线性敏误差Dma缘瑞x，也论可以决用百枕分数酿表示探，第二故节院测酸试装梳置的吹静态惩特性测试佣技术宰与信术号处果理→测量净装置算输入屋、输续出之话间的积关系影与理腥想比访例关微系（线性）的埋偏离过程度符。线性误差=一、师线滩性度yxDmaxY

maxY

minX

maxXmin①端点连线②最小二乘直线拟合二、柏灵敏朽度xy△x△y非线伪性装股置的汗灵敏吵度S是一涝个变怀量，爽即x－y关系薯曲线恳的斜衰率，合输入弹量不浓同，示灵敏痕度就摇不同歇，通讯常用益拟合弯直线修的斜敲率表弱示装扫置的咏平均可灵敏导度。→单位输入为变化骆所引殃起输累出的引变化,通常程用理旧想直戚线的斜率作为漫测量熄装置合的灵毯敏度稳值当测篮试装楚置的输入x有一砍增量△x，引再起输出y发生啊相应骂变化△y时，兆定义:S=△y/△x灵敏隔度的资量纲由输啊入和营输出穴的量违纲决国定。椒若输锄出和趣输入窄的量守纲相盈同，滥则称府放大腥倍数营。第二律节既测胶试装糠置的粥静态虚特性三、惰回程殊误差测量论装置住在输戚入量肆由小房诚增大仪和由勿大减门小的阵测试其过程偏中，骗对于收同一怎个输孩入量踏所得常到的膊两个缩慧数值壤不同干的输读出量暴之间估差值虑最大祥者为hma日x，则裂定义萌回程赏误差模为:hma涂x测试避技术腊与信鼻号处钟理第二削节今测狂试装宵置的柜静态酬特性→也称迟滞，是厦描述湿测量坛装置盾同输件入变呜化方学向有祖关的缠输出泥特性xy回程误差hmax能引振起输解出值恳产生危一个掩可察锤觉变装化的勤最小谊输入申量（塑被测孤量）挑，表袄明测裂试装皆置分护辨输垄入量触微小廉变化拾的能絮力，脱通常偿用它朱与可田能输汇入范受围之哑比的庭百分肉数表香示。四、多分辨逮力零点颂漂移爱：指测萍量装伐置的风输出元零点坛偏离偷原始代零点的距废离。五、示零点粒漂移监和灵窑敏度酱漂移第二梳节圾测懂试装篮置的涉静态桂特性灵敏狐度漂雁移：由于长材料稻性质叫的变旨化所谋引起奶的输令入与输出踩关系此的变努化。图见昂书P4走8，图2－6输入输出零点漂移理想直线灵敏度漂移总误差=零点漂移+灵敏度漂移在对觉动态楼物理牵量进稳行测脑试时坊，测双量装会置的劣输出购变化束是否商能真懒实地厕反映输输入努变化扩，则嫁取决素于测乡丰量装拔置的欣动态鸣响应舰特性劝。第三帅节星测量缠装置哥的动误态特母性用特定定的假输入浪量作虫用于案测量辅系统浙，测辣量出缓相对役应的身输出惩量，步由此粘推断央系统突的动姜态特面性。(系统董辨识)第二淹章直测临试装径置的薯基本乡丰特性x(t

)h(

t

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)本节行讨论愤主要解内容辞：一.动态度特性传的数患学描服述二.一阶凶和二始阶系坚统的埋特性时域熟性能呢指标第三沫节则测量我装置寸的动单态特执性0tM超调量允许误差±Δ1.00.50.1trtptstdh(t)0.05或0.02)(∞h∞)(h0.9∞h)()(∞h峰值时间调整时间延时时间上升时间线性粉系统输入x(t)和输祝出y(t)间的唇关系沃可以就用常哀系数痰线性企微分嫁方程凑来描失述：线性大系统夜性质：a)叠加狐性系统搁对各猛输入胞之和碎的输愚出等拜于各佩单个肚输入西的输盾出之搭和侨即若x1(t)→y1(t)，x2(t)→y2(t)则x1(t)±x2(t)→y1(t)±y2(t)第三席节堡测量炕装置诉的动乏态特载性一.动态很特性穗的数址学描淡述b)比例掘性常数续倍输兽入所妄得的糕输出餐等于着原输积入所外得输驾出的挑常数店倍，葛即若x(t)→y(t)，则kx(t)→ky(t)c)微分货性系统猪对原咱输入柜信号霞的微挂分等叨于原舍输出庭信号宽的微带分，炕即若x(t)→y(t)，则x'(t)→y'(t)d)积分孙性当初错始条责件为悦零时螺，系角统对董原输锈入信允号的治积分愈等于蔽原输伟出信只号的鞭积分模，即若x(t)→y(t)，则∫x(t)dt→∫y(t)dt第三梅节齐测量横装置胖的动监态特墨性e)频率剪保持垫性若系狼统的叨输入商为某传一频将率的挖谐波眉信号辨，则牢系统劫的稳脱态输修出将截为同艰一频湿率的身谐波缎信号亏，即若输磁入为x(t)=Aco赢s(ωt+φx)则输字出为y(t)=Bco孩s(ωt+φy)线性楚系统肥的这陕些主壳要特猜性，勇特别主是符隔合叠平加原餐理和畜频率虚保持帖性，陶在测究量工泥作中骨具有婚重要皆作用鞠。具有款频率围保持刻特性那的含动义：输乘入信月号的昂频率坏成分拣通过溉线性菊系统喉后仍跪保持脉原有方的频您率成核分。橡如果哀输入犯是单柴一频渠率信站号，均输出忧却包篇含其炊他频芹率成兵分，锡就可伙以断跌定其挥他频营率成班分绝否不是按输入伴引起测的，嫩它们浊或由痒外界半干扰锹引起布，或赵由装帝置内教部噪正声引各起，傻或输或入太券大使划装置破进入烦非线方性区瓶，或吼该装烤置中瓶有明压显的醉非线珍性环娘节。第三头节赠测量墙装置州的动姓态特慎性本课兵程中笨研究俱的测妹量装告置都肺是定娃常线泳性系料统，巨可以输用常系塞数线减性微旬分方惯程来描也述该拦系统彩以及罪输入x(t)和输始出y(t)间的蚀关系火。对于嫂一个筛线性听系统份如何更有刷效的描述装置谎的特益性与庆输出翅、输弱入的希关系？第三店节溉测量减装置放的动踩态特存性利用勺微分山方程绵来描烟述有训许多穿不便哨。如可果通砖过拉氏纺变换建立记与其粘相应微的“传递其函数”，述通过傅氏步变换建立母与其户相应窄的“频率叹特性揭函数”，悲就可欺更简冠单、毛有效千地描兼述装荣置的曲动态扇特性度和输骂出与尝输入觉之间拒的关拒系。定义残：x(t)、y(t)及其娃各阶剩导数歌的初快始值养为零，系统捷输出肌信号德的拉作普拉位斯变饿换(拉氏赢变换)与输轻入信受号的屡拉氏悔变换区之比，记挪为描述系统动态特性1.传递虚函数(T牺ra扑ns羽fe品r仰fu酒nc桨ti妻on萄)第三娃节户测量吗装置夺的动耕态特耍性→s为复变完数:和皆为实变量。式中频率复变材量第三级节承测量灵装置汗的动鹅态特火性放大第三篇节指测量等装置钥的动菜态特畏性拉氏宏变换yH(s)与输趟入及众系统撤的初荐始状点态无炮关，只表裳达测帆量装肃置的传输律特性。对伟于具突体系限统，H(s)不会饶因输残入变川化而弟不同厦，但糟对于趣任一倒具体居输入维都能搏确定狡地给竖出相桥应的翠、不毁同的凤输出即。第三匹节畏测量泼装置蚕的动蛙态特善性x测量茄装置H(s)中的分母并取决危与系墓统的减结构。分恨母中s的最疫高幂肚次n代表企系统同微分拨方程痕的阶烘数。分子糖则表育示系念统与殖外界讽之间衡的关堂系。对于券一般林的稳皱定系惩统，见其分星母中s的幂宇次总棉是高秘于分绳子中竟的s幂次及，即n>m。对于膝实际艰的物劲理系根统，线输入裕和输胜出都背具有凳各自皂的量纲。用临传递妖函数在描述躁系统颂传输敲、转要换特像性应注真实崖地通熄过系锻数ai和bk反映厅量纲骄的这乎种变次换关民系。H(s)是对倒物理开系统砍的微汤分方询程，只反练映装送置传猛输特柔性而不拘瓣泥于振系统辱的物秆理结武构，同幼一形谅式的罪传递宫函数韵可以母表征听具有觉相同酷传输线特性侦的不扯同物副理系叮统。第三聋节懂测量偿装置淘的动匹态特剥性液柱温度计热学系统一阶系统RCexey

RC低通滤波器电学系统物理坑意义：频闸率响背应函艘数是侦在正弦免信号地的激为励下，宁测量妙装置团达到稳态后输顿出和组输入斜之间粉的关誉系。2.频率今响应尽函数(F绪re暂qu副en猴cy话r微es态po傍ns淡e念fu吓nc低ti貌on湿)汽车云测试鞠技术第三长节甘测量轮装置君的动美态特漂性频率课响应枣函数是在频率皱域中描述搁系统幻玉特性部的。传递刘函数是在复数隶域中描述莫系统层的特朵性的但。微分门方程是在时域中描述腰系统财特性许多榜工程颗系统障的微分统方程及其传递扭函数极难贵建立..乔.与传递望函数相比权较，频率翻响应迷函数有着香明确晌的物泼理概帆念、其容易祥通过弄实验搭建立肝及利掠用它位和传份递函奖数的洞关系呆，也畅极易较由它尖求出射传递蜂函数浮等优点，成随为实验泽研究推系统的重殿要工沾具。(1糠)幅频龟特性做、相芳频特住性和频率涌响应失函数第三颠节营测量栽装置分的动付态特厘性根据辜定常滨线性它系统跃的频垂率保衫持性h(t)此时趟输入择和输陵出虽与为同状频率执的简贵谐信塘号，惩但两很者的可幅值昏并不娃一样崇。其幅值芽比A=Y0/X0和相位漠差j都随俯频率w而变,是w的函绑数。定常犁线性临系统马在简染谐信两号的是激励捆下，稳态仓输出若对输澡入的偏相位伞差定询义为落该系异统的相频剩特性，记复为j(w)；稳态扫输出问信号培与输笼入信蜜号的耻幅值魔比定脸义为肥该系竹统的幅频柏特性，记须为A(w)；两者况统称接为系诉统的登频率蕉特性第三境节皂测量梢装置乓的动嫌态特些性注意到：任何一个复数，也可表达为其中，幅值相角现用为模、为相角来构成一个复数→表示悬系统匀的频炸率特陶性，劲也称父为频疫率响应耗函数访，是活激励腿频率w的函宽数。以代入

H(s)

式，也可以得到频响函数(2年)频率路响应搏函数藏的求绝法第三霸节类测量粱装置映的动苦态特柿性1)在系券统传诱递函冈数已富知的约情况频率剃响应疼函数雁是传滚递函掏数的有特例拉氏变换

傅氏变换

简写奇为在系统初始条件均为零时→第三丈节氧测量踩装置呀的动敌态特阅性2)用频率涂响应回函数侨来描仓述系桐统的最大警优点是可随以通过咐实验来求鼠得频杠率响啄应函柔数的滩原理腾，简袄单明伤了。h(t)测出对应的稳态输出幅值

Y0i

和相位差ji，就有一组（Ai=

Y0i/X0i,ji）用不同频率

wi的简谐信号激励被测系统全部的Ai—wi和

ji—wi(i=1,2,…)可表矛达系改统的用频率叛响应水函数优点征：简单普，信盈号发球生器+双踪冬示波撞器就搏可以缺点开：效率牢低从系得统最差低测架量频樱率fmi样n到最淹高测含量频切率fma陵x，逐步谎增加疯正弦获激励裕信号抬频率f，记录兆下各也频率笔对应酒的幅裳值比窗和相蚕位差或，绘美制就煮得到闷系统京幅频捏和相粉频特唉性。第三趣节酷测量匆装置行的动吹态特茂性需要欲特别伸指出苹，频率辞响应焦函数是描栋述系屯统的简谐岩输入和相应帜的稳眠态输穿出的关境系，形在测潮量时梢，只妇有系厉统响拼应达残到稳态粉阶段时才停能测吊量。尽管蔽频率主响应拉函数是对简谐暗激励佛而言排，任何烧信号都可茫分解祝为简半谐信创号的踢叠加跑，在任住何复葛杂信馆号输哨入下，系词统频碰率特弟性也撕是适茫用的售，幅频、相频特性等分别咐表征帖系统幸对输映入信梦号中财各频巨率分蜻量的幅值物缩放隶能力和相位茅角前弦后移专动能伯力。3)在系窑统初缸始条玩件均鹊为零辆情况诱下，同时洋测得丙输入x(t)和输掌出y(t)，由傅控氏变罪换求划得频率亭响应王函数H(w)。第三销节班测量涉装置苦的动吊态特斑性H()一般害为复箩数，乱写成常实部祸和虚惩部的乐形式往：第三动节膛测量啦装置统的动至态特补性(3桐)幅、令相频棵频率颂特性犯及其叶图象凯描述A()-曲线餐称为幅频气特性宫曲线()-曲线舍称为相频图特性腹曲线←幅频菜特性←相频提特性第三里节狮测量衫装置兆的动找态特盐性伯德蔑图（Bo附de图）20重lgA()缴—lg曲线乒为对威数幅是频曲台线()—lg曲线宽对数滩相频脂曲线Re(w)Im(w)奈魁芽斯特珍图（Ny亚qu像is专t图）作Im()-雅Re片()曲线壮并注扩出相铲应频唇率3.脉冲漫响应膝函数若装成置的贵输入卷为单位戴脉冲δ(t)，因δ(t)的拉众式变拿换为1，有脆：X(s)=L[δ(t)]=医1Y(s)=H(s)，或y(t)=F-1[H(s)]优点绒：直观缺点奋：只适值合简单累系统识别记为h(t)，称它尸为脉冲悠响应寻函数。H(s)固有素频率阻尼旗参数傅立况叶变换第三坚节退测量任装置刻的动吊态特敌性第三蛙节址测量核装置狼的动绢态特爷性频率盲响应呢函数H(w)（频得域）传递饲函数H(s)（复叉数域琴）脉冲示响应康函数h(t)（时苗域）描述罩同一缓系统跌的特垫性有才：三者障之间败存在碧一一酒对应凝关系傅里象叶变器换拉普词拉斯牲变换4.测量赠装置倘的串服联和营并联对于n个串和联环响节组脂成的予系统秩的传册递函津数第三赢节狭测量猎装置廉的动睁态特明性x(t)H1(s)y(t)H2(s)串联H(s)Z(s)频率士响应查函数幅频离特性陡、相键频特羽性第三疗节宜测量勾装置前的动螺态特六性并联x(t)y(t)H1(s)H2(s)H(s)Y1(s)Y2(s)++对于n个并幕联环转节组丛成的协系统插的传视递函鞋数频率定响应候函数二、胆一阶膨、二姐阶系汁统的北特性1.一阶填系统(Fi雁rs问t-贪or改de膨r仍Sy海st尾em)第三阴节榨测量平装置筑的动胞态特冻性一阶般系统难的实慢际物斜理实撞现形敲式—1(1庸)液柱肥温度埋计热学恳系统一阶达系统RCx(t)y(t)(2起)RC积分寇电路电学躁系统x(t)y(t)湿度酒精第三蛙节邻测量口装置章的动卷态特械性A一阶号系统必的实傲际物雨理实毁现形贪式—2在工青程实泰际中扒，一骨个忽淹略了站质量份的单仙自由偿度振份动系安统，府在施饼于A点的躺外力x(t)作用灶下，昨其运舌动方锅程为(3注)零质煌量的萝单自专由度辱震动妥系统力学苹系统传递孟函数咽：→静态灵敏度一般额的数蒸学表蜻述一阶涌系统令：S＝1→灵敏品度归附一处尖理第三兼节竹测量绳装置病的动烧态特备性可改德写为→时间常数式中第三患节环测量乘装置虾的动析态特课性一阶翼系统宁频响焦函数幅频舍特性相频训特性A

(w)wt幅频特性j(w)wt相频特性负值表示相角的滞后一阶忧系统姜的幅截频、寸相频杂曲线荐如下前图所地示Re(w)Im(w)0-10-20-45-90j(w)20lgA(w)一阶绪系统泳的频级率特假性：1)一阶炭系统急是一竞个低奖通环察节。察只有都当远小挣于1/时，蕉幅频愚响应鸽才接俱近于1，只示适用聋于被灿测量蛋缓慢释或低发频的狼参数拥。2)幅频特性降为原来的0.707（即－3dB)，相位角滞后45o，时间常数决定了测试系统适应的工作频率范围。第三峰节涨测量古装置础的动丢态特林性3)波德图可以用一条折线来近似描述。点称为转折频率。一阶消系统悄单位尖脉冲章响应第三教节抽测量仁装置痕的动望态特功性h(t)温度伐湿尝度架酒精第三夫节饭测量摘装置原的动例态特头性2.二阶动系统（Se娇co悼nd屠-o任rd哥er枯s跌ys抚te套m）称重(应变片)F加速度(压电)典型系统1在动劳圈式文电表电中，芝由永堤久磁职钢所意形成立的磁河场和软通电胆线圈样所形耗成的乔动圈鲁磁场睬相互搞作用反而产勾生的书电磁材转矩苦使线版圈产间生偏替转运闷动，捕如图贞所示享，动坝圈作午偏转外运动帆的方勺程式枪为典型垂系统2第三愁节缠测量奶装置凭的动国态特稿性y第三辰节鬼测量晨装置沫的动谜态特特性典型申系统3如图额所示晒的弹簧深－质制量－喉阻尼系统秃，其廉运动杰方程推为：二阶苹系统数学脉表述护：传递页函数叶：频率塑响应墨函数遣：第三谷节改测量朋装置疑的动蓄态特舅性静态阳灵敏致度系统丙固有利频率阻尼千比对二男阶系浸统而愚言，迎主要辫的动霜态特创性参蹲数是博系统丑固有置频率wn和阻氏尼比z。频率跟响应凭函数春：传递馋函数戏：第三叉节灯测量环装置傻的动毛态特佳性令：令：S＝1→灵敏肉度归洒一处住理第三绕节尽测量跃装置闪的动障态特峡性幅频暗特性相频役特性幅频各曲线相频痰曲线阻尼系数z的作用注意：无穷苏大伯德俯图典型钳系统证的频舍率响经应特锣性第三逆节铲测量芳装置巴的动末态特薄性阻尼系数的作用注意：2.糕3测试失系统表的动允态特喊性二、可典型馅测试成装置宗的动钓态响圾应特严性惯性加速度计/RLC电路/膜片式压力传感器/光线示波器振子二阶系统RC滤波器/LC谐振测量电路/弹簧—阻尼机械系统时间常数一阶系统电位式位移传感器/宽频带电子放大器零阶系统举例特性参数传递函数微分方程静态撤灵敏弱度固有织圆频询率阻尼孔比静态津灵敏给度静态腊灵敏盼度表2－1测试钥装置辟分类2.钩3测试编系统枪的动众态特妈性拉氏变换为：1、正弦信号函数由欧拉公式：典型旬时间备信号芹函数堵（信职号）俘的拉错氏变跨换刃（补青充）测试膀系统激的动堆态特抓性2、单位阶跃信号函数拉氏变换为：推广到常数K的拉氏变换为：测试倍系统骂的动倍态特刻性2、单位阶跃信号函数拉氏变换为：推广到常数K的拉氏变换为：测试失系统范的动度态特激性3、指数信号函数拉氏变换为：测试雾系统狸的动侧态特屯性4、斜坡信号函数拉氏变换为：测试常系统荐的动万态特绍性5、单位加速度信号函数拉氏变换为：测试抬系统谜的动急态特宜性6、单位脉冲信号函数定义：拉氏变换为：2.休3测试殖系统平的动从态特菜性四、拉氏变换表象函数原函数象函数原函数表2－1拉氏变换表第三鹅节宴测量编装置断的动凝态特饮性阻尼谁系数贼和固盆有频患率的掉作用阻尼派系数抗增大固有旷频率盘减小脉冲摆信号二阶点系统五脉冲他响应医函数酬为阻尼系数的作用注意：1）当时，；当时，。3）二阶系统的伯德图可用折线来近似。在段，A(ω)可用0dB水平线近似。在段，可用斜率为-40dB/10倍频的直线来近似。在段，j(w)很小，且和频率近似成正比增加。在段，j(w)趋近于180º，即输出信号几乎和输入反相。在w靠近区间，j(w)随频率的变化而剧烈变化，而且ζ越小，这种变化越剧烈。二阶愿系统泥的特道点：2）影响二阶系统的参数是固有频率和阻尼比。在通常使用的频率范围内，又以固有频率的影响最为重要，它是选择工作频率范围的依据。在附近，系统幅频特性受阻尼比影响极大。当时，系统将发生共振。5）二投阶系齿统是跪一个泻振荡泳环节机，如奖图所朗示。从测星量工友作的喇角度右看，场总是握希望维在宽南广的遣频带焦内由盐于频洞率特刷性不维理想衰所引竖起的宫误差污尽可伯能小聪。为第此，稼要选许择恰竿当的宜固有蔬频率鸦和阻敌尼比短的组感合，误以便桌获得召较小浇的误瘦差。理论宋分析竟表明欣，任遭何分尤母中s高于永三次野（n>3）的返高阶批系统雾都可执以看姿成若法干一言阶环板节和义二阶堤环节邮的组始合（袍串联赔或并另联）陆，分桥析并宗了解台一阶绳和二蠢阶系恐统传砍输特累性是致分析申并了没解高蝇阶、送复杂赶系统授传输需特性故的基根础。脉冲响应函数第三座节络测试拥装置栋对任踏意输屑入的歉响应一、尿系统语对任曾意输侍入的美响应将输录入x(t)分割啊成众纯多相贯邻接醋的、缩慧持续觉时间寒为Dt的脉杂冲信畅号。在t时刻蚁系统缠的输竞出对Dt取极完限，错得x(t)和h(t)的卷秆积为输出y(t)等于咸输入x(t)和系志统脉恰冲响域应函离数h(t)的卷仁积。系统黄对任台意输祥入的宅响应将输盾入x(t)分割描成众岸多相幻玉邻接税的、舰持续歇时间垃为Dt的脉墨冲信援号。在t时刻您系统子的输英出对Dt取极炕限，吐得x(t)和h(t)的卷膝积为输出y(t)等于汤输入x(t)和系甩统脉的冲响盟应函场数h(t)的卷束积它是横系统龙输入—输出显关系肝的最洒基本史表达座式，恰其形察式简丸单，趣含义拜明确窝。但家是，匆卷积始计算饲却是靠一件舍麻烦新事。劝利用h(t)同H(s)、H(w)的关泻系，波以及接拉氏舰变换宿、傅众氏变幅换的允卷积龄定理鸭，即损可将缩慧卷积溉运算匀变换恳成复肌数域测、频粮率域哥的乘辰法运伸算，源从而煎大大照简化库了计竞算工甜作。&二、输系统屿对单培位阶择跃输谊入的树响应单位摔阶跃擦输入企：测试治技术令与信慌号处忆理单位阶跃响应一阶特系统呈的传瞎递函血数：一阶惜系统北对单揪位阶蛛跃输浆入的胃响应葱：t=(3-4)t

时，（<5%）测试暑技术泥与信雅号处狐理一阶冲系统冰的单号位阶趴跃响热应输入t=0.1t=0.5t=1.0t=2.0t=5.0t=10.0测试遍技术叹与信买号处扩理结论税：一盾阶装抛置的朝时间毯常数t越小鄙越好。0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1y

(t

)0.00.51.01.52.02.53.03.54.0t一阶慨系统朋的单缸位阶球跃响肠应二阶柏系统幻玉的传卸递函示数：二阶距系统张对单兆位阶跃邀输入堂的响捡应二阶系统的单位阶跃响应fn=20Hz,z=0.1稳态煎输出阔误差父为零浩。阻尼比直接影响超调量和振荡次数。时超调量最大(100%)且持续振荡，无法达到稳态。

，系统可以转化为两个一阶系统串联。选在0.6-0.8之间，系统以较短时间进入稳态。二阶带系统盯对单溉位阶慢跃输养入的恐响应辜：测试贩技术嘱与信宝号处使理稳态身输出纷误差厉为零澡。系统的响应在很大程度上决定于阻尼比

和固有频率。为系统的主要结构参数所决定。越高，系统的响应越快。虽无哑振荡澡，但永需超巡寿长的虽时间究才能锻达到破稳态练顽习鬼题已知椅一阶习系统团的理狐想滤踩波器贷的时致间常番数:τ=0.张0虹4，求岩周期牛信号x(其t)=化20巨s物in顶(左10勉0t轰-4傻4o)通过毕该滤纵波器市所得洲到的皱稳态酱响应地。解:该理把想滤殿波器辉为一石阶系艇统，届时间谜常数τ=盛0响.甚04，代入式(3一36肃)得代入耳式得挨通过历该滤太波器解所得筝到的扭稳态妻响应丽为上一塘页下一梦页返回练刷习阶题一阶锈和二纯阶测烫试系妖统的遇可测测频率星范围(1便)一阶素系统根的可伤测频沿率范表围给定孙一个宽一阶估测试捐系统膝，相呀应的滔，其鹅时间仰常数τ可以介确定冻，若挡再规趣定一介个允西许的负幅值互误差ξ，则纲允许米系统我测试均的最慢高信团号频等率ωk也相堤应确典定，必规定0~非ωk为可令用频租率范寒围，盗当被刺测信船号频俘率在喘此范据围内棉时,幅值葬测试逼误差贩小于脖允许之值.设有宝一阶滔系统纯其时败间常辟数τ=石0.躬1榜s，输赔入一爹简谐献信号趁，输采入信萍号频飘率w为多淋少时倘，其捕输出饶信号项的幅省值误术差不盏大于6%嘴?这时州输出壶信号懂的滞登后角蚁是多恐少?解:一阶塌系统芝的幅纺频特寒性为上一疾页下一造页返回练伪习臂题将τ=劲0.添1s代入泄，得即f=薯0~等0.远57遍8H古z此时篮输出关信号杂的滞看后角柴为相频街特性φ(棕ω)一ω。是好接近明于通差过零帅点的痕直线猫。上一页页下一猴页返回练顺习咱题求周眯期信极号x(虎t)=资10锻s泪in带(耀50代t-态45o)通过乱时间扩常数膝为0.舅2的一赠阶系漠统后棍得到阁的稳叮态信奏号。作出涨此系蔬统的捎频率匙响应泡函数上一活页下一吵页返回ty(t)测试俱技术校与信揭号处妇理第二指章壮测忘试装裁置的嘉基本佳特性第五忽节古实现伶不失缘瑞真测烈量的溪条件设有翼一个醒测量摄装置平，其筑输出y(t)与输乐入x(t)满足央关系其中虹，A0和t0都是持常数此式直表明叨该装誉置的绪输出雾波形注与输妙入信判号的谎波形怨精确包地一罪致，倘只是旱幅值旱放大孝了A0倍，秩在时洲间上糊延迟摸了t0而已代（如晴图所车示）处，认运为：测量衫系统辈具有竟不失耗真测塌量的绕特性。x(t)y(t)=A0x(t)y(t)=A0x(t-t0)t0对上界式做救傅立切叶变脚换，貌如下备：考虑迹到测盛试系拳统的臂实际壶情况等，当t<咸0时，x(t)翠=万0，y(t)斩=凑0，于是正有由此大可见绘，若爹要测岔试系薯统的嘉输出已波形屿不失扣真，糊则其斗幅频孟特性恒和相旱频特肥性应炕分别敬满足测试巴技术丸与信府号处袋理第五障节鞋实现吸不失虽真测拥量的卵条件频域定义&A(w)不等乐于常滩数时门所引孔起的朗失真外称为幅值蒙失真。其物理搞意义是：汽输入汁信号殃中各舅频率求成分拍的幅顿值通阔过此受系统餐所乘拜的系枣数相带同，怜即幅筋频特衬性具血有无魄限宽赵的通后频带够；输粗入信且号中昂各频地率成轻分的己相位与角在溉通过币此系浆统时箭作与卖频率共成正咐比的混滞后坝移动扬，滞隐后的被时间谋都相粒同，贤即相宏频特傲性是泥通过田原点武、向仆负方坦向伸焰展的朴直线观。测试唤技术途与信哄号处有理第五温节吩实现阿不失爱真测挺量的攀条件j(w)与w之间浩的非晚线性黎关系顺所引银起的船失真峰称为相位耗失真。测试菠技术施与信闷号处职理第五码节赌实现梨不失心真测蛛量的寄条件图2-差23信号慰中不母同频赛率成贷分通忍过测腾量系超统后撤的输答出（教杆材第58页）实际侵的测拌量系倡统往莲往难府以做绕到完害全符记合不望失真恼测量罗条件条。根纷据测劈燕量精幸度的便要求糠，只橡要被困测信舅号的蚀频带高宽度胁处于牵测量等装置击的工考作频辈率范仪围内虫，满鸦足不爽失真伪测量慌条件据，便羊认为高是不本失真治测量为装置炎。不失真的测量装置失真的测量装置测试哗技术阻与信叮号处透理第五川节抬实现虫不失疑真测融量的私条件通频撞带：一个番实际顺的测领量装历置，肺通过租做其窄幅频运特性桑图和责相频胖特性仓图，鸦可得口到其粘低端燃截止缘瑞频率f1和高骄端截滔止频冻率f2，宽度炊为(f2-f1)的频脱率范茧围被姿称为凳测试生装置务的通频陕带。整效个系帽统的顾通频倦带宽派度取章决于落各环榆节高晓端截协止频扩率的羊下限束和低盾端截案止频曾率的勒上限。幅频特性相频特性f1f2通频拖带-3谨dB实际芬应用穿中应缺注意这的问处题：在信米号传晃输中厉失真厦是不塔可避券免的享，为奏了使统失真邀限制筝在允爽许范现围内军，要风求测闹量装置鲁的通频弃带与掩信号鞠的占毅有频看带相义适应。测试积技术尝与信荣号处怨理第五薄节析实现龟不失锡真测际量的狂条件用窄带土装置去测岂量宽带痕信号会带蔑来过大饶失真；用宽带煤装置去测旱量窄带肠信号，虽态然不旁会产萄生过菊大失收真，薄但装国置的选择米性下毙降，同倍时会提带来干扰凯与噪旨声的吐增加，这历也是咽不希馅望的步。①要选歌用合颈适的矿测量想装置南，在中测量将频率塔范围馒内，膜其幅答频、绍相频身特性贞接近手不失枕真测停试条秃件。②对输断入信途号做废必要辰的前厦置处烂理，油及时氧滤去般非信章号频从带内哄的噪绒声。测试哥技术时与信坛号处绝理第五槐节菠实现蜡不失赛真测盼量的抄条件对于会一阶疑系统，时蹄间常讯数t越小还，响容应快赏，近胆于满贩足测龟试不庭失真梯条件续的频张带也菌宽→t越小漆越好对于连二阶抢系统，①在w<棋0.凤3wn范围免内，j(w)的数桌值较制小，航相频虑特性缘瑞曲线拥接近央直线被；A(w)的变每化小眯于10%。②在w>(2.层5~3)wn范围慰内，j(w)接近-1涨80°，把眉测量忽信号洁反相18升0°基本培满足刮不失第真条丹件；A(w)太小阿，输许出幅例值也衰太小泉。③w在(0言.3~2.幕5)wn区间名内，邮装置舒的频辞率特胀性受z的影隶响很纵大，准需作攀具体糊分析睡。对于情二阶载系统，z=蛇0.且6~军0.付8时，墨可获友得较喇为合翅适的称综合泻特性幻玉。当z=澡0.托7时，吉在0期~脖0.艘58wn范围墙内，A(w)的变牲化小夏于5%，同固时j(w)接近算于直伏线→近于摸满足任测试稠不失发真条化件。任何评一个测试蓬系统驰，都转需要凝通过裁实验座的方荣法来桂确定惹系统额输入草、输棉出关摔系，悄这个碍过程茎称为标定。即丑使经棚过标恳定的括测试挖系统晚，也姐应当定期逢校准，这严实际广上就联是要测定闯系统尚的特程性参饲数。第六聪节虽测量宝装置宅动态劝特性抬的测日定目的：通过索做动猪态参净数检红测，苏确定蜘系统保的不失真祥工作晌频段文是否鱼符合元要求名。方法：用标燥准信叼号输博入，猎测出蚊其输刘出信济号，昨从而求陆得需降要的警特性暗。标准朗信号:正弦丈信号稿、脉练冲信陕号、阶跃伏信号叼。测试驳技术箭与信荐号处孔理第二餐章腥测龟试装羊置的致基本访特性一、许频率划响应涉法测试杜技术像与信铲号处博理第六盘节券测量棋装置寄动态倚特性尊的测污定②方法始：①理论稀依据醉：输入孤各种久频率苦的正题弦信境号，凯测量敢系统逗的稳凳态输蚊出信丘号，刊作出威对应伟频率走成分闹的输功出与恶输入派信号块的幅猾值比祖（幅雁频特胜性）可和相盐位差埋（相勿频特望性）华，这继是最为树精确倚的方隙法。通过狭幅频魂或相悟频特虫性直厘接确抢定其犹动态腊特性的参数t。测试常技术海与信淡号处梅理第六苹节拒测量迹装置相动态帖特性药的测悔定0-10-20-45-90j(w)20lgA(w)一阶堵装置-3肢dB优点衡：直观缺点跑：无法闲获得舰理想叫的单位代脉冲殃输入时域波形参数识别测试站技术房诚与信报号处健理第六扮节贡测量书装置俱动态眼特性驱的测的定二、杯阶跃亚响应跌法测试端技术永与信隔号处叨理第六瞧节蹄测量脚装置秋动态群特性毁的测此定1.由一轿阶装川置的肃阶跃驾响应够求其主动态茫特性班参数①测得弯一阶艳装置说的阶维跃响冻应，若取该波输出档值达犹到最哨终稳灭态值睡的63奇%所经娱过的凳时间漂作为煌时间贫常数t。但邀测量维结果铺的可寨靠性袋很差雨。②将一唇阶装板置的仆阶跃絮响应时表达宾式改刻写为根据测得值作出曲线，根据其斜率值确定时间常数t。测试行技术迫与信虏号处讯理第六仿节床测量榨装置羞动态魔特性摆的测昌定两边缩慧取对荡数如果测得响应为较长瞬变过程，则可利用任意两个超调量和来求取其阻尼比