第三章测试系统的基本特性剖析

(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常数倍，
即:
若
x(t) → y(t)
则
kx(t) → ky(t)
mm
10
20
5测试ຫໍສະໝຸດ 10mm0系统
0
-5
-10
mm
-10
0
0.5
1
1.5
2
2.5
5 x1(t)= A1Sin(ω1t+θ1)=(1a)0Sin(2π·3·t+π/6)
3
(a)
-20
0
则
x1(t) ±x2(t) → y1(t)±y2(t)
叠加原理表明：同时作用的两个 x1(t)
S
y1 (t )
输入量所引起的响应，等于该两
(a)
个输入量单独引起的响应之和。 x2 (t)
S
y2 (t)
x1 (t ) x2 (t)
(b)
S y1(t) y2 (t)
(c)
线性系统的叠加特性
99
第三章 测试系统的基本特性
3t
mm mm
mm
10 5
0x2(t)= 2A1Sin(ω2t+θ2)= 20Sin(2π·3·t+π/6)
2
2.5
3
0
(b)
-5
100
0.5
1
1.5
2
2.5
3
-5 100 0
x2(t)=0.5A2Sin(1ω2t+θ2)(b1=).55Sin(2π2 ·2·t+π/23.5)
3
(b)
-11000
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
-100
(c)
-100
0.5
1
1.5
2
2.5
3
(c)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
(c)
第三章 测试系统的基本特性
2. 理想测试系统——线性时不变系统
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。其中以输出和输入 成线性关系最佳。
y(t) 线性
y(t) 线性
非线性 y(t)
x(t)
x(t)
x(t)
(b) 线性系统的性质 (1).叠加特性
10
5 10
0
1-550
0
-105
-5 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 -10-550
x1(t)=0.5A1Sin(ω1 1t+θ1)=(1a.5)10Sin(22π·3·t+π2/.56)
3
-150
(a)
00
0.5
1
1.5
2
2.5
3
5
(a)
0
-5
0
0.5
1
1.5
x(t)= 10Sin(2π·3·t+π/6)+5Sin(2π·2·t+π/3)
测试 系统
(a)
测试 系统
(b)
测试 系统
(c)
mm mm mm
mm mm mm
mm mm mm
20
10 20
0
10 -1020
0
-2010
-100
0.5
1
1.5
2
2.5
0
1-200 -100
y1(t)=0.520Sin(21π·3·t+π1/.65 )
0.5
1
1.5
2
2.5
3t
10 y1(t)= 20Sin(2π·3·t+π/6) 5
mm mm
mm
20 0
40 0
10
测试
20 -5
0 -5 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
系统
-10
(b)
0 -10 -20 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3t
-20010
0.5
1
1.5
2
2.5
3t
-40
200
0.5
1
1.5
2
2.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
y(t)= 20Sin(2π·3·t+π/6)+10Sin(2π·2·t+π/3)
叠加特性示例
3t 3t 3t
3t 3t 3t
3t 3t 3t
88
mm mm mm
第三章 测试系统的基本特性
叠加特性：
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)
66
第三章 测试系统的基本特性
(a) 线性系统 测试系统输入x(t)和输出y(t)间的关系可以用常系数
线性微分方程来描述：
an
d n y(t) dt n
an1
d n1 y(t) dt n1
a1
dy(t) dt
a0 y(t)
bm
d m x(t) dt m
bm1
d m1x(t) dt m1
b1
dx(t) dt
简单测试系统(红外体温)
系统失真
复杂测试系统(振动测量)
33
第三章 测试系统的基本特性
输入(重量)
弹簧
输出(弹簧位移)
测试系x统(t) 的传递特(线性性比:由例特测性试) 装置自身y(t)的物理结构所 决定的测试系(a统) 线对性信弹簧号的传比递例特变性换的影响特性。
输入(激励)
测试系统
输出(响应)
3.1 系统的输入/输出及测试系统
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。
y(t) kx(t)
y(t)
输入(重量) x(t)
弹簧
输出(弹簧位移)
(线性比例特性) y(t)
(a) 线性弹簧的比例特性
x(t)
输入(激励)
测试系统
输出(响应)
22
第三章 测试系统的基本特性
b0 x(t)
式中，an、an-1、…、a0和bm、bm-1、…、b0均为一些只与测 试系统的特性有关的常数。上述方程就是常系数微分方程，
所描述的是时不变线性系统，也称为定常线性系统。
一般在工程中使用的测试系统（测试装置）都是线性系统。
77
第三章 测试系统的基本特性
mm mm mm
mm mm mm
2
2.5
5
-1200
00
0.5
1
1.5
2
2.5
5 -510
0
-105
-50
0.5
1
1.5
2
2.5
0
-10
20-50
0.5
1
1.5
2
2.5
-10 200 0
y2(t)= 01.50Sin(2π1 ·2·t+π/31.)5
2
2.5
-20200
0
0.5
1
1.5
2
2.5
-200
0
0.5
1
1.5
2
2.5
-20
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) 由此根据测试要达到的要求正确合理选用仪器。
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)
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)
55
(对信号的传递特性)
x(t)
y(t)
(b) 一般系统与输入/输出的关系
测试系统与输入/输出量之间的关系
44
(线性比例特性)
x(t)
第三章 测试系统的基本y(t特) 性
(a) 线性弹簧的比例特性
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(b系) 统一般与系输统入与/输输入出/输量出之的间关的系 关系
第三章 测试系统的基本特性
第三章 测试系统的基本特性
3.1 系统的输入/输出及测试系统 3.2 测试系统特性静态特性
3.3 测试系统特性动态特性 3.4 动态测试不失真的条件
3.5 常见测试系统的频率响应特性 3.6 测试系统动态特性的测试 3.7 组成测试系统应考虑的因素
11
第三章 测试系统的基本特性