机械工程测试技术 第3版 第3章 测量系统的基本特性.ppt

**********************************传递函数与频率响应函数的关系传递函数：（拉氏变换）频率响应函数：（傅氏变换，拉氏变换中a=0）3.2.2测量系统频率响应函数对于任意输入信号频率响应函数是传递函数的特例，反映频率域中输入与输出之间的传递关系。频率响应函数的基本特性：1）频率响应函数是测量装置物理性质决定的，与输入输出特性没有关系，与初始状态也无关系；2）频率响应函数反映装置的传输特性而不拘泥于系统的物理结构；对于完全不同的物理系统，却可能有传递特性和形式完全相同的；3）测试系统的阶数，可以由传递函数中分母的幂的次数n决定。3.2.2测量系统频率响应函数4）频率响应函数是频率的函数，是复数5）频率响应函数反映了测试系统对不同频率成分输入信号的保真情况幅频特性：系统对不同频率信号的放大倍数---动态灵敏度相频特性：总是随频率变化——延迟幅频特性相频特性静态灵敏度大多是常数，反映输出幅值与输入幅值的比值。动态灵敏度通常是的函数，反映输出幅值与输入幅值的比值随着频率的变化规律。频率响应函数反映系统动态特性。系统静态灵敏度与动态灵敏度有无区别？3.2.2测量系统频率响应函数对于任意输入信号，其输出为：对于简谐输入信号x(t)，其输出可简单写为：例如：已知x(t)=0.5cos10t,求y(t)=?3.2.2测量系统频率响应函数比较重要的静态特性指标灵敏度：单位输入引起的系统响应大小（放大能力）分辨率：单位响应对应的系统输入量（辨识能力）量程：正常工作条件下，测试系统能够测量的输入量范围精度：由线性度、迟滞等影响因素之和来确定，是综合特性线性定常系统的基本特性特性叠加性、可微性、同频性测量系统的频率响应函数频率频率响应函数是由测量装置的物理性质决定的频率响应函数反映装置的传输特性而不拘泥于系统的物理结构频率响应函数是频率的函数，是复数频率响应函数的幅频特性反映系统对不同频率信号的放大倍数---动态灵敏度简单回顾测量系统的分类：理想测量系统：信号通过测试系统后，仍然保持信号原形，这种测量为理想测量。经测试系统测量后的信号，只要能够准确地、更有效地反映原信号的运动与变化状态、或保留原信号的特征和全部有用信息，则测试系统对信号的测量是不失真测量，称为理想测量系统。不同的测量系统，有不同的频率特性执行不同的测量功能，有不同的理想频率特性测试系统分类：零阶、一阶和二阶环节是测试装置中最基本、最常见的测量系统；任何高阶系统都可以由零阶、一阶和二阶环节以不同方式串、并联而成。因此，本节对这几种典型测量装置分别进行研究。3.3典型测量系统的动态特性1）零阶测量系统零阶系统时域特征:微分项系数为0tAx(t)y(t)=S.x(t)3.3.1理想测量系统的动态特性具有延时的系统也属于0阶系统测试系统输出的波形和输入波形精确地一致，只是幅值放大了S倍和在时间上延迟了to系统延时不可避免敏感元件、测量电路延时等tAx(t)S.x(t)S.x(t-t0)比例放大器属于0阶系统零阶系统频域特征y(t)=Sx(t)?Y(ω)=SX(ω)y(t)=Sx(t-t0)?Y(ω)=Se-jωt0X(ω）S-t0ω3.3.1理想测量系统的动态特性0阶系统不存在因频率变化引起动态误差：信号无畸变的传输/保持信号原形。零阶系统的幅频和相频如下：不失真测试系统——输出信号能够真实、准确地反映被测信号的测试系统称之为不失真测试系统具有延时的0阶系统（也称为延迟环节）定义为不失真测试系统3.3.1理想测量系统的动态特性应用：作为实际测试系统幅、相频率特性的参考标准相差越小，性能越好注意：虽然波形不失真，系统输出仍滞后一定的时间测量结果如果用来作为反馈控制信号，延迟有可能破坏系统的稳定性，应根据具体要求，力求减小时间滞后、或进行补偿。不失真测试条件：频率响应函数的幅值为常数、相位角随频率线性变化。2)一阶测量系统一阶系统是惯性环节