《测试系统》PPT课件
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H(ω)
y(t)
Y(s)
Y(ω)
输出 (响应)
1)当输入、输出能够测量时(已知)，可以通过它们推断 系 统的传输特性。
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。
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。
第一节 测试系统及其主要性质
一、理想的测试系统
单值的、确定的输入－输出关系 输出和输入成线性关系最佳 输入输出关系可以用定系数线性微分方程描述，即定常 线性系统(时不变线性系统)
1）叠加原理 几个输入所产生的总输出是各个输入所产生 的输出叠加的结果。即若
x1(t) y1(t) x2 (t ) y2 (t )
则
x1(t) x2 (t) y1(t) y2 (t)
符合叠加原理，意味着作用于线性系统的各个输入所产生的
输出是互不影响的。
在分析众多输入同时加在系统上所产生的总效果 时，可以先分别分析单个输入（假定其他输入不存在）的效 果，然后将这些效果叠加起来以表示总的效果。
玻璃管温度计
轴承故障检测仪
第一节 测试系统及其主要性质
为提高测量精度、增加信号传输、处理、存储、显示的灵活 性和提高测试系统的自动化程度，以利于和其它控制环节一 起构成自动化测控系统，在测试中通常先将被测对象输出的 物理量转换为电量，然后再根据需要对变换后的电信号进行 处理，最后以适当的形式显示、输出。
0
0
5）频率保持性 若输入为某一频率的简谐(正弦或余弦)信
号
x(t) X 0e jt
则系统的稳态输出必是同频率的简谐信号；即输出y(t)唯一
可能解只能是
y(t) Y0e j(t0 )
第一节 测试系统及其主要性质
总结
叠加原理和频率保持性，在测量工作中具有重要作用。
噪声处理，故障诊断
第二节 测试系统的静态特性
第一节 测试系统及其主要性质
时不变线性系统可用常系数线性微分方程
an
d n y(t) dt n
an1
d n1 y (t ) dt n1
a1
dy(t ) dt
a0 y(t)
bm
d mx(t) dt m
bm1
d m1x(t ) dt m1
b1
dx(t ) dt
b0 x(t)
机械工程测试技术
第第二讲二讲测试测系试统系特统性分析
测试系统及其主要性质 测试系统的特性
静态特性 动态特性 在典型输入下的响应 实现不失真测试的条件 测试系统的干扰及抗干扰技术
测试系统的干扰及抗干扰技术
第一节 测试系统及其主要性质
测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的 总称。当测试的目的、要求不同时，所用的测试装置差别很大。 简单的温度测试装置只需一个液柱式温度计，而较完整的动刚 度测试系统，则仪器多且复杂。本章所指的测试装置可以小到 传感器，大到整个测试系统。
为了获得准确的测量结果，需要对测量系统提出多方面的 性能要求。这些性能大致包括四个方面的性能：静态特性、动态 特性、负载效应和抗干扰特性。对于那些用于静态测量的测试系 统，一般只需衡量其静态特性、负载效应和抗干扰特性指标。在 动态测量中，则需要利用这四方面的特性指标来衡量测量仪器的 质量，因为它们都将会对测量结果产生影响。
第一节 测试系统及其主要性质
2) 比例特性
ky(t)
3) 微分特性
的导数，即
对于任意常数k，必有 kx(t) →
系统对输入导数的响应等于对原输入响应
dx (t ) dt
dy (t ) dt
4）积分特性 如系统的初始状态均为零，则系统对输入积 分的响应等同于对原输入响应的积分，即
t0 x(t)dt t0 y(t)dt
来描述，也称线性定常系统。
式中 t 为时间自变量。系统的系数an , an1, , a1, a0
bm , bm1, , b1, b0
均为常数。
系统的结构及其所用元器件参数决定了系数
第一节 测试系统及其主要性质
二、定常线性系统的主要性质
如以x(t)→ y(t) 表示上述系统的输入、输出的对应关
系，则时不变线性系统具有以下一些主要性质。
第二节 测试系统的静态特性
无量纲，百分数 测试系统非常重要的精度指标
L 越小，系统的线性越
好。
实际工作中经常会遇到 非线性较为严重的系统， 此时，可以采取限制测 量范围。采用非线性拟 合或非线性放大器等措 施来提高系统的线性度。
第二节 测试系统的静态特性
补充
量程及测量范围
1
测试系统能测量的最小输入量（下限）至最大输入量（上限）之间 的范围称为量程。
表征测试系统对输入信号变化的一种反应能力
测试系统的输入有一增量Δx，引起输出产生相应的变化Δy时，则
定义： 灵敏度：
第二节 测试系统的静态特性
一、非线性度
• 非线性度是指测试系统的实际输入输出特性
曲线对理想线性输入输出特性的接近或偏离程 度。
非线性度用实际输入输出特性曲线对理想线性输入输出特性
曲线的最大偏差量与满量程的百分比来表示，如图3-3所示，
即：
L
Lmax YFS
100％
式中， L表示线性度；YFS 为量程；Lmax为最大偏差。
2 测量上限值与下限值的代数差称为测量范围。
3
有效量程或工作量程是指被测量的某个数值范围，在此范围 内测量仪器所测得的数值，其误差均不会超过规定值。
4
可调范围通常用有效量程的高端和低端的相互关系来表示。 例如有效范围为（20％～85％）RH，则可调范围为4.25∶1。
第二节 测试系统的静态特性
二、灵敏度
第二节 测试系统的静态特性
在静态测量中，定常线性系统的输入-输出微分方程式变成
输入、输出信号不 随时间变化
y b0 x Sx a0
实际的测量装置并非理想的定常线性系统，其微分方程式的 系数并非常数。
y S1x S2x2 S3x3 S1 S2x S3x2 x
测试装置的静态特性就是在静态测试情况下描述实际测试装 置与理想定常线性系统的接近程度。
激励
被测 对象
被测物 理量
Байду номын сангаас传感器
电量
信号 处理
测试系统
显示、记 录、执行
第一节 测试系统及其主要性质
在测量工作中，一般把研究对象和测量装置作
为一个系统来看待。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。
系统
输入 x(t) (激励) X(s)
X(ω)
h(t)
H(s)
y(t)
Y(s)
Y(ω)
输出 (响应)
1)当输入、输出能够测量时(已知)，可以通过它们推断 系 统的传输特性。
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。
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。
第一节 测试系统及其主要性质
一、理想的测试系统
单值的、确定的输入－输出关系 输出和输入成线性关系最佳 输入输出关系可以用定系数线性微分方程描述，即定常 线性系统(时不变线性系统)
1）叠加原理 几个输入所产生的总输出是各个输入所产生 的输出叠加的结果。即若
x1(t) y1(t) x2 (t ) y2 (t )
则
x1(t) x2 (t) y1(t) y2 (t)
符合叠加原理，意味着作用于线性系统的各个输入所产生的
输出是互不影响的。
在分析众多输入同时加在系统上所产生的总效果 时，可以先分别分析单个输入（假定其他输入不存在）的效 果，然后将这些效果叠加起来以表示总的效果。
玻璃管温度计
轴承故障检测仪
第一节 测试系统及其主要性质
为提高测量精度、增加信号传输、处理、存储、显示的灵活 性和提高测试系统的自动化程度，以利于和其它控制环节一 起构成自动化测控系统，在测试中通常先将被测对象输出的 物理量转换为电量，然后再根据需要对变换后的电信号进行 处理，最后以适当的形式显示、输出。
0
0
5）频率保持性 若输入为某一频率的简谐(正弦或余弦)信
号
x(t) X 0e jt
则系统的稳态输出必是同频率的简谐信号；即输出y(t)唯一
可能解只能是
y(t) Y0e j(t0 )
第一节 测试系统及其主要性质
总结
叠加原理和频率保持性，在测量工作中具有重要作用。
噪声处理，故障诊断
第二节 测试系统的静态特性
第一节 测试系统及其主要性质
时不变线性系统可用常系数线性微分方程
an
d n y(t) dt n
an1
d n1 y (t ) dt n1
a1
dy(t ) dt
a0 y(t)
bm
d mx(t) dt m
bm1
d m1x(t ) dt m1
b1
dx(t ) dt
b0 x(t)
机械工程测试技术
第第二讲二讲测试测系试统系特统性分析
测试系统及其主要性质 测试系统的特性
静态特性 动态特性 在典型输入下的响应 实现不失真测试的条件 测试系统的干扰及抗干扰技术
测试系统的干扰及抗干扰技术
第一节 测试系统及其主要性质
测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的 总称。当测试的目的、要求不同时，所用的测试装置差别很大。 简单的温度测试装置只需一个液柱式温度计，而较完整的动刚 度测试系统，则仪器多且复杂。本章所指的测试装置可以小到 传感器，大到整个测试系统。
为了获得准确的测量结果，需要对测量系统提出多方面的 性能要求。这些性能大致包括四个方面的性能：静态特性、动态 特性、负载效应和抗干扰特性。对于那些用于静态测量的测试系 统，一般只需衡量其静态特性、负载效应和抗干扰特性指标。在 动态测量中，则需要利用这四方面的特性指标来衡量测量仪器的 质量，因为它们都将会对测量结果产生影响。
第一节 测试系统及其主要性质
2) 比例特性
ky(t)
3) 微分特性
的导数，即
对于任意常数k，必有 kx(t) →
系统对输入导数的响应等于对原输入响应
dx (t ) dt
dy (t ) dt
4）积分特性 如系统的初始状态均为零，则系统对输入积 分的响应等同于对原输入响应的积分，即
t0 x(t)dt t0 y(t)dt
来描述，也称线性定常系统。
式中 t 为时间自变量。系统的系数an , an1, , a1, a0
bm , bm1, , b1, b0
均为常数。
系统的结构及其所用元器件参数决定了系数
第一节 测试系统及其主要性质
二、定常线性系统的主要性质
如以x(t)→ y(t) 表示上述系统的输入、输出的对应关
系，则时不变线性系统具有以下一些主要性质。
第二节 测试系统的静态特性
无量纲，百分数 测试系统非常重要的精度指标
L 越小，系统的线性越
好。
实际工作中经常会遇到 非线性较为严重的系统， 此时，可以采取限制测 量范围。采用非线性拟 合或非线性放大器等措 施来提高系统的线性度。
第二节 测试系统的静态特性
补充
量程及测量范围
1
测试系统能测量的最小输入量（下限）至最大输入量（上限）之间 的范围称为量程。
表征测试系统对输入信号变化的一种反应能力
测试系统的输入有一增量Δx，引起输出产生相应的变化Δy时，则
定义： 灵敏度：
第二节 测试系统的静态特性
一、非线性度
• 非线性度是指测试系统的实际输入输出特性
曲线对理想线性输入输出特性的接近或偏离程 度。
非线性度用实际输入输出特性曲线对理想线性输入输出特性
曲线的最大偏差量与满量程的百分比来表示，如图3-3所示，
即：
L
Lmax YFS
100％
式中， L表示线性度；YFS 为量程；Lmax为最大偏差。
2 测量上限值与下限值的代数差称为测量范围。
3
有效量程或工作量程是指被测量的某个数值范围，在此范围 内测量仪器所测得的数值，其误差均不会超过规定值。
4
可调范围通常用有效量程的高端和低端的相互关系来表示。 例如有效范围为（20％～85％）RH，则可调范围为4.25∶1。
第二节 测试系统的静态特性
二、灵敏度
第二节 测试系统的静态特性
在静态测量中，定常线性系统的输入-输出微分方程式变成
输入、输出信号不 随时间变化
y b0 x Sx a0
实际的测量装置并非理想的定常线性系统，其微分方程式的 系数并非常数。
y S1x S2x2 S3x3 S1 S2x S3x2 x
测试装置的静态特性就是在静态测试情况下描述实际测试装 置与理想定常线性系统的接近程度。
激励
被测 对象
被测物 理量
Байду номын сангаас传感器
电量
信号 处理
测试系统
显示、记 录、执行
第一节 测试系统及其主要性质
在测量工作中，一般把研究对象和测量装置作
为一个系统来看待。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。
系统
输入 x(t) (激励) X(s)
X(ω)
h(t)
H(s)