汽車測試技術(shù)2012-3

1、汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 測試裝置的靜態(tài)特性 測試裝置的動態(tài)特性 測試裝置實現(xiàn)不失真測量的條件 測試裝置動態(tài)特性的測定 汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性測試系統(tǒng)分析的測試系統(tǒng)分析的3 3類問題類問題x(t)h(t)H(s)X(s)y(t)Y(s)測測 量：量： h(t), y(t) x(t)系統(tǒng)辨識：系統(tǒng)辨識： x(t), y(t) h(t)信號預(yù)測：信號預(yù)測： x(t), h(t) y(t)汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本

2、特性理想測試裝置的基本要求理想測試裝置的基本要求 單值 確定的輸入-輸出關(guān)系 單向線性關(guān)系 xy線性線性xy線性線性xy非線性非線性汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性靜態(tài)測試：靜態(tài)測試：測試裝置的輸入信號不隨時間（空間）變化 Sxxaby00理想靜態(tài)特性理想靜態(tài)特性（Static performance）汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性測量裝置的靜態(tài)標定測量裝置的靜態(tài)標定（Static calibration）汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝

3、置的基本特性重復(fù)性重復(fù)性（Repeatability）也稱精度精度相同條件（測量方法、觀測者、測量儀器、場所、工作條件），短時期內(nèi)，對同一被測量連續(xù)測量所得結(jié)果間的一致程度表示測量結(jié)果中隨機誤差大小的程度用誤差限表示汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性線性度線性度（Linearity） 輸入輸出曲線（定度曲線）與理想直線（擬合曲線）的偏離程度xyBA%100AB線性度汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 擬合直線的確定方法擬合直線的確定方法（1）端基直線）端基直線AxyB（2）獨立直線）獨立

4、直線min2iiB汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性靈敏度靈敏度（Sensitivity）xyS 線性測試系統(tǒng)xaby0000abS 汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性)(xfy dxxdfS)( 非線性測試系統(tǒng)電容式壓力傳感器dsC2dsdCS汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性漂移漂移（Zero drift） 產(chǎn)生原因：裝置內(nèi)部溫度變化，元器件不穩(wěn)定溫度補償電路汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測

5、試裝置的基本特性 回程誤差（回程誤差（遲滯誤差遲滯誤差）（）（Hysteretic error）%100maxmaxYhEr汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 分辨力與分辨率（分辨力與分辨率（Resolution）測試裝置能夠檢測出被測量的最小變化值的能力分辨力：分辨力：最小量程單位值分辨率：分辨率：滿量程的百分數(shù)數(shù)字裝置的分辨力一般是最后位數(shù)的一個字模擬裝置的分辨力一般為指示標尺分度值的一半汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 精確度（精確度（Accuracy）儀器指示值與被測量真值的符

6、合程度是線性度、溫度漂移、回程誤差等因素導(dǎo)致的不確定度的總和不精密（隨機誤差大）不精密（隨機誤差大） 正確（系統(tǒng)誤差?。┱_（系統(tǒng)誤差?。?精密（隨機誤差?。┚埽S機誤差?。┎徽_（系統(tǒng)誤差大）不正確（系統(tǒng)誤差大）不精密（隨機誤差大）不精密（隨機誤差大）不正確（系統(tǒng)誤差大）不正確（系統(tǒng)誤差大）精密（隨機誤差?。┚埽S機誤差?。┱_（系統(tǒng)誤差?。┱_（系統(tǒng)誤差?。┎痪_不精確不精確不精確不精確不精確精確精確汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性動態(tài)測試：動態(tài)測試：測試裝置的輸出信號包含輸入信號和測試系統(tǒng)變化特性 動態(tài)特性的描述：動態(tài)特性的描述

7、：微分方程（時域）傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)（頻域）汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型)()()()()()(01110111txbdttxdbdttxdbtyadttydadttydammmmmmnnnnnn汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 線性系統(tǒng)性質(zhì)線性系統(tǒng)性質(zhì)（1）疊加性）疊加性)()()()()( )( 21212211tytytxtxtyxtyx，（2）比例性）比例性)(tayax （3）微分性）微分性 dttdydttdx)()(汽車傳感器

8、與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性（4）積分性）積分性（5）頻率保持性）頻率保持性)(00)()(tjtjeYtyeXtx疊加性和頻率保持性應(yīng)用：疊加性和頻率保持性應(yīng)用：從復(fù)雜輸入信號分析其對應(yīng)的輸出0000)()(ttdttydttx汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 頻域動態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述頻域動態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述 （1）傳遞函數(shù)（）傳遞函數(shù)（Transfer function）)()()()()()(01110111txbdttxdbdttxdbtyadttydadttydammmmmmnnnn

9、nnLaplace變換)()()()()()()()(01110111sXbssXbsXsbsXsbsYassYasYsasYsammmmnnnn汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性011011)()()(asbsabsbsbsXsYsHnnnnmmmm（1）H（s）表達系統(tǒng)的傳輸特性，與輸入及系統(tǒng)初始狀態(tài)無關(guān)（2）H（s）本質(zhì)是物理系統(tǒng)的微分方程，與結(jié)構(gòu)物理無關(guān) （4）H（s）中的分母取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（3）對于實際物理系統(tǒng)，x(t) 和 y (t) 都有各自量綱汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基

10、本特性（2）頻率響應(yīng)函數(shù)（）頻率響應(yīng)函數(shù)（Frequency response function）)()()()()(jeAjXjYH22)(Im)(Re)()(HHHA幅頻特性幅頻特性)(Im)(Rearctg)(HH相頻特性：相頻特性：汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性A幅頻特性曲線 頻率響應(yīng)函數(shù)函數(shù)的圖象描述頻率響應(yīng)函數(shù)函數(shù)的圖象描述相頻特性曲線汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性伯德圖（伯德圖（

11、Bode圖）：圖）： 20lgA()-lg，()-lg汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性奈魁斯特圖（奈魁斯特圖（Nyquist圖）：圖）： Im()-Re()汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 重要說明重要說明（1）頻響函數(shù)頻響函數(shù)是系統(tǒng)對輸入與輸出皆為正弦信號傳遞關(guān)系的描述，反映系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出穩(wěn)態(tài)輸出與輸入之間的關(guān)系。（2）傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)是系統(tǒng)對輸入是正弦信號，輸出是正弦疊加瞬態(tài)信號傳遞關(guān)系的描述，反映了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)輸出穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)輸出與輸入之間的關(guān)系。（3）如只研究穩(wěn)態(tài)過程的信號，則

12、用頻響函數(shù)來分析系統(tǒng)；如研究穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)全過程信號，則用傳遞函數(shù)來分析系統(tǒng)。汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 環(huán)節(jié)的串聯(lián)和并聯(lián)環(huán)節(jié)的串聯(lián)和并聯(lián)（1）串聯(lián)）串聯(lián)niisHsHsHsHsH121)()()()()(niiniiniiAAHH111)()( )()( )()(，汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性（2）并聯(lián)）并聯(lián)niisHsHsHsHsH121)()()()()(niiHH1)()(汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 一階、二

13、階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述一階、二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述（1）一階系統(tǒng)）一階系統(tǒng) 溫度 濕度 酒精汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性)()()(001txbtyadttdya)()()(tSxtydttdy11)(ssH00abS01aa時間常數(shù)：靜態(tài)靈敏度：汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 幅、相頻特性曲線幅、相頻特性曲線幅頻特性相頻特性1)(1)(2A)arctan()(汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 幅、相頻特性對數(shù)圖（幅、相頻特

14、性對數(shù)圖（Bode圖）圖）適用于測量緩變或低適用于測量緩變或低頻的被測量頻的被測量 決定適用頻率范圍決定適用頻率范圍汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性（2）二階系統(tǒng)）二階系統(tǒng) 光線示波器動圈式振子稱重(應(yīng)變片)加速度(壓電)汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性)()()()(22tkitGdttddttdJ J 轉(zhuǎn)動慣量 角位移 阻尼系數(shù)G 扭轉(zhuǎn)剛度 k 電磁轉(zhuǎn)矩洗漱汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性2222)(nnnssSsH幅頻特性

15、相頻特性2222/4)/(1 )(nnKA2)/(1/2arctan)(nnJGn/固有頻率：靜態(tài)靈敏度：阻尼比：GJ2GkS 汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 幅、相頻特性曲線幅、相頻特性曲線汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 幅、相頻特性對數(shù)圖（幅、相頻特性對數(shù)圖（Bode圖）圖）適用于測量緩變或低頻適用于測量緩變或低頻的被測量的被測量固有頻率固有頻率n n越大，工作越大，工作頻率范圍越寬頻率范圍越寬221nr汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測

16、試裝置的基本特性 時域分析方法（時域分析方法（Time domain analysis method）連續(xù)系統(tǒng)卷積：dthxthtxty)()()(*)()(離散系統(tǒng)卷積：kknhkxnhnxny)()()(*)()( 測試裝置在典型輸入下的動態(tài)響應(yīng)測試裝置在典型輸入下的動態(tài)響應(yīng)（Dynamic response）（1）任意輸入）任意輸入汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性tx(t)n t x(nt) t tx(nt) t h(t- nt)ty(t)0汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 頻

17、域分析方法（頻域分析方法（Frequency-domain analysis method）連續(xù)系統(tǒng)：dtethHHXYtj)()( ),()()(離散系統(tǒng)：kkjjjekheHnxeHny)()( ),()()(dtethsHsHsXsYst)()( ),()()()()(1-sFLty)()(1-sFFty汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 1)( 0 10 0)(ssXtttx（2）單位階躍函數(shù)（）單位階躍函數(shù)（Unit step function）汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特

18、性tety1)(越小，響應(yīng)越快越小，響應(yīng)越快 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)工程中采用工程中采用3或或4作作為響應(yīng)速度指標為響應(yīng)速度指標汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)1 )sin(11)(22dtnety2221arctan 1nd汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性誤差范圍8 . 06 . 0%)5%2(n越高，響應(yīng)越快汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性例：橋梁固有頻率測量例

19、：橋梁固有頻率測量原理：原理：在橋中懸掛重物，然后突然剪斷繩索，產(chǎn)生階躍激勵，再通過應(yīng)變片測量橋梁動態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性（3）單位正弦函數(shù)（）單位正弦函數(shù)（Unit sine function ）12cos)sin()(11)(ytettsincos)(sin)()(y21tKtKetAtddtn汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性（4）單位脈沖函數(shù)（）單位脈沖函數(shù)（Unit pulse function）t(t)10, 00,)(ttt1)( dt

20、t)( )(thtL汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性teth1)( 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)ntnneth221sin1)(汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性（5）單位斜坡函數(shù)（）單位斜坡函數(shù)（Unit ramp function ） 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)t-1)(etty汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技

21、術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性1212arctansin2)(22tettydtndn 二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性)()(00ttxAty 時域條件時域條件汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性00-)( const.)(tAA0 )()(00tXeAYtj， 頻域條件頻域條件汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性信號中不同頻率成分通過測量裝置后的輸出汽車傳感器與測試技術(shù)

22、汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 （1）一階系統(tǒng)： 越小，響應(yīng)越快，滿足不失真條件的頻帶越寬； （2）二階系統(tǒng)：在 范圍內(nèi)， 較小且 接近直線， 的變化不超過10%，波形輸出失真很??； 時，可以獲得較為合適的綜合特性； 如： ， ， 的變化不超過5%，也接近直線。8 . 06 . 0n58. 00)(n3 . 0)(A)(70. 0)(A)( 重要說明重要說明汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通運輸學(xué)院 2012第3章 測試裝置的基本特性 正弦信號響應(yīng)法正弦信號響應(yīng)法)()()(XYjH輸入各種頻率的正弦信號 幅頻特性，相頻特性汽車傳感器與測試技術(shù)汽車傳感器與測試技術(shù)交通