工程信號-3系統(tǒng)特性2

（一）一階系統(tǒng)二、典型系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)溫度酒精濕度第三章、測試系統(tǒng)基本特性第三章、測試系統(tǒng)基本特性例：溫度計輸入：被測溫度輸出：示值溫度傳導(dǎo)介質(zhì)熱阻溫包熱容量一般一階系統(tǒng)一階系統(tǒng)時間常數(shù)靜態(tài)靈敏度第三章、測試系統(tǒng)基本特性快速性:響應(yīng)時間(調(diào)節(jié)時間)特征：滯后第三章、測試系統(tǒng)基本特性脈沖響應(yīng)第三章、測試系統(tǒng)基本特性頻率響應(yīng)第三章、測試系統(tǒng)基本特性（二）二階系統(tǒng)稱重(應(yīng)變片)F加速度第三章、測試系統(tǒng)基本特性第三章、測試系統(tǒng)基本特性例:在動圈式電表中，由永久磁鋼所形成的磁場和通電線圈所形成的動圈磁場相互作用而產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩使線圈產(chǎn)生偏運動。輸入：輸入動圈的電流x(t)輸出：動圈的角位移y(t)第三章、測試系統(tǒng)基本特性J:轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣量C:阻尼系數(shù)(空氣阻尼、電磁阻尼、油阻尼)G：游絲的扭轉(zhuǎn)剛度Ki：電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)（與動圈繞組的有效面積、匝數(shù)及磁感應(yīng)強度有關(guān)）第三章、測試系統(tǒng)基本特性輸入：輸入動圈的電流x(t)輸出：動圈的角位移y(t)特征：震蕩1.脈沖響應(yīng)第三章、測試系統(tǒng)基本特性2.階躍響應(yīng)第三章、測試系統(tǒng)基本特性時域指標(biāo)：快速性穩(wěn)定性準(zhǔn)確性第三章、測試系統(tǒng)基本特性3.頻率響應(yīng)第三章、測試系統(tǒng)基本特性第三章、測試系統(tǒng)基本特性頻域指標(biāo)：通頻帶幅頻特性下降至通頻帶實際工作頻帶幅頻誤差相角變化第三章、測試系統(tǒng)基本特性第三章、測試系統(tǒng)基本特性二階系統(tǒng)參數(shù)測量脈沖響應(yīng)/階躍響應(yīng)法：tbM1M2fn=1/tb1）將信號x(t)分解為許多寬度為t的窄條面積之和，t=nt時的第n個窄條的高度為x(nt)，在t趨近于零的情況下，窄條可以看作是強度等于窄條面積的脈沖。tx(t)nt

x(nt)t3.4測試系統(tǒng)對任意輸入的響應(yīng)

設(shè)測試系統(tǒng)對單位脈沖信號的響應(yīng)為

設(shè)測試系統(tǒng)對脈沖信號的響應(yīng)為第三章、測試系統(tǒng)基本特性2）在t=nt時刻，窄條脈沖引起的響應(yīng)為:

x(nt)th(t-nt)tx(nt)th(t-nt)0第三章、測試系統(tǒng)基本特性3）各脈沖引起的響應(yīng)之和即為輸出y(t)ty(t)0第三章、測試系統(tǒng)基本特性系統(tǒng)輸出=輸入信號與系統(tǒng)脈沖響應(yīng)函數(shù)的卷積分

卷積積分是一種數(shù)學(xué)方法，在信號與系統(tǒng)的理論研究中占有重要的地位。特別是關(guān)于信號的時間域與變換域分析，它是溝通時域－頻域的一個橋梁。4）當(dāng)Δt0第三章、測試系統(tǒng)基本特性3.5系統(tǒng)不失真測量條件

該系統(tǒng)的輸出波形與輸入信號的波形精確地一致，只是幅值放大了A0倍，在時間上延遲了t0而已。這種情況下，認為測試系統(tǒng)具有不失真的特性。tAx(t)y(t)=A0x(t)y(t)=A0x(t-t0)

設(shè)測試系統(tǒng)的輸出y(t)與輸入x(t)滿足關(guān)系

y(t)=A0x(t-t0)時域條件第三章、測試系統(tǒng)基本特性y(t)=A0x(t-t0)Y(ω)=A0e-jωt0X(ω)做傅立葉變換

不失真測試系統(tǒng)條件的幅頻特性和相頻特性應(yīng)分別滿足

A(ω)=A0=常數(shù)φ(ω)=-t0ω頻域定義第三章、測試系統(tǒng)基本特性

實際測量工作中，測量系統(tǒng)和被測對象會產(chǎn)生相互作用。測量裝置構(gòu)成被測對象的負載。彼此間存在能量交換和相互影響，以致系統(tǒng)的傳遞函數(shù)不再是各組成環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的疊加或連乘。

3.6負載效應(yīng)

ER1R2V=ER2/(R2+R1)V=ER2Rm/[R1(Rm+R2)+RmR2]令R1=100K,R2=150K,Rm=150K,E=150V,得:U0=90V,U1=64.3V誤差達28.6%。VRm例:熱電偶測溫磁電傳感器測速第三章、測試系統(tǒng)基本特性

測量過程中，除待測量信號外，各種不可見的、隨機的信號可能出現(xiàn)在測量系統(tǒng)中。這些信號與有用信號疊加在一起，嚴重扭曲測量結(jié)果。

3.7測量系統(tǒng)的抗干擾

測量系統(tǒng)信道干擾電磁干擾電源干擾第三章、測試系統(tǒng)基本特性1)電磁干擾:干擾以電磁波輻射方式經(jīng)空間串入測量系統(tǒng)。2)信道干擾：信號在傳輸過程中，通道中各元件產(chǎn)生的噪聲或非線性畸變所造成的干擾。3)電源干擾：這是由于供電電源波動對測量電路引起的干擾。

一般說來，良好的屏蔽及正確的接地可去除大部分的電磁波干擾。使用交流穩(wěn)壓器、隔離穩(wěn)壓器可減小供電電源波動的影響。信道干擾是測量裝置內(nèi)部的干擾，可以在設(shè)計時選用低噪聲的元器件，印刷電路板設(shè)計時元件合理排放等方式來增強信道的抗干擾性。

第三章、測試系統(tǒng)基本特性3.8系統(tǒng)特性實例分析系統(tǒng)特性應(yīng)用范圍：1.根據(jù)測量任務(wù)選擇測試儀器，構(gòu)建測試系統(tǒng).2.根據(jù)測試儀器性能,分析對測量結(jié)果的影響(精度,速度等)實例分析——光線示波器一、光線示波器原理與結(jié)構(gòu)光線示波器是一種光記錄儀器，具有二階系統(tǒng)典型特性，由振動子、磁系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、記錄紙帶傳動裝置及時標(biāo)裝置等部分組成。它的主要部件——振動子相當(dāng)于一個磁電式檢流計。第三章、測試系統(tǒng)基本特性第三章、測試系統(tǒng)基本特性磁電環(huán)節(jié)光學(xué)環(huán)節(jié)電流輸入偏轉(zhuǎn)角中間變量位移輸出1光源2圓柱透鏡3光欄4殼體5張絲6支承7反射鏡8線圈9磁極10彈簧11圓柱透鏡12感光紙帶第三章、測試系統(tǒng)基本特性二、數(shù)學(xué)模型的建立1.磁電環(huán)節(jié)電磁力矩：n為線圈匝數(shù)，l為線圈垂直部分長度；i為線圈中電流；B為磁場磁感應(yīng)強度。A為線圈面積第三章、測試系統(tǒng)基本特性阻尼力矩：阻尼力矩Mc的大小與角速度成正比

扭轉(zhuǎn)阻尼系數(shù)

張絲反力矩：：張絲彈性反力矩大小與轉(zhuǎn)角成正比

張絲扭轉(zhuǎn)剛度根據(jù)力學(xué)平衡關(guān)系可以得到:第三章、測試系統(tǒng)基本特性振動子轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣量2.光學(xué)環(huán)節(jié)經(jīng)過適當(dāng)簡化，光點位移y與鏡片偏轉(zhuǎn)角θ近似為線性關(guān)系。兩式合并，消去中間變量θ

第三章、測試系統(tǒng)基本特性

稱其為振動子的靜態(tài)靈敏度

取零初始條件下的拉氏變換，整理出振動子的傳遞函數(shù)第三章、測試系統(tǒng)基本特性三、動態(tài)特性典型二階系統(tǒng)與放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)

第三章、測試系統(tǒng)基本特性四、根據(jù)動態(tài)特性選取振動子阻尼比的選擇一般按最佳阻尼比0.707考慮，實際的振動子阻尼比可以通過調(diào)整環(huán)節(jié)（電磁阻尼調(diào)整外加電阻）或保證環(huán)節(jié)（油阻尼依靠恒溫裝置），使阻尼比在0.707左右。固有頻率的選擇，則要根據(jù)被測信號中最高頻率成分來決定。1.被測信號中最高頻率與的關(guān)系設(shè)幅值誤差為第三章、測試系統(tǒng)基本特性第三章、測試系統(tǒng)基本特性設(shè)可解出工作頻帶2.被測信號中最高頻率的估計方波工作頻帶第三章、測試系統(tǒng)基本特性。若高次諧波與基波的幅值比小于2％時可以忽略不計，則該信號第51次諧波以上的分量可以忽略。即=51。三角波同上條件，8次以上諧波分量可以忽略不計，則=8一般而言，對于類似方波這樣前沿較陡的信號，其高頻成分較豐富，取=50；對于類似三角波這樣前沿較平緩的信號，其高頻成分衰減很快，取=10足夠。第三章、測試系統(tǒng)基本特性作業(yè)：一、光線示波器是一種記錄儀器，其輸出信號為記錄光點的位移y(t)，輸入信號為電流信號i(t)，其傳遞函數(shù)為：其中k為常數(shù),,用來記錄周期性鋸齒波信號：1．求出該信號的傅立葉級數(shù)展開式，求出信號最高頻率（小于2％基波幅值的諧波分量可以忽略不計）；2．要求記錄時的幅值誤差不超過5％，試選擇振動子的固有頻率或。第三章、測試系統(tǒng)基本特性二、用圖示裝置去測量周期為1秒、2秒、5秒的正弦信號，問幅值誤差是多少？（R=350kΩ,C=1uF）三、進行某動態(tài)壓力測量時，所采用的壓電式力傳感器的靈敏度為90.9nC/MPa，將它與增益為0.005V/nC的電荷放大器相連，而電荷放大器的輸出接到一臺筆式記錄儀上，記錄儀的靈敏度為20mm/V。計算這個測量系統(tǒng)的總靈敏度。當(dāng)壓力變化為3.5MPa時，記錄筆在記錄紙上的位移是多少？第三章、測試系統(tǒng)基本特性