測(cè)試第一、二章

機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)主講：張華講師

西南科技大學(xué)制造學(xué)院課程內(nèi)容：

本課程主要介紹工業(yè)自動(dòng)化,環(huán)境監(jiān)測(cè),樓宇控制,交通等領(lǐng)域中常見(jiàn)物理量(壓力、應(yīng)變、位移、加速度、溫度等）的傳感器測(cè)量原理、測(cè)量電路原理和信號(hào)分析方法。發(fā)展動(dòng)向基本特性測(cè)量誤差與數(shù)據(jù)處理傳感器原理測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力測(cè)量力和應(yīng)力測(cè)量位移測(cè)量?jī)?nèi)容如下機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)本課程是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程測(cè)量問(wèn)題能力的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)實(shí)踐性。學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)充分利用課程所開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)。

理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐學(xué)習(xí)、研究學(xué)習(xí)三元并重.機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)學(xué)習(xí)要求：1.本課程每章都有課后習(xí)題，每章學(xué)習(xí)結(jié)束后都要布置課后作業(yè)。2.本課程無(wú)試驗(yàn)。第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向本章學(xué)習(xí)要求：1.掌握測(cè)試技術(shù)的概念及研究?jī)?nèi)容2.了解測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用情況3.了解測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向1.1測(cè)試技術(shù)的地位及作用

測(cè)試技術(shù)的地位測(cè)試是人類認(rèn)識(shí)客觀世界和掌握自然規(guī)律的實(shí)踐途徑之一。在科學(xué)研究中，測(cè)試是獲得研究對(duì)象原始感性材料，從而為形成自然科學(xué)理論奠定基礎(chǔ)，同時(shí)又是發(fā)展和檢驗(yàn)自然科學(xué)理論的實(shí)踐基礎(chǔ)。第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向測(cè)試技術(shù)的基本概念測(cè)試(MeasurementandTest)是具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量。測(cè)試技術(shù)：是測(cè)量和試驗(yàn)技術(shù)的統(tǒng)稱，因此測(cè)試技術(shù)包括測(cè)試和試驗(yàn)兩方面。

測(cè)量：是為確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的試驗(yàn)過(guò)程。試驗(yàn)：是對(duì)迄今未知事物的探索性認(rèn)識(shí)過(guò)程。第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向

測(cè)試技術(shù)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)的一部分，主要研究各種物理量的測(cè)量原理和測(cè)量信號(hào)分析處理方法。

測(cè)試技術(shù)是進(jìn)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)測(cè)量必不可少的手段，起著人的感官的作用。簡(jiǎn)單的測(cè)試系統(tǒng)可以只有一個(gè)模塊，如玻璃管溫度計(jì)。它直接將被溫度變化轉(zhuǎn)化液面示值。沒(méi)有電量轉(zhuǎn)換和分析電路，很簡(jiǎn)單，但精度底，無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化。

為提高測(cè)量精度和自動(dòng)化程度，以便于和其它環(huán)節(jié)一起構(gòu)成自動(dòng)化裝置，通常先將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量，再對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理和輸出。如圖所示的聲級(jí)計(jì)。

第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向1.2測(cè)試系統(tǒng)的組成

測(cè)試的目的是獲得研究對(duì)象的狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)和特征等方面的信息，電測(cè)技術(shù)顯示出突出的優(yōu)勢(shì)。電測(cè)技術(shù)的任務(wù)：就是把待測(cè)的非電量，通過(guò)一種器件或裝置變換成與它有關(guān)的電信號(hào)（電壓、電流、頻率等），然后對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，從而確定被測(cè)非電量的值。第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向電測(cè)技術(shù)具有下列主要優(yōu)點(diǎn)：1.準(zhǔn)確度和靈敏度高，測(cè)量范圍廣；2.電子裝置慣性小，測(cè)量的反應(yīng)速度快，具有比較寬的頻率范圍；3.能自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行測(cè)量，便于自動(dòng)記錄，并能根據(jù)測(cè)量結(jié)果，配合調(diào)節(jié)裝置，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)控制；4.采用微處理器組成智能化儀器，可與微型計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，誤差校正，自監(jiān)視和儀器校準(zhǔn)功能；5.可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量，從而能實(shí)現(xiàn)集中控制和遙遠(yuǎn)控制；6.從被測(cè)對(duì)象取用功率小，也可進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量，減少對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響，提高測(cè)量精度。

一般說(shuō)來(lái)，測(cè)試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。

傳感器將被測(cè)物理量(如噪聲,溫度)檢出并轉(zhuǎn)換為電量；

中間變換裝置對(duì)接收到的電信號(hào)用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進(jìn)行信號(hào)分析；

顯示記錄裝置則將測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái)，提供給觀察者或其它自動(dòng)控制裝置。

第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向信息轉(zhuǎn)換信息提取一個(gè)完整的檢測(cè)系統(tǒng)或檢測(cè)裝置通常是由傳感器、測(cè)量電路和顯示記錄裝置等部分組成，分別完成信息獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理等功能，如下圖所示。第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向

傳感器是把被測(cè)量(如物理量、化學(xué)量等)轉(zhuǎn)換成電量的裝置。測(cè)量電路的作用是將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電壓或電流信號(hào)。第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用

在工程領(lǐng)域，科學(xué)實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制等，都離不開(kāi)測(cè)試技術(shù)。測(cè)試技術(shù)應(yīng)用涉及到航天、機(jī)械、電力、石化和海洋運(yùn)輸?shù)让恳粋€(gè)工程領(lǐng)域。

1、工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用

a)機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器

轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺(jué)傳感器、聽(tīng)覺(jué)傳感器、接近距離傳感器、觸覺(jué)傳感器、熱覺(jué)傳感器、嗅覺(jué)傳感器。

第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向

在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中，測(cè)試環(huán)節(jié)起著系統(tǒng)感官的作用，是其重要組成部分。密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型廣州中鳴數(shù)碼的機(jī)器狗b)AGV自動(dòng)送貨車(chē)

超聲波測(cè)距傳感器、判斷建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器運(yùn)動(dòng)軌跡和AGV小車(chē)位置識(shí)別；條形碼傳感器，貨品識(shí)別。第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向香港理工AGV模型c)生產(chǎn)加工過(guò)程監(jiān)測(cè)第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向切削力傳感器，加工噪聲傳感器，超聲波測(cè)距傳感器、紅外接近開(kāi)關(guān)傳感器等。密歇根大學(xué)數(shù)字化工廠第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向2、流程工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立24小時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油罐等壓力容器的破損和泄露檢測(cè)。揚(yáng)子石化50MW熱電機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)陽(yáng)邏電廠300MW汽輪機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)荊門(mén)電廠200MW機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)青山熱電廠生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)沙角電廠生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)寶鋼30KW以上風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)寶鋼精軋F(tuán)2軋機(jī)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)寶鋼冷軋帶鋼振動(dòng)紋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)武鋼風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向3、產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)量在汽車(chē)、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件出廠時(shí)，必須對(duì)其性能質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量和出廠檢驗(yàn)。

圖示為汽車(chē)出廠檢驗(yàn)原理框圖，測(cè)量參數(shù)包括潤(rùn)滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過(guò)對(duì)抽樣汽車(chē)的測(cè)試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。汽車(chē)扭距測(cè)量機(jī)床加工精度測(cè)量霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車(chē)防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用

若汽車(chē)在剎車(chē)時(shí)車(chē)輪被抱死，將產(chǎn)生危險(xiǎn)。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)檢測(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)有助于控制剎車(chē)力的大小。帶有微型磁鐵的霍爾傳感器霍爾第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向4、樓宇控制與安全防護(hù)為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的智能化。在樓宇中應(yīng)用了許多測(cè)試技術(shù)，如闖入監(jiān)測(cè)、空氣監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、電梯運(yùn)行狀況。

圖示為某公司樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測(cè)、照明控制、空調(diào)控制、停車(chē)管理、水/廢水管理和電梯監(jiān)控。煙霧傳感器亮度傳感器紅外人體探測(cè)器第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向5、家庭與辦公自動(dòng)化在家電產(chǎn)品和辦公自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，人們大量的應(yīng)用了傳感器和測(cè)試技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器(洗凈度)液位傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測(cè))。指紋傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向6、其他應(yīng)用航天農(nóng)業(yè)交通醫(yī)學(xué)第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向鼠標(biāo):光電位移傳感器攝像頭:CCD傳感器聲位筆:超聲波傳感器麥克風(fēng):電容傳聲器聲卡:A/D卡+D/A卡軟驅(qū):速度,位置伺服7、PC機(jī)中的測(cè)試技術(shù)應(yīng)用1.3現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向1.3.1傳感器的發(fā)展趨勢(shì)

a)利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學(xué)效應(yīng)開(kāi)發(fā)出的新型傳感器光纖流速傳感器熒光材料制作的電子鼻傳感器生物酶血樣分析傳感器熱/光電量第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向b)傳感器+嵌入式計(jì)算機(jī)智能傳感器振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器嵌入式計(jì)算機(jī)智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器智能傾角RS232傳感器IC總線數(shù)字溫度傳感器第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向1.3.2測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著材料科學(xué)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，測(cè)試技術(shù)也在迅速發(fā)展。智能傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，(1)

使得測(cè)試系統(tǒng)向著自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展；(2)

測(cè)試系統(tǒng)的在線實(shí)時(shí)測(cè)試能力在迅速提高；(3)測(cè)試與控制密切結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“以信息流控制能量流和物質(zhì)流”。第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)以計(jì)算機(jī)為核心的更高層次、更高水平的虛擬儀器系統(tǒng)是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展方向。用PC機(jī)＋儀器板卡代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器用計(jì)算機(jī)軟件代替硬件分析電路優(yōu)點(diǎn)我們的工作第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向主要傳感器和測(cè)試儀器生產(chǎn)廠商2、振動(dòng)/噪聲傳感器

丹麥B&K（振動(dòng)測(cè)量、聲學(xué)測(cè)量領(lǐng)域最富盛名）http:///1、工業(yè)自動(dòng)化類傳感器

美國(guó)霍尼威爾公司（有全球最大傳感器技術(shù)研究中心）http:///china第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向3、測(cè)量分析儀器

美國(guó)國(guó)家儀器公司(全球最大的計(jì)算機(jī)虛擬儀器生產(chǎn)商)http:///美國(guó)Agilent公司(原惠普公司儀器部，著名的測(cè)試儀器商)http:///第一章現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向思考題：

1.列出你身邊的測(cè)試技術(shù)應(yīng)用的例子。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性本章學(xué)習(xí)要求：1.掌握測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性2.掌握測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性2.1概述直接測(cè)量：指無(wú)需經(jīng)過(guò)函數(shù)關(guān)系的計(jì)算，直接通過(guò)測(cè)量?jī)x器得到被測(cè)值的測(cè)量。間接測(cè)量：指在直接測(cè)量值的基礎(chǔ)上，根據(jù)已知函數(shù)關(guān)系，計(jì)算出被測(cè)量的量值的測(cè)量。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性2.1概述非電量電測(cè)法：（一種間接測(cè)量方法）

目前，對(duì)絕大多數(shù)物理量、化學(xué)量、幾何量、甚至生物醫(yī)學(xué)參量的測(cè)量，都是采用非電量電測(cè)法。非電量電測(cè)法—是把被測(cè)非電參量通過(guò)各種相應(yīng)的傳感器變換成電參量，有時(shí)還需對(duì)變換后的電參量進(jìn)行從電量到電量的轉(zhuǎn)換或放大，最后送入顯示儀器或記錄儀器、計(jì)算機(jī)，對(duì)數(shù)據(jù)顯示、記錄和處理。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性2.2測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性

通常的工程測(cè)試問(wèn)題總是處理輸入量x(t)、裝置（系統(tǒng)）的傳輸特性h(t)和輸出量y(t)三者之間的關(guān)系。如圖：

1）如果x(t)、y(t)可以觀察(已知)，則可推斷h(t)。

2）如果h(t)已知，y(t)可測(cè)，則可推斷x(t)。

3）如果x(t)和h(t)已知，則可推斷和估計(jì)y(t)。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性靜態(tài)：

是指被測(cè)量不隨時(shí)間變化，或隨時(shí)間變化非常緩慢的狀態(tài)。靜態(tài)特性：

是指被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的輸出與輸入的關(guān)系，或者說(shuō)測(cè)量系統(tǒng)輸出的特性，通常用線性度、滯后、重復(fù)性、靈敏度等指標(biāo)來(lái)表征。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性一、線性度：

一個(gè)理想的測(cè)量系統(tǒng)，其靜態(tài)特性可用一個(gè)多項(xiàng)式表示為：當(dāng)時(shí)，這是理想的線性方程，可用一條通過(guò)零點(diǎn)的直線表示，這是理想線性情況。實(shí)際的輸出與輸入關(guān)系并非理想情況。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性

線性度：校準(zhǔn)曲線接近擬合直線的程度。

線性度=B/A*100%B為校準(zhǔn)曲線與擬合直線的最大偏差。

A為測(cè)量系統(tǒng)滿量程輸出值，即裝置的標(biāo)稱輸出范圍。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性二、遲滯：

理想裝置：的輸出、輸入有完全單調(diào)的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

實(shí)際裝置：在同樣的測(cè)試條件下，當(dāng)輸入量由小增大和由大減小時(shí)，對(duì)于同一輸入量所得到的兩個(gè)輸出量卻往往存在著差值。把在全測(cè)量范圍內(nèi)，最大的差值稱為回程誤差或滯后誤差。

遲滯：表示測(cè)量系統(tǒng)當(dāng)輸入量由小到大與由大到小時(shí)，所得輸出量不一致的程度。

第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性

遲滯在數(shù)值上是用同一輸入量下所得滯后偏差的最大值H與測(cè)量系統(tǒng)滿量程輸出值A(chǔ)之比值的百分?jǐn)?shù)表示，即遲滯=H第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性三、重復(fù)性：

重復(fù)性是指在條件（包括測(cè)量?jī)x器、測(cè)量的方法、使用條件、觀測(cè)者等）相同時(shí)，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次連續(xù)測(cè)量所得結(jié)果之間的符合程度。重復(fù)性是衡量測(cè)量結(jié)果分散性的指標(biāo)，即隨機(jī)誤差大小的指標(biāo)，在數(shù)值上是用測(cè)量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差σ的2倍～3倍與測(cè)量系統(tǒng)滿量程輸出值A(chǔ)之比值的百分?jǐn)?shù)表示，即重復(fù)性=第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性四、靈敏度：

當(dāng)裝置的輸入x有一個(gè)變化量?x，它引起輸出y發(fā)生相應(yīng)的變化量?y，則定義靈敏度

對(duì)于線性系統(tǒng)，輸出量與輸入量之間的關(guān)系是一條直線，靈敏度就是該直線的斜率，為一常數(shù)。

對(duì)于非線性系統(tǒng)，靈敏度隨輸入量的變化而變化。

第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性四、靈敏度：

對(duì)傳感器來(lái)說(shuō)，絕大多數(shù)屬于線性系統(tǒng)，靈敏度是一個(gè)常數(shù)。靈敏度有量綱，其單位取決于輸入、輸出量的單位。通常，把引起測(cè)量裝置輸出值產(chǎn)生一個(gè)可察覺(jué)變化的最小被測(cè)量變化值稱為鑒別力閾（也稱為靈敏閾或靈敏限）。它用來(lái)描述裝置對(duì)輸入微小變化的響應(yīng)能力。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性五、分辨力：分辨力：是指測(cè)量系統(tǒng)能測(cè)量到最小輸入量變化的能力，也就是能引起輸出量發(fā)生變化的最小輸入變化量。分辨力是用全量程范圍內(nèi)最大的ΔX（最小輸入變化量）與測(cè)量系統(tǒng)滿量程輸出值A(chǔ)之比值的百分?jǐn)?shù)表示。分辨力=第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性六、穩(wěn)定度與漂移：

穩(wěn)定度是指測(cè)量裝置在規(guī)定條件下保持其測(cè)量特性恒定不變的能力。通常在不指明影響量時(shí)，穩(wěn)定度指裝置不受時(shí)間變化影響的能力。

漂移是指測(cè)量特性隨時(shí)間的慢變化。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性2.3測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性

測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是指：測(cè)量系統(tǒng)對(duì)輸入量隨時(shí)間變化的響應(yīng)特性。隨時(shí)間而變化的輸入量最常見(jiàn)的有正弦信號(hào)和階躍信號(hào)。由于輸入量是時(shí)間的函數(shù)，因此輸出量也隨時(shí)間而變化，而且還與輸入信號(hào)的頻率有關(guān)。表征測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)常有頻域指標(biāo)和時(shí)域指標(biāo)，頻域指標(biāo)由幅頻特性和相頻特性可得，時(shí)域指標(biāo)由階躍響應(yīng)特性可得。本節(jié)主要討論一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)在正弦信號(hào)和階躍信號(hào)輸入條件下的動(dòng)態(tài)特性。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性（一）信號(hào)的分類與描述

信號(hào)的分類主要是依據(jù)信號(hào)波形特征來(lái)劃分的，在介紹信號(hào)分類前，先建立信號(hào)波形的概念。信號(hào)波形：被測(cè)信號(hào)信號(hào)幅度隨時(shí)間的變化歷程稱為信號(hào)的波形。波形第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性0At信號(hào)波形圖：用被測(cè)物理量的強(qiáng)度作為縱坐標(biāo)，用時(shí)間做橫坐標(biāo)，記錄被測(cè)物理量隨時(shí)間的變化情況。為深入了解信號(hào)的物理實(shí)質(zhì)，將其進(jìn)行分類研究是非常必要的，從不同角度觀察信號(hào)，可分為：1從信號(hào)描述上分--確定性信號(hào)與非確定性信號(hào)；2從信號(hào)的幅值和能量上--能量信號(hào)與功率信號(hào)；3從分析域上--時(shí)域與頻域；第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性4從連續(xù)性--連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào)；5從可實(shí)現(xiàn)性

--物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)與物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性1確定性信號(hào)與非確定性信號(hào)可以用明確數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號(hào)稱為確定性信號(hào)。不能用數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號(hào)稱為非確定性信號(hào)。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性周期信號(hào)：經(jīng)過(guò)一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)

x(t)

=

x(t+nT)簡(jiǎn)單周期信號(hào)復(fù)雜周期信號(hào)第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性b)非周期信號(hào)：再不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)。準(zhǔn)周期信號(hào):由多個(gè)周期信號(hào)合成，但各信號(hào)頻率不成公倍數(shù)。如：x(t)=sin(t)+sin(√2.t)第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性瞬態(tài)信號(hào)：（瞬變非周期信號(hào)）持續(xù)時(shí)間有限的信號(hào)，如x(t)=e-Bt.Asin(2*pi*f*t)第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性c)非確定性信號(hào)：不能用數(shù)學(xué)式描述，其幅值、相位變化不可預(yù)知，所描述物理現(xiàn)象是一種隨機(jī)過(guò)程。噪聲信號(hào)(平穩(wěn))統(tǒng)計(jì)特性變異噪聲信號(hào)(非平穩(wěn))第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性2能量信號(hào)與功率信號(hào)

a)能量信號(hào)在所分析的區(qū)間（-∞，∞），能量為有限值的信號(hào)稱為能量信號(hào)，滿足條件：一般持續(xù)時(shí)間有限的瞬態(tài)信號(hào)是能量信號(hào)。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性b)功率信號(hào)

在所分析的區(qū)間（-∞，∞），能量不是有限值．此時(shí)，研究信號(hào)的平均功率更為合適。一般持續(xù)時(shí)間無(wú)限的信號(hào)都屬于功率信號(hào):第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性3時(shí)限與頻限信號(hào)

a)時(shí)域有限信號(hào)在時(shí)間段(t1，t2)內(nèi)有定義，其外恒等于零．

b)頻域有限信號(hào)在頻率區(qū)間(f1，f2)內(nèi)有定義，其外恒等于零．三角脈沖信號(hào)正弦波幅值譜第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性4連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào)

a)連續(xù)時(shí)間信號(hào):在所有時(shí)間點(diǎn)上有定義

b)離散時(shí)間信號(hào):在若干時(shí)間點(diǎn)上有定義采樣信號(hào)第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性5物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)與物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)：又稱為單邊信號(hào)，滿足條件：

t＜0時(shí)，x(t)=0，即在時(shí)刻小于零的一側(cè)全為零。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性b)物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)：在事件發(fā)生前(t<0)就預(yù)知信號(hào)。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性（二）信號(hào)的時(shí)域描述和頻域描述時(shí)域描述：

直接觀測(cè)或記錄到的信號(hào)，一般是以時(shí)間為獨(dú)立變量的。信號(hào)的時(shí)域描述只能反映信號(hào)的幅值隨時(shí)間的變化情況，除只有一個(gè)頻率分量的簡(jiǎn)諧波外,一般很難明確揭示信號(hào)的頻率組成和各頻率分量的大小。

頻域描述：以頻率為獨(dú)立變量。第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性方波的時(shí)域描述方波的頻域描述第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性2.3測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性2.3.1傳遞函數(shù)

測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型可用常系數(shù)線性微分方程式來(lái)描述，方程式的一般形式為：x—系統(tǒng)輸入量；y—系統(tǒng)輸出量?！c系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)的常量第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性2.3測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性2.3.1傳遞函數(shù)

定常線性系統(tǒng)的測(cè)試裝置，可用常系數(shù)線性微分方程