第三章测量系统分析二、检测系统性能---基本特性、功能、技术指标、性能/价格比---常量输入下系统的性能指标静态特性---灵敏度、不确定度、输入范围、分辨力等---决定系统能不能进行所需的检测和完成所需检测的程度动态特性---动态或变态信号输入下，与系统频率响应有关的特性检测系统常用技术性能指标①输入量性能指标：量程、测量范围、过载能力等②静态特性指标：线性度、迟滞、重复性、准确度、灵敏度、分辨率、阈值、稳定性、漂移等③动态特性指标：时间常数、上升时间、响应时间、过冲量、阻尼率、固有频率、频率特性、频响范围、稳态误差、临界速度、采样频率等④对环境和配接要求：工作温度范围、温度误差、温度漂移、灵敏度温度系数、热滞后、抗潮湿、抗介质腐蚀、抗电磁干扰能力、抗冲振要求等⑤可靠性指标：平均寿命、平均无故障工作时间、故障率、疲劳性能、绝缘耐压、耐温、保险期、时间稳定性、抗过载能力等⑥经济指标：性能/价格比1）基本功能特性---决定系统的工作能力1、静态特性：2）精度特性---决定系统的在什么程度上完成所需的检测①测量范围（Range）：系统实现不失真测量时的最大输入信号范围上限值、下限值④分辨力（Resolution）⑤动态范围（DynamicRange）跨度与绝对分辨力之比---系统对输入信号大小的综合检测能力②跨度（Span）：---测量范围上限与下限的算术差值测量范围的导出量（下限为零时）线性检测装置---常数；非线性检测装置---变量输出量与输入量为同一量纲---放大比/放大倍数③灵敏度（Sensitivity）：系统输出信号的变化相对于输入信号变化的比值k=dy/dx能使系统输出发生变化所对应的最小的输入变化量绝对值---；相对值---满刻度（FullScale）的百分比分贝数表示---常量/缓慢变化的输入情况下的输出特性200～800C、5mm---测量值与被测量真值之差---准确度③非线性（Non-linearity）a)最小二乘直线：标定值相对于该直线的误差平方和最小b)端点连线：连接最大与最小标定值的直线---端基直线参考直线非线性误差---实测曲线偏离理想直线的程度①示值误差（error）②重复性（Repeatability）外界条件不变的情况下，对同一被测量多次重复测量时测量值之间的分散性---精密度理想检测系统---输出与输入---比例关系：y(t)=kx(t)实际检测装置---输出与输入不是理性的线性关系误差＝测量值－真实值表示：实际测得的输入—输出特性曲线（标定曲线）与其拟和直线之间的最大偏差与检测装置满量程输出范围之比：e=m/yFS1---标定曲线2---拟和直线⑤死区（Deadband）⑥漂移（Drift）---稳定性④回程误差（Hysteresis）当系统输出信号不发生变化时所对应的输入信号的变化范围---系统元件的摩擦及空程等现象引起的---迟滞/滞后误差正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间---检测装置输入—输出曲线的不重合程度外界条件不变---同一大小的输入信号---正反行程的输出信号数值不相等产生：检测装置中的弹性元件、机械传动中的间隙和内摩擦、磁性材料的磁滞---实验确定---满量程输出yFS的百分比表示输入不变的情况下，检测装置的输出随时间变化的趋势温度的漂移（温漂）：灵敏度的温漂、零位的温漂---定量表示2、动态特性---变化/动态信号动态测量---被测量本身随时间变化，而测量系统又能准确的跟随被测量的变化而变化例：弹簧秤的力学模型动态信号---幅值、时间、空间/频率---由系统元件的机械、物理及光、电、磁等特性决定---静止物理模型m---被测物体质量k---弹簧弹性系数m=ky/g“动态模型”---停止振动之前测量重量x---托盘和被测物体的位移M---托盘的质量微分方程（运动方程）动态特性---输入与输出在幅值与频率上的相互关系y---弹簧变形量y---指针的位移m---未知数t时刻的输出信号---t时刻之前的输入对系统作用影响的综合傅立叶变换---频率域检测过程---输出对于输入的频率响应被检测信号1）检测系统的频率响应输出---输入与系统自身特性的卷积：Y()、X()、H()---输入、输出、系统在频率域中的特性∣H()∣---系统幅频响应特性；()---系统相频响应特性带宽（Bandwidth）---系统动态特性的技术指标（工作频率范围）---检测系统的适用频率范围---检测装置能够保证它的有关性能指标---灵敏度、非线性等h(t),H(w)检测系统x(t),X(w)y(t),Y(w)检测系统的自身特性检测系统输出信号三部分:---相当于一个匀速加载过程统计意义---概率分布、均值与方差等表示2）典型动态输入信号③正弦信号A---振幅（常数）①阶跃信号②斜坡信号载荷由A0瞬时加载到A并维持在这个水平④随机信号＝2f---角频率3）系统的频率特性分析与比较①零阶系统数学表达式零阶系统、一阶系统、二阶系统---各种系统的基本环节---系统静态灵敏度频率特性幅频、相频特性曲线②一阶系统微分方程物理意义---时间常数---静态灵敏度---归一化处理频率响应函数幅频、相频特性---决定系统工作频率范围③二阶系统微分方程归一化---系统固有频率---系统阻尼比
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传递函数---决定系统带宽幅频、相频特性②分辨力系统的性能指标、价格---性能/价格比1、检测系统性能的综合评估重视指标：能干些什么？能在什么程度上干些什么？二、检测系统性能的综合评价与标定①工作/检测范围③工作频率④精度/重复性⑤工作环境与寿命⑥成本与价格宽工作范围---大的跨度和高分辨力（动态范围）一阶系统---时间常数；二阶系统---固有频率精度高、重复性误差小---结果可靠系统正常运行的工作条件---温度、相对湿度、振动、噪声环境等满足检测要求---价格越低越好其他---软硬件操作方便；软件分析处理功能；接口；安全；容错能力；兼容性；延续性；售后服务确定检测系统误差/确定检测特性的所有操作检测系统---定量的数据或描述标定---定量描述的误差2、检测系统的标定①标准系统比较式②标准被测量比较式1）标定方式：相同条件下---被标定系统与已知的标准系统---同一被测量---比较输出结果---确定被标定系统误差被标定系统---已知的标准量（长度/重量等）检测结果比较---偏差为系统误差标准仪器/标准被测量---标准追搠性用户---厂家---地区标准化/计量机构---国家标准化/计量机构（计量局）最高标准/计量权威（第一环）（第二环）（第三环）2）标定内容：②量程与范围①零点设置③分辨力④非线性⑤灵敏度⑥频率相应特性---标定
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⑦阶跃与其他输入的响应⑧外部环境（温度、湿度、光照度、振动、磁场等）的影响今日作业无
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