第1章檢測系統(tǒng)的特征與性能指標

1.1檢測系統(tǒng)的組成

1.2檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性與性能指標

1.3檢測系統(tǒng)的動態(tài)特性與性能指標

下頁返回1.1檢測系統(tǒng)的組成

檢測技術(shù)涉及到半導(dǎo)體技術(shù)、激光技術(shù)、光纖技術(shù)、聲控技術(shù)、遙感技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)、以及數(shù)理統(tǒng)計、控制論、信息論等近代新技術(shù)和新理論。其最終目的就是從測量對象中獲取反映其變化規(guī)律的有用信息，一個廣義的檢測系統(tǒng)一般由激勵裝置、測試裝置、數(shù)據(jù)處理與記錄裝置所組成（如圖1.1）。下頁上頁返回1.1.1各組成部分的特點（1）激勵信號激勵信號由激勵裝置產(chǎn)生，采用激勵裝置是為了使被測對象處于預(yù)定狀態(tài)下，并將其有關(guān)方面的內(nèi)在聯(lián)系充分顯示出來，以便于有效的測量。當測試工作所希望獲取的信息并沒有直接載于可檢測的信號中，就需要激勵被測對象，使其既能表示相關(guān)信息又便于檢測。（2）測試對象測試對象的特性均以信號的形式給出，被測信號一般都是隨時間變化的動態(tài)量，即使在檢測不隨時間變化的靜態(tài)量時，由于混有動態(tài)的干擾噪聲，通常也也按動態(tài)量進行檢測測量。下頁上頁返回（3）傳感器傳感器將感知的被測非電量按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化為某一種量值輸出，通常是電信號。傳感器輸出的電信號一般不能直接傳輸?shù)胶罄m(xù)的信號處理電路或輸出元件中去，必須經(jīng)過信號的調(diào)理。（4）信號調(diào)理電路

信號調(diào)理電路的主要作用有兩方面，一是把來自于傳感器的信號進行轉(zhuǎn)換和放大，使其更適合于進一步處理和傳輸；第二方面是進行信號處理，即對經(jīng)過信號調(diào)理的信號，進行濾波、調(diào)制和解調(diào)、衰減、運算、數(shù)字化處理等。下頁上頁返回

（5）信號的分析與記錄信號調(diào)理電路輸出的測量結(jié)果是對被測信號的真實記錄，為了顯示其變化過程，可以采用光線示波器、屏幕顯示器、打印機等輸出裝置。此外還可以用磁記錄器來存儲被測信號，以便于檢測工作完成后反復(fù)使用信號。要從客觀記錄的信號中找出反映被測對象的本質(zhì)規(guī)律，還必須對信號進行分析從而提取有用信息?，F(xiàn)代檢測系統(tǒng)采用了計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將調(diào)理電路輸出的信號直接送到信號分析設(shè)備中處理，進行在線處理，已在工程檢測和工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。下頁上頁返回1.1.2線性時不變系統(tǒng)及其主要性質(zhì)下頁上頁返回當系統(tǒng)的輸入和輸出之間關(guān)系可用常系數(shù)線性微分方程來描述時，則稱該系統(tǒng)為線性時不變系統(tǒng)，也稱為定常線性系統(tǒng)。即：

（1.1）

式中為時間變量，和均為常數(shù)。（1）疊加性設(shè)為輸入，為輸出，若

下頁上頁返回則（1.2）滿足疊加原理，意味著作用于線性系統(tǒng)的各個輸入所產(chǎn)生的輸出是互不影響的。（2）比例性（齊次性）設(shè)為輸入，為輸出，若，則對于任何一個常數(shù)，有（1.3）（3）微分性零初始條件下，系統(tǒng)對原輸入微分的響應(yīng)等于原輸出的微分。即：對于為輸入，為輸出，若，則有：

（1.4）下頁上頁返回（4）積分性零初始條件下，系統(tǒng)對原輸入積分的響應(yīng)等于原輸出的積分。即：為輸入，為輸出，若，則有：（1.5）（5）頻率保持特性對于線性定常系統(tǒng)，若輸入為某一頻率的簡諧（正弦或余弦）信號，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出必定是與輸入同頻率的簡諧信號，即，此規(guī)律稱為頻率保持特性。但其幅值和初相位將發(fā)生變化。

下頁上頁返回1.框2檢測堆系統(tǒng)丸的靜壩態(tài)特救性與陸性能病指標靜態(tài)茂檢測伴是指謠測量垃時，朱檢測語系統(tǒng)緊的輸略入、患輸出欲信號爸不隨瞇時間蒙變化釀或變啟化很礦緩慢朱。靜笛態(tài)檢看測時割，系跑統(tǒng)所旁表現(xiàn)緣瑞出的津響應(yīng)雅特性坊稱為捐靜態(tài)嬌響應(yīng)覺特性宗。通圾常用滴來描芝述靜律態(tài)響融應(yīng)特的性的盞指標雅有測呢量范負圍、豬靈敏類度、肯非線飛性度請、回嗚程誤泥差等忽。1.均2.拜1返測軌量范考圍檢測臺系統(tǒng)承能正模常測連量的錄最小澇輸入督量和隆最大望輸入歡量之珍間的倘范圍廈。下頁上頁返回靈敏甜度靈敏恰度指翼輸出囑的增伯量與越輸入珠的增菜量之羨比，倡即：（1仇.6年）下頁上頁返回1.腸2.均3泊非用線性炭度如圖簽1.棉3所垂示，像標定潑曲線慢與擬還合直童線的走偏離灶程度段就是名非線累性度芳。如波果在揪全量膏程A恢輸出肚范圍延內(nèi)，紙標定視曲線勵偏離包擬合申直線丙的最霞大偏碎差為勁B，缺則定鄰義非記線性準度為圓：（1遠.7神）1.鉤2.席4疤回程流誤差如圖醉1.因4所物示，莊回程雨誤差偏也稱鑰為滯內(nèi)后或揭變差孤。實句際測粘量系鋸統(tǒng)在到相同鎮(zhèn)的測害量條墊件下簽，當極輸入叨量由簡小增榨大，下頁上頁返回或由計大減距小時見，對遼于同捕一輸淺入量吃所得礦到的朋兩個昏輸出棕量存犬在差球值，也則定斬義回佛程誤炮差為框：（1需.8歪）1.宏2.僅5軟穩(wěn)瘡定度攻和漂撫移穩(wěn)定篩度通莊常是袖相對肥時間盾而言紫，指愧檢測向系統(tǒng)遭在規(guī)雅定的饑條件鉤下保叼持其灰測量劉特性定恒定近不變畫的能閣力。漂移云指檢追測系筐統(tǒng)隨鄉(xiāng)豐時間誰的慢桃變化錫。在洪規(guī)定皺條件研下，可對于糖一個賠恒定承的輸?shù)侨朐诒嬉?guī)定老時間習(xí)內(nèi)的家輸出薯在標厘稱范悅圍最紡低值麻處的而變化爹，稱禮為零遼點漂掩移，岸簡稱嬸零漂快。溫墓度變遮化引妻起的鉤漂移供叫溫葛漂。1.釋2.旁6燦靜逢態(tài)響燃應(yīng)特詞性的究其他腹術(shù)語（1說）精汪度精確犯度的撲簡稱坦。表繭示隨絮機誤組差和哄系統(tǒng)過誤差郵的綜買合評牢定指飄標。下頁上頁返回（2辟）可壯靠性與檢駁測系且統(tǒng)無杯故障紫工作濃時間容長短斗有關(guān)戴的一砌種描讓述。（3午）分漢辨率能引墊起輸節(jié)出變臂化的孕輸入小量的義最小懸變化本量，諷表示謊檢測棉系統(tǒng)頓分辨扣輸入摘量微故小變慢化的哀能力病。（4鑼）靈討敏閥又稱熔死區(qū)經(jīng)，是佩用來歸衡量糞檢測道起始頁點不繞靈敏慣的程膝度。下頁上頁返回式中吃t為搭時間亡變量貢，俘和協(xié)均至為常煮數(shù)，凈此系置統(tǒng)為潔線性嗓定常折系統(tǒng)蜂。1.政3檢測縮慧系統(tǒng)動的動念態(tài)特?zé)粜耘c褲性能儉指標1.竄3.賴1劈燕微簡分方咽程檢測巖系統(tǒng)趴用于船動態(tài)彎測量脅時，撒輸入敵與輸扁出閥均焰隨時辦間變土化，皺其關(guān)議系用防式（1.澤1）的段微分淹方程按描述咱，即下頁上頁返回故有（1壁.9湊）1.常3.子2西傳弟遞函縱數(shù)（1它）傳羽遞函冒數(shù)的廳定義零初蘆始條郊件下守，線舅性定迫常系賞統(tǒng)輸戒出量乓的拉餅氏變巡壽換和廚輸入嗎量的其拉氏欲變換饑之比梨稱為永系統(tǒng)層傳遞展函數(shù)桿。在燥零初愉始條耀件下恐，對圓式（1.脅1）兩姓邊同篇時作拍拉氏攝變換分，則型有下頁上頁返回（2羅）傳租遞函膽數(shù)的該特點1）傳優(yōu)遞函攔數(shù)表鈔示了辨系統(tǒng)舒本身及的動收態(tài)性成能與道輸入歪量大孟小及們性質(zhì)掀無關(guān)脾。對垃于具蓄體的釘系統(tǒng)羽，其既傳遞氏函數(shù)辮不因理輸入別的變網(wǎng)化而惱不同鳴，對伙任何攻一個陪輸入離都有熟確定胃的輸攜出。2）相翠似系茫統(tǒng)。嬸傳遞戶函數(shù)熔不拘貍泥于圓被描壤述系喇統(tǒng)物默理結(jié)尼構(gòu)而緊只反很映動區(qū)態(tài)性仿能。長不同的的物話理系塘統(tǒng)，狗可以堤用相拔同的事傳遞責(zé)函數(shù)蘿來描夜述，徒稱為直相似道系統(tǒng)癥。3）替?zhèn)鬟f傅函數(shù)潮可以向有量蹲綱，勿也可濁以無已量綱騾。4）利傳遞巡壽函數(shù)冰是復(fù)乘變量旨s的黑有理卸分式倉。對側(cè)于實束際系租統(tǒng)，殺分子自階次下m<橡n，甘分母押最高擁階次譯n為毯輸出喝量最器高階欄導(dǎo)數(shù)債的階咱次，幣也確穩(wěn)定系胡統(tǒng)的畢階次凝n階欄系統(tǒng)鄙。下頁上頁返回（3堅）常突見測籠試裝串置的院傳遞構(gòu)函數(shù)1）衣一階束系統(tǒng)傳遞圓函數(shù)（1后.1古0）式中摘：T刷——最為時識間常悲數(shù)，淹單位律為秒碑。下頁上頁返回2）是二階纏系統(tǒng)傳遞武函數(shù)（1堅.1咱1）式中以：膀——查為系曬統(tǒng)的神靈敏晴度；——致為系扶統(tǒng)的飯阻尼隙比；——誕為系爸統(tǒng)的厘無阻鑒尼固柳有頻址率。令劃，管兩邊辛同時羽作拉嘴氏變眼換，釣整理貨得：下頁上頁返回例1襖：液哄柱式潤水銀央溫度匪計設(shè)義為坊被測秘環(huán)境兇溫度超，憶為寬水銀攔柱輸彩出溫畜度值喊，C表示竟熱容蒙量，R表示基熱阻崗，由維熱力憶學(xué)方飲程有宵：例2凳：R茅LC哀電路孤，隸輸入揭為，擱輸出龜為，蚊根據(jù)抄電路勝基本買定律挖，有下頁上頁返回上式鋒兩邊腳同時院作拉藍氏變恨換，私并消易去中甘間變木量潛，后得系寇統(tǒng)的渣傳遞閘函數(shù)萬為：1.飛3.描3飾頻櫻率響估應(yīng)函蠟數(shù)根據(jù)尸線性滔定常嚇系統(tǒng)側(cè)的同進頻性姿，如示果輸墳入信敢號為急，煎則輸辭出信瓦號為藍代話入式牛（1熔.1帥），洽可得貪（屈1.氧12群）其中淺：稱為臘測量菜系統(tǒng)筍的頻府率響雜應(yīng)函律數(shù)。菌即：（1惰.1歷3）是頻筑率響裁應(yīng)函物數(shù)的諸模，繩為礎(chǔ)的函遍數(shù)，速也是頭動態(tài)層檢測棕系統(tǒng)嶄的靈覺敏度散，隨乖著頻專率變率化而車變化生，故核稱為陪幅頻苗特性茄，與視靜態(tài)厭測量西中靈宵敏度司為常凡數(shù)有儲顯著艘的區(qū)拔別。下頁上頁返回為頻粒率響?yīng)q應(yīng)函糊數(shù)的愧相角攪，它言表示墳了檢假測系面統(tǒng)輸帖出信倚號相奪對于宮輸入等信號道初始盞相位妥的遷渠移量呀，也寸是睡的函體數(shù)，難所以藝也稱盈為相夸頻特售性。常見他系統(tǒng)牌的頻免率響盈應(yīng)函杏數(shù)（1師）一腫階系獨統(tǒng)的跳頻率擦響應(yīng)鑰函數(shù)個為折，其央幅頻倍特性狡與相哀頻特粱性分勒別為君：（1震.1尸4）（1化.1鄉(xiāng)豐5）其中種負號贈表示鉤輸出婆信號論滯后性于輸援入信煎號。旁一階艷系統(tǒng)要奈氏劣圖、跪伯德友圖分纖別如董圖1.綱7、圖1.胖8所示舍；一舊階系焦統(tǒng)的謹幅頻冒、相校頻特撤性圖嫩如圖1.粘9所示炮。下頁上頁返回圖1.7一階系統(tǒng)奈氏圖圖1.8一階系統(tǒng)伯德圖下頁上頁返回1）蹄當激鵲勵頻鍛率遠殘小于店時，帖輸出鴉與輸言入的站幅值鈔幾乎棗相等降，效接近爐1。處當躍，咽，槽系統(tǒng)胖相當學(xué)于一鑄個積移分器沉。其區(qū)中留幾段乎與破激勵貢頻率在成反晚比，黑相位規(guī)滯后襲近9猴0°票。故禁一階猶系統(tǒng)煉適合堅測試葉緩變示或低藍頻的油被測哲量。2）時按間常伏數(shù)T是反練映一服階系分統(tǒng)特知性的芒重要污參數(shù)匆，其谷值決嫩定系打統(tǒng)適每用的使頻率扣范圍宮。下頁上頁返回由圖1.碑9可見朵，一槍階系替統(tǒng)的栽幅頻五特性童曲線走隨著胡的室增加敬單調(diào)勉減小固，衰米減很威快，師所以傷一階灘系統(tǒng)瀉具有評低通街濾波虧的特早性。筑在一繭階系撕統(tǒng)特波性中厭，應(yīng)兇特別耍注意徒以下供幾點盲：（2怪）二漁階系細統(tǒng)的壁頻率州響應(yīng)抽函數(shù)由二翼階系殊統(tǒng)的宴傳遞進函數(shù)芬，可蘇得二統(tǒng)階系統(tǒng)餡的頻牧率響山應(yīng)函質(zhì)數(shù)為呆：相應(yīng)篇的幅脈頻特厭性和控相頻我特性廣分別餡為：（1楚.1評6）（1笨.1毒7）下頁上頁返回相應(yīng)鄰的幅京頻、懸相頻坡特性現(xiàn)曲線差的伯阿德圖膊如圖海（1黨.1象0）面所示許。圖1祝.1煮0副二粘階系盯統(tǒng)伯嘗德圖（a騙）幅改頻特計性謎（鬧b）伸相頻水特性下頁上頁返回二階坡系統(tǒng)弱具有泛以下訪的特偉點：1）患當羽時，橡；當夠時，有；2）罪影響市二階嶺系統(tǒng)期動態(tài)迫特性青的參下數(shù)是睛固有鼠頻率腿和阻麗尼比號。其疫固有鉆頻率微的選夜擇應(yīng)不以工側(cè)作頻翠率范喬圍為萄依據(jù)株。在非附近挽，系筆統(tǒng)幅正頻特魯性受歪阻尼撞比影凈響極摔大。濾時，領(lǐng)系統(tǒng)同發(fā)生診共振頁，實斬際測降量時熱，應(yīng)宗該避過免此頌情況堆。此爭時組，墾在測版定系掃統(tǒng)本傻身參腎數(shù)時月，有昌重要此的意囑義；3）抬段，貞很詳小，都且和根頻率蚊近似驢成正佩比增鐘加。段，啊趨鑄近于遭18朵0°烤，即此輸出債信號的幾乎火和輸欺入反施相。鉆在郊區(qū)間信，彈隨堡頻率民的變歷化而勺劇烈秋變化播，而掘且慮越小原，變抖化越蜻劇烈糧；4）答二階昂系統(tǒng)外是一攜個振體蕩環(huán)輩節(jié)。從檢挑測工按作的燦角度泳來看艙，總紫希望岸檢測