机械工程测试技术基础复习

1、机械工程测试技术基础,总复习,一、绪论,1、测试的概念 目的：获取被测对象的有用信息。 测试是测量和试验的综合。 测试技术是测量和试验技术的统称。2、静态测量与动态测量3、课程的主要研究对象 研究机械工程中动态参数的测量,4、测试系统的组成5、量纲及量值的传递6、测量误差 系统误差、随机误差、粗大误差7、测量精度和不确定度8、测量结果的表达,二、信号分析与处理,一、信号的分

2、类及其描述 1、分类 正弦型信号 复杂周期信号 准周期信号 瞬变信号 各态历经信号

3、 非各态历经信号 非平稳随机信号,周 期 信 号,非周期信号,平稳随机信号,随机信号,确定性信号,连续信号 模拟信号 能量信号 离散信号 数字信号 功率信号 2、描述 时域描述：幅值随时间的变化 频域描述：频率组成及幅值、相位大小二、求信号频谱的方法及频谱的特点 1、周期信号 数学工具：傅里叶级数 方

4、 法：求信号傅里叶级数的系数 频谱特点：离散性、谐波性、收敛性,周期的确定：各谐波周期的最小公倍数 基频的确定：各谐波频率的最大公约数 2、瞬变信号（不含准周期信号） 数学工具：傅里叶变换 方 法：求信号傅里叶变换 频谱特点：连续性、收敛性 3、随机信号 数学工具：傅里叶变换 方 法：求信号自相关函数的傅里叶变换 频谱特点：连续性,三、典型信号的频谱 1、δ(t)函数的

5、频谱及性质 △(f)=1 频率无限，强度相等，称为“均匀谱” 采样性质： 积分特性： 卷积特性：,2、正、余弦信号的频谱 →实频谱 →虚频谱 3、截断后信号的频谱 频谱连续、变宽,四、信号的特征参数 1、均值 ：静态分量（常值分量）

6、正弦、余弦信号的均值？ 2、均方值 ：强度（平均功率） 均方根值 ：有效值 3、方差 ：波动分量 4、概率密度函数 ：在幅值域描述信号 幅值分布规律,五、自相关函数的定义及其特点 1、定义： 2、特点,4）自相关图六、互相关函数的定义及其特点 1、定义 2、特点,七、相关分析的应用八、相关系数与相干函数,九、自功率谱密度函数

7、定义及其特点 1、定义,十、互功率谱密度函数定义及其应用十一、数字信号处理 1、时域采样定理：fs > 2fh fs > (3-4)fc 2、混叠：原因 Ts↑( fs↓),3、量化及量化误差：△x↓→误差↓ 4、泄漏：原因 加窗截断处理 5、频域采样与栅栏效应十二、傅里叶变换的几个性质,k>1 时间轴压缩，频带加宽，幅值降低 k<1 时间轴扩

8、展，频谱变窄，幅值增高,三、测量装置的基本特征,测量装置的基本特征：静态特性和动态特性一、测量装置的静态特征及主要参数 1、静态特性： 2、主要静态参数 1）线性度：线性度越好→线性范围(量 程)越宽 2）灵敏度：S↑→△x↓→测量范围↓ S = △y/△x（输出的量纲/输入的量纲）,3）回程误差：与输入变化方向有关的输出 特性。 4）分辨

9、力（分辨率）：能测量到输入量最 小变化的能力。二、线性系统的主要特性 叠加性、比例性、微分性、积分性、 频率保持性三、测量装置动态特性的描述 时 域：h(t) y(t)=x(t)*h(t) 复数域：H(S) Y(S)=X(S)H(S) h(t)→H(S) 频 域：H(ω) Y(ω)=X(ω)H(ω) H(ω),L,,F,,,,系统,δ(t),h(t),四、频率响应函数(频率特

10、性)定义及物理意义 1、频率响应函数定义 系统在简谐信号激励下，其稳态输出对输入的幅值比、相位差随激励频率ω变化的特性。,五、频率响应函数的求取方法 1、方程微分→H(ω) 2、H(S)―→H(ω) 3、h(t)→H(ω) 4、实验法六、系统不失真的条件 1、时域不失真条件：y(t)= A0x(t-t0) 2、频域不失真条件： 其中：幅频特性 A(ω)=A0

11、 相频特性 φ(ω)=-ωt0 即：系统对不同频率的信号具有相同的增益； 系统对不同频率的信号具有相同的滞后时间。,F,F,S=jω,七、一、二阶系统的动态特性 1、一阶系统（如：RC低通滤波器）,2、二阶系统,不失真工作频率范围：八、系统的串并联,九、系统的稳态响应与响应误差十、测量装置动态特征参数的测量方法 频率响应法 阶跃响应法,

12、四、测量系统,一、传感器的分类 位移传感器 按被测物理量分 速度传感器 加速度传感器…… 物性型传感器 结构型传感器 能量转换型 能量控制型,按工作原理分,按能量关系分,接触式

13、传感器 非接触式传感器二、常用传感器种类、工作原理、特点及应用 1、电阻式传感器 变阻器式： 应变片：金属应变片：Sg≈1+2υ 形变 半导体应变片：Sg≈λE ρ变 特点： 应用：1）测应力、应变； 2）组成各种应变式传感器,按安装方式分,2、电容式传感器 极距变化型：s↑线性差，微小位移、非接触测量 面积

14、变化型：s↓线性好，较大线、角位移测量 介质变化型：s↓线性好，介质参数测量 3、电感式传感器 可变气隙长度 可变气隙面积 涡流式：利用金属导体在交变磁场中涡电流效应 非接触测量、简单、方便、不受油污等介质影响 互感型—差动变压器式：互感原理 精确度高、线性范围大、稳定性好、使用方便,可变磁阻式,

15、4、磁电式传感器 被测物理量―――――→感应电动势 线速度型 角速度型 磁阻式 5、压电式传感器 被测物理量――――→电荷量 特点： 应用：力、压力、加速度、声和声发射,电磁感应原理,动圈式,压电效应,电压放大器 电荷放大器：线性好，与电缆电容无关 6、热电式传感器 热电偶 热电阻

16、 1）热电偶 温度―――→热电势 2）热电阻 温度→电阻（金属正温度系数）,前置放大器,热电效应,接触电势,温差电势,7、光电式传感器 光电管----外光电效应 光电池----光生伏特效应 光敏电阻----内光电效应 应用：三、差动式传感器的优点 1、灵敏度扩大近一倍； 2、改善了传感器线性，线性工作

17、范围扩大 近一倍； 3、提高了传感器工作的稳定性。,四、传感器选用原则五、电桥 1、电桥的分类 2、电桥平衡及平衡条件 Uy= 0,则电桥平衡。 直流电桥：R1R3=R2R4 z1z3=z2z4 φ1+φ3=φ2+φ4,直流电桥,交流电桥,Z1Z3=Z2Z4,交流电桥：,3、交流

18、电桥的调幅功能。 4、电桥的输出六、滤波器 1、分类及其功能 低通滤波器、高通滤波器、帯通滤波器、 带阻滤波器,2、特征参数 1）截止频率fc： 2）带宽 B： 3）中心频率f0： 4）倍频程选择性：衰减快→dB↑→选择性↑ 5）品质因数(子)Q: Q=f0/B Q↑→选择性↑ 6）滤波器因数λ： λ↓→选择性↑ 3、倍频程滤波器：

19、 恒带宽比 4、理想滤波器是不可能实现,七、调制与解调 1、调制：利用某种低频信号来控制或改变 高频振荡的某个参数的过程。 2、解调：从已调制信号中恢复原低频调制 信号的过程。 3、载波、调制信号、已调制信号（调幅波…. 4、调制与解调的作用 1）不失真的传输信号； 2）不失真的放大信号； 3）可实现信号的转换。,5、调幅与解调