工程测试技术_总复习

1、西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院工程测试技术工程测试技术总复习总复习西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院1、测试与测试系统n测试是人们认识客观事物的方法。测试泛指测测量量和试验试验两个方面的技术。西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院1 1）从信号描述上分为）从信号描述上分为 -确定性信号与非确定性信号；确定性信号与非确定性信号； 为深入了解信号的物理实质，将其进行分类为深入了解信号的物理实质，将其进行分类研究是非常必要的，从不同角度观察信号，可将研究是非常必要

2、的，从不同角度观察信号，可将信号分为：信号分为： 2、信号的分类2 2）从可实现性）从可实现性 -物理可实现信号与物理不可实现信号物理可实现信号与物理不可实现信号；西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院4 4）从自变量连续性上分为）从自变量连续性上分为 - -连续信号与离散信号；连续信号与离散信号；3 3）从分析域上分为）从分析域上分为-时域信号与频域信号；时域信号与频域信号；2、信号的分类5 5）从信号的能量与功率上分为）从信号的能量与功率上分为-能量有限信号与功率有限信号；能量有限信号与功率有限信号；西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院a)a)

3、能量有限信号能量有限信号 在所分析的区间（在所分析的区间（-，），能量为有限），能量为有限值的信号称为能量有限信号，满足条件：值的信号称为能量有限信号，满足条件： dttx)(2持续时间有限持续时间有限的瞬态信号是能量有限信号。的瞬态信号是能量有限信号。西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院关于关于“ 信号的能量信号的能量 ” 可作如下解释可作如下解释（从哲学、物理）：（从哲学、物理）：dtRtUE)(2dtRtIE)(2电流在区间（电流在区间（ -， ）内消耗在电阻上的能量）内消耗在电阻上的能量为：为：上述每种情况，能量都是正比于信号平方的积分，当上述每种情况，能量都是正比于信号平方的积分

4、，当R=1R=1时，为：时，为：dttxE)(2即为信号即为信号x(tx(t) )的的“能量能量”如矩形脉冲信号如矩形脉冲信号 衰减指数函数衰减指数函数电压在区间（电压在区间（ -， ）内消耗在电阻上的能量）内消耗在电阻上的能量为：为：以电信号为例：（通常是以电信号为例：（通常是电压电压或或电流电流）则：则：西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院b)b)功率有限信号功率有限信号 许多信号如周期信号、随机信号，在所分析的区间许多信号如周期信号、随机信号，在所分析的区间（-，），能量不是有限值此时，研究信号的平均），能量不是有限值此时，研究信号的平均功率更为合适。功率更为合适。 一般一般持续时间

5、无限持续时间无限的信号都属于功率有限信号的信号都属于功率有限信号: 如单自由度振动系统，其位移信号如单自由度振动系统，其位移信号x(tx(t) )就是能量无限就是能量无限的正弦信号，但一定区间内其功率却是有限的。的正弦信号，但一定区间内其功率却是有限的。TTTTdttx)(lim0221西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院n能量有限信号与功率有限信号有何关系？能量有限信号与功率有限信号有何关系？n为什么要讨论能量有限信号与功率有限信号？为什么要讨论能量有限信号与功率有限信号？ 能量有限信号的平均功率为零，能量有限信号的平均功率为零， 功率有限信号的能

6、量为无穷大。功率有限信号的能量为无穷大。 能量有限信号与功率有限信号的傅立叶变能量有限信号与功率有限信号的傅立叶变换不同换不同2、信号的分类西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院6 6） 时域有限信号与频域有限信号时域有限信号与频域有限信号 a) a) 时域有限信号时域有限信号 在时间段在时间段(t1(t1，t2)t2)内不恒为零，在其外恒等于零。内不恒为零，在其外恒等于零。 b) b) 频域有限信号频域有限信号 经过傅立叶变换，在频率区间经过傅立叶变换，在频率区间(f1(f1，f2)f2)内不恒为零，内不恒为零，在其外恒等于零在其外恒等于零 三角三角脉冲脉冲信号信号正弦波幅值谱正弦波幅值谱

7、矩形脉冲矩形脉冲 三角脉冲三角脉冲 余弦脉冲余弦脉冲而周期信号、指而周期信号、指数衰减信号、随数衰减信号、随机过程等则为时机过程等则为时域无限信号域无限信号西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院n时域有限信号与频域有限信号有何关系？时域有限信号与频域有限信号有何关系？n为什么要讨论时域有限信号与频域有限信号？为什么要讨论时域有限信号与频域有限信号？西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院3 3、周期信号的频谱分析、周期信号的频谱分析傅立叶级数傅立叶级数 周期信号分析的基础周期信号分析的基础 任何周期信号都可以分解

8、为有限（或任何周期信号都可以分解为有限（或无穷多）个正弦交流信号的叠加无穷多）个正弦交流信号的叠加（应满足一定的条件）（应满足一定的条件）西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院 -傅里叶级数的含义是什么？傅里叶级数的含义是什么？ 积分变换、映射积分变换、映射-站在另一个观点站在另一个观点西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院 -傅里叶级数与傅里叶变换傅里叶级数与傅里叶变换n周期信号的频谱与非周期信号的频谱周期信号的频谱与非周期信号的频谱有何不同？有何不同？4 4、非周期信

9、号的频谱分析、非周期信号的频谱分析n转换到频域的形式有何不同？转换到频域的形式有何不同？西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院0001001( )(cossin)2cos()2nnnnnnaf tanw tbnw tAAnw t 傅里叶级数的表达式为：傅里叶级数的表达式为： 傅里叶变换的表达式为：傅里叶变换的表达式为：( )( )1( )( )2j tj tFf t edtf tFed西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院 5 5、信号的傅里叶变换与、信号的傅里叶变换与 测试系统的傅里叶变换有何不同？测试系统的傅里叶变换有何不同？ -通过幅频特性和相

10、频特性来表达通过幅频特性和相频特性来表达n信号的信号的幅频特性幅频特性和和相频特性相频特性的的 物理意义是什么？物理意义是什么？n测试系统的测试系统的幅频特性幅频特性和和相频特性相频特性的的 物理意义又是什么？物理意义又是什么？西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院信号的幅频特性和相频特性的物理意义信号的幅频特性和相频特性的物理意义西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院测试系统的幅频特性和相频特性的物理意义测试系统的幅频特性和相频特性的物理意义西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院6 6、测试系统的特性、测试系统的特性 静态特性静态特性 动态特性动

11、态特性 动态特性可以用传递函数、频率响动态特性可以用传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数来表示应函数和脉冲响应函数来表示西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院一阶测试系统的特性一阶测试系统的特性1( )1H ss惯性环节惯性环节时间常数时间常数西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院 二阶测试系统的特性二阶测试系统的特性222( )2nnnH sss222( )2nnasbscH sssn固有频率固有频率阻尼比阻尼比西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院7 7、系统不失真测试的条件、系统不失真测试的条件西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业

12、大学机电学院西安工业大学机电学院8、电桥、电桥电电桥桥总总结结西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院8 8、调幅与解调、调幅与解调 （1）调幅过程在时域上是调制信号与载波信号相乘的运算。 （2）在频域上是调制信号频谱与载波信号频谱卷积的运算，相当于频谱相当于频谱“搬移搬移”过程过程。 （3）从调制过程看，载波频率必须高于原信号中的最高频率才能使已调制波仍能保持原信号的频谱图形，不致重叠。 西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院-2fzZ(t)1/2Xm(t)tfz-fzofXm(f)offm-fmtoX(t)fofz-fz1/21/2Z(f)toX(

13、f)1/2Xm(t)t2fzofXm(f)西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院9、相关函数的图形及性质、相关函数的图形及性质 （a）自相关函数是）自相关函数是 的的偶函数，偶函数，R RX X( ( )=R)=Rx x(- (- ) )；（b b）当）当 =0=0 时，时，自相自相关函数具有最大值。关函数具有最大值。（c c）周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，）周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，但不保留原信号的相位信息但不保留原信号的相位信息。（周期信号不衰减）。（周期信号不衰减）（d d）随机噪声信号的自相关函数将随）随机噪声信

14、号的自相关函数将随 的增大快速的增大快速衰减。衰减。西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院（e e）两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周）两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信号，且保留原了信号的相位信息期信号，且保留原了信号的相位信息。（同频相。（同频相关，不同频不相关）关，不同频不相关）（f f）互相关函数在）互相关函数在 处取得最大值。处取得最大值。0（g g）原信号与随机噪声信号的互相关函数将随）原信号与随机噪声信号的互相关函数将随 的增大快速衰减。的增大快速衰减。西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院案例案例A：互相关分析对地下输油管道漏损位置的探测互相关分析对地下输油管道

15、漏损位置的探测X1X2x1,x2处放置传感器处放置传感器1，2，漏损处，漏损处k视为向两侧传播声波的声源。因两视为向两侧传播声波的声源。因两传感器位置离漏损处不等，其声波传到传感器就有时差，信号传感器位置离漏损处不等，其声波传到传感器就有时差，信号x1,x2 做相关分析，找出相关值最大时的做相关分析，找出相关值最大时的 ，即可确定漏损位置。，即可确定漏损位置。（在互相关图上，（在互相关图上， = m处，处，Rx1x2()的最大值的最大值m就是时差）就是时差）度声音在管道中的传播速处的距离两传感器的中心至漏损vsvttvSm21)(2112西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院 案例案例B：用

16、相关法测试热轧钢带运动速度用相关法测试热轧钢带运动速度mdv西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院1010、位移测试的应用、位移测试的应用西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院变隙电感式压力传感器：变隙电感式压力传感器：膜盒、膜盒、 铁芯、铁芯、 衔铁及线衔铁及线圈等组成圈等

17、组成, , 衔铁与膜盒的衔铁与膜盒的上端连在一起。上端连在一起。变隙电感式压力传感器结构图 自感式应用自感式应用西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院探探头头测量测量电电桥桥交流交流放放大大相敏相敏检检波波指指示示器器振荡振荡器器西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院 差动变压器式传感器可直接用于差动变压器式传感器可直接用于位移测量位移测量，也可以用来测，也可以用来测量与位移有关的任何机械量，如振动，加速度，应变等等。量与位移有关的

18、任何机械量，如振动，加速度，应变等等。 当压差变化时，腔内当压差变化时，腔内膜片位移使差动变压器次膜片位移使差动变压器次级电压发生变化，输出与级电压发生变化，输出与位移成正比，与压差成正位移成正比，与压差成正比。比。西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院 沉筒式液位计将水位变沉筒式液位计将水位变化转换成位移变化，再转换化转换成位移变化，再转换为电感的变化，差动变压器为电感的变化，差动变压器的输出反映液位高低。的输出反映液位高低。西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院西安工业大学机电学院P4.4 电容式传感器的应用 西安工业大学机电学院