测试技术基础总结

1、机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础课程总结课程总结一、一、信号的分类信号的分类 1. 确定性信号与随机信号确定性信号与随机信号 第一章第一章 信号分析基础信号分析基础2. 能量信号与功率信号能量信号与功率信号 1). 能量信号能量信号 dttx)(22). 功率信号功率信号 21)(1212ttdttxtt dt)t (x2机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结), 2, 1, 0()(0 nectxntjnn , 2, 1, 0)(1,000220 ndtetxTcHeretjnTTn 二、周期信号与离散频谱二、周期信号与离散频谱 在有限区间上，满足狄里赫利条件的在有限区间上

2、，满足狄里赫利条件的任一周期函数任一周期函数x(t)都可以展开成傅里叶级数，即都可以展开成傅里叶级数，即)()(0nTtftx 100)sin()(nnntnAatx 1000)sincos()(nnntnbtnaatx 三角函数展开三角函数展开复指数展开复指数展开机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结周期函数两种展开比较周期函数两种展开比较比较内容比较内容三角函数展开三角函数展开复指数函数展开复指数函数展开展开表达式展开表达式幅频图幅频图An - - （cn的实部的实部或虚部与或虚部与 作图，作图，分别称为：分别称为：实频谱实频谱图和虚频谱图图和虚频谱图）相频图相频图 n - n

3、- 频率频率 范围范围单边谱：单边谱：0 双边谱：双边谱：- 两种频谱各两种频谱各谐波幅值谐波幅值关系：关系：双边幅频谱为偶函数，双边相频谱为奇函数。双边幅频谱为偶函数，双边相频谱为奇函数。 100)sin()(nnntnAatx ntjnnectx0)( nc0021ac,Acnn 机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结1. 周期函数的频谱特点周期函数的频谱特点2. 周期信号的强度表述周期信号的强度表述三、瞬变非周期信号与连续谱三、瞬变非周期信号与连续谱1. 傅里叶变换傅里叶变换dfefXtxdtetxfXftjftj 22)()()()( 非周期信号由无非周期信号由无限多个、频率

4、无限限多个、频率无限接近的频率成分组接近的频率成分组成，其频谱是连续成，其频谱是连续的。的。 dtetxXtj )(21)( deXtxtj )()(机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结2. 傅里叶变换的主要性质傅里叶变换的主要性质1). 奇偶虚实性奇偶虚实性2). 对称性对称性3). 时间尺度改变特性时间尺度改变特性4). 时移和频移特性时移和频移特性5). 卷积特性卷积特性6). 微分和积分特性微分和积分特性3. 几种典型信号的频谱几种典型信号的频谱1). 矩形窗函数的频谱矩形窗函数的频谱2). 函数的频谱函数的频谱a. 函数的采样性质函数的采样性质b. 函数与其他函数的卷积函

5、数与其他函数的卷积c. (t)函数的频谱函数的频谱3). 正、余弦函数的频谱密度函数正、余弦函数的频谱密度函数4). 周期单位脉冲序列的频谱周期单位脉冲序列的频谱7). 线性叠加性线性叠加性机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结1/2 0cnR0- 0 1/2实频图实频图cnI1/2 00- 0 -1/2虚频图虚频图1/2 00- 0 1/2nc1/2 00- 0 1/2nc双边幅频图双边幅频图 0An0 1 0An0 1单边幅频图单边幅频图ImX(f)1/2f00-f0f-1/21/2f0ReX(f)0-f01/2f频谱密度函数频谱密度函数时域波形时域波形cos2 f0 tsin2

6、 f0 t机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结四、随机信号四、随机信号1). 样本函数样本函数xi(t)2). 随机过程随机过程xi(t)3). 集合平均集合平均4). 时间平均时间平均5). 各态历经（遍历性）随机过程各态历经（遍历性）随机过程1. 随机信号的主要特征参数随机信号的主要特征参数1). 均值均值 、方差方差 和均方值和均方值2x 2x 2). 概率密度函数概率密度函数 4). 自相关、互相关函数自相关、互相关函数 T0)()(1lim)(dttxtxTRTx TTxydttytxTlimR0)()(1)( 3). 相关系数相关系数能量信号能量信号: -)()()(d

7、ttxtxRx dttytxRxy)()()( 机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结相关函数的性质比照相关函数的性质比照比较内容比较内容自相关自相关互相关互相关奇偶性奇偶性偶函数偶函数- x= 0时，时， Rx( )= 0 x= y= 0时，时，Rxy( )不一定等于不一定等于0最大值最大值 = 0 若若 = 0互相关取最大值，互相关取最大值， 0反映反映两随机变量的两随机变量的滞后时间滞后时间。周期信号周期信号 为同频率为同频率的周期信号，的周期信号，不保留原信不保留原信号的相位信号的相位信息。息。同频率：同频率：为同频率的周期信号，为同频率的周期信号，且保留原信号的相位信且保留

8、原信号的相位信息。息。不同频率：不同频率：互不相关互不相关机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结5).自功率谱密度函数自功率谱密度函数 deRfSfjxx2)()(实偶函实偶函数数机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结6).互功率谱密度函数互功率谱密度函数 deRfSfjxyxy2)()()()()(fSfSfHxxy 五、数字信号处理的基本步骤五、数字信号处理的基本步骤由由0和和1组成的组成的二进制二进制数字数字编码编码时间截取时间截取时域采样时域采样x(t)时间截取时间截取量量 化化频域离散频域离散X(f)a. 采样时间间隔采样时间间隔Tsb. 采样频率采样频率d. 频

9、率分辨率频率分辨率c. 采样时间采样时间机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结1. A/D转换过程中出现的问题转换过程中出现的问题1). 采样过程出现的问题采样过程出现的问题2). 时域截断过程出现的问题时域截断过程出现的问题3). 量化过程出现的问题量化过程出现的问题4). 频域采样过程出现的问题频域采样过程出现的问题栅栏效应栅栏效应第二章第二章 测量装置的基本特性测量装置的基本特性一、一、测量装置的静态特性测量装置的静态特性 线性度、灵敏度、回程误差、分辨力、零点漂移及灵敏度线性度、灵敏度、回程误差、分辨力、零点漂移及灵敏度漂移漂移 频率混叠现象（采样定理）频率混叠现象（采样定理

10、）机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结1. 系统输入与输出的动态关系系统输入与输出的动态关系a. 脉冲响应函数脉冲响应函数h(t)二、测量装置的动态特性二、测量装置的动态特性b. 频响函数频响函数H( )c. 传递函数传递函数H(s)()()( XYH )()()(sXsYsH )()()( jeAH 2. 频率响应函数频率响应函数H( )的确定的确定1) 阶跃函数响应法阶跃函数响应法 ； 2) 正弦波法正弦波法； 3) 脉冲响应函数法脉冲响应函数法； 性质、含义性质、含义3. 系统的串联与并联系统的串联与并联; )()(1 niiHH niiHH1)()( 机械工程测试技术基础总

11、结机械工程测试技术基础总结4. 一阶系统的动态特性一阶系统的动态特性;11)( ssH ;11)( jH-3dB(0.707) /1)(teth th(t)0 2 3 4 1/ 时间常数时间常数 越小，系统工越小，系统工作性能越好。作性能越好。机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结5. 二阶系统的动态特性二阶系统的动态特性 影响二阶系统影响二阶系统动态特性的参数动态特性的参数是是 n和和 。机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结三、三、测试装置对任意输入的响应测试装置对任意输入的响应 一阶、二阶系统在单位阶跃激励下的一阶、二阶系统在单位阶跃激励下的稳态输出误差为稳态输出误差

12、为0； 、 和和 n的影响。的影响。四、实现不失真测量条件四、实现不失真测量条件A ( ) = A0=常数常数 ( ) = -t0 频域条件频域条件y(t) = A0 x (t - t0)时域条件时域条件五、五、测试装置动态特性的测量测试装置动态特性的测量1. 一阶系统时间常数一阶系统时间常数 测量测量2. 二阶系统二阶系统 和和 n测量测量 六、负六、负 载载 效效 应应负载效应的定义负载效应的定义七、测量装置的抗干扰七、测量装置的抗干扰电磁干扰、电源干扰、信道干扰电磁干扰、电源干扰、信道干扰机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结第三章第三章 常用传感器与敏感元件常用传感器与敏感元

13、件机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结名 称变换原理用处接触式变阻器式传感器利用电阻自身特性，将电阻丝长度变化电阻变化测位移、力等金属电阻应变片利用导体形变，将应变电阻相对变化测应变、应力、力半导体应变片利用半导体压阻效应，将应变电阻相对变化测应变、应力、力电容式传感器利用电容自身特性，将极板相对位置及其介质变化电容变化测位移、材质特性变化电感式传感器利用电磁感应原理，将磁路中磁阻变化电感变化测位移、力磁电动圈式传感器利用电磁感应原理，将磁通量变化电压变化测速度压电式传感器利用导体压电效应，将力的变化电荷变化测力、加速度热电偶传感器利用热电效应，将温度变化热电势变化测温度热电阻传感

14、器利用材料热敏效应，将温度变化电阻变化测温度非接触式涡流式电感传感器利用电磁感应原理，将磁通的变化自感变化测位移、力、材质内部特性变化磁电磁阻式传感器利用电磁感应原理，将磁路中磁阻变化电压变化测位移、零件数量检测极距性电容式传感器利用电容自身特性，将极板相对位置变化电容变化测位移第四章第四章 信号的调理与记录信号的调理与记录一、电桥一、电桥1. 直流电桥直流电桥2Rabcd0U1R3R4ReU电桥平衡条件：电桥平衡条件：4231RRRR 单臂电桥：单臂电桥：eURRU40 半桥：半桥：eURRU20 全桥：全桥：eURRU 022RR abcd0U11RR eU44RR 33RR eURRRR

15、RRRRU)(4143210 电桥的和电桥的和差特性差特性机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结2. 交流电桥交流电桥2Zabcd0U1Z3Z4ZeUI1I2电容电桥的平衡关系可写为：电容电桥的平衡关系可写为：4231ZZZZ 4231 04020301ZZZZ 二、调制与解调二、调制与解调调制信号、载波信号、已调信号、解调的概念调制信号、载波信号、已调信号、解调的概念调制信号分类调制信号分类调幅、调频、调相调幅、调频、调相1. 幅值调制与解调幅值调制与解调a. 同步解调同步解调b. 包络检波（亦称整流检波，为异步解调）包络检波（亦称整流检波，为异步解调）c. 相敏检波（亦称为同步检

16、波）相敏检波（亦称为同步检波）机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结2. 频率调制与解调频率调制与解调谐振鉴频器解调谐振鉴频器解调三、三、 滤波器滤波器1. 滤波器分类滤波器分类低通、高通、带通、带阻低通、高通、带通、带阻2. 滤波器性能分析滤波器性能分析 1). 理想滤波器理想滤波器A (f) = A0=常数常数 ( f ) = -2 f t02). 实际滤波器实际滤波器 截止频率截止频率fc1和和fc2 纹波幅度纹波幅度 带宽带宽B品质因数品质因数Q倍频程选择性倍频程选择性W滤波器因素（矩形系数）滤波器因素（矩形系数） fc1fc2BA0A0+ A0- 0f)( fH0.707A

17、0通带通带阻带阻带过渡带过渡带机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结3. 实际滤波电路实际滤波电路a. 一阶一阶RC低通滤波器低通滤波器0uRCiu b. 一阶一阶RC高通滤波器高通滤波器0uCRiu RC高低通滤波器的幅频特性高低通滤波器的幅频特性)( fHd. 高阶高阶RC滤波器滤波器e. 带通滤波器组带通滤波器组c. 一阶一阶RC高通滤波器高通滤波器机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结第七、八章第七、八章 振动、应变与扭矩测量振动、应变与扭矩测量一、振动测量一、振动测量1. 惯性式测振传感器惯性式测振传感器a. 位移传感器位移传感器电容传感器、涡流传感器、磁阻式传感器等电容传感器、涡流传感器、磁阻式传感器等b. 速度传感器速度传感器c. 加速度传感器加速度传感器二、应变测量二、应变测量应变测量原理应变测量原理应变测量组成及装置应变测量组成及装置三、应力测量三、应力测量a. 单向应力状态单向应力状态b. 平面应力状态平面应力状态磁电动圈式传感器磁电动圈式传感器压电传感器压电传感器机械工程测试技术基础总结机械工程测试技术基础总结1. 影响应变测量的因素及其消除方法影响应变测量的因素及其消除方法 温度的影响及温度补偿温度的影响及温度补偿 补偿方法补偿方法测试操作时需满足