机械工程技术基础总复习24

1、华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习机械工程测试技术机械工程测试技术考试时间：考试时间：1212月月2 2日（日（MonMon）19:30-2119:30-21：0000考试地点：考试地点：33023302华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习题型题型占分占分选择题选择题30填空题填空题32计算分析题计算分析题18综合分析题综合分析题20华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习1.7 1.7 课程安排课程安排绪绪论论信信号号的的获获取取课课堂堂讨讨论论测测试

2、试装装置置的的基基本本特特性性振振动动测测试试力力学学量量测测量量 实实验验内容如下内容如下 机械工程测试技术是机械制造及其自动化、农机械工程测试技术是机械制造及其自动化、农业机械及其自动化等专业主要的专业课程，主要培业机械及其自动化等专业主要的专业课程，主要培养学生对机械工程领域相关非电量进行测试的理论养学生对机械工程领域相关非电量进行测试的理论水平和技能。水平和技能。信信号号描描述述及及分分析析华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习 被测的量必须有明确的被测的量必须有明确的定义定义 ； 测量测量标准标准必须通过必须通过协议协议事先确定事先确定

3、对事物实施测量必须要满足如下对事物实施测量必须要满足如下两个前提条件：两个前提条件： 国际计量大会（国际计量大会（CGPMCGPM）定义了）定义了七个基本标准七个基本标准（国际单位（国际单位SISI）：）：长度长度（L,mL,m）、）、质量质量（M,kgM,kg）、）、时间时间（T,sT,s）、）、温度温度（ ,K,K）、）、电流电流（I,AI,A）、）、光强光强（J,cdJ,cd）和原子物理中的）和原子物理中的物质的量物质的量（N,molN,mol） 1.1 1.1 测量的基本认识测量的基本认识华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习1.3 1.3

4、 测试系统的一般构成测试系统的一般构成 一般说来，测试系统的一般说来，测试系统的核心部分核心部分由传由传感器、信号调理和信号分析与处理装置三感器、信号调理和信号分析与处理装置三部分组成。部分组成。被测对象被测对象传感器传感器信号信号调理调理信号信号分析分析与处理与处理物理量物理量电量电量华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习被测信息被测信息敏感元件敏感元件转换元件转换元件辅助电源辅助电源信号调理电路信号调理电路输出信息输出信息RLCRLC传感器传感器发电型传感器发电型传感器其他传感器其他传感器1.4.2 1.4.2 传感器的一般构成传感器的一般构成

5、华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习K K0 01 12 2 E E为为电阻应变片的灵敏度系数电阻应变片的灵敏度系数，该值对于特定的，该值对于特定的材料恒定为常数，说明：电阻值的相对变化与应变成正比，因材料恒定为常数，说明：电阻值的相对变化与应变成正比，因此通过测量应变此通过测量应变 ，便可测量电阻变化，这就是应变片原理。，便可测量电阻变化，这就是应变片原理。 （1 12 2 ） 项是由几何尺寸变化引起的，项是由几何尺寸变化引起的， E E 项是由于电阻率项是由于电阻率变化引起的。对于金属丝应变片来说，（变化引起的。对于金属丝应变片来说，（1 1

6、2 2 ） 项远大于项远大于 E E 项项 ，因此，因此而对于半导体而言，而对于半导体而言， E E 项远大于（项远大于（1 12 2 ） 项，因此公式可项，因此公式可简化为：简化为：K K0 0E E。 drdrldlRdR2ERdR2讨论讨论)21 (2RdR压阻效应指某些半导体材料在沿某一轴向压阻效应指某些半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。 华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习VER1R3R2R4单臂单臂 半桥半桥全桥全桥2.1.4 2.1.4 直流电桥直流电桥华南农业大学

7、工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习2.1.4 2.1.4 直流电桥直流电桥abcd1R2R3R4RyU0U1I2I若当四个桥臂的阻值变化同号时：若当四个桥臂的阻值变化同号时： UoRRRRRRRRUy)(4104030201设四个桥臂的初始电阻值均为设四个桥臂的初始电阻值均为R R0 0ERdR2电桥的和差特性电桥的和差特性 华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习12432.1.4 2.1.4 直流电桥直流电桥华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习 变极距型电容传感

8、器变极距型电容传感器灵敏度是初始极板间距的函数，灵敏度是初始极板间距的函数，随被测量而变化。随被测量而变化。C C与被测量之间是非线性关系。与被测量之间是非线性关系。因此，因此，变极距型电容式传感器常工作在一个较小的变极距型电容式传感器常工作在一个较小的范围内范围内（0.010.01数百微米），而且数百微米），而且最大应小于极最大应小于极板间距板间距的的1/51/51/101/10。减小。减小可以提高灵敏度。但可以提高灵敏度。但过小易导致电容器击穿（空气的击穿电压为过小易导致电容器击穿（空气的击穿电压为3kV3kVmmmm）。可在极间加一层云母片（其击穿电压大于）。可在极间加一层云母片（其击穿

9、电压大于 103kV/mm103kV/mm）或塑料膜来改善电容器耐压性能。）或塑料膜来改善电容器耐压性能。020ACS 2.2.1 2.2.1 变极距型电容式传感器变极距型电容式传感器华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习该类型电容式传感器存在着原理非线性，所以实际应用中，该类型电容式传感器存在着原理非线性，所以实际应用中，为了改善非线性、提高灵敏度和减小外界因素为了改善非线性、提高灵敏度和减小外界因素( (如电源电如电源电压、环境温度压、环境温度) )的影响，常常作成的影响，常常作成差动式结构差动式结构或采用适当或采用适当的测量电路来改善其非线性

10、。的测量电路来改善其非线性。可移动极板可移动极板差动式电容器中间可移动极板分别差动式电容器中间可移动极板分别与两边固定的电容器极板形成两个与两边固定的电容器极板形成两个电容电容C1C1与与C2C2，当中间极板向一方移，当中间极板向一方移动时，其中一个电容器动时，其中一个电容器C1C1的电容因的电容因间隙增大而减小，而另一个电容器间隙增大而减小，而另一个电容器C2C2的电容因间隙的减小而增大，因的电容因间隙的减小而增大，因此灵敏度将提高一倍。这种差动式此灵敏度将提高一倍。这种差动式电容传感器不仅可提高灵敏度，也电容传感器不仅可提高灵敏度，也相应地改善了测量线性度。相应地改善了测量线性度。 2.2

11、.1 2.2.1 变极距型电容式传感器变极距型电容式传感器华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习2.3.3 2.3.3 电涡流传感器电涡流传感器高频反射式高频反射式低频透射式低频透射式电涡流传感器的线圈与被测金属导电涡流传感器的线圈与被测金属导体间是磁性耦合，电涡流传感器是体间是磁性耦合，电涡流传感器是利用这种耦合程度的变化来进行测利用这种耦合程度的变化来进行测量的量的。被测物体的物理性质，以及。被测物体的物理性质，以及它的尺寸等都与总的测量装置特性它的尺寸等都与总的测量装置特性有关。一般来说，被测物的电导率有关。一般来说，被测物的电导率越高，传感

12、器的灵敏度也越高。越高，传感器的灵敏度也越高。在金属板内产生电涡流，该电涡在金属板内产生电涡流，该电涡流消耗了部分能量，使到达线圈流消耗了部分能量，使到达线圈L L2 2的磁力线减小，从而引起的磁力线减小，从而引起e e2 2的的下降。金属板厚度越大，电涡流下降。金属板厚度越大，电涡流损耗越大，损耗越大，e e2 2就越小。激励频率就越小。激励频率应选得较低。使贯穿深度大于被应选得较低。使贯穿深度大于被测厚度，通常选测厚度，通常选1kHz1kHz左右。左右。 华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习2.4.4 2.4.4 压电传感器测量电路压电传感器

13、测量电路压电传感器本身所产生的电荷量很小，而传感器本身的内压电传感器本身所产生的电荷量很小，而传感器本身的内阻又很大，因此其输出信号十分微弱，给后续电路提出很阻又很大，因此其输出信号十分微弱，给后续电路提出很高要求。需将压电传感器先接到高要求。需将压电传感器先接到高输入阻抗的前置放大器高输入阻抗的前置放大器，经阻抗变换之后再采用一般的放大、检波电路处理，方可经阻抗变换之后再采用一般的放大、检波电路处理，方可将输出信号提供给指示及记录仪表。将输出信号提供给指示及记录仪表。电压放大器电压放大器电荷放大器电荷放大器对电缆的对地电容十分敏感对电缆的对地电容十分敏感与电缆引线所形成的分布电容无关与电缆引

14、线所形成的分布电容无关华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习2.5 2.5 磁电式传感器磁电式传感器霍霍 尔尔 式式霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行测量的一种霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行测量的一种传感器。它可以直接测量磁场及微位移量，也可以间接测传感器。它可以直接测量磁场及微位移量，也可以间接测量液位、压力等工业生产过程参数。目前霍尔传感器已从量液位、压力等工业生产过程参数。目前霍尔传感器已从分立元件发展到了集成电路的阶段，正越来越受到人们的分立元件发展到了集成电路的阶段，正越来越受到人们的重视，应用日益广泛。重视，应用日益广泛

15、。（需供电源）（需供电源） 华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习 由由A A、B B两种不同的导体两端相互紧密地接在一起，组成一两种不同的导体两端相互紧密地接在一起，组成一个闭合回路。当两接点的温度不等（个闭合回路。当两接点的温度不等（TT0TT0）时，回路中就）时，回路中就会产生电动势，从而形成电流，串接在回路中的电流表指会产生电动势，从而形成电流，串接在回路中的电流表指针将发生偏转，这一现象通常称为针将发生偏转，这一现象通常称为热电效应（塞贝克效热电效应（塞贝克效应）应）。 ABTT0TTABABdTTTE0)0,(2.6 2.6 热电式传感

16、器热电式传感器华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习ABTT0ABTT0EAB(T)EB(T,T0)EAB(T0)EA(T,T0)热电偶回路中总的热电势热电偶回路中总的热电势应是接触电势与温差电势之和应是接触电势与温差电势之和ABAB(T, T(T, T0 0)=E)=EABAB(T) -E(T) -EABAB(T(T0 0) +E) +EB B(T, T(T, T0 0) -E) -EA A(T, T(T, T0 0) )2.6.1 2.6.1 热电式传感器工作机理热电式传感器工作机理华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习

17、机械测试技术基础总复习2.7 2.7 光电传感器光电传感器光电传感器是采用光电元件做为检测元件的传感光电传感器是采用光电元件做为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习 在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光外光电效应电效应，基于外光电效应的光电元件有，基于外光电效应的光电元件有光电管、光电光电管、光电倍增管倍增管

18、等；等； 在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光内光电效应电效应。基于内光电效应的光电元件有。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光光敏电阻、光敏晶体管敏晶体管等；等； 在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有，基于光生伏特效应的光电元件有光电光电池池等。等。 用光照射某一物体，光子能量就传递给电子，并且是用光照射某一物体，光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸

19、收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应。射的物体产生相应的电效应。光电效应光电效应华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习光电元件的主要特性光电元件的主要特性2.7.2 2.7.2 光电效应及光电器件光电效应及光电器件华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习2.7.2 2.7.2 光电效应及光电器件光电效应及光电器件华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习3.1.3 3

20、.1.3 信号的时域和频域描述信号的时域和频域描述数学描述数学描述时域描述时域描述频域描述频域描述无论采用哪一种无论采用哪一种描述方法，同一描述方法，同一信号均含有相同信号均含有相同的信息量，不会的信息量，不会因采取不同的方因采取不同的方法而增添或减少法而增添或减少原信号的信息量原信号的信息量 。三种方法都包含三种方法都包含了信号的全部信了信号的全部信息息华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习3.1.3 3.1.3 信号的时域和频域描述信号的时域和频域描述时间时间幅值幅值频率频率时域分析时域分析频域分析频域分析华南农业大学工程学院华南农业大学工程学

21、院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习由此可得该周期方波信号的傅里叶级数三角函数展开式：由此可得该周期方波信号的傅里叶级数三角函数展开式：.)5sin513sin31(sin4)(000ttttxAn030504/()03050其幅频谱和相频谱图如图其幅频谱和相频谱图如图 ：3.2.3 3.2.3 周期信号频域描述小结周期信号频域描述小结1tx(t)T/2T/2华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习3.2.3 3.2.3 周期信号频域描述小结周期信号频域描述小结周期信号的频谱是离散频谱；（周期信号的频谱是离散频谱；（离散性离散性）周期信号的

22、谱线均出现在基波及各次谐波频率处（出现周期信号的谱线均出现在基波及各次谐波频率处（出现在基波频率的整数倍上）；（在基波频率的整数倍上）；（谐波性谐波性）周期信号的幅值谱中各频率分量的幅值随着频率的升高周期信号的幅值谱中各频率分量的幅值随着频率的升高而减小，频率越高，幅值越小。工程中常见的周期信号，而减小，频率越高，幅值越小。工程中常见的周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小，因此，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小，因此，在频谱分析中没有必要取那些次数过高的谐波分量；在频谱分析中没有必要取那些次数过高的谐波分量；（收敛性收敛性）当周期信号有时间移位当周期信号有时间移位 时

23、，其振幅谱不变，相位谱发时，其振幅谱不变，相位谱发生生 n n 0 0 弧度的变化。弧度的变化。三角傅立叶级数与指数傅立叶级数并不是两种不同类型三角傅立叶级数与指数傅立叶级数并不是两种不同类型的级数，而只是同一级数的两种不同的表示方法。的级数，而只是同一级数的两种不同的表示方法。华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习3.3 3.3 非周期信号与连续频谱非周期信号与连续频谱傅里叶傅里叶级数展开级数展开0 t0 f离散频谱所对应的时域信号是否一定是周期信号离散频谱所对应的时域信号是否一定是周期信号具有离散频谱的信号不一定是周期信号。只有其各具有离散频谱

24、的信号不一定是周期信号。只有其各简谐成分的频率比是有理数，它们才能在某个时间简谐成分的频率比是有理数，它们才能在某个时间间隔后周而复始，合成后的信号才是周期信号。把间隔后周而复始，合成后的信号才是周期信号。把具有离散频谱的非周期信号称准周期信号。具有离散频谱的非周期信号称准周期信号。 华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习3.3.2 3.3.2 几种典型非周期信号的频谱几种典型非周期信号的频谱 函函 数数 ； 单位冲激函数单位冲激函数(t t) ) 也称狄拉克函数也称狄拉克函数或或函数，其定义是：在函数，其定义是：在t t00时，函时，函数值均为数

25、值均为0 0；在；在t t=0=0处，函数值为无穷处，函数值为无穷大，而脉冲面积为大，而脉冲面积为1 1。0, 1)(tdtt0, 0)( tt其频谱函数为：其频谱函数为：其包括了所有的频率成分，且所有频率其包括了所有的频率成分，且所有频率分量成分的幅度、相位都相同。因此，分量成分的幅度、相位都相同。因此，时域的时域的函数具有无限宽广的频谱，而函数具有无限宽广的频谱，而且在所有的频段上都是等强度的，这种且在所有的频段上都是等强度的，这种频谱常称为频谱常称为“均匀谱均匀谱”。 “ “白色谱白色谱”华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习 22/2/22

26、2sin/2/22sinsinsin,j tj tjjAGg t edtA edtA eeAA Sincxc xx（ ）称为抽样函数3.3.2 3.3.2 几种典型非周期信号的频谱几种典型非周期信号的频谱矩形窗函数矩形窗函数 华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习被测对象被测对象传感器传感器信号信号调理调理显示记显示记录装置录装置华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习4.1 4.1 误差描述误差描述“一切测量都有误差，误一切测量都有误差，误差自始至终存在于所有科差自始至终存在于所有科学试验的过程中学试验

27、的过程中” 误差：误差：测量装置的示值和被测量的真值之间的差值测量装置的示值和被测量的真值之间的差值 0 xxx华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习引用误差（满度相对误差）：引用误差（满度相对误差）：分母为仪器量程满度值分母为仪器量程满度值x xm m 。引用误差是为评价测。引用误差是为评价测量仪表的精确度等级而引入的，常以允许引用误差量仪表的精确度等级而引入的，常以允许引用误差值来作为准确度级别的代号。国际上规定：值来作为准确度级别的代号。国际上规定：电测仪电测仪表的精度等级指数分为表的精度等级指数分为0.10.1、0.20.2、0.50.5、

28、1.01.0、1.51.5、2.52.5、5.05.0七级。七级。 %100mxxr4.1 4.1 误差描述误差描述被测量值与量程被测量值与量程xmxm相差越小，测量精度越高。选量相差越小，测量精度越高。选量程时，应尽可能将测量值近似仪表满度值，程时，应尽可能将测量值近似仪表满度值，一般不一般不小于满度值的小于满度值的2/32/3。华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习)()(11tytx)()(22tytx)()()()(2121tytytxtx叠加性意味着作用于线性装置的各个输入所产生的输出叠加性意味着作用于线性装置的各个输入所产生的输出是互不

29、影响的；是互不影响的；一个输入绝不影响另一输入所引起的输一个输入绝不影响另一输入所引起的输出。出。在分析众多输入同时加在装置上所产生的总效果时，在分析众多输入同时加在装置上所产生的总效果时，可以先分别分析单个输入的效果，然后将这些效果叠加可以先分别分析单个输入的效果，然后将这些效果叠加起来表示总的效果。起来表示总的效果。4.2 4.2 线性时不变特征线性时不变特征叠叠 加加 原原 理理几个输入所产生的总输出是各个输入所产生的输几个输入所产生的总输出是各个输入所产生的输出叠加的结果。即若：出叠加的结果。即若：华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习4.

30、2 4.2 线性时不变特征线性时不变特征同同 频频 性性 同频性也称频率保持性同频性也称频率保持性。若给测试装置输入。若给测试装置输入某一频率的正（余）弦信号，则某一频率的正（余）弦信号，则稳态输出稳态输出必必定是与输入相同频率的正（余）弦信号。定是与输入相同频率的正（余）弦信号。 )sin()()sin()(00yxtYtytXtx华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习灵灵 敏敏 度度线线 性性 度度重重 复复 性性回程误差回程误差稳稳 定定 性性漂漂 移移分分 辨辨 力力阈阈 值值总总 精精 度度静态特性：静态特性：当被测量是恒定的、或是缓慢变

31、化的物理当被测量是恒定的、或是缓慢变化的物理量时所涉及的是系统的静态特性问题。当输入信号为量时所涉及的是系统的静态特性问题。当输入信号为一静态量时，测试装置的输出也是静态量，这时输出一静态量时，测试装置的输出也是静态量，这时输出与输入之间的关系称为测试装置的静态特性。是测试与输入之间的关系称为测试装置的静态特性。是测试装置的重要指标。装置的重要指标。 4.3 4.3 测试装置的静态特性测试装置的静态特性华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习线性度线性度 亦称非线性度或非线性误差。指装置的亦称非线性度或非线性误差。指装置的输出与输入偏差线性关系的程度

32、。实际输出与输入偏差线性关系的程度。实际的输出、的输出、 输入曲线与输入曲线与拟合曲线拟合曲线( (工作曲工作曲线，一般为直线线，一般为直线) )间必有偏差，其最大偏间必有偏差，其最大偏差的相对值差的相对值 E EL L 即为线性度即为线性度maxFSymxyxmaxFSymxyxmaxFSymxyxEL=maxYFS100%最大偏差最大偏差输出满量程值输出满量程值4.3 4.3 测试装置的静态特性测试装置的静态特性华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习灵敏度灵敏度 当装置输入一个变化量当装置输入一个变化量x x时，产生输出的变时，产生输出的变化量

33、化量y y；输出的变化量；输出的变化量y y与输入的变化量与输入的变化量x x的比值称作装置的灵敏度。的比值称作装置的灵敏度。 xySx yxy ixyxxySn ixxinxdydS 4.3 4.3 测试装置的静态特性测试装置的静态特性华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习4.3 4.3 测试装置的静态特性测试装置的静态特性重复性重复性 重复性亦称精度，是测试装置最重要的静态特重复性亦称精度，是测试装置最重要的静态特性。重复性表示由同一观察者采用相同的测量性。重复性表示由同一观察者采用相同的测量条件、方法及仪器对同一被测量所作的一组测条件、方法及

34、仪器对同一被测量所作的一组测量之间的接近程度。它表征测试装置随机误差量之间的接近程度。它表征测试装置随机误差接近于零的程度。重复性属于随机误差，接近于零的程度。重复性属于随机误差，一般一般根据标准偏差来计算重复性指标。根据标准偏差来计算重复性指标。 max FSymxyxix1ijy2ijy%100/32maxFSxyE2112) 1/()(njiijnyy其中：根据贝塞尔公式：其中：根据贝塞尔公式：华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习4.4.1 4.4.1 传递函数传递函数拉普拉斯变换拉普拉斯变换 具有相同传递函数的系统可以具有具有相同传递函数

35、的系统可以具有不同的物理结构；不同的物理结构； 测试装置 系统激励系统激励 系统响应系统响应X(s)H(s)Y(s)()()(sXsYsHH(s)H(s)与输入与输入x(t)x(t)及系统的初始状态无关及系统的初始状态无关，只表达了系统的传输特性只表达了系统的传输特性 华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习4.4.2 4.4.2 频率响应函数频率响应函数频率响应函数：频率响应函数：初始状态为零时，初始状态为零时，H(j)H(j)为输出量的为输出量的傅氏变换和输入量的傅氏变换之比。频率响应函数是傅氏变换和输入量的傅氏变换之比。频率响应函数是传递函数的

36、特例。传递函数的特例。 )()()(XYjH对于稳定的线性定常系统，可设对于稳定的线性定常系统，可设 ，根据拉氏，根据拉氏定义有：定义有：js 0)()(dtetyjYtj此式为单边傅里叶变换公式。相应地有此式为单边傅里叶变换公式。相应地有 ：niiimrrrjajbXYjH00)()()()()( 定定 义义华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习4.4.2 4.4.2 频率响应函数频率响应函数 幅频、相频特性分别表征装置对输入信号中各个频率分量幅频、相频特性分别表征装置对输入信号中各个频率分量幅值的缩放能力和相位角前后移动能力。幅值的缩放能力和相

37、位角前后移动能力。 tXtxsin)(0)sin()(0tYty测试装置测试装置系统激励系统激励 系统响应系统响应模模A A()()反映的是装置稳态输出与输入的幅值比（反映的是装置稳态输出与输入的幅值比（Y/XY/X）与被测信号频率与被测信号频率的对应关系，称为的对应关系，称为装置的幅频特性装置的幅频特性；其相角其相角()()反映的是装置稳态输出与输入的相位差角反映的是装置稳态输出与输入的相位差角（y-xy-x）与被测信号频率）与被测信号频率的对应关系，称为装置的的对应关系，称为装置的相频特性相频特性。统称。统称频率特性频率特性 华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机

38、械测试技术基础总复习4.4.2 4.4.2 频率响应函数频率响应函数函数测定函数测定华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习 例例：低通滤波器的：低通滤波器的幅频特性幅频特性如图如图a a所示，其所示，其相频特性相频特性为为0 0。若输入如图若输入如图b b所示的方波信号，试求滤波器的输出。假定方波所示的方波信号，试求滤波器的输出。假定方波信号为：信号为：基波频率基波频率 三次谐波频率为三次谐波频率为 . .由此可见由此可见, ,方波信号方波信号经该滤波器以后经该滤波器以后, ,其输出将只包含有直流分量其输出将只包含有直流分量E/2E/2和基波分量和

39、基波分量, ,并且基波幅值被衰减为原来的并且基波幅值被衰减为原来的2/3,2/3,输出表达式为输出表达式为 华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习)10cos(1)(5 . 0)(112111arctgtty)86. 210cos(499. 0)(1tty)()()(21txtxtx（1 1）)5 .2645100cos(17. 0)(2tty)()()(21tytyty（3 3）线性叠加性，有：）线性叠加性，有：（2 2）输入为）输入为 时，则输出时，则输出)(1tx)(1ty例：求周期信号例：求周期信号 ，通过传递，通过传递函数为：函数为： 的

40、传感器后所得到的稳态响应的传感器后所得到的稳态响应输出。输出。)45100cos(2 . 010cos5 . 0)(tttx1005. 01)(ssH华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习 设测试系统的输出设测试系统的输出y(t)y(t)与输入与输入x(t)x(t)满足关系：满足关系： y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t-tx(t-t0 0) )该系统的输出波形该系统的输出波形与输入信号的波形与输入信号的波形精确地一致，只是精确地一致，只是幅值放大了幅值放大了A A0 0倍，倍，在时间上延迟了在时间上延迟了t t0 0而已。这种情况下，而已。这

41、种情况下，认为测试系统具有认为测试系统具有不失真的特性。不失真的特性。t tA Ax(t)x(t)y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t)x(t)y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t- tx(t- t0 0) )时域条件时域条件4.5.4 4.5.4 装置不失真测量条件装置不失真测量条件华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习 y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t-tx(t-t0 0) ) Y()=AY()=A0 0e e-jt0-jt0X()X() 不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别满足不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别满足

42、 A()=AA()=A0 0= =常数常数 ()=-t()=-t0 0对时域条件做傅立叶变换对时域条件做傅立叶变换 ：4.5.4 4.5.4 装置不失真测量条件装置不失真测量条件频域定义频域定义华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习4.5 4.5 传感器选用原则传感器选用原则选择传感器主要考虑选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。等六个方面的问题。灵敏度灵敏度 一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要

43、考虑以下几个问题。确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。 a)a)灵敏度过高引起的干扰问题；灵敏度过高引起的干扰问题； b)b)量程范围。量程范围。 c)c)交叉灵敏度问题。交叉灵敏度问题。华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习4.6 4.6 测试装置动态特性参数测试测试装置动态特性参数测试 测试装置测试装置输入（激励）输入（激励）输出（响应）输出（响应）X(t)X(t)y(t)y(t)Y(Y( ) )X(X( ) )静态特性静态特性动态特性动态特性一阶装置一阶装置二阶装置二阶装置灵灵 敏敏 度度线线 性性 度度回程误差回程误差重重 复复 性性稳稳 定定 性性静态标定静态标定动态标定动态标定华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械测试技术基础总复习机械测试技术基础总复习 装置的静态特性标定装置的静态特性标定静态标准条件静态标准条件 没有加速度、振动、冲击及环境温度一般为室温、相对湿度不没有加速度、振动、冲击及环境温度一般为室温、相对湿度不大于大于8585，大气压力为，大气压力为1011018kPa8kPa标定仪器设备的精度等级标