机械工程测试技术基础复习

机械工程测试技术基础复习第一页，共36页。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第二页，共36页。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、测量结果的表达第三页，共36页。一、信号的分类及其描述

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第四页，共36页。

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、收敛性第五页，共36页。

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：连续性第六页，共36页。三、典型信号的频谱

1、δ(t)函数的频谱及性质

△(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：第七页，共36页。

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、变宽第八页，共36页。四、信号的特征参数

1、均值：静态分量（常值分量）

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第九页，共36页。五、自相关函数的定义及其特点

1、定义：

2、特点第十页，共36页。

4）自相关图六、互相关函数的定义及其特点

1、定义

2、特点第十一页，共36页。七、相关分析的应用八、相关系数与相干函数第十二页，共36页。九、自功率谱密度函数定义及其特点

1、定义第十三页，共36页。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>2fhfs>(3-4)fc

2、混叠：原因Ts↑(fs↓)第十四页，共36页。

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第十五页，共36页。

k>1时间轴压缩，频带加宽，幅值降低

k<1时间轴扩展，频谱变窄，幅值增高第十六页，共36页。

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）第十七页，共36页。

3）回程误差：与输入变化方向有关的输出特性。

4）分辨力（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)LF系统δ(t)h(t)第十八页，共36页。四、频率响应函数(频率特性)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。

第十九页，共36页。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

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。FFS=jω第二十页，共36页。七、一、二阶系统的动态特性

1、一阶系统（如：RC低通滤波器）

第二十一页，共36页。

2、二阶系统第二十二页，共36页。

不失真工作频率范围：八、系统的串并联

第二十三页，共36页。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第二十四页，共36页。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第二十五页，共36页。

接触式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≈λEρ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第二十六页，共36页。

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第二十七页，共36页。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第二十八页，共36页。

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

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第二十九页，共36页。

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，线性工作范围扩大近一倍；

3、提高了传感器工作的稳定性。第三十页，共36页。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=R2R4z1z3=z2z4

φ1+φ3=φ2+φ4直流电桥交流电桥Z1Z3=Z2Z4交流电桥：第三十一页，共36页。

3、交流电桥的调幅功能。

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、带阻滤波器第三十二页，共36页。

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/BQ↑→选择性↑

6）滤波器因数λ：

λ↓→选择性↑

3、倍频程滤波器：恒带宽比

4、理想滤波器是不可能实现第三十三页，共36页。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。