第一章-1-2被测参量特征.ppt

1、二、基本环节及各部分作用,（1） 转换器：把非电量转换成电量 有源：输出电量参量 V I Q 无源：输出电路参量 R L C （2）机械变换器：把待测量转换成转换器可以接受的非电量 转换器和机械变换器合称传感器 （3）测量电路：把电路参数转换成电量参数 （4）放大器：对不足以推动记录仪的输出信号进行放大 测量电路和放大器称测量仪器 （5）记录仪：记录数据,供分析和处理用。,测试系统和实例,三、电测的实质 通过测试系统各环节一系列的信号转换和传递，最后将代表被测参量变化规律的电信号加以记录。 能否真实反映被测参量变化规律，取决于对测量信号的分析及测量系统的各个环节。,1-2 被测参量的特征,被测

2、参量（信号） 是信息的载体，是工程测试的对象，它包含着反映被测物理系统的状态或特性的某些信息。 是发现规律及彼此间的联系 工程测试中需考虑的问题： 不失真的将被测信号反映出来 测量系统要具有高的性价比,激励（excitation）：测量系统的输入量。 响应（response）： 测量系统的输出量。 失真：测量系统的响应与激励的不一致性。 理想的系统： 测量系统的响应能真实地再现输入的变化，或者是 测量系统的响应是激励的相似量。,测量系统不失真测量与下列因素有关： 与测量系统的特性有关； 与被测参量（信号）的频率有关., 信号分析： 运用数学工具对信号加以分析研究，提取有用的信号，从中得到一些对

3、工程有益的结论和方法。 信号分析的主要作用： 测前准备： 为正确选用和设计测试系统提供依据。如对信号的有效带宽进行分析，确定相应的放大器工作带宽等。 测后分析： 分析被测信号的类别、构成及特征参数，使工程测试人员了解被测对象的特征参量，以便深入了解被测对象内在的物理本质。如对信号进行频谱分析以确定信号的频率组成等。,信号的分类： （1）根据信号的物理性质分为非电信号和电信号。 非电信号：随时间变化的力、位移、速度等信号 电信号：随时间变化的电流、电压、磁通等信号。 非电信号和电信号可以借助于一定的装置互相转换。在实际中，对被测的非电信号通常都是通过传感器转换成电信号，再对此电信号进行测量。,（

4、2）按信号在时域上变化的特性分：静态信号和动态信号。 静态信号：在测量期间内其值可认为是恒定的信号； 动态信号：指瞬时值随时间变化的信号。 一般信号都是随时间变化的时间函数，即为动态信号。 动态信号又可根据信号值随时间变化的规律细分为确定性信号和随机信号。 确定性信号又分为周期信号和非周期信号。 非确定性信号(随机信号)又分为平稳随机信号和非平稳随机信号。,信号的描述: （1）时域描述：人们直接观测或记录的信号一般是随时间变化的物理量，以时间作为独立变量的描述方法。它的特点是：只能反映信号的幅值随时间变化的规律。从时域图形中可以知道信号的周期、峰值和平均值等，可以反映信号变化的快慢和波动情况，

5、比较直观、形象，便于观察和记录。 （2）频域描述：是以频率作为独立变量而建立的信号与频率的函数关系。它的特点是：研究信号的频率结构，即组成信号的各频率分量的幅值及相位的信息。 二者的关系：它们是从不同的侧面观察，二者之间有着密切的关系且互为补充。我们之所以要对信号做不同域中的分析和描述，是因为我们分析一个信号所要解决的问题不同，所需要掌握信号的不同方面的特征。,1-2 被测参量的特征,被测信号分类关系图,1-2 被测参量的特征,简单周期信号,复杂周期信号,噪声信号(平稳),周期信号：按一定的时间间隔周而复始重复出现，无始无终的信号。,单自由度振动系统作无阻尼自由振动时 , 其位移 x(t) 瞬

6、时位置,衰减振动信号,如图是一种瞬变非周期信号，随时间无限增加而衰减致零。,非周期信号：,几种典型的非周期信号,一、特征介绍及描述方法 1、 特征的类型 物理特征：物理性质决定使用仪器的类型 量值特征：量程大小决定使用仪器的量程 时变特征：随时间变化的情况决定仪器的频率 2、 时变特征 静态过程：F（t）=常量 动态过程：F（t）=非常量,1-2 被测参量的特征,周期过程：F（t）= F（T+t） 非周期过程：F（t）F（T+t）,频谱分析（谐波分析）：用数学方法把时变函数变成一系列正弦函数的和或积分,二、周期过程的频谱分析 满足狄氏条件的周期性函数都可以展成傅里叶级数 F(t)满足狄氏条件的

7、周期性函数,n =1,2,3, 。,物理意义：任何周期性过程(非正弦曲线)都可以看作是成谐波关系的许多谐波分量(正弦曲线)的叠加。,时域描述: 横坐标表示各次谐波的时间,纵坐标表示各次谐波的幅值,得到时间谱图. 频域描述: 横坐标表示各次谐波的频率,纵坐标表示各次谐波的幅值,得到频率谱图.(幅频图); 以上两图成为频谱图 横坐标表示各次谐波的时间,纵坐标表示各次谐波的初相角,得到相位谱图. 周期函数的频谱是离散频谱。,时间域描述,频率域描述幅频图,用频率域表示，横坐标表示各谐波的频率，纵坐标表示各谐波的幅值(Fn)或相位，此图清晰地描述了各谐波分量的频率、幅值、相位间的关系，称频谱图。,某内燃

8、机活塞的加速度与时间的关系曲线(点划线所示)，此曲线可看成是成谐波关系的正弦曲线(如图中实线的一次谐波和二次谐波)的叠加。,周期过程的频谱特点 （1） 离散性：各正弦分量的频率是不连续的，是离散频谱。 （2） 谐波性：各正弦分量的频率是基波的整数倍。 （3） 收敛性：各分量的幅值随谐波次数的增加而减小（衰减）。,周期性方波,因为谐波的幅度总趋势是随谐波次数的增高而减小的，信号的能量主要集中在低频分量，所以谐波次数过高的那些分量，所占能量很少，高频分量可忽略不计。,取不同的谐波分量时,近似波形与实际波形的差别:,1）随着阶数n的增加，谐波系数An逐渐减小，当n很大时，An所起的作用很小。 2）低

9、频谐波幅值较大，是构成信号的主体，而高频谐波只起美化细节的作用。,在一定的误差范围内，只考虑有限的频率分量：从0频率 到所必须考虑的最高次谐波分量之间的频段称为信号的频 带宽度(有效带宽)。信号的频带宽度是一个重要的概念，这在信号处理中，在设计和选用测试装置时要充分注意。,信号的频带指信号包含频率成份的范围。,三. 非周期过程的频谱分析,三、非周期过程的频谱分析,若非周期函数为F(t)，则它的频谱F(j)由傅里叶变换求得：,三、非周期过程的频谱分析,各谐波分量的幅值、相角与频率间的关系：,冲击脉冲,非周期信号的特点: （1） 连续性：连续频谱 （2） 双边频谱：各正弦分量的频率有正负之分，对称

10、于纵轴 （3） 收敛性：幅值随谐波的增加而减小,幅频图,相频图,五、主要频率范围的估计 周期过程的周期T、非周期过程的持续时间是已知的,那么： 周期过程的基波频率为1/T,非周期过程的主要频率为1/ 周期过程： 0n/T n=710 非周期过程：0n/ n=45,无论是周期性或非周期性动态过程都可以利用频语分析的方法分解成一系列的谐波分量，即任一函数F(t)都可看成是一系列谐波分量的和或积分。 测试前利用这一概念，可初步估算被测参量的频率范因，以作为选择与设计电测装置的依据。处理试验数据时也可利用这一概念。根据实验结果利用图解法或频谱分析仪可直接求出各谐波分量或频谱图。,在选择测量仪器时，测量仪器的工作频率范围必须大于被测信号的频宽。 信号的频宽可根据信号的