测试技术总复习

机械工程测试技术课程考核评分规则,测试技术与信号处理 总复习,绪 论,1.了解测试技术概况及其应用 2.掌握测试技术的概念和系统组成,1.了解信号分类方法 2.掌握信号的描述方法 1) 时域描述方法 2) 频域描述及分析方法 (1) 周期信号与傅里叶级数 (2) 非周期信号与傅里叶变换及主要性质 (3) 典型信号的频谱等,第1章 信号及其描述,信号的分类,（随机信号）,周期信号的频谱分析 （三角函数、复指数函数）,1. 傅里叶级数的三角函数展开式,变形为：,2. 傅里叶级数的复指数函数展开式,欧拉公式,4. 周期信号频谱的三性 离散性、谐波性、收敛性,3. 利用三角函数与复指数函数展开式不同点,单边谱与双边谱；实频谱、虚频谱,傅里叶变换 傅里叶变换的主要性质 尺度改变、时移、频移、卷积、微分、积分等 典型信号的频谱 矩形脉冲信号、 函数及性质、正、余弦函数,非周期信号的频谱分析,非周期信号的频谱分析,傅里叶变换对,连续幅值谱,连续相位谱,测试技术与信号处理,f 或 w 是连续变化的, 函数频谱, 函数特性（采样性质）, 乘积性, 积分性, 卷积性,测试技术与信号处理,End,第2章 信号处理初步,了解数字信号处理系统的组成 信号处理、预处理的目的 产生频率混叠的原因及解决方法 掌握信号采样定理 掌握相关分析方法 自相关函数和互相关函数的性质及计算方法,信号处理的目的 ： 1) 分离信、噪，提高信噪比； 2) 从信号中提取有用的特征信号； 3) 修正测试系统的某些误差，如传感器的线性误差、温度影响等。,测试工作的目的：是获取反映被测对象的状态和特征的信息。但是有用的信号总是和各种噪声混杂在一起的，有时本身也不明显，难以直接识别和利用。只有分离信、噪，并经过必要的处理和分析、清除和修正系统误差之后，才能比较准确地提取测得信号中所含的有用信息。,预处理包括: 1)电压幅值调理，以便适宜于采样，总是希望电压峰-峰值足够大，以便充分利用AD转换器的精确度。 2)必要的滤波，以提高信噪比，并滤去信号中的高频噪声。 3)隔离信号中的直流分量 （如果所测信号中不应有直流分量）。 4)如原信号经过调制，则应先行解调。 预处理环节应根据测试对象、信号特点和数字处理设备的能力妥善安排。,采样定理,为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。,fs 2 fh,满足采样定理，只保证不发生频率混叠，而不能保证此时的采样信号能真实地反映原信号x(t)。工程实际中采样频率通常大于信号中最高频率成分的3到5倍。,信号的自相关函数,各态历经随机信号,周期信号,瞬变信号,信号的互相关函数,各态历经随机信号,周期信号,瞬变信号,同频率相关，不同频不相关。,相关函数的性质,相关函数描述了两个信号间或信号自身不同时刻的相似程度，通过相关分析可以发现信号中许多有规律的东西。,(1)自相关函数是 的偶函数，Rx( )=Rx(-)；,(2)当 =0 时，自相关函数具有最大值。,(3)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。,(4)两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信号， 且保留原两个信号之间的相位信息(相位差)。,(5)两个非同频率的周期信号互不相关。,End,第3章 测试装置的基本特性,1. 建立测试系统的概念 2. 掌握测试系统的静、动态特性 （传递函数、频率响应函数、脉冲响应函数） 3. 掌握一阶和二阶系统的特性 4. 了解测试系统在典型输入下的响应 5. 掌握实现不失真测试的条件 6. 了解测试系统特性的测量方法 7. 了解测试系统抗干扰与负载效应,系统特性的划分,静态特性：当被测量不随时间变化或变化缓慢时，输出量与输入量之间的关系成为静态特性，可以用代数方程表示。 动态特性：当被测量随时间迅速变化时，输出量与输入量之间的关系称为动态特性，可以用微分方程表示。（频率响应函数）,典型系统的特性,1. 一阶系统,微分方程、传递函数、 主要参数 频响函数、频率特性（幅频、相频）,2. 二阶系统,单位阶跃 单位脉冲,测试装置对典型输入的响应,实现不失真测量的条件,&,时域：,频域：,End,第4章 常用传感器,掌握传感器的定义和分类 掌握常用传感器工作原理及优缺点 包括各种效应、传感器主要特征参数含义 掌握传感器测量电路的基本原理 交直流电桥、直流极化电路、电荷放大电路 传感器选用原则,电桥三种接法的比较：,定义电桥灵敏度为,单臂电桥连接,半桥连接,全桥连接,两个工作桥臂,四个工作桥臂,一个工作桥臂,电桥接法不同， 灵敏度也不同， 全桥连接最大。,有非线性误差,无非线性误差,无非线性误差,End,第5章 信号的调理与记录,了解模拟信号放大电路原理 掌握调制与解调的基本原理及电路 调幅、调频 电桥、包络检波、相敏检波、鉴频 掌握滤波器的分类和特性，基本参数定义 和物理意义 实际RC滤波电路分析方法（频率响应函数）,a) 幅值调制(AM),b) 频率调制(FM),c) 相位调制(PM), y(t)的幅值随x(t)变化而变化, y(t)的频率随x(t)变化而变化, y(t)的相位随x(t)变化而变化,调制类型,幅度调制,同步解调,又称-3dB带宽，单位为Hz。带宽表示滤波器的分辨能力，即滤波器分离信号中相邻频率成分的能力。,fc1,fc2,A0,0.707A0,(1) 截止频率fc：0.707A0 所对应的频率。,(3) 纹波幅度d：通带中幅频特性值的起伏变化值。,(4) 品质因子Q：中心频率和带宽之比。,Q=f0 / B,(2) 带宽B：上下两截止频率之间的频率范围。,B=fc2 - fc1,f0,d 值应越小越好,Q 越大，则相对带宽越小，滤波器的选择性越好。,滤波器,基本参数,实际滤波电路,在测试系统中，常用RC滤波器。因为RC滤波器电路简单，抗干扰强，有较好的低频性能，并且选用标准阻容元件 。,RC无源滤波器：,低通滤波器,高通滤波器,End,第6章