机械工程测试技术基础知识点整合

1、第一章绪论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静态测量：是指不随时间变化的物理量的测量。动态测量：是指随时间变化的物理量的测量。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、 测量结果的表达第二章信号分析与处理-、信号的分类及其描述1、分类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x(/) = 1,2,数学工具：傅里叶级

2、数方 法：求信号傅里叶级数的系数频谱特点：离散性谐波性人(正弦型信号周期信号1复杂周期信号 准周期信号又旧亏 各态历经信号 非各态历经信号非周期信号-f平稳随机信号 随机信号I非平稳随机信号连续信号离散信号模拟信号数字信号能量信号功率信号，传感器，信号调理显示与记录仪收敛性（见表1-2） 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X（，）=匚知次戒也皿）=匚频谱特点：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：连续性三、典型信号的频谱1、a （t

3、）函数的频谱及性质（f）=i频率无限，强度相等，称为 均匀谱采样性质：机切）=/（。）刘）s（r土）/（?）=/（+fo）如 士o）积分特性：机”（少，二顶0）外土 Q 处妙=/（日o）卷积特性:/(0(0=/(0/(，)*% 4)=Afk)2、正、余弦信号的频谱（双边谱）COS 2私F二y （*命十/而）sin 2矶，=J-工而-/ 咐）21】cos2/-5（/ +九）+，（/-/；）$矶，。5（/+儿）顼（/ 7；）2欧拉公式把正、余弦实变量转变成复指数形式，即一对反向旋转失量的合成。号的傅里叶变换问题，得到了周期信号的双边谱，使信号的频谱分析得到了统一。已知（，）=*（前-30）绘制信号

4、双边谱。工（f） =cos 30 cos企* +sin 30 sincoV3亦.=cos + 0.5sm =+a呷）+LL-j_ 次呷）4 4 珀）0乎雄+气）+沧 S+ L例（ + 企口 ） -30）- t（?Q）4欧拉公式T 实频谱T 虚频谱解决了周期信3、截断后信号的频谱频谱连续、频带变宽（无限）lx（t）* w（t）i x（t）wCt）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？22、 均方值% :强度（平均功率）X均方根值rms:有效值3、方差贝:波动分量五、自相关函数的定义及其特点1、定义:+ r) = Hmx(小(，+M2、特点4、概率密度函数:在幅值

5、域描述信号幅值分布规律1）-+ B2）氏（0）=-；=尺+北=7?上底当T TS时，不含周期分量，含周期分量，氏（）呈周期变化3）R*）为偶函数，即，Rj）=，e）4）正、余弦信号的自相关函数为余弦信号，保留了原 信号的幅值（W）、频率0漏息，丢失了相位信息。3、自相关图六、 互相关函数的定义及其特点1、 定义心（丁）=Ex（F）y（7 + r） = limr加）讪+ r）dtJ.*- J u2、特点1）的非奇非偶函数，冬&）二心（-丁）2）两个同频率信号相关，保留了原信号的幅值（：气龙）、频率（切）和相位差（）信息口3）两个不同频率信号不相关，&Jr）=O4）凹一%, （r）

6、 7?Y（r） =甲-py（r） = 1 -完全相关-l/?s（r） 2fh fs (3-4)fc2、 混叠： 原因：Ts f ( fs$ )、信号频率太宽混叠部位：fs/2-折叠频率处理方法：抗混叠滤波，提高采样频率3、 量化及量化误差： x$r误差$4、 泄漏：原因加窗截断处理处理方法：合理选择窗函数周期信号一整周期截断5、 频域采样与栅栏效应十二、傅里叶变换的几个性质k时移：= |/侦)叔小血12、 频移：盼-Eox(y+)3、 卷积：定义：迎时*勺(，)=rjrj，一)刁J30定理：邑(，)*花；(，)。xQ)x&)x(r)x20ofs4、时间尺度改变：x(kt)O-X kIk

7、k1时间轴压缩，频带加宽，幅值降低k测量范围$S = y/ x(输出的量纲/输入的量纲)S = dy/dx3 )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。、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5_咐时 域：h(t) y (t) =x (t) *h (t)一 系炎卜 复数域：H(S) Y (S) =X (S)H (S) h(t)*H(S)频域二H(s) Y(3)=X(3)H(J)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H(时=y()/x3)=刀2、频率响应函数物理意义:系统

8、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 3 变化的特性。3C刀0)幅频特性：系统在简谐信号激励下，稳态输出信号 和输入信号的幅值比随频率的变化关系，相频特性：系统在简谐信号激励下，稳态输出信号 和输入信号的相位差随频率的变化关系。五、频率响应函数的求取方法1、 微分方程H(3 )2、H(S)-H(GJ)3、h(t) H(3 )4、 实验法六、系统不失真的条件1、 时域不失真条件：2、 频域不失真条件：其中：幅频特性A( 3 )=A0相频特性4 ( 3 )=- 0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。七、一、二阶系统的动态特性1、一

9、阶系统(如：RC低通滤波器)H(口)二 刀()二j = 伊(刃)二arctanco rI+JEJi+syiK当企二一时= -45rA/2动态特征参数：时间常数T( 1、不失真工作频率范围：0-rad/s工作频率范围宽)向应快，动特性好y(t)= A0 x(t-t0)H6=心-g2、二阶系统谐振频率：cor= %1-2号动态特征参数：固有圆频率：气 阻尼比：不失真工作频率范围： =（0.6-0.8）忍=（0-0。屁亍壬（0.6 0.8）忍二（0 0.2）使，T响应越快，综合特性越好2八、系统的申并联串联：H（s）二丘乩（$）S二f=i i=i并联;H（s）二文H*）S二支i=lr=l九、系统的稳

10、态响应与响应误差1、系统的稳态响应讪）二斗顼如sin血+代+H（$）=ES2+ 2饱 +arH）=K1-（A（CD）=（pG=-CretanK2 -%1-当刃=叫时虱刃）=伊（切=一90。2.幅值误差3=1 4x100%力（0）3、 相角误差伊（T2）二阶系统多=丁/1-2丁如）顷）=茗_矿小阻尼系统:二也虺2气第四章测量系统一、传感器的定义及分类定义:p68（位移传感器按被测物理量分速度传感器（加速度传感器2、阶跃响应法：1）一阶系统2）二阶系统兀（丁）二0,6321At7 AZ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：

11、Sgp 1+2 u形变半导体应变片：Sgp入E导电性能p变化特点：应用：1）测应力、应变；2）组成各种应变式传感器2、电容式传感器极距变化型：sf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、电感式传感器可变磁阻式可变气隙长度fJ变您阻叫可变气隙面积 ）涡流式：利用金属导体在交变磁场中涡电流效应1非接触测量，简单、方便、不受油污等介质影响I互感型一差动变压器式=互感原理精确度高、线性范围大、稳定性好、使用方便应用：p87图3-284、磁电式传感器被测物理量触感应璧*感应电动势市图线速度型j动圈式I角速度型磁阻式：非接触测量（p89

12、）应用：速度、频数、转速、偏心量、振动按工作原理分按能量关系分物性型传感器结构型传感器能量转换型：由被测对象输入能虽能量控制型：从外部输入的能量6、 热电式传感器J热电偶i热电阻1）热电偶温度箜竺热电势J接触电势I温差电势2）热电阻 温度-电阻（金属正温度系数）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5、压电式传感器.原理：被测物理量一睡鉴电荷量 压电效应：纵向、横向、切向压电效应 不同的载荷产生的电荷是不同的口结构特点：电容器电荷发生器主要特点:12345固有频率高（尺寸小，质量轻（0.14g ）,负载效应小;精确度和灵敏度高；线性好，寿命长，使用方便；不

13、宜作静态参数测量；）,动态范围宽;输出阻抗高（ 的前置放大器。应用：力、压力、加速度、声和声发射Zc =l/j诙为以、，输出能量小,需采用高输入阻抗刖直放大器电压放大器电荷放大器：线性好，与电缆电容无关应用：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。四、传感器选用原则4）倍频程选择性：最减快dB f -选择性f5）品质因数（子）Q: Q=f0/B Q fr选择性f五、电桥，电桥的分类f直流电桥交流电桥2,电桥平衡及平衡条件U产0,则电桥平衡舟直流电桥：RlR3=R2R4（相对臀电阻乘租相等）交流电桥：ZlZ3=Z2Z

14、4（相对臀阻抗乘积阳等）Z1Z3=Z2Z4。1+。3=。2+巾43、 交流电桥的调幅功能。4、 电桥的输出及灵敏度U.（A/?,凡尺M）AR/R六、滤波器1、分类及其功能功能：让有用的频率成分成分通过，抑制或衰减不需要的频率成分。分类：低通、高通、带通、带阻2、特征参数1 ）截止频率fc :如）=瓦（-3疤带宽B :B =旗一仁分辨力个中心频率f0 :A B队归BoU aH Jdjtf6）滤波器因数入:3、倍频程滤波器:4、理想滤波器是不可能实现七、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。3、载波、调制信号、已

15、调制信号（调幅波，4、调制与解调的作用1）不失真的传输信号；2）不失真的放大信号；3）可实现信号的转换。5、调幅与解调调幅：高频信号与测试（调制）信号相乘 ，使高频信号幅值随被测信号的变化而变化。功能：低频信号特遂 T 高频信号解调：同步解调、整流检波、相敏检波如）=*2巩 y 豚豚“）。I X（/） + ： X（r + 2力）+- 2尤）1I- 低通滤波器JC（O图解法：调幅恒带宽比同步解调f J乘法器滤波xCOL争(zcp，U2)JII1/2，if.工0A f调幅装置实际上是一乘法器。交流电桥-调幅装置6、调频与解调调频：利用调制信号控制高频载波信号频率变化过程，使载波的频率随调制信号的

16、幅值成比例变化。鉴频图4-21用谐振振幅进行鉴频单位阶跃信号频谱分析顾）1-t单位阶跃信号在时域上可表示为：隼住史信号由于单位阶跃信号不满足绝对可积条件，不能直接由定义给出其频谱，可把它看成当a t 0时的指数信号XO =厂藉其傅立叶变换为：X（D）= xt）eJa1dt =财=。-W5秘=:,其幅度谱、相位谱分别为典）卜 C将单边指数信号的频谱分解为实频与虚频两部分刃（） +设当QT0,实频（）和虚频月（切 的极限分 别为瓦和功（少），有eat在时域上的极限。而耽匚雄加=四匚詈=呻冲碧=n/2-（-n /2）由以上三式可知，4（口）=勿$（刃）=JI业一种冲激函数，FLB（6?）= lini

17、fi（6）=6770八/ gtO 八/尊旦（刃）=lim旦（口）=0（? = 0阶跃信号的频谱为、（） =4（口）+邱（刃）=点（）+点乱（刃）二lim乱（刃）二0一刃尹04（如 二Hm4 （如-3-67= 0由于阶跃信号中含有直流分量，所以阶跃信号的频谱在 处有跳变，从而频谱中还有高频分量。切=0处存在冲激，而且它在t=0符号函数的频谱分析符号函数x（t）可表示1t 0符号函数X（刃）=2TTS（dJ ）+二-F 1 |jF1= $（/）二2航 3）2X（见=j2-4.求真实高度斜坡温度场函数:r(0 =KtA： =-0.15/= -0.025 c/55-阶系统斜坡信号的响应函数为：R（S）=KSY（S）= R（S）H（S）= -$ 1 + nK KKTKT2L-v-+-51+亦（q=K t -r+zeT J气球检测-1 c(即气球上升3000m