机械工程测试技术基础-总复习

绪论

测试的定义：是具有试验性质的测量。典型测试系统的构成。被测对象观察者激励装置标定装置测量装置传感器物理量信号调理电量信号处理电量显示记录电量/数字量反馈控制第一章信号的分类与描述信号确定性信号随机信号周期信号非周期信号简单周期信号复杂周期信号准周期信号瞬态信号平稳随机信号非平稳随机信号

周期性信号与随机信号的分类。

周期信号与离散频谱－三角函数展开。

x(t)=x(t+nT)在有限区间内，如果一个周期函数满足“狄里赫利”条件，则可展成傅立叶级数。x(t)=10sin(2·3·t+/6)A(w)-w(w)-w

周期信号与离散频谱－复指数函数展开。例2-3：画出的频谱例2-3：画出的频谱1.三角频谱幅值频谱图相位频谱图2.复指数频谱处：在处：在实频图虚频图双边幅频图双边相频图傅立叶级数的复指数与三角函数展开的关系

瞬态信号与连续频谱dfefXtxdtetxfXtfjtfjò=ò=¥¥-¥¥--pp22)()()()(为信号的连续幅值谱；为信号的连续相位谱。矩形窗函数f

函数的性质筛选特性卷积特性函数的频谱直流分量的频谱

正弦和余弦函数的频谱根据，

正弦函数的频谱

信号的自相关函数(5)周期函数的自相关函数仍为同频率的周期函数，其幅值与原周期信号的幅值有关，而丢失了原信号的相位信息。

信号的互相关函数

如果两信号含有频率相等的周期成分，则即使→也会出现该频率的周期成分，不收敛。若两信号含有频率不等的周期成分，则它们不相关。

信号的自功率谱和互功率谱第二章测试装置的基本特性

测试装置静态特性指标：灵敏度、非线性度、回程误差、分辨力、零点漂移和灵敏度漂移。

测试系统的频率响应函数。输入：简谐信号x(t)=X0sinwt稳态输出：简谐信号y(t)=Y0sin(wt+)相同点：输入和输出都为同频率的简谐信号.不同点：两者的幅值不一样，幅值比A(w)=Y0/X0随频率w而变化，是w的函数。相位差(w)也是频率w的函数。例3.1.某测试系统传递函数，当输入信号，分别为，时，试分别求系统的稳态输出。信号

信号

权函数。定义：传递函数H(s)的拉普拉斯逆变换h(t)称其为权函数。根据拉氏变换的卷积特性可得：系统的响应（输出）等于权函数h(t)与激励（输入）x(t)的卷积。权函数h(t)与传递函数H(s)[或频率响应H(jw)]一样，也反映了系统的输入与输出之间的关系，用来表征系统的特性。

测试系统不失真的条件。A(w)=A0=const(w)=-t0w

不失真测试的幅频和相频曲线

1)系统对输入信号中所含各频率成分的幅值进行常数倍数放缩，即幅频特性曲线是一与横轴平行的直线。2)输入信号中各频率成分的相角在通过该系统时作与频率成正比的滞后移动，也就是说，相频特性曲线是一通过原点并且有负斜率的直线。

评价测试装置产生的测量误差大小的指标

绝对误差

=测量结果(示值)－被测真值

相对误差

=绝对误差/被测真值x100％

引用误差

=绝对误差/满量程值x100％测量仪器的精度等级一般用最大引用误差来标称。①更高一级仪器的测量值;②已修正过的算术平均值;③计量标准器所复现的量值。

在实际测量中，只能用所谓的约定真值来代替被测真值。

第三章常用传感器和敏感元件

传感器的定义

传感器是能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源组成(GB/T7665-1987)。狭义上，非电信号电信号。

将物理量（水位、压力等）间接变换成电信号的变化。

直接获得电信号的变化（开关传感器）；

电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。

金属电阻应变片式

利用导体变形引起电阻变化。半导体应变片式

利用半导体电阻率变化。

电容式传感器将被测物理量的变化转化为电容量变化。两平行极板组成的电容器,它的电容量为:+++A0－真空介电常数，0＝8.85×10-12F/m；－极板间介质的介电常数，当介质为空气时，＝1；A－极板面积，m2;－两极板间距离，m。a)

极距变化型

传感器的灵敏度近似为b)面积变化型a)直线位移型

电感式传感器

电感式传感器的敏感元件是电感线圈，是基于电磁感应原理，是把被测量转化为电感量的一种装置。特征是具有线圈绕组。

压电传感器

压电传感器是一种典型的发电型传感器，其传感元件是压电材料，以压电材料的压电效应为转换机理实现压力到电量的转换。第四章信号的调理与记录

电桥的平衡条件R1·R3=R2·R4

电桥的输出：平衡的条件：直流电桥R3R1R4R2

R3R1R2R4

R1R3R2R4

半桥输出全桥输出双臂输出

幅值调制与解调

调幅是将一个高频振荡信号y(t)（载波信号）与被测信号（调制信号）x(t)相乘，使载波信号y(t)的幅值随被测信号x(t)的幅值变化而变化过程。幅值调制后的信号称为调幅波ym(t)。(1)调幅的时域表达调制信号载波信号调幅波(2)调幅的频域表达

假设调制信号x(t)的最高频率成分为，载波信号如果则，则有调幅波：调制信号载波信号调幅波ƒ时域频域(a)同步解调

(b)相敏检波解调环形二极管相敏检波器x(t)>0时(0~t1)，xm(t)与y(t)同相，检波器输出uf(t)>0x(t)<0时(t1~t2)，xm(t)与y(t)反相，检波器输出uf(t)<0112233t1t1132213t1t2t2t2调幅波载波UB≥2UA

滤波器(a)低通滤波器(Lowpassfilter)(b)高通滤波器(Highpassfilter)(c)带通滤波器(bandpassfilter)

(d)带阻滤波器(bandstopfilter)

1)截止频率:幅频特性值等于时所对应的频率点。2)带宽B：上下两截止频率之间的频率范围。

恒带宽滤波器B=fc2-fc1恒带宽比滤波器B=fc1(2n-1)例1：求周期锯齿波的傅立叶级数，并画出|cn|-w和n-w图。答案：例2：电容式传感器的测量电路有哪些？各有何特点。答：例3：一台精度等级为0.5级量程为600～1200℃的温度传感器，它最