吉林大学机械工程测试技术复习资料

机械工程测试技术绪论1、测试基本任务：—获得实用信号。2、偏差定义：丈量偏差=丈量结果-真值3、偏差分类：系统偏差、随机偏差、粗大偏差4、偏差表示：绝对偏差，相对偏差=绝对偏差÷真值第一章信号及其描绘1、信号分类：2、傅里叶级数三角函数睁开式3、欧拉公式4、傅里叶级数复数函数睁开式5、周期信号频谱拥有三个特色：1）周期信号的频谱是失散的。2）每条谱线只出此刻基波频次的整数倍上，基波频次是诸重量频次的条约数。3）各频次重量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。6、周期信号强度表示：7、傅里叶变换对：8、傅里叶变换的主要性质1）奇偶虚实性：奇偶性不变，偶函数虚实性不变，奇函数虚实性相反。2）对称性：3）时间尺度改变特征：当时间尺度压缩(k>1)时，图c其频谱的频带加宽，幅值降低。当时间尺度扩展(k<1)时，图a其频谱的频带边窄，幅值增高。压缩时间尺度,提升办理信号效率,后续办理频带加宽,简单失真。(4)扩展时间尺度，办理后续信号简单，但效率太低。4）时移和频移特征：5）卷积特征：6)微分和积分特征：9、几种典型信号频谱：（一）矩形窗函数的频谱：（二）δ函数及其频谱δ函数的采样性质：（1）随意函数f(t)与δ(t-t0)的乘积是一个强度为f(t0)的δ函数δ(t-t0)。（2）该乘积在有限区间的积分是f(t)在t=t0的值f(t0)（3）此性质对连续信号的失散采样是十分重要的。δ函数与其余函数的卷积：x(t)(tt0)x(tt0)（三）正、余弦函数的频谱密度函数：（四）周期单位脉冲序列的频谱：第二章测试装置的基本特征一、对丈量装置的基本要求：输入量、输出量，系统的传输特征，知道此中两个能够推出第三个。二、线性系统及其主要性质：dy(t)t0t0dx(t)x(t)dty(t)dt叠加原理、比率特征、dtdt、00、频次保持性三、丈量装置的特征静态特征、动向特征、负载特征、抗扰乱性四、丈量装置的静态特征：五、丈量装置的动向特征的数学描绘1、传达函数（复数域H（s））2、频次响应函数（频域H（w））3、脉冲响应函数（时域h（t））六、环节的串连和并联1、环节串连：2、环节并联：七、一阶二阶系统的特征八、丈量装置对随意输入的响应：系统的输出就是输入与系统的脉冲响应函数的卷积。九、实现不失真测试的条件：十、测试装置动向特征的测试：采纳方法：频次响应法、阶跃响应法十一、丈量装置的抗扰乱：丈量装置的扰乱源：电磁场扰乱、电源扰乱、信道扰乱。第三章常用传感器一、传感器的分类按被丈量分类：①位移传感器②力传感器③温度传感器按工作原理分类：①机械式②电气式③光学式④流体式按信号变换特色：①物性型②构造型按敏感元件与被测对象之间的能量关系分:①能量变换型②能量控制型按输出信号分类：①模拟式②数字式二、机械式传感器以弹性体为敏感元件，将被丈量变换为弹性变形（或应变）的传感器长处：构造简单、靠谱、使用方便、价钱便宜、读数直观等。弊端：弹性变形不可以过大；受构造空隙影响大，惯性大，固有频次低，只宜用于检测缓变或静态被丈量。三、电阻式传感器电阻式传感器—是一种把被丈量变换为电阻变化的传感器。分类：（1）变阻器式（2）电阻应变式1、变阻器式传感器（电位差计式）分类：（1）直线位移型（2）角位移型（3）非线性型2、电阻应变式传感器应用范围：丈量力、应变、位移、加快度、扭矩等分类：（1）金属应变片式（2）半导体应变式特色：（1）体积小；（2）动向响应快；3）丈量正确度高；（4）使用方便（一）金属电阻应变片种类：常用的有丝式和箔式，其工作原理同样（二）半导体应变片长处：敏捷度高。弊端：（1）温度稳固性差2）敏捷度分别度大(因为晶向杂质等因数）3）非线性大小结：（1）金属丝电阻应变片利用导体形变惹起电阻变化。2）半导体应变片是利用半导体电阻率变化而惹起电阻的变化。电阻应变片传感器应用注意事项标定、贴片工艺、动向特征、温度赔偿四、电感式传感器自感型可变磁阻式敏捷度S与气隙长度平方成反比，δ越小，S越高。涡流式利用金属导体在沟通磁场中的涡电流效应。涡流式传感器的应用方式：δ可作为位移、振动丈量；变化ρ和μ可作为材质鉴识和探伤。涡电流式传感器丈量电路：1）阻抗分压式调幅电路2）调频电路互感式—差动变压器式电感传感器长处：精度高（0.1μm级）线性范围大（±100mm），稳固度好，使用方便，宽泛用于直线位移丈量。五、电容式传感器依据电容器变化的参数可分为（1）极距变化型2）面积变化型3）介质变化型特色：（1）面积变化型长处是输出与输入成线性关系。2）敏捷度较低。3）合用较大直线及角位移丈量。丈量电路（一）电桥型电路（二）直流极化电路（三）谐振电路（四）调频电路（五）运算放大器电路六、压电式传感器压电式传感器是一种可逆型换能器（机械能?电能），宽泛应用于力、压力、加快度丈量。也用于超声波发射和接受装置。1.压电效应2.晶体构造面的轴线

y-y

纵轴线z-z称为光轴，过六角棱线垂直于光轴的轴线称为机械轴

x-x

称为电轴，垂直于棱3.纵横向效应4.压电资料七、磁电式传感器（一）动圈式（恒磁通式）1．线速度型e=NBlvsin当B、W、l均为常数时，感觉电动势大小与线圈运动线速度成正比。这也是一般常有惯性式速度计的工作原理。2．角速度型(二)磁阻式（变磁通式）八、热电式传感器（一）热电偶传感器热电偶回路的特色1）均质导体定律：若回路的两种导体同样，则不论两节点温度怎样，热电偶回路中的总热电动势为零；2）若两接点温度同样，则只管导体资料不一样，热电偶回路中的总热电动势也为零；3）热电偶的热电动势与导体资料的中间温度没关，而只与接点温度有关；4）中间温度定律：热电偶在接点温度T1、T3时的热电动势，等于热电偶在接点温度为T1、T2和T2、T3时的热电动势总和；5）中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种资料的导线，只需第三种导线的两头温度同样，第三种导线的引入不会影响热电偶的热电动势。6）标准电极定律：当温度为T1、T2电偶和CB热电偶的热电动势的和

时，用导体

A、B

构成的热电偶的热电动势等于

AC

热（二）热电阻传感器1、热电阻传感器——利用电阻随温度变化的特色制成的传感器。主要用于对温度和与温度有关的参数测定。2、按热电阻的性质分类：金属热电阻（热电阻）半导体热电阻（热敏电阻）3、热电阻的构成：电阻体、绝缘套管、接线盒等。九、半导体传感器（一）磁敏传感器分类：（1）霍尔元件（2）磁阻元件（3）磁敏管（二）光敏传感器十、光纤传感器十一、传感器采纳原则1．敏捷度（1）适合（2）多维丈量交错敏捷度小（3）与丈量范围协调2．响应特征（1）不失真（2）响应时间短（动向丈量尤其重要）3．线性（1）线性度好（2）线性范围宽4．靠谱性靠谱性高，考虑设计、制造、环境（油、粉尘、磁场、湿度）5．精准度原则上精准度↑↑，考虑经济性。6．丈量方式（1）接触式-非接触式（2）在线-非在线7．其余体积，构造，价钱，维修，采买和改换。第四章信号调治、办理和记录一、电桥1、分类：按激励电压（1）直流电桥2）沟通电桥按输出方式（1）不均衡桥式电路2）均衡桥式电路2、直流电桥：传感器能够三种形式接入电桥：半桥单臂连结：半桥双臂连结：全桥连结：明显，电桥接法不一样，输出电压也不一样，三种接法电桥输出之比为电桥的和差特征：

1：2：4，全桥最大。若相邻两桥臂电阻同向变化，所产生的输出电压的变化将相互抵消；若相邻两桥臂电阻反向变化，所产生的输出电压的变化将相互叠加。3、沟通电桥：沟通电桥均衡一定知足两个条件：1）相对两桥臂阻抗之模的乘积应相等2）它们的阻抗角之和也一定相等电容电桥均衡条件

电感电桥均衡条件二、调制与调理：调制—一个信号的某些参数在另一个信号控制下而发生变化的过程。前一信号称为载波(较高频次交变信号)，后一信号(控制信号)称为调制信号，最后输出已调制波。已调制波一般都便于放大和传输。解调—从已调制波中恢复出调制信号的过程。载波调制分类：①调幅(AM)②调频(FM)③调相(PM)它们的已调波分别被称为①调幅波②调频波③调相波1、调幅及其解调调幅过程就相当于频谱“搬移过程”。若把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域图形将再一次进行“搬移”。若用一个低通滤波器滤去中心频次为2f0的高频成分，那么将能够复现原信号的频次（不过幅值减小一半，能够放大办理），这一过程叫做“同步解调”。“同步”是指解调时所乘的信号与调制时的载波信号拥有同样的频次和相位调幅条件：（1）载波频次f0一定高于原信号中最高频次fm，才能使已调波仍保持原信号的频谱图形。2）为了减小放大电路失真，信号频宽2fm相对中心频次（载波频次）越小越好。整流检波和相敏检波2、调频及其解调直接调频丈量电路压控振荡器变压器耦合的谐振回路鉴频法三、滤波器1、滤波器分类（一般）1）低通滤波器；（2）高通滤波器；3）带通滤波器；（4）带阻滤波器；2、理想滤波器理想丈量系统的频次响应函数是3、滤波器单位阶跃输入响应：4．响应成即刻间：通带越宽，阻衰的高频重量越少，使信号能量更多，更快地经过，因此成立的时间就短；反之，则长。5．成即刻间与带宽关系：B*Te=常数=5~10实质RC调谐式滤波器实质滤波器的基本参数：纹波幅度d、截止频次(fc1,fc2)、带宽B和质量因数Q值、倍频程选择性、滤波器因数（或矩形系数）λB—上下截止频次之间的频次范围称为滤波器带宽，或-3dB带宽，单位Hz。Q—往常把中心频次f0和带宽B之比称为滤波器的质量因数Q。恒带宽比滤波器一种常用的恒带宽比滤波器：恒带宽滤波器（1）有关滤波；（2）变频追踪滤波第五章信号办理初步信号办理目的:1）分别信号和噪声，提升信噪比。2）从信号中提取实用的特色信号。3）修正测试系统的某些偏差（如非线性偏差，温度影响）.一、数字信号办理的基本步骤模—数变换（A／D）指模拟信号经采样、量化并变换为二进制的过程。1）采样：是将连续信号变成失散时间序列信号的过程。2）截断：将采样获得的失散时间序列乘以窗函数，使之成为有限时间序列的过程。3）量化：是把采样信号经过舍入变成有限个有效数字的数的过程。4）编码：将经过度化的值变成二进制数字的过程。二、信号数字化出现的问题时域采样、混叠和采样定理若采样频次fs大于带限信号最高频次农（Shannon）定理量化和量化偏差一般以为，量化偏差ε(n)为

fh

的

2倍，就不会发生混叠。

采样定理，也称香截断、泄露和窗函数截断就是将信号乘以时域的有限宽矩形窗函数。x(t)是带限信号，截断后成为无穷带宽信号，信号能量在频次轴散布扩展的现象称为泄露。窗函数好坏评论：1、最大旁瓣峰值与主瓣峰值之比；2、最大旁瓣10倍频程衰减率；3、主瓣宽度；频域采样、时域周期延拓和栅栏效应频域采样—频次失散化，无疑是将时域信号“改造”成周期信号。相当于在时域中将窗内的信号波形在窗外进行周期延拓。采样就是“摘取”采样点上对应的函数值，如透过栅栏的空隙看景，不全面，此现象称之为栅栏效应频次分辨率、整周期截断只有截取的信号长度T正好等于信号周期的整数倍时，才能使剖析谱线落在简谐信号的频次上。信号时域、频域的失散化致使频域、时域的周期