《机械工程测试技术》复习-课件

1一、基本概念测量、测试、测试基本任务、测试系统组成；传感器、信号、信号调理、信号处理；量值、量纲、法定计量单位、基准和标准；测量方法、测量误差、量程、测量范围、漂移；传感器信号调理传输信号处理显示记录

激励装置反馈、控制观察者被测对象22七月2023机械工程测试技术基础2二、信号的分类信号分类确定性信号随机信号连续信号离散信号能量信号功率信号周期信号非周期信号准周期信号瞬变非周期信号

22七月2023机械工程测试技术基础3三、信号的时域描述和频域描述时域描述；频域描述；基频；n次谐波；周期信号傅里叶级数三角函数展开离散单边频谱周期信号傅里叶级数复指数展开式连续双边频谱瞬变非周期信号与连续频谱22七月2023机械工程测试技术基础4四．傅里叶变换的主要性质1、奇偶虚实性2、对称性3、时间尺度改变特性4、时移和频移特性5、卷积定理6、微分和积分特性22七月2023机械工程测试技术基础5五、几种典型信号的频谱1、矩形窗函数的频谱2、δ函数及其频谱3、正、余弦函数的频谱密度函数4、周期单位脉冲序列的频谱22七月2023机械工程测试技术基础6六、测试装置的基本特性1、线性系统时不变线性系统(定常数线性系统)2、主要性质叠加原理、比例特性、频率保持性

3、有关测试和测试装置的若干概念准确度；频率范围；信噪比；动态范围4、测量装置的特性：静态特性、动态特性、负载特性、抗干扰性22七月2023机械工程测试技术基础7七、测量装置的静态特性线性度

灵敏度、鉴别力

、分辨力

回程误差

稳定度和漂移

静态特性22七月2023机械工程测试技术基础8八、测量装置的动态特性1、传递函数、频率响应函数、脉冲响应函数2、环节串联、并联3、一阶系统及特性4、二阶系统及特性5、系统对任意输入和单位阶跃输入的响应6、不失真测试7、测量装置动态特性的测量8、负载效应9、测量装置的抗干扰22七月2023机械工程测试技术基础9九、传感器1、定义、分类、物性型传感器、结构型传感器2、电阻式传感器；3、电感式传感器4、电容式传感器；5、压电式传感器6、磁电式传感器；7、霍尔元件8、固态图像传感器；9、其它10、传感器选用原则22七月2023机械工程测试技术基础10十、电桥信号调理直流电桥及平衡条件交流电桥及平衡条件不平衡电桥平衡电桥22七月2023机械工程测试技术基础11十一、调制与解调调制；解调调幅及解调整流检波和相敏检波调频及解调22七月2023机械工程测试技术基础12xm(t)ABCRfcufD1D2D3D412345dy(t)txm(t)0abtx(t)0y(t)t0tuf0ab图4-13相敏检波y(t)t0x相敏检波时，对原信号可不必再加偏置。电路设计变压器B二次输出电压比A二次输出电压大。相敏检波原理说明。22七月2023机械工程测试技术基础13图4-21鉴频器原理（P139）ufuouaC2R2幅值检波部分频率—电压线性变换部分a)R1C10H(f)ff0Uat0xb)0t2Δf22七月2023机械工程测试技术基础14十二、滤波器滤波器分类：低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器理想滤波器：实际滤波器及特征参数：截止频率；带宽；纹波；幅度；倍频程选择；滤波器因数恒带宽比滤波器：品质因数、倍频程；上下截止频率；带宽；中心频率恒带宽滤波器：22七月2023机械工程测试技术基础15十三、信号处理基本概念：信号分析、数字化问题22七月2023机械工程测试技术基础22七月2023机械工程测试技术基础16离散傅立叶变换的图解推演a)模拟信号及其傅立叶变换b)采样信号及其傅立叶变换c)离散信号及其傅立叶变换d)矩形窗函数及其傅立叶变换e)矩形窗函数采样信号及其傅立叶变换f)频域采样函数及其傅立叶逆变换g)离散信号傅立叶变换离散傅立叶变换步骤：1）时域采样2）时域截断3）频域采样时域采样引起频域周期化频域采样引起时域周期化当窗函数的宽度T→∞时，sinc函数就变成δ函数。由于T不够宽带来误差从而产生波纹和泄漏信号时域、频域的离散化导致时域、频域的周期化17十三、信号处理基本概念：随机信号、相关系数自相关函数性质：范围；最大值；偶函数；τ很大时不确定性；周期信号保留了频率和幅值而丢失了相位信息互相关函数性质：范围；最大值；非偶函数；周期信号保留了频率、幅值、相位差信息22七月2023机械工程测试技术基础19

一般,任意两个复数不能比较大小。复数z的实部Re(z)=x;虚部Im(z)=y.(realpart)(imaginarypart)

复数的模

判断复数相等定义对任意两实数x、y,称z=x+iy或z=x+yi为复数。一.复数的概念22七月2023机械工程测试技术基础201.点的表示点的表示：

数z与点z同义.二.复数的几何表示22七月2023机械工程测试技术基础212.向量表示法

oxy(z)P(x,y)xy

称向量的长度为复数z=x+iy的模或绝对值；以正实轴为始边,以为终边的角的弧度数称为复数z=x+iy的辐角.(z≠0时)22七月2023机械工程测试技术基础22辐角无穷多：Argz=θ=θ0+2kπ，k∈Z，把其中满足的θ0称为辐角Argz的主值，记作θ0=argz。

z=0时，辐角不确定。

计算argz(z≠0)

的公式22七月2023机械工程测试技术基础23oxy(z)

z1z2

z1+z2z2-z1由向量表示法知3.三角表示法4.指数表示法22七月2023机械工程测试技术基础240ReImA正负频率22七月2023机械工程测试技术基础25ReImReReImImtttt22七月2023机械工程测试技术基础2622七月2023机械工程测试技术基础27傅立叶级数和频谱图22七月2023机械工程测试技术基础28实频谱图与纵轴偶对称，虚频谱图与纵轴奇对称。ωcnR1/2an1/2anωcnI1/2bn1/2bn22七月2023机械工程测试技术基础29从傅立叶变换到拉普拉斯变换：e-σtx(t)

的付氏变换为上述积分是(σ+jω)的函数，令

拉普拉斯变换与傅立叶变换傅立叶变换e-σtx(t)，σ为实常数(A)如果积分不收敛，则x(t)的傅里叶变换不存在。22七月2023机械工程测试技术基础30拉普拉斯变换付氏逆变换为

两边同乘eσt

(B)令

(A)(B)两式为即存在关系22七月2023机械工程测试技术基础31若，则有:

这就是的傅里叶变换。表明：连续时间傅里叶变换是双边拉普拉斯变换在或是在轴上的特例。22七月2023机械工程测试技术基础32由于

所以拉氏变换是对傅立叶变换的推广，的拉氏变换就是的傅立叶变换。只要有合适的存在，就可以使某些本来不满足狄里赫利条件的信号在引入后满足该条件。即有些信号的傅氏变换不收敛而它的拉氏变换存在。这表明拉氏变换比傅立叶变换有更广泛的适用性。22七月2023机械工程测试技术基础33傅里叶变换和拉普拉斯变换的意义傅立叶变换就是把一个信号，分解成无数的正弦波（或者余弦波）信号。并确定每个正弦波的幅度和每个正弦波之间的相位差。傅里叶变换简单通俗理解就是把看似杂乱无章的信号考虑成由一定振幅、相位、频率的基本正弦（余弦）信号组合而成，傅里叶变换的目的就是找出这些基本正弦（余弦）信号中振幅较大（能量较高）信号对应的频率，从而找出杂乱无章的信号中的主要振动频率特点。22七月2023机械工程测试技术基础34拉普拉斯变换（LaplaceTransform)，是工程数学中常用的一种积分变换。它是为简化计算而建立的实变量函数和复变量函数间的一种函数变换。拉普拉斯变换的这种运算步骤对于求解线性微分方程尤为有效。在经典控制理论中，对控制系统的分析和综合，都是建立在拉普拉斯变换的基础上的。引入拉普拉斯变换的一个主要优点，是可采用传递函数代替微分方程来描述系统的特性。这就为采用直观和简便的图解方法来确定控制系统的整个特性（见信号流程图、动态结构图）、分析控制系统的运动过程（见奈奎斯特稳定判据、根轨迹法），以及综合控制系统的校正装置（见控制系统校正方法）提供了可能性。拉普拉斯变换在工程学上的应用：应用拉普拉斯变换解常变量齐次微分方程，可以将微分方程化为代数方程，使问题得以解决。在工程学上，拉普拉斯变换的重大意义在于：将一个信号从时域上，转换为复频域（s域）上来表示；在线性系统，控制自动化上都有广泛的应用。22七月2023机械工程测试技术基础35单边拉普拉斯变换：22七月2023机械工程测试技术基础36初始条件的影响：22七月2023机械工程测试技术基础37拉氏变换性质：（2）时域微分性质

（3）时域积分性质

（1）线性性质22七月2023机械工程测试技术基础38一．传递函数（系统传输特性复数域表现）

取拉氏变换得，(2-13)其中

为复变量

→是与输入和系统初始条件有关的

→称为系统传递函数，反映系统本身特性。

若初始条件全为零，即

使得

(2-14)(2-1)22七月2023机械工程测试技术基础39系统对单位阶跃输入的响应

单位阶跃输入为

其L氏变换为

一阶系统传递函数

一阶系统输出为

22七月2023机械工程测试技术基础40一阶系统输出

改变形式为

L氏反变换

一阶系统输出为

（2-40）

22七月2023机械工程测试技术基础41二阶系统传递函数

二阶系统输出为

22七月2023机械工程测试技术基础42交流稳压器低通滤波器隔离稳压器整流器滤波器

稳压电路1前置放大器

稳压电路2

信道通道

稳压电路3A/D逻辑电路合理的供电系统供电系统的抗干扰措施应用时有顺序吗？22七月2023机械工程测试技术基础43电阻应变片图3-11动态电阻应变仪框图为什么振荡器相当于乘法器？22七月2023机械工程测试技术基础44双螺旋管圈差动型传感器常接于电桥两个桥臂上，线圈电感L1、L2随铁心位移而变化，其输出特性如图(3-14)所示。图3-14双螺管线圈差动型电桥电路及输出特性b)0xL1L、uL2ua)uL2L1x~●●●22七月2023机械工程测试技术基础453-7一个电容测微仪，其传感器的圆形极板半径r＝4mm，工作初始间隙=0.3mm，问：1）工作时，如果传感器与工件的间隙变化量＝1m时，电容变化量是多少？2）如果测量电路的灵敏度S1=100mV/pF，读数仪表的灵敏度S2=5格/mV，在＝1m时，读数仪表的指示值变化多少格？解：1）

2）B=S1S2C=1005(4.9410-3)2.47格22七月2023机械工程测试技术基础464-2有人在使用电阻应变仪时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。试问，在下列情况下，是否可提高灵敏度？说明为什么？

1）半桥双臂各串联一片；

2）半桥双臂各并联一片。解答：电桥的电压灵敏度为即电桥的输出电压和电阻的相对变化成正比。由此可知：

1）半桥双臂各串联一片，虽然桥臂上的电阻变化增加1倍，但桥臂总电阻也增加1倍，其电阻的相对变化没有增加，所以输出电压没有增加，故此法不能提高灵敏度；

2）半桥双臂各并联一片，桥臂上的等效电阻变化和等效总电阻都降低了一半，电阻的相对变化也没有增加，故此法也不能提高灵敏度。22七月2023机械工程测试技术基础474-7试从调幅原理说明，为什么某动态应变仪的电桥激励电压频率为10kHz，而工作频率为0～1500Hz？解答：为了不产生混叠，以及解调时能够有效地滤掉高频成分，要求载波频率为5～10倍调制信号频率。动态应变仪的电桥激励电压为载波，频率为10kHz，所以工作频率（即允许的调制信号最高频率）为0～1500Hz是合理的。22七月2023机械