机械测试技术重点知识点总结

绪论测试：测试是具有实验性质的测量，或者可以理解为测量和实验的综合。测试技术研究的主要内容为被测量的测量原理、测量方法、测量系统及数据处理四个方面。显示记录信号处理传感器测试技术的组成及作用：显示记录信号处理传感器观察者反应、控制观者被测对象观察者反应、控制观者被测对象反应、控制1.传感器是将被反应、控制测信息转换成电信号的器件，包括敏感器和转换器两局部。2.信号的调理环节是把来自传感器的信号转换成更适合进一步的传出和处理的形式。3.信号处理环节是对来自信号调理环节的信号进行各种运算滤波和分析。4.信号显示记录环节是将来自信号处理环节的信号以观察者易于观察的形式来显示或存储测试的结果。5.反应、控制环节主要用于闭环控制系统中的测试系统。第1章信号及其描述信号的分类确定性信号：能用明确的数学关系式或图像表达的信号。2.工程测试就是信号的获取、加工、处理、显示记录及分析的过程。平稳随机过程：统计特征量不随时间变化各态历经随机过程：样本特征量代替总体特征量3.信号的描述：时域描述〔表达式、波形〕和频域描述〔频谱：相频谱、幅频谱〕周期信号的描述、非周期信号的描述、随机信号的描述：〔1〕周期信号与离散频谱周期信号的频谱特点和求取方法周期信号的频谱特点是离散的，每条频谱线表示一个谐波分量。2〕每条频谱线只出现在基频整数倍的频率上。3)各频率分量的谱线高度与对应谐波的振幅成正比，谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小。求取方法:用三角函数展开式或是用负指数函数展开式求得。欧拉公式傅里叶变换的主要性质1〕奇偶虚实性。2〕线性叠加性。3)对称性。4〕尺度改变性。5〕时移性6〕频移性。7)微分性质。8〕积分性质。9)卷积特性。如果平稳随机过程的任何一个样本函数的时间平均统计时间均相同，且等于总体统计特征，那么该过程为各态历经过程。δ函数(单位脉冲函数)的频谱特点：δ函数具有等强度、无限宽广的频谱这种频谱常称为“均匀谱”。偶函数δ函数具有乘积性筛选性卷积性利用欧拉公式，余弦函数可以表达为其傅里叶变换为：〔同理余弦函数的频谱：OOt-o-1/2实奇函数〔时域中〕虚奇函数〔频域中〕1/21/2Ot实偶函数实偶函数0〔2〕准周期信号具有离散频谱0〔3〕非周期信号的频谱是连续的；10.信号分析中常用的信号：单位脉单位阶跃、谐波函数、周期单位脉冲序列。第2章信号的分析与处理1.信号的时域统计分析1)离散信号的的均值x(t)在0~T时间内，离散点数为N，离散值为,那么2〕绝对平均值均方值方差的开方称为均方差根，又叫标准偏差，表示为。2.例2.1求正弦函数的自相关函数。解：把代入得互相关函数的概念互相关函数互相关系数互相关函数的性质1〕互相关函数是可正、可负的实函数。2〕互相关函数非偶函数、亦非奇函数，具有关系3〕的峰值不在处，其峰值偏离原点的位置反映了两信号时移的大小，相关程度最高。≤≤≤≤5〕两个统计独立的随机信号，当均值为零时，那么两个不同频率的周期信号，其互相关为零。7〕周期信号与随机信号的互相关函数为零。5.互相关应用测地下输油管道破损位6.巴塞伐尔〔Paseval〕定理信号在时域中的总能量与信号在频域中的总能量相等表示信号的功率密度沿频率轴的分布，故又称为功率谱密度函数。为实偶函数因果关系8.相干函数相干函数为零-输出信号与输入信号不相干。相干函数为1-输出与输入信号完全相干。相干函数在0~1之间-有如下三种可能：①测试中有外界噪声干扰；②输出是输入和其他输入的综合输出；③系统是非线性的。线性函数=1数字信号处理的根本步骤信号预处理：幅值调理、滤波、隔离直流分量、解调等。A/D转换：采样、量化为数字量。数字信号处理器或计算机：信号分析与处理〔数据截断、加窗、奇异点剔除、趋势别离、数字滤波、时域分析、频域分析等〕。结果显示：数据或图形显示、D/A、记录、打印等。采样：连续时间信号离散化的过程。假设原始信号是带限信号，那么采样后信号频谱不发生重叠的条件为fs≥2fh。其中fh为信号中的最高频率。此即为采样定理。窗函数就是在模数转换过程中〔或数据处理过程中〕对时域信号取样时所采用的截断函数。一个好的窗函数应当：主瓣尽可能窄〔提高频率分辨力〕、旁瓣相对于主瓣尽可能小，且衰减快〔减小泄漏〕。矩形窗函数的频谱为无限带宽的sinc函数，即使x(t)为带限信号，经截断后必然成为无限带宽信号，这种信号的能量在频率轴分布扩展的现象称为泄漏。无论采样频率多高，信号不可防止的出现混叠。提高截断信号长度，即提高矩形窗宽度，此时sinc函数主瓣变窄，旁瓣向主瓣密集，由于旁瓣衰减较快，故可减小泄漏。经频域采样后的频谱仅在各采样点上存在，而非采样点的频谱那么被“挡住”无法显示〔视为0〕，这种现象称为栅栏效应。防止栅栏效应1〕提高频率分辨率。2〕采用频率细化技术亦可改用其它把时域序列变换成频谱序列的方法。3〕对周期信号进行整周期截断。第3章测试系统的特性1.线性时不变系统的性质：叠加性，比例特性，微分特性，积分特性，频率保持性2.测试系统静态特性指标及其定义：重复性、灵敏度、线性度、分辨率、回程误差、稳定度和漂移等3.测量试装置的动态特性〔1〕常用的描述方法：微分方程、传递函数、频率特性函数、脉冲响应函数〔输入为单位脉冲信号〕4.环节的串联环节的并联=0.6~0.8时，系统在较短时间[约(5~7)/]进入偏离稳态不到2%~5%的范围内，且系统超调量小于10%。因此，二阶测试系统的阻尼比通常选择为=0.6~0.8。6.信号不失真测试是指系统响应y(t)的波形和输入x(t)的波形完全相似，从而保存原信号的特征和全部信息。不失真测试条件：幅频特性A()在x(t)的频谱范围内为常数；相频特性与成线性关系，为一经过原点的直线。静态特性的测定是一种特殊的测试，通过选择经过校准的标准静态量作为系统输入，求出其输入、输出特性曲线。标准输入量的误差应当是所要求测试结果误差的1/3～1/5或更小。标定过程：1〕作输入-输出特性曲线。2〕求重复性误差。3〕求作正反行程的平均输入-输出曲线。4〕求回程误差。5〕求作定度曲线。6〕求作拟合直线，计算线性度和灵敏度。测试系统动态特性的两种标定法：频率响应法和阶跃响应法。测试系统特性参数确实定：静态特性参数的测定、动态特性参数的测定测试系统对输入的响应等于输入和其单位脉冲响应函数的卷积测试系统不失真传递信号的时域条件〔即定义〕和频域条件。第4章常用传感器传感器是指直接作用于被测量，并能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件。2.传感器选用原那么：1〕仔细研究测试信号，确定测试方式和初步确定传感器类型2)分析测试环境和干扰因素。3〕根据测试范围确定某种传感器4〕确定测量方式5)传感器的体积和安装方式。考虑完确定什么类型再考虑1.灵敏度2.响应特性3.稳定性4.精度33.电阻应变片测量原理：将应变片粘贴于弹性体外表或者直接将应变片粘贴在被测件上，被测物变形通过基底和粘结剂传递给敏感栅—阻值变化—转换电路转换为电压或电流信号。应变电阻效应压阻效应是指半导体材料受到应力ACACBxxCxABCRxACBxACB3〕非线性型5.电感式传感器的变换原理〔电磁感应原理〕将被测量，如位移或能转换成位移的机械换为电感量的变化。6.涡流式传感器分为高频反射式涡流传感器和低频透射式传感器。7.在磁化过程磁畴间的界限发生移因而产生机械变形这种现象称为磁致伸缩效应力使铁磁材料的磁性的现象称为压磁效应8.电容式传感器：工作原理分类〔极距、面积、介质变化型〕；某些物质当沿着一定的方向对其加力而使其变形时，在一定的外表上将产生电荷，当外力去掉后又重新回到不带电状态，这种现象称为压电效应金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应霍尔传感器的工作原理利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量转换成电动势输出11.差动式变压器的工作原理〔互感现象〕、特点〔精度高、测量范围大等〕和应用〔大位移测量〕。可变磁阻式〔如螺管线圈型〕和涡流式传感器属于自感型，差动变压器属于互感型。12压电式传感器：工作原理〔压电效应、逆压电效应、压电材料〕；电荷放大器的两个作用(功率放大和阻抗匹配)；特点〔能量转换型、不适合静态测量〕和应用〔力、加速度〕。第5章信号的调理与记录电桥的分类〔交流电桥与直流电桥；平衡电桥与不平衡电桥〕直流电桥的平衡条件两种工作方式〔零值法和偏值法〕交流电桥的平衡条件Z1Z3=Z3Z4〔模平衡、相位平衡〕4.调制与解调的定义、目的〔便于放大和传输〕、分类〔调幅、调频、调相〕。调制就是使一个信号的某些参