機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)知識點整合

1、第一章緒論1、測試的概念目的：獲取被測對象的有用信息。測試是測量和試驗的綜合。測試技術(shù)是測量和試驗技術(shù)的統(tǒng)稱。2、靜態(tài)測量與動態(tài)測量靜態(tài)測量：是指不隨時間變化的物理量的測量。 動態(tài)測量：是指隨時間變化的物理量的測量。3、課程的主要研究對象研究機械工程中動態(tài)參數(shù)的測量4、測試系統(tǒng)的組成傳感器信號調(diào)理顯示與記錄儀5、量綱及量值的傳遞6、測量誤差系統(tǒng)誤差、隨機誤差、粗大誤差7、測量精度和不確定度8、測量結(jié)果的表達第二章信號分析與處理、信號的分類及其描述1 、分類（連續(xù)信號 I離散信號 f模擬信號 （數(shù)字信號 丫能量信號 功率信號彈期信號黑蠶鶯號確定性信號L円時鬻需譬 非周期佶虧（瞬變信號込吐亠1/各

2、態(tài)歷經(jīng)信號瀚 M1平穩(wěn)隨機信號非各態(tài)歷經(jīng)信號 1非平穩(wěn)隨機信號2、描述時域描述：幅值隨時間的變化頻域描述：頻率組成及幅值、相位大小 二、求信號頻譜的方法及頻譜的特點1 、周期信號x（/） = x（/ 土 ”厶）料=1,2,數(shù)學(xué)工具：傅里葉級數(shù)方法：求信號傅里葉級數(shù)的系數(shù)頻譜特點:周期的確定: 基頻的確定:離散性諧波性收斂性（見表1-2） 各諧波周期的最小公倍數(shù) 各諧波頻率的最大公約數(shù)2、瞬變信號 數(shù)學(xué)工具: 方（不含準周期信號） 傅里葉變換法：求信號傅里葉變換心匸無（/）嚴0頻譜特點：連續(xù)性、收斂性3、隨機信號數(shù)學(xué)工具：傅里葉變換方法：求信號自相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換頻譜特點：連續(xù)性三、典型信號的

3、頻譜1、5函數(shù)的頻譜及性質(zhì) （f）=1頻率無限，強度相等，稱為“ 均勻譜” 采樣性質(zhì)：郭）幾）=/（0）郭）0 ）/0）二 /（干 4 00 G ）積分特性:說心）/（訕=/（。）卷積特性:幾）*郭）二/（f）2、正、余弦信號的頻譜（雙邊譜）CO2硏F =?。?一八如十尹麗）sin 2磯丁 二=（J噸 _ gRbt/）2COS2曲 0寸卜（/ + ；）+炭/-/J歐拉公式T實頻譜歐拉公式把正、余弦實變量轉(zhuǎn)變成復(fù)指數(shù)形式，即一對反向旋轉(zhuǎn)失量的合成。解決了周期信號的傅里葉變換問題，得到了周期信號的雙邊譜，使信號的頻譜分析得到了統(tǒng)一。已知x（F）= ss仙-30。）繪制信號雙邊譜G） = cos 3

4、0 cos + sin 30 sin 職/=cos 叫 + 0.5sin qf=f 鈕 + 應(yīng)叩）+2（7% -R超）x（f）u 5 + 5（y +） - 6（y - 列）4?。?、截斷后信號的頻譜頻譜連續(xù)、頻帶變寬（無限）H Xoo時，不含周期分量，盡何T “； 含周期分量，Rjr）呈周期變化3）為偶函數(shù)，即：&（一門=坨（廠）4）正.余弦信號的自相關(guān)函數(shù)為余弦信號，保留了原信號的幅值（巴）、頻率SHS息，丟失了相位信息。2*3、自相關(guān)圖六、互相關(guān)函數(shù)的定義及其特點1、定義心（0=樂（力（+）1二理7 f M+訕2、特點1）心（丁為非奇非偶函數(shù)，心（門二忑（刃2）兩個同頻率信號相關(guān)，保留了原

5、信號的幅值（；5、頻率（勸和相位差）信息口3）兩個不同頻率信號不相關(guān)，心（廠）二0A）卩從5b* 心C）冬卩從+3、互相關(guān)圖七、相關(guān)分析的應(yīng)用八、相關(guān)系數(shù)與相干函數(shù)久（）=）嚴 /?r） = 1 完全相關(guān)P礎(chǔ)（廠）=lf X、尹完全相關(guān)川匕（/0（/）0幺；（/）蘭1相關(guān)系數(shù)、相關(guān)函數(shù)在時域描述兩變量之間的相關(guān)關(guān)系相干函數(shù)在頻域描述兩變量之間的相關(guān)關(guān)系。九、自功率譜密度函數(shù)定義及其特點1、定義2、意義就是信號的功率密度沿頻率軸的分布。 反映信號的頻域結(jié)構(gòu)。3、特點1)S)為偶函數(shù);2) 5J/) = 1113)IHC/f二器 反映系統(tǒng)的幅頻特性。十、互功率譜密度函數(shù)定義及其應(yīng)用1、定義2、應(yīng)用

6、S (fH(于卜二氓 反映系統(tǒng)的頻率特性口 乂 (/)卜一、數(shù)字信號處理1、 時域采樣定理：fs 2fh fs (3-4)fc2、 混疊：原因：Ts t ( fs J )、信號頻率太寬混疊部位：fs/2- 折疊頻率fs處理方法：抗混疊濾波，提高采樣頻率3、 量化及量化誤差： x 誤差J4、 泄漏：原因加窗截斷處理處理方法：合理選擇窗函數(shù)周期信號一整周期截斷5、頻域采樣與柵欄效應(yīng)十二、傅里葉變換的幾個性質(zhì)h時移：址-師=應(yīng)(/)小夙小叭2、頻移：前片曲0X(/+ 70)3. 卷積：定義：每(5(”二兀(廠尢(-廠)刀廠J齢定理：西(少孔(0和/)盡(/)兀1(小2()0扎(/尸兀(/)4.時間尺

7、度改變：xkt)1k巴塞伐爾定理：兀2(0=門無(/)/J-3CJ-3C第三章測量裝置的基本特征測量裝置的基本特征：靜態(tài)特性和動態(tài)特性 一、測量裝置的靜態(tài)特征及主要參數(shù)1 、靜態(tài)特性：2 、主要靜態(tài)參數(shù)1)2)線性度: 靈敏度:S =線性度越好7線性范圍(量程)越寬SffA xJt測量范圍J y/ x (輸出的量綱/輸入的量綱)S = dy/dx回程誤差：與輸入變化方向有關(guān)的輸出特性。分辨力(分辨率)：能測量到輸入量最小變化的能力。、線性系統(tǒng)的主要特性疊加性、比例性、微分性、積分性、頻率保持性三.測量裝置動態(tài)特性的描述時 域=h(t) y (t)(t) *h (t)復(fù)數(shù)域=H (S) Y (S

8、)二 X (S) H h(t)H (S) 頻域：H(3)Y(ti)=X(Q)H(tn)、H(35 (t)四、頻率響應(yīng)函數(shù)(頻率特性)定義及物理意義1 、頻率響應(yīng)函數(shù)定義/(勁=y)/工(a)=2、頻率響應(yīng)函數(shù)物理意義:系統(tǒng)在簡諧信號激勵下，其穩(wěn)態(tài)輸出對輸入的幅值比、相位差隨激勵頻率3變 化的特性。月幅頻特性：系統(tǒng)在簡諧信號激勵下，穩(wěn)態(tài)輸岀信號 和輸入信號的幅值比隨頻率的變化關(guān)系。卩(的相頻特性：系統(tǒng)在簡諧信號激勵下，穩(wěn)態(tài)輸出信號 和輸入信號的相位差隨頻率的變化關(guān)系.五、頻率響應(yīng)函數(shù)的求取方法1、微分方程7 H(3 )2、H(S) H(3 )3、h(t) 7 h(3 )4、實驗法六、系統(tǒng)不失真的

9、條件1、 時域不失真條件：y(t)= AOx(t-tO)2、 頻域不失真條件：嚴其中：幅頻特性A( 3 )=A0相頻特性 0 ( 3 )=- 3 tO即:系統(tǒng)對不同頻率的信號具有相同的增益；系統(tǒng)對不同頻率的信號具有相同的滯后時間。七、二階系統(tǒng)的動態(tài)特性%)“ 血)1、一階系統(tǒng)(如：RC低通濾波器), = - arctan1K當(dāng) d?二時 /(q)二卩)=45ra/2動態(tài)特征參數(shù)：時間常數(shù)rad / 5不失真工作頻率范圍：糾二o-V現(xiàn)T (工作頻率范圍寬胸應(yīng)快，動特性好2、二階系統(tǒng)K或.+皺當(dāng) ty =烏時.4(7?)=王(2+ 24I丿KT7 心)=-90。21-()2+丿 2蘭2芒 一烏 -

10、Y g丿諧振頻率：(Of =烏Jl -2孑動態(tài)特征參數(shù)：固有圓頻率：嗎 阻尼比:不失真工作頻率范圍：訂(06-0.8)吆=(0-(X4)(0.6 0.8) q T固有頻率高（V斑），動態(tài)范圍寬；2345尺寸小，質(zhì)量輕（o.14g）,負載效應(yīng)?。痪_度和靈敏度高；線性好，壽命長，使用方便；不宜作靜態(tài)參數(shù)測量；6的前置放大器。應(yīng)用：力、壓力、加速度、聲和聲發(fā)射輸出阻抗高（乙二丿，。為”級），輸出能量小，需采用高輸入阻抗J電壓放大器前置放大器電荷放大器=線性好，與電纜電容無關(guān)6、熱電式傳感器（熱電偶1熱電阻1）熱電偶溫度世空鳴熱電勢/接觸電勢 I溫差電勢2）熱電阻 溫度T電阻（金屬正溫度系數(shù)7、光電

11、式傳感器光電管-外光電效應(yīng)光電池-光生伏特效應(yīng)光敏電阻內(nèi)光電效應(yīng) 應(yīng)用：入選擇性f三、差動式傳感器的優(yōu)點1 、靈敏度擴大近一倍；2、改善了傳感器線性，線性工作范圍擴大近一倍;3 、提高了傳感器工作的穩(wěn)定性。四、傳感器選用原則五1覽橋的分類空器2.電橋平衡及平衡條件 Uh 0,則電橋平衡。直流電橋：RiR3二R2R4（相對臂電阻乘積相等）亠*宀 H.Z1Z3-Z2Z4父流電橋：ZlZ3二Z2Z4e i+ct 3二 e 2+e 4（相對臂阻抗乘積相等）3、交流電橋的調(diào)幅功能。4、電橋的輸出及靈敏度f/ 土凹 4 （耳 二R/R八、1二寸&（ -02 + -科）濾波器、分類及其功能功能：讓有用的頻率

12、成分成分通過，抑制或衰減不需要的頻率成分。 分類：低通、特征參數(shù)）截止頻率月（小=石血 （-3曲）fc :）帶寬B :B = fc7分辨力 T）中心頻率f0:托=）倍頻程選擇性：衰減快7 dBff選擇性f ）品質(zhì)因數(shù)（子）Q: Q=fO/B Q fT選擇性fA = 5 的麗 / B ,）濾波器因數(shù)入：ER 邁恒帶寬比3、倍頻程濾波器：4、理想濾波器是不可能實現(xiàn)利用某種低頻信號來控制或改變高頻振蕩的某個參數(shù)的過程。 從已調(diào)制信號中恢復(fù)原低頻調(diào)制信號的過程。調(diào)制信號、已調(diào)制信號（調(diào)幅波.七、調(diào)制與解調(diào)1、調(diào)制：:、解調(diào)：，、載波、調(diào)制與解調(diào)的作用1 ）不失真的傳輸信號；2 ）不失真的放大信號；3）

13、可實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換。5、調(diào)幅與解調(diào)調(diào)幅：高頻信號與測試（調(diào)制）信號相乘 ，使高頻信號幅值隨被測信號的變化而變化。功能：低頻信號蚩-高頻信號解調(diào)：同步解調(diào)、整流檢波、相敏檢波（f）W）O : AV） + j+ 2托） + ；/（/- 2托）軸（f）F（f）-低通濾波器T T （）圖解法：調(diào)幅2(/)1/20Ji /x tn0Z/) 1/21/2八()A J忌(/) *Z(/)!l-低1(4ft1T5V:t FC 1R 耳同步解調(diào)調(diào)幅裝置實際上是一乘法器。交流電橋-調(diào)幅裝置6 、調(diào)頻與解調(diào)調(diào)頻：利用調(diào)制信號控制高頻載波信號頻率變化過程，使載波的頻率隨調(diào)制信號的 幅值成比例變化。鑒頻1幅值檢波部分JL

14、Ca)ff圖4-21用諧振振幅進行鑒頻單位階躍信號頻譜分析單位階躍信號在時域上可表示為由于單位階躍信號不滿足絕對可積條件，不能直接由定義給出其頻譜，可把它看成當(dāng) a T 0 時的指數(shù)信號 在時域上的極限。I z 00廣J符號雷數(shù)-1 / 0H12JV(Q ) = 2 ttS (e )jF 11= (/)= 2寤(Q)X(小丄W2-4.求真實高度 斜坡溫度場函數(shù):r(t) = KfA： = -0.15/= -0.025 V/55Fll一階系統(tǒng)斜坡信號的響應(yīng)函數(shù)為:R(s) = K/sydK$2(1+ rss skF+1+ nJ他(誠)u氣球檢測-1 c(即氣球上升3000m所需時間：=3000/5 = 600(5) 設(shè)：斜坡溫度場實際