机械工程测试技术基础知识点整合01852.doc

第一章 绪论
1、测试的概念
目的：获取被测对象的有用信息。
测试是测量和试验的综合。
测试技术是测量和试验技术的统称。
2、静态测量与动态测量
静态测量：是指不随时间变化的物理量的测量。
动态测量：是指随时间变化的物理量的测量。
3、课程的主要研究对象
研究机械工程中动态参数的测量
4、 测试系统的组成
5、量纲及量值的传递
6、测量误差
系统误差、随机误差、粗大误差
7、测量精度和不确定度
8、测量结果的表达
第二章 信号分析与处理
一、信号的分类及其描述
1、分类
2、描述
时域描述：幅值随时间的变化
频域描述:频率组成及幅值、相位大小
二、 求信号频谱的方法及频谱的特点
1、周期信号
数学工具：傅里叶级数
方 法:求信号傅里叶级数的系数
频谱特点： 离散性
谐波性
收敛性（见表1—2）
周期的确定:各谐波周期的最小公倍数
基频的确定:各谐波频率的最大公约数
2、瞬变信号（不含准周期信号）
数学工具：傅里叶变换
方 法：求信号傅里叶变换
频谱特点:连续性、收敛性
3、随机信号
数学工具：傅里叶变换
方 法:求信号自相关函数的傅里叶变换
频谱特点：连续性
三、 典型信号的频谱
1、δ(t)函数的频谱及性质
△(f)=1 频率无限，强度相等，称为“均匀谱”
采样性质：
积分特性：
卷积特性：
2、正、余弦信号的频谱（双边谱)
欧拉公式把正、余弦实变量转变成复指数形式，即一对反向旋转失量的合成.解决了周期信号的傅里叶变换问题,得到了周期信号的双边谱，使信号的频谱分析得到了统一。
3、截断后信号的频谱
频谱连续、频带变宽（无限)
四、 信号的特征参数
1、均值 :静态分量（常值分量）
正弦、余弦信号的均值？
2、均方值 ：强度（平均功率）
均方根值 ：有效值
3、 方差 ：波动分量
4、概率密度函数 :在幅值域描述信号幅值分布规律
五、 自相关函数的定义及其特点
1、定义：
2、特点
3、 自相关图
六、 互相关函数的定义及其特点
1、定义
2、特点
3、 互相关图
七、相关分析的应用
八、相关系数与相干函数
相关系数、相关函数在时域描述两变量之间的相关关系;
相干函数在频域描述两变量之间的相关关系。
九、 自功率谱密度函数定义及其特点
1、定义
2、意义
就是信号的功率密度沿频率轴的分布。
反映信号的频域结构.
3、 特点
十、 互功率谱密度函数定义及其应用
十一、 数字信号处理
1、时域采样定理：fs > 2fh fs 〉 （3-4)fc
2、混叠：原因： Ts↑（ fs↓）、信号频率太宽
混叠部位:fs/2-——-折叠频率
处理方法：抗混叠滤波，提高采样频率 fs ↑↑→N↑
3、量化及量化误差：△x↓→误差↓
4、泄漏：原因 加窗截断处理
处理方法:合理选择窗函数
周期信号—整周期截断
5、频域采样与栅栏效应
十二、 傅里叶变换的几个性质
k>1 时间轴压缩，频带加宽，幅值降低
k〈1 时间轴扩展,频谱变窄，幅值增高
第三章 测量装置的基本特征
测量装置的基本特征:静态特性和动态特性
一、测量装置的静态特征及主要参数
1、静态特性:
2、主要静态参数
1）线性度：线性度越好→线性范围(量程）越宽
2）灵敏度：S↑→△x↓→测量范围↓
S = △y/△x（输出的量纲/输入的量纲)
3)回程误差：与输入变化方向有关的输出特性。
4)分辨力（分辨率）:能测量到输入量最小变化的能力。
二、线性系统的主要特性
叠加性、比例性、微分性、积分性、
频率保持性
四、 频率响应函数(频率特性)定义及物理意义
1、频率响应函数定义
2、频率响应函数物理意义
:系统在简谐信号激励下，其稳态输出对输入的幅值比、相位差随激励频率ω变化的特性.
五、频率响应函数的求取方法
1、微分方程→H（ω)
2、H（S)―→H(ω)
3、h（t）→H（ω)
4、实验法
六、系统不失真的条件
1、时域不失真条件:y（t）= A0x(t—t0)
2、频域不失真条件:
其中：幅频特性 A（ω）=A0
相频特性 φ(ω)=—ωt0
即：系统对不同频率的信号具有相同的增益;
系统对不同频率的信号具有相同的滞后时间。
七、 一、二阶系统的动态特性
1、一阶系统（如:RC低通滤波器)
2、二阶系统
不失真工作频率范围：
八、系统的串并联
九、 系统的稳态响应与响应误差
十、测量装置动态特征参数的测量方法
频率响应法 阶跃响应法
1、 频率响应法：
2、 阶跃响应法:
第四章测量系统
一、传感器的定义及分类
定义：p68
二、常用传感器种类、工作原理、特点及应用
1、电阻式传感器
变阻器式：
应变片:金属应变片:Sg≈1+2υ 形变
半导体应变片：Sg≈λE 导电性能ρ变化
特点:
应用：1)测应力、应变；
2)组成各种应变式传感器
2、电容式传感器
极距变化型:s↑线性差，微小位移、非接触测量
面积变化型：s↓线性好，较大线、角位移测量
介质变化型:s↓线性好，介质参数测量
3、电感式传感器
精确度高、线性范围大、稳定性好、使用方便
应用:p87图3-28
4、 磁电式传感器
应用：速度、频数、转速、偏心量、振动
主要特点：
1°固有频率高（ )，动态范围宽；
2°尺寸小，质量轻（0.14g)，负载效应小；
3°精确度和灵敏度高;
4°线性好,寿命长，使用方便；
5°不宜作静态参数测量；
6°输出阻抗高（ ），输出能量小，需采用高输入阻抗的前置放大器。
应用:力、压力、加速度、声和声发射
6、 热电式传感器
7、 光电式传感器
光电管—-—-外光电效应
光电池——--光生伏特效应
光敏电阻-———内光电效应
应用：
三、差动式传感器的优点
1、灵敏度扩大近一倍；
2、改善了传感器线性,线性工作范围扩大近一倍；
3、提高了传感器工作的稳定性。
四、传感器选用原则
3、交流电桥的调幅功能。
4、电桥的输出及灵敏度
六、滤波器
1、分类及其功能
功能：让有用的频率成分成分通过，抑制或衰减不需要的频率成分。
分类：低通～、高通～、帯通～、带阻~
2、特征参数
1）截止频率fc:
2）带宽 B：
3）中心频率f0：
4）倍频程选择性：衰减快→dB↑→选择性↑
5）品质因数（子)Q: Q=f0/B Q↑→选择性↑
6）滤波器因数λ：
λ↓→选择性↑
3、倍频程滤波器： 恒带宽比
4、理想滤波器是不可能实现
七、调制与解调
1、调制：利用某种低频信号来控制或改变高频振荡的某个参数的过程。
2、解调：从已调制信号中恢复原低频调制信号的过程。
3、载波、调制信号、已调制信号（调幅波…。
4、调制与解调的作用
1）不失真的传输信号;
2)不失真的放大信号;
3）可实现信号的转换.
5、调幅与解调
调幅:高频信号与测试（调制）信号相乘,使高频信号幅值随被测信号的变化而变化。
解调：同步解调、整流检波、相敏检波
图解法：调幅
同步解调
调幅装置实际上是一乘法器。
交流电桥—-——调幅装置
6、调频与解调
调频:利用调制信号控制高频载波信号频率变化过程，使载波的频率随调制信号的
幅值成比例变化。鉴频
单位阶跃信号频谱分析
单位阶跃信号在时域上可表示为：
由于单位阶跃信号不满足绝对可积条件，不能直接由定义给出其频谱,可把它看成当 时的指数信号
在时域上的极限。
其傅立叶变换为：
其幅度谱、相位谱分别为
将单边指数信号的频谱分解为实频与虚频两部分
阶跃信号的频谱为
由于阶跃信号中含有直流分量，所以阶跃信号的频谱在 处存在冲激,而且它在t=0处有跳变，从而频谱中还有高频分量。
符号函数的频谱分析
符号函数x（t）可表示
2-4. 求真实高度
斜坡温度场函数：
一阶系统斜坡信号的响应函数为：
气球检测—1℃(即气球上升3000m）所需时间:
5—1。求 的自相关函数及自功率谱。