機械工程測試技術(shù)復(fù)習(xí).pptVIP

機械工程測試技術(shù)復(fù)習(xí),測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。,本章學(xué)習(xí)要求：,1.了解信號分類方法與描述 2.掌握信號時域波形分析方法 3.掌握周期信號頻域分析方法；傅立葉級數(shù)，頻譜 4.掌握非周期信號頻域分析方法：傅立葉變換及計算 4.信號的主要統(tǒng)計參數(shù)與計算:均值、方差 有效值又稱為均方根值，有效值的平方就是均方值也稱為信號的強度,第一章、信號及其描述,第一章、信號及其描述,1 確定性信號與非確定性信號,可以用明確數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號稱為確定性信號。不能用數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號稱為非確定性信號(隨機信號)。,2.周期信號與離散頻譜,周期信號是經(jīng)過一定時間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號， 滿足條件：x ( t ) =x( t + nT ),任何周期函數(shù)，當(dāng)滿足狄里赫利條件都可以展開成正交函數(shù)線性組合的無窮級數(shù)，如三角函數(shù)集的傅里葉級數(shù):,傅里葉級數(shù)的表達形式：,式中:,T周期， T=2/0； 0基頻； f= 0 /2,變形為：(同頻率項合并),式中:,物理意義： A0、A1、 An均為常數(shù)，稱為諧波系數(shù) n為從到的正整數(shù)，稱為諧波階數(shù) n 時， A1為基波分量的幅值 n 2 時， A2為二次諧波分量的幅值,為基波圓頻率,為基波頻率,各階諧波分量為初相角。,周期信號頻譜的特點 1） 凡是周期量都可看成靜態(tài)分量和諧波分量 和，但不同周期量的頻率結(jié)構(gòu)不同（周期信號的 共性與個性）； 2）周期信號的傅里葉譜有三個特點： a、離散性：頻譜由一條條不連續(xù)的譜線組成，是 離散的，相鄰譜線的間距是 ； b、諧波性：各頻率分量符合諧波關(guān)系，是基波的 整數(shù)倍； c、收斂性：諧波分量的幅值有隨其階數(shù)的增高而逐漸減小的總趨勢,傅立葉變換存在條件充分條件：絕對可積，即,在數(shù)學(xué)上，稱X(w)為x(t)的傅立葉變換，稱x(t)為X(w)的傅立葉逆變換，兩者互稱為傅立葉變換對,3. 瞬變信號及傅立葉變換：,小 結(jié),、周期信號從時域描述到頻域描述采用的是傅立葉級數(shù)，非周期信號從時域描述轉(zhuǎn)換到頻域描述采用的是傅立葉變換。 、非周期信號幅值頻譜的量綱是單位頻率寬度上的幅值，在周期信號傅立葉級數(shù)展開式中，函數(shù)ej2ft的系數(shù)幅值Cn|具有與原信號幅值相同的量綱。非周期信號的表達式中，函數(shù)ej2ft的系數(shù)是 X(f)|df，若X(f)|可以看成是X(f)|dfdf，則X(f)的物理意義是非周期信號單位頻帶寬上的幅值，具有密度的函數(shù)，所以稱F(f)為原信號的頻譜密度函數(shù)，它的量綱就是信號的幅值與頻率之比。,小 結(jié),、非周期信號的頻譜是連續(xù)譜。周期為 T0 的信號x(t)其頻譜是離散的。當(dāng) x(t) 的周期T0 趨于元窮大時 , 則該信號就成為非周期信號了。周期信號頻譜譜線的頻率間隔=0=2/T0, 當(dāng)周期趨于無窮大時 , 其頻率間隔趨于無窮小, 譜線無限靠近,變量連續(xù)取值以致離散譜線的頂點最后演變成一條連續(xù)曲線。所以非周期信號的頻譜是連續(xù)的。,習(xí)題解答,1.計算周期方波的頻譜，并畫出頻譜圖。該周期波的數(shù)學(xué)表達式為：,解答:在一個周期的表達式為,積分區(qū)間?。?T/2，T/2）,所以復(fù)指數(shù)函數(shù)形式的傅里葉級數(shù)為,，,。,大型空氣壓縮機傳動裝置故障診斷,頻域參數(shù)對應(yīng)于設(shè)備轉(zhuǎn)速、固有頻率等參數(shù)，物理意義更明確。,第二章 測試裝置的基本特性,1 測試系統(tǒng)的特性分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性 2 掌握測試系統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)定的概念及意義，常用的靜態(tài)特性參數(shù)的定義及標(biāo)定數(shù)據(jù)的處理計算方法； 3 表征測試系統(tǒng)動態(tài)特性的主要指標(biāo)及其計算方法；(一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)的主要指標(biāo),一階系統(tǒng)的計算方法) 3 掌握測試系統(tǒng)動態(tài)特性分析方法（傳遞函數(shù)、頻響函數(shù)）； 4 掌握不失真測量之條件； 5 系統(tǒng)動態(tài)特性測試方法(階躍響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法),靜態(tài)特性指標(biāo),靈敏度S：是儀器在靜態(tài)條件下響應(yīng)量的變化y和與之相對應(yīng)的輸入量變化x的比值。 如果激勵和響應(yīng)都是不隨時間變化的常量(或變化極慢，在所觀察的時間間隔內(nèi)可近似為常量)， 依據(jù)線性時不變系統(tǒng)的基本特性，則有：,7分辨率,分辨率是指測量系統(tǒng)能測量到輸入量最小變化的能力，即能引起響應(yīng)量發(fā)生變化的最小激勵變化量，用x表示。由于測量系統(tǒng)或儀器在全量程范圍內(nèi)，各測量區(qū)間的x不完全相同，因此常用全量程范圍內(nèi)最大的x即xmax與測量系統(tǒng)滿量程輸出值YFS之比的百分率表示其分辨能力，稱為分辨率，用F表示，即,線性時不變系統(tǒng)有兩個十分重要的性質(zhì)，即疊加性和頻率不變性。根據(jù)疊加性質(zhì)，當(dāng)一個系統(tǒng)有n個激勵同時作用時，那么它的響應(yīng)就等于這n個激勵單獨作用的響應(yīng)之和。 即各個輸入所引起的輸出是互不影響的。 在分析常系數(shù)線性系統(tǒng)時，可將一個復(fù)雜的激勵信號分解成若干個簡單的激勵，如利用傅里葉變換，將復(fù)雜信號分解成一系列諧波或分解成若干個小的脈沖激勵，然后求出這些分量激勵的響應(yīng)之和。,頻率響應(yīng)函數(shù)、傳遞函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)的定義及相互的關(guān)系 一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)的特點 系統(tǒng)動態(tài)特性的實驗測試方法 系統(tǒng)不失真測試條件,一階系統(tǒng)微分方程,一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H(s)，頻率特性 、 幅頻特性 、相頻特性 分別為,傳遞函數(shù)：,頻率響應(yīng)函數(shù)：,幅頻特性：,相頻特性：,將 t/ d。代人上式，求得最大超調(diào)量M和阻尼比 的關(guān)系式:,因此，在測得M之后，便可按上式或根據(jù)上式作出的M -圖求取阻尼比,做傅立葉變換,y(t)=A0x(t-t0) Y()=A0e-jt0X(),不失真測試系統(tǒng)條件的幅頻特性和相頻特性應(yīng)分別滿足 A()=A0=常數(shù) ()=-t0,第三章 常用傳感器,電阻絲應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理與特點 幾種電容式傳感器的工作原理，極距式電容器傳感器靈敏度表達式及應(yīng)用 壓電式傳感器應(yīng)選用什么前置放大器？為什么？ 電渦流式傳感器的原理 傳感器的選用原則,如果兩極板互相覆蓋面積及極間介質(zhì)不變 , 則電容量 C 與極距 呈非線性關(guān)系 。當(dāng)極距有一微小變化量 d 時 , 引起電容的變化量 dC 為,得到傳感器靈敏度 靈敏度 S 與極距平方成反比 , 極距越小靈敏度越高。為減小非線性誤差，該類傳感器通常用于測量微小位移。,壓電式傳感器的前置放大器應(yīng)選用電壓放大器還是電荷放大器?為什么?,思考題,思考題 電阻絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏度公式是什么樣的?他們各有什么特點?,傳感器的選用原則,靈敏度 一般來講，傳感器靈敏度越高越好。但過高的靈敏度也會縮小其適用的范圍。靈敏度越高，與測量信號無關(guān)的外界干擾也越容易混入。 響應(yīng)特性 在所測頻率范圍內(nèi)，傳感器的響應(yīng)特性必須滿足不失真測試條件。在選用時，還要考慮到被測物理量的變化特點。 線性范圍 線性范圍越大，表明傳感器的工作量程越大。選用傳感器時要保證傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，以保證測量精度。,可靠性 為保證傳感器應(yīng)用中具有高的可靠性，事前須選用設(shè)計、制造良好，使用條件適宜的傳感器；使用過程中，盡量減輕使用條件的不良影響。 精確度 傳感器精確度越高，越能得到精確量值?？紤]精確度同時考慮經(jīng)濟性。 測量方法 傳感器在實際條件下的工作方式，也是選用傳感器時應(yīng)考慮的重要因素。 其他還考慮結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價格便宜、易于維修、易于更換等因素。,第四章 信號的調(diào)理與記錄,直流電橋和交流電橋的平衡條件 什么是調(diào)制？ 什么是調(diào)幅？它的頻率變化是怎么的？ 濾波器有什么作用？它的分類？,調(diào)幅是將一個高頻簡諧信號（載波）與測試信號（調(diào)制信號）相乘，使高頻信號的幅值隨測試信號的變化而變化的過程。,根據(jù)濾波器的選頻作用，一般分為低通、高通、帶通、帶阻濾波器。,實際濾波器：通帶中幅頻特性也并非常數(shù)，所以其主要參數(shù)有紋波幅度、截止頻率、帶寬、品質(zhì)因素以及倍頻程選擇性等。,電橋接法不同，靈敏度也不同，全橋接法可以獲得最大的靈敏度。,帶通濾波器的中心頻率f0與上、下截止頻率間的關(guān)系,相敏檢波利用比相，反映出原信號(調(diào)幅信號)的幅值又能反映其極性。,R2,e x,e y,C2,C1,R1,C1,（f）,圖5-7 RC帶通濾波器及其幅頻、相頻特性,0,f,A（f）,-450,450,0,f,1,第五章 信號處理初步,采樣及采樣定理 自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)的定義與計算 相關(guān)分析的應(yīng)用,如要要求不產(chǎn)生頻率混疊,首先應(yīng)使被采樣的模擬信號x(t)成為有限帶寬的信號。為此，對不滿足此要求的信號，在