機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)要點

1、機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)緒 論測試定義、測試系統(tǒng)組成測試定義、測試系統(tǒng)組成測量有關(guān)的基本概念：測量有關(guān)的基本概念：量及量綱、計量單位、基準和標準量及量綱、計量單位、基準和標準測量誤差測量誤差：定義、分類（系統(tǒng)誤差、隨機誤差、定義、分類（系統(tǒng)誤差、隨機誤差、粗大誤差）和表示方法（絕對誤差、相對誤差和粗大誤差）和表示方法（絕對誤差、相對誤差和引用誤差）引用誤差） 測量結(jié)果的表示：測量結(jié)果的表示：不確定度表示不確定度表示測試系統(tǒng)的組成測試系統(tǒng)的組成傳感器：傳感器：按按一定一定規(guī)律規(guī)律 將將被被測量轉(zhuǎn)換測量轉(zhuǎn)換成同種成同種或或 別別種種量值輸出把量值輸出把特定特定的的 信息（信息（物理、化學(xué)、生物物理

2、、化學(xué)、生物） 按按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可可 用用信號輸出的器件和信號輸出的器件和裝置。裝置。信號信號調(diào)理：調(diào)理：對對（傳感器輸出）信號進行轉(zhuǎn)換、隔離、濾波、放大等，（傳感器輸出）信號進行轉(zhuǎn)換、隔離、濾波、放大等，以便進行進一步的傳輸和處理以便進行進一步的傳輸和處理信號處理：信號處理：對對來自信號調(diào)理環(huán)節(jié)的信號，進行各種運算、分析，并輸來自信號調(diào)理環(huán)節(jié)的信號，進行各種運算、分析，并輸出結(jié)果出結(jié)果顯示顯示記錄：記錄：以以觀察者易于識別的形式來顯示測量結(jié)果，或者將測量結(jié)觀察者易于識別的形式來顯示測量結(jié)果，或者將測量結(jié)果果存儲。存儲。1.1. 信號的描述表征和分類信號的描述表征和分類

3、2.2. 周期性信號的傅里葉級數(shù)展開（周期性信號的傅里葉級數(shù)展開（2 2個公式）個公式）3.3. 非周期信號的傅里葉變換公式（正、反變換公式）非周期信號的傅里葉變換公式（正、反變換公式）4.4. 傅里葉變換的性質(zhì)傅里葉變換的性質(zhì)5.5. 隨機信號的特征參數(shù)及其物理意義隨機信號的特征參數(shù)及其物理意義第一章 信號及其描述5 5信號的表示信號的表示信號以時域、頻域來表示信號以時域、頻域來表示不同分析域只是從不同角度認識同一事物，不改變信號的實質(zhì)不同分析域只是從不同角度認識同一事物，不改變信號的實質(zhì)信號的分類信號的分類按所傳遞信息的物理屬性：機械量、電學(xué)量、光學(xué)量按所傳遞信息的物理屬性：機械量、電學(xué)量

4、、光學(xué)量按時間函數(shù)取值的連續(xù)性：連續(xù)時間信號、離散時間信號按時間函數(shù)取值的連續(xù)性：連續(xù)時間信號、離散時間信號按信號隨時間變化的特點：確定性信號和非確定性信號按信號隨時間變化的特點：確定性信號和非確定性信號信號的時域分析信號的時域分析特征參數(shù)特征參數(shù)相關(guān)分析（原理、性質(zhì)、應(yīng)用）相關(guān)分析（原理、性質(zhì)、應(yīng)用）)(maxtxxp)(min)(maxtxtxxppTTTxdttxtxEx01)(lim)(22210() l( )im)( )TxxTTx tE x tEx tdt222xxx信號的強度信號的強度 dttxTTx)(102201( )( ) ()dTxRx t x ttT01( )( ) (

5、)dTxyRx t y ttT信號的頻域分析信號的頻域分析周期信號的頻譜分析周期信號的頻譜分析傅里葉展開（三種形式）傅里葉展開（三種形式） 歐拉公式歐拉公式周期信號幅值譜特點：周期信號幅值譜特點：諧波性、離散性、收斂性諧波性、離散性、收斂性信號和頻譜信號和頻譜圖：圖：先先判斷奇函數(shù)還是偶函數(shù)，然后積分求各判斷奇函數(shù)還是偶函數(shù)，然后積分求各分量幅值分量幅值1000)sincos(2)(kkktkbtkaatxktjkkectx0)(100)cos(2)(kkktkAatx0 0 30 50 70 90 A A4/信號的頻域分析信號的頻域分析非周期信號的頻譜分析非周期信號的頻譜分析傅里葉變換傅里葉

6、變換性質(zhì)：性質(zhì)：疊加性、時移性、頻移性、卷積性疊加性、時移性、頻移性、卷積性幾種典型函數(shù)的傅里葉變換和頻譜（幾種典型函數(shù)的傅里葉變換和頻譜（沖擊、閘門函數(shù)的作用沖擊、閘門函數(shù)的作用）非周期信號幅值譜特點：非周期信號幅值譜特點：連續(xù)性、幅值密度連續(xù)性、幅值密度求非周期信號的頻譜圖求非周期信號的頻譜圖 積分求解積分求解 常用信號的頻譜常用信號的頻譜+ +傅里葉變換的性質(zhì)傅里葉變換的性質(zhì) 繪制頻譜圖繪制頻譜圖dtetfjFdejFtftjtj)()()(21)(信號的頻域分析信號的頻域分析隨機信號的頻譜分析隨機信號的頻譜分析de )()(de )()(2j2jffttthxxfX41ftdeSRde

7、RSjxyxyjxyxy)(21)()()(deSRdeRSjxxjxx)(21)()()(式中式中: :/220/2/220/2/220/20022( );( )cos;( )sin;nnTTTTnTTTnTTnnnbnaax t dtax tntdtbx tntdtAaAabarctg T T周期；周期；T=2/T=2/0 0；0 0基波圓頻率；基波圓頻率； 相位。相位。n 1000sincos2nnntnbtnaatx三角形式的傅立葉級數(shù)：三角形式的傅立葉級數(shù)： 100cos2nnntnAAtx1111其中其中 為為nC02211()( )2TjntTnnnCajbx t edtT222

8、2nnnnabACx tC ennjntn( ),(,.) 00 1 21|2nnjjnnnCCeA e指數(shù)形式的傅立葉級數(shù)：指數(shù)形式的傅立葉級數(shù)：周期信號的頻譜特性： 離散性離散性 頻譜是非周期性離散的線狀頻譜，稱它們?yōu)轭l譜是非周期性離散的線狀頻譜，稱它們?yōu)樽V線；譜線； 諧波性諧波性 譜線以基波頻率譜線以基波頻率 0 0為間隔等距離分布，任意為間隔等距離分布，任意兩諧頻之比都是整數(shù)或整數(shù)比即為有理數(shù)。各次諧波的頻率都兩諧頻之比都是整數(shù)或整數(shù)比即為有理數(shù)。各次諧波的頻率都是基頻是基頻0 0的整數(shù)倍，相鄰頻率的間隔為的整數(shù)倍，相鄰頻率的間隔為0 0或它的整數(shù)倍；或它的整數(shù)倍； 收斂性收斂性 周期

9、信號的幅值頻譜是收斂的。即諧波的頻周期信號的幅值頻譜是收斂的。即諧波的頻率越高，其幅值越小，在整個信號中所占的比重也就越小。率越高，其幅值越小，在整個信號中所占的比重也就越小。( )( )1( )( )2j tj tXx t edtx tXed22()( )( )()jftjftXfx t edtx tXf edf傅立葉變換：傅立葉變換：(1)(1)線性疊加性線性疊加性 111ax tby tax tby tA XB YAXBY FFF FFF FFF FFF傅立葉變換的性質(zhì)：傅立葉變換的性質(zhì)：(2)(2)尺度展縮性尺度展縮性( (相似性質(zhì)相似性質(zhì)) ) 1( )0,11() ;( )x tX

10、atx atXX atxaaaa若若，F(xiàn) FFFFF(3)(3)對稱性對稱性 ( )-)x tXXtx若若， （F F F F(4)(4)時移性時移性 00 xj tt tXeF F 00,x tXt若若，F(xiàn) F為實常數(shù)，則為實常數(shù)，則(5)(5)頻移性頻移性 010jtXx t eF F 00,x tXt若若，F(xiàn) F為實常數(shù)，則為實常數(shù)，則(6)(6)傅里葉變換的微分性質(zhì)：傅里葉變換的微分性質(zhì)： f tj FjF F lim0 0,1,2,1 ,ktnnftknftjFjF F一一般般地地，若若 ( )lim0,tf tFf t若若，且且F F則則 lim00,1.tttf tFf s ds

11、Ff s dsFj設(shè)設(shè)，若若則則F FF F(7)(7)傅里葉變換的積分性質(zhì)：傅里葉變換的積分性質(zhì)： 1818(8)(8)卷積定理卷積定理( )( )( ) ()x ty txy td1 ( )* ( )( ) ( );1( )* ( )( ) ( );2x ty tXYXYx t y tF FF F卷積定理：卷積定理：1 ( )* ( )( ) ( );( )* ( )( ) ( );x ty tX f Y fX fY fx t y tF FF F（1 1）矩形矩形脈沖信號脈沖信號 典型函數(shù)的傅里葉變換和頻譜典型函數(shù)的傅里葉變換和頻譜（2 2）單位單位脈沖信號脈沖信號 抽樣特性抽樣特性 卷積

12、特性卷積特性)0()()(xdtttx00( ) ()()x ttt dtxt)()()(txttx)()()(00ttxtttx 頻譜均勻性頻譜均勻性2121（3 3）正余弦信號的傅氏變換）正余弦信號的傅氏變換0001cos2 ()()2f tffffF F000sin2 ()()2jf tffffF F（4 4）周期單位脈沖信號的頻譜）周期單位脈沖信號的頻譜( )()(0, 1, 2)snp ttnTn , 21, 0nnnssssTnfTnffTfP11)(1)(1.1.線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)2.2.測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性3.3.測試系統(tǒng)的動態(tài)特性測試系統(tǒng)

13、的動態(tài)特性4.4.測試系統(tǒng)的不失真測試條件測試系統(tǒng)的不失真測試條件第3章 測試系統(tǒng)的特性分析 線性時不變系統(tǒng)線性時不變系統(tǒng)( (時域描述時域描述) )()(1)110( )( ).( )nnnna ytayta y ta()(1)110( )( ).( )mmmmb xtbxtb x tb( )( )00( )( )nmiririra ytb xta)a)疊加性疊加性 若若x1(t) y1(t)x1(t) y1(t)，x2(t) y2(t) x2(t) y2(t) 則則 x1(t)+x2(t) y1(t)+y2(t) x1(t)+x2(t) y1(t)+y2(t) b)b)比例性比例性 若若

14、x(t) y(t) x(t) y(t) 則則 ax(t) ay(t)ax(t) ay(t)線性系統(tǒng)的主要性質(zhì)線性系統(tǒng)的主要性質(zhì)c)c)微分性微分性 若若x(t) y(t) x(t) y(t) 則則x(t) y(t) x(t) y(t) d)d)積分性積分性若若x(t) y(t) x(t) y(t) 則則 x(t)x(t)dtdt y(t) y(t)dtdt e)e)頻率保持性頻率保持性 若若 x(t)= Acos(t+x(t)= Acos(t+x x) ) 則則 y(t)=Bcos(t+y(t)=Bcos(t+y y) )1( )injtiix tX e()1( )iinjtiiy tYeys

15、x( (靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù)) )(1)靈敏度：(sensitivity )(2) 非線性度(non-linearity)：max100%fBAmaxByx測試系統(tǒng)的靜態(tài)性能測試系統(tǒng)的靜態(tài)性能27max100%hhA回程誤差0正行程反行程yxFSymaxH(3)回程誤差 ( hysteresis )(4)精確度(accuracy)2、分辨率分辨率 - - 是相對數(shù)值：是相對數(shù)值：1、分辨力分辨力 - - 是絕對數(shù)值。是絕對數(shù)值。 如 0.01mm，0.1g，10ms，(4)分辨力：( resolution )max100%xFA返回(1)(1)由傅氏變換求頻率響應(yīng)函數(shù)由傅氏變換求頻率響應(yīng)函數(shù)(

16、2)(2)由正弦輸入求頻率響應(yīng)函數(shù)由正弦輸入求頻率響應(yīng)函數(shù)()()()()yyxxjtjjtYYHjXeeXe( )( )00( )( )nmiririra ytb xt測試系統(tǒng)的動態(tài)性能：測試系統(tǒng)的動態(tài)性能：22( )()( )( )emYAH jRIX( )( )()arctan( )myxeIH jR 幅頻函數(shù)：相頻函數(shù)：21( )1()A( )arctan() 一階系統(tǒng)頻率響應(yīng)一階系統(tǒng)頻率響應(yīng)二階系統(tǒng)及其頻率響應(yīng)二階系統(tǒng)及其頻率響應(yīng)2222411)(nnA22()arctan1nn )(.)(.2)()(22)()(00)(1)(22222txStytxbtyaaanndttdyndt

17、tyddttdydttydy(t)=Ay(t)=A0 0 x(t-tx(t-t0 0) )A()=AA()=A0 0= =常數(shù)常數(shù) ()=-t()=-t0 0S-t0第四章 常用傳感器與敏感元件1.1.傳感器的分類傳感器的分類2.2.參數(shù)型傳感器參數(shù)型傳感器3.3.發(fā)電型傳感器發(fā)電型傳感器4)4)光電式傳感器光電式傳感器(5)(5)霍爾傳感器霍爾傳感器傳感器分類方法較多傳感器分類方法較多, ,大體有以下幾種：大體有以下幾種：1 1）按傳感器的輸入量分類按傳感器的輸入量分類 壓力傳感器壓力傳感器 溫度傳感器溫度傳感器 位移傳感器位移傳感器 傳感器的分類傳感器的分類）按傳感器的輸出量分類）按傳感器

18、的輸出量分類 電路參數(shù)型傳感器電路參數(shù)型傳感器電阻式電阻式電容式電容式電感式電感式 發(fā)電型傳感器發(fā)電型傳感器電勢電勢電荷電荷1)1)變阻器式傳感器變阻器式傳感器1.1.電阻式傳感器電阻式傳感器2 2）電阻應(yīng)變式傳感器）電阻應(yīng)變式傳感器-應(yīng)變片應(yīng)變片2rlR2(12 )LdRdldrdERlr 2.2.電容式傳感器電容式傳感器 AC0a)a)變極距型電容傳感器變極距型電容傳感器0dCsdA 02Adcsd b)b)變面積型電容傳感器變面積型電容傳感器c) c) 變介電常數(shù)型電容傳感器變介電常數(shù)型電容傳感器0AdCsd+ A 3.3.電感式傳感器電感式傳感器 1 1）自感式傳感器自感式傳感器220

19、02mmNNALRIN2 2）互感式傳感器互感式傳感器(變壓器式傳感器變壓器式傳感器)3)渦流式傳感器渦流式傳感器( , ,)Zf 1.磁電式傳感器 ddteN ),(mdtdRBsineNBlv1) 動圈式動圈式ekNBA2)磁阻式磁阻式452.壓電式傳感器電能電能機械能機械能正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)石英晶體石英晶體 壓電陶瓷壓電陶瓷 高分子壓電材料高分子壓電材料qd F0raAC aaqUC電荷發(fā)生器：電荷發(fā)生器：電容：電容：4646AB3.熱電式傳感器TTBABAABdTTTnnekTTE0)()(ln),(00熱電偶的基本定律熱電偶的基本定律1 1、均質(zhì)導(dǎo)體定律、均質(zhì)導(dǎo)體定律2 2、中間導(dǎo)

20、體定律、中間導(dǎo)體定律3 3、中間溫度定律、中間溫度定律4 4、標準電極定律、標準電極定律光電傳感器外光電效應(yīng) 內(nèi)光電效應(yīng)(光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng))(1)光敏電阻 光電導(dǎo)效應(yīng)(2)光電池 光生伏特效應(yīng)(3)光敏二極管、三極管 光生伏特效應(yīng) 4848cdab霍爾傳感器sinHHVK IB1.1.電橋電橋2.2.調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)3 3、濾波器濾波器5151平衡條件：平衡條件：R R1 1R R3 3=R=R2 2R R4 41 3241324z zz z1.1.直流電橋直流電橋2.2.交流電橋交流電橋3.3.變壓器式電橋變壓器式電橋 Z4z3 GW2 e2W1e1IexI1I2W2W1Z4Z3GIex幅值調(diào)制與同步解調(diào)過程（數(shù)學(xué)分析幅值調(diào)制與同步解調(diào)過程（數(shù)學(xué)分析時域分析）時域分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)x(t)z(t)z(t)x x m m(t)(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)z(t)x(t)x(t)(tx0( )( ) cos(2)mxtx tf t)(tz)(tz20( )( )cos 2