機(jī)械測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

緒論測(cè)試：測(cè)試是具有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量，或者可以理解為測(cè)量和實(shí)驗(yàn)的綜合。測(cè)試技術(shù)研究的主要內(nèi)容為被測(cè)量的測(cè)量原理、測(cè)量方法、測(cè)量系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理四個(gè)方面。顯示記錄信號(hào)處理傳感器測(cè)試技術(shù)的組成及作用：顯示記錄信號(hào)處理傳感器觀察者反應(yīng)、控制觀者被測(cè)對(duì)象觀察者反應(yīng)、控制觀者被測(cè)對(duì)象反應(yīng)、控制1.傳感器是將被反應(yīng)、控制測(cè)信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件，包括敏感器和轉(zhuǎn)換器兩局部。2.信號(hào)的調(diào)理環(huán)節(jié)是把來(lái)自傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成更適合進(jìn)一步的傳出和處理的形式。3.信號(hào)處理環(huán)節(jié)是對(duì)來(lái)自信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)的信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算濾波和分析。4.信號(hào)顯示記錄環(huán)節(jié)是將來(lái)自信號(hào)處理環(huán)節(jié)的信號(hào)以觀察者易于觀察的形式來(lái)顯示或存儲(chǔ)測(cè)試的結(jié)果。5.反應(yīng)、控制環(huán)節(jié)主要用于閉環(huán)控制系統(tǒng)中的測(cè)試系統(tǒng)。第1章信號(hào)及其描述信號(hào)的分類確定性信號(hào)：能用明確的數(shù)學(xué)關(guān)系式或圖像表達(dá)的信號(hào)。2.工程測(cè)試就是信號(hào)的獲取、加工、處理、顯示記錄及分析的過(guò)程。平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程：統(tǒng)計(jì)特征量不隨時(shí)間變化各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過(guò)程：樣本特征量代替總體特征量3.信號(hào)的描述：時(shí)域描述〔表達(dá)式、波形〕和頻域描述〔頻譜：相頻譜、幅頻譜〕周期信號(hào)的描述、非周期信號(hào)的描述、隨機(jī)信號(hào)的描述：〔1〕周期信號(hào)與離散頻譜周期信號(hào)的頻譜特點(diǎn)和求取方法周期信號(hào)的頻譜特點(diǎn)是離散的，每條頻譜線表示一個(gè)諧波分量。2〕每條頻譜線只出現(xiàn)在基頻整數(shù)倍的頻率上。3)各頻率分量的譜線高度與對(duì)應(yīng)諧波的振幅成正比，諧波幅值總的趨勢(shì)是隨諧波次數(shù)的增高而減小。求取方法:用三角函數(shù)展開式或是用負(fù)指數(shù)函數(shù)展開式求得。歐拉公式傅里葉變換的主要性質(zhì)1〕奇偶虛實(shí)性。2〕線性疊加性。3)對(duì)稱性。4〕尺度改變性。5〕時(shí)移性6〕頻移性。7)微分性質(zhì)。8〕積分性質(zhì)。9)卷積特性。如果平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的任何一個(gè)樣本函數(shù)的時(shí)間平均統(tǒng)計(jì)時(shí)間均相同，且等于總體統(tǒng)計(jì)特征，那么該過(guò)程為各態(tài)歷經(jīng)過(guò)程。δ函數(shù)(單位脈沖函數(shù))的頻譜特點(diǎn)：δ函數(shù)具有等強(qiáng)度、無(wú)限寬廣的頻譜這種頻譜常稱為“均勻譜”。偶函數(shù)δ函數(shù)具有乘積性篩選性卷積性利用歐拉公式，余弦函數(shù)可以表達(dá)為其傅里葉變換為：〔同理余弦函數(shù)的頻譜：OOt-o-1/2實(shí)奇函數(shù)〔時(shí)域中〕虛奇函數(shù)〔頻域中〕1/21/2Ot實(shí)偶函數(shù)實(shí)偶函數(shù)0〔2〕準(zhǔn)周期信號(hào)具有離散頻譜0〔3〕非周期信號(hào)的頻譜是連續(xù)的；10.信號(hào)分析中常用的信號(hào)：?jiǎn)挝幻}單位階躍、諧波函數(shù)、周期單位脈沖序列。第2章信號(hào)的分析與處理1.信號(hào)的時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析1)離散信號(hào)的的均值x(t)在0~T時(shí)間內(nèi)，離散點(diǎn)數(shù)為N，離散值為,那么2〕絕對(duì)平均值均方值方差的開方稱為均方差根，又叫標(biāo)準(zhǔn)偏差，表示為。2.例2.1求正弦函數(shù)的自相關(guān)函數(shù)。解：把代入得互相關(guān)函數(shù)的概念互相關(guān)函數(shù)互相關(guān)系數(shù)互相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)1〕互相關(guān)函數(shù)是可正、可負(fù)的實(shí)函數(shù)。2〕互相關(guān)函數(shù)非偶函數(shù)、亦非奇函數(shù)，具有關(guān)系3〕的峰值不在處，其峰值偏離原點(diǎn)的位置反映了兩信號(hào)時(shí)移的大小，相關(guān)程度最高?！堋堋堋?〕兩個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的隨機(jī)信號(hào)，當(dāng)均值為零時(shí)，那么兩個(gè)不同頻率的周期信號(hào)，其互相關(guān)為零。7〕周期信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)為零。5.互相關(guān)應(yīng)用測(cè)地下輸油管道破損位6.巴塞伐爾〔Paseval〕定理信號(hào)在時(shí)域中的總能量與信號(hào)在頻域中的總能量相等表示信號(hào)的功率密度沿頻率軸的分布，故又稱為功率譜密度函數(shù)。為實(shí)偶函數(shù)因果關(guān)系8.相干函數(shù)相干函數(shù)為零-輸出信號(hào)與輸入信號(hào)不相干。相干函數(shù)為1-輸出與輸入信號(hào)完全相干。相干函數(shù)在0~1之間-有如下三種可能：①測(cè)試中有外界噪聲干擾；②輸出是輸入和其他輸入的綜合輸出；③系統(tǒng)是非線性的。線性函數(shù)=1數(shù)字信號(hào)處理的根本步驟信號(hào)預(yù)處理：幅值調(diào)理、濾波、隔離直流分量、解調(diào)等。A/D轉(zhuǎn)換：采樣、量化為數(shù)字量。數(shù)字信號(hào)處理器或計(jì)算機(jī)：信號(hào)分析與處理〔數(shù)據(jù)截?cái)?、加窗、奇異點(diǎn)剔除、趨勢(shì)別離、數(shù)字濾波、時(shí)域分析、頻域分析等〕。結(jié)果顯示：數(shù)據(jù)或圖形顯示、D/A、記錄、打印等。采樣：連續(xù)時(shí)間信號(hào)離散化的過(guò)程。假設(shè)原始信號(hào)是帶限信號(hào)，那么采樣后信號(hào)頻譜不發(fā)生重疊的條件為fs≥2fh。其中fh為信號(hào)中的最高頻率。此即為采樣定理。窗函數(shù)就是在模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中〔或數(shù)據(jù)處理過(guò)程中〕對(duì)時(shí)域信號(hào)取樣時(shí)所采用的截?cái)嗪瘮?shù)。一個(gè)好的窗函數(shù)應(yīng)當(dāng)：主瓣盡可能窄〔提高頻率分辨力〕、旁瓣相對(duì)于主瓣盡可能小，且衰減快〔減小泄漏〕。矩形窗函數(shù)的頻譜為無(wú)限帶寬的sinc函數(shù)，即使x(t)為帶限信號(hào)，經(jīng)截?cái)嗪蟊厝怀蔀闊o(wú)限帶寬信號(hào)，這種信號(hào)的能量在頻率軸分布擴(kuò)展的現(xiàn)象稱為泄漏。無(wú)論采樣頻率多高，信號(hào)不可防止的出現(xiàn)混疊。提高截?cái)嘈盘?hào)長(zhǎng)度，即提高矩形窗寬度，此時(shí)sinc函數(shù)主瓣變窄，旁瓣向主瓣密集，由于旁瓣衰減較快，故可減小泄漏。經(jīng)頻域采樣后的頻譜僅在各采樣點(diǎn)上存在，而非采樣點(diǎn)的頻譜那么被“擋住”無(wú)法顯示〔視為0〕，這種現(xiàn)象稱為柵欄效應(yīng)。防止柵欄效應(yīng)1〕提高頻率分辨率。2〕采用頻率細(xì)化技術(shù)亦可改用其它把時(shí)域序列變換成頻譜序列的方法。3〕對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行整周期截?cái)?。?章測(cè)試系統(tǒng)的特性1.線性時(shí)不變系統(tǒng)的性質(zhì)：疊加性，比例特性，微分特性，積分特性，頻率保持性2.測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)特性指標(biāo)及其定義：重復(fù)性、靈敏度、線性度、分辨率、回程誤差、穩(wěn)定度和漂移等3.測(cè)量試裝置的動(dòng)態(tài)特性〔1〕常用的描述方法：微分方程、傳遞函數(shù)、頻率特性函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)〔輸入為單位脈沖信號(hào)〕4.環(huán)節(jié)的串聯(lián)環(huán)節(jié)的并聯(lián)=0.6~0.8時(shí)，系統(tǒng)在較短時(shí)間[約(5~7)/]進(jìn)入偏離穩(wěn)態(tài)不到2%~5%的范圍內(nèi)，且系統(tǒng)超調(diào)量小于10%。因此，二階測(cè)試系統(tǒng)的阻尼比通常選擇為=0.6~0.8。6.信號(hào)不失真測(cè)試是指系統(tǒng)響應(yīng)y(t)的波形和輸入x(t)的波形完全相似，從而保存原信號(hào)的特征和全部信息。不失真測(cè)試條件：幅頻特性A()在x(t)的頻譜范圍內(nèi)為常數(shù)；相頻特性與成線性關(guān)系，為一經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線。靜態(tài)特性的測(cè)定是一種特殊的測(cè)試，通過(guò)選擇經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)量作為系統(tǒng)輸入，求出其輸入、輸出特性曲線。標(biāo)準(zhǔn)輸入量的誤差應(yīng)當(dāng)是所要求測(cè)試結(jié)果誤差的1/3～1/5或更小。標(biāo)定過(guò)程：1〕作輸入-輸出特性曲線。2〕求重復(fù)性誤差。3〕求作正反行程的平均輸入-輸出曲線。4〕求回程誤差。5〕求作定度曲線。6〕求作擬合直線，計(jì)算線性度和靈敏度。測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的兩種標(biāo)定法：頻率響應(yīng)法和階躍響應(yīng)法。測(cè)試系統(tǒng)特性參數(shù)確實(shí)定：靜態(tài)特性參數(shù)的測(cè)定、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的測(cè)定測(cè)試系統(tǒng)對(duì)輸入的響應(yīng)等于輸入和其單位脈沖響應(yīng)函數(shù)的卷積測(cè)試系統(tǒng)不失真?zhèn)鬟f信號(hào)的時(shí)域條件〔即定義〕和頻域條件。第4章常用傳感器傳感器是指直接作用于被測(cè)量，并能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件。2.傳感器選用原那么：1〕仔細(xì)研究測(cè)試信號(hào)，確定測(cè)試方式和初步確定傳感器類型2)分析測(cè)試環(huán)境和干擾因素。3〕根據(jù)測(cè)試范圍確定某種傳感器4〕確定測(cè)量方式5)傳感器的體積和安裝方式。考慮完確定什么類型再考慮1.靈敏度2.響應(yīng)特性3.穩(wěn)定性4.精度33.電阻應(yīng)變片測(cè)量原理：將應(yīng)變片粘貼于彈性體外表或者直接將應(yīng)變片粘貼在被測(cè)件上，被測(cè)物變形通過(guò)基底和粘結(jié)劑傳遞給敏感柵—阻值變化—轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)。應(yīng)變電阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力ACACBxxCxABCRxACBxACB3〕非線性型5.電感式傳感器的變換原理〔電磁感應(yīng)原理〕將被測(cè)量，如位移或能轉(zhuǎn)換成位移的機(jī)械換為電感量的變化。6.渦流式傳感器分為高頻反射式渦流傳感器和低頻透射式傳感器。7.在磁化過(guò)程磁疇間的界限發(fā)生移因而產(chǎn)生機(jī)械變形這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)力使鐵磁材料的磁性的現(xiàn)象稱為壓磁效應(yīng)8.電容式傳感器：工作原理分類〔極距、面積、介質(zhì)變化型〕；某些物質(zhì)當(dāng)沿著一定的方向?qū)ζ浼恿Χ蛊渥冃螘r(shí)，在一定的外表上將產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后又重新回到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)霍爾傳感器的工作原理利用霍爾元件基于霍爾效應(yīng)原理而將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)輸出11.差動(dòng)式變壓器的工作原理〔互感現(xiàn)象〕、特點(diǎn)〔精度高、測(cè)量范圍大等〕和應(yīng)用〔大位移測(cè)量〕。可變磁阻式〔如螺管線圈型〕和渦流式傳感器屬于自感型，差動(dòng)變壓器屬于互感型。12壓電式傳感器：工作原理〔壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)、壓電材料〕；電荷放大器的兩個(gè)作用(功率放大和阻抗匹配)；特點(diǎn)〔能量轉(zhuǎn)換型、不適合靜態(tài)測(cè)量〕和應(yīng)用〔力、加速度〕。第5章信號(hào)的調(diào)理與記錄電橋的分類〔交流電橋與直流電橋；平衡電橋與不平衡電橋〕直流電橋的平衡條件兩種工作方式〔零值法和偏值法〕交流電橋的平衡條件Z1Z3=Z3Z4〔模平衡、相位平衡〕4.調(diào)制與解調(diào)的定義、目的〔便于放大和傳輸〕、分類〔調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相〕。調(diào)制就是使一個(gè)信號(hào)的某些參