测试技术总复习ppt课件.ppt

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1、题型：选择25、判断10、简答15、分析计算50绪论掌握基本概念测试系统的组成及各部分作用第一章信号的分类给出一个信号的表达式能够判断属于哪一种信号。信号的描述方法周期信号非周期信号知道每种信号频谱的特点给出信号能够绘制频谱随机信号的描述傅立叶变换定义性质典型信号的频谱一、信号的分类一、信号的分类(classification of signal)信号的分类方法很多，可以从不同的角度对信号进行分类。如数学表示、信号的分类方法很多，可以从不同的角度对信号进行分类。如数学表示、取值特征和能量功率。取值特征和能量功率。1.1.确定性信号与非确定性信号确定性信号与非确定性信号要求：要求：1.1.给出信

2、号表达式能够判断出该信号属于什么信号。给出信号表达式能够判断出该信号属于什么信号。2.2.知道每一类信号的时域与频域特点。知道每一类信号的时域与频域特点。3.3.会每一种信号的描述方法。会每一种信号的描述方法。两种不同形式傅氏级数展开频谱比较：n：0 单边频谱 n：-+双边频谱三角函数展开复指数函数展开给出周期信号的时域表达式能够绘制出其单边和双边幅频谱。并能说出频谱的特点。幅值谱幅值谱相位谱相位谱特点：1、离散性2、收敛性3、谐波性周期信号频谱及特点周期信号频谱及特点:0 /2 /2 /2/2 /2 0 1.2.1 周期信号的描述周期信号的描述 绘制如下信号频谱1.周期信号的频谱具有离散性、

3、收敛性、谐波性。（）2.非周期信号的频谱都是连续的。（）3.只有周期信号的频谱是离散的。（）4.任一周期信号都可看成是由多个乃至无穷多个谐波信号叠加而成。（）5.谐波信号具有多个频率成分。（）傅里叶傅里叶变换（FT）傅里叶逆傅里叶逆变换（IFT）以以代入得代入得记为：x(t)X()FTIFT1.2.2 非周期信号的描述非周期信号的描述 二、傅里叶变换及其主要性质二、傅里叶变换及其主要性质二、傅里叶变换及其主要性质二、傅里叶变换及其主要性质 积 分x(t t0)时时时时 移移移移 频域微分x(kt)尺度变换 时域微分x(-f)X(t)对 称 性 X1(f)X2(f)x1(t)x2(t)频域卷积频

4、域卷积频域卷积频域卷积AX(f)+bY(f)ax(t)+by(t)线性叠加 X1(f)X2(f)x1(t)x2(t)时域卷积时域卷积时域卷积时域卷积实奇函数虚奇函数X*(-f)x*(t)共 轭虚偶函数虚偶函数X(-f)x(-t)翻 转 虚奇函数实奇函数X(f f0)频频频频 移移移移 实偶函数实偶函数函数的奇偶虚实性频 域时 域性 质频 域时 域性 质（一）均值、均方值、均方根值和方差（一）均值、均方值、均方根值和方差（参数的含参数的含参数的含参数的含义义）均值均值(mean)反映信号的反映信号的静静态分量，即常分量，即常值分量分量：均方值均方值(mean square)反映信号的反映信号的能

5、量或能量或强度度：均方根值均方根值(root of mean square)为均方均方值正的平方根：正的平方根：三、随机信号的描述三、随机信号的描述 方差方差(Variance)反映信号偏离均反映信号偏离均值的波的波动情况：情况：标准差标准差(standard variance)为方差的正的平方根：方差的正的平方根：几种典型函数的频谱(频谱密度)四、几种典型信号的四、几种典型信号的频谱1.函数的频谱及其性质函数的频谱及其性质2.矩形窗函数和常值函数的频谱矩形窗函数和常值函数的频谱3.谐波函数频谱谐波函数频谱4.周期单位脉冲序列频谱。周期单位脉冲序列频谱。第三章3.1 测试系统及其主要性质测试系

6、统及其主要性质3.2 测试系统的静态特性测试系统的静态特性3.3 测试系统的动态特性测试系统的动态特性3.4 测试系统在典型输入下的响应测试系统在典型输入下的响应3.5 实现不失真测试的条件实现不失真测试的条件（1）线性系统的主要性质 叠加性若x1(t)y1(t)，x2(t)y2(t)，则x1(t)x2(t)y1(t)y2(t)。比例性 若x(t)y(t)，为常数，则x(t)y(t)。微分特性若x(t)y(t)，则dx(t)/dtdy(t)/dt。积分特性若系统的初始状态为0，则 。是指若系统输入为简谐信号，则其稳态输出也为同频简谐信号。若，则 。频率保持性3.1 测试系统及其主要性质测试系统

7、及其主要性质 频率保持性线性系统具有频率保持特性的含义是输入信号的频率成分通过线性系统后仍保持原有的频率成分。如果发现输入和输出信号的频率成分不同，则该系统就不是线性系统。描述测试系统静态特性的指标有哪些？描述测试系统静态特性的指标有哪些？精度、非线性度、灵敏度、分辨力、回程误差、漂移等。精度、非线性度、灵敏度、分辨力、回程误差、漂移等。h(t)H(s)H()傅里叶变换拉普拉斯变换s=j1.掌握传递函数、频率响应函数、脉冲响应函数的关系：3.3 测试系统的动态特性测试系统的动态特性 2.掌握一阶系统频率响应函数的幅频A(w)和相频特性。频率响应函数：幅频特性和相频特性例例1:用一个用一个时间常

8、数常数为0.3s的一的一阶装置去装置去测量周期量周期为1s的的正弦信号正弦信号,问幅幅值误差将是多少差将是多少?若周期若周期为5s呢呢?结果如何果如何?解解:幅值误差幅值误差:一阶系统一阶系统:当装置的周期为当装置的周期为1s,5s时时:所以所以,信号频率越小信号频率越小,幅值误差越小幅值误差越小.（2）二阶系统的特点 传递函数式中：n 为系统固有频率，为系统阻尼比。3.3 测试系统的动态特性测试系统的动态特性 3.5 实现不失真测试的条件实现不失真测试的条件 (Condition of Non-distorted Measurement)1.不失真测试的条件 是指系统响应y(t)的波形和输入

9、x(t)的波形完全相似，从而保留原信号的特征和全部信息。信号不失真测试0tx(t)y(t)t0 x(t)y(t)=A0 x(t)y(t)=A0 x(t-t0)波形不失真复现y(t)=A0 x(t-t0)其中，A0、t0为常数。上式表明，若输入与输出间仅幅值不同和存在时间滞后，则表明系统实现了不失真测试。系统初态为0时，对上式进行傅里叶变换，可得不失真测试装置的频率响应函数为即：A()=A0，()=t0。该测试系统的输出y(t)应满足：3.5 实现不失真测试的条件实现不失真测试的条件不失真测试条件：幅频特性A()在x(t)的频谱范围内为常数；相频特性()与成线性关系，为一经过原点的直线。A(),

10、()A0A()=A0()=-t0-c c0不失真测试系统的频率特性图（|c时，A()=0）3.5 实现不失真测试的条件实现不失真测试的条件1.1.1.1.传感器概述传感器概述3.3.电电阻阻式传感器式传感器5.5.电电容容式传感器式传感器2.2.传感器选用原则传感器选用原则6.6.压电压电式传感器式传感器4.4.电感式电感式传感器传感器第四章电阻应变传感器电阻应变效应压阻式传感器压阻效应变阻式传感器以金属材料为敏感元件的应变片测量试件应变的原理是基于金属丝的应变效应。掌握每种传感器的原理、特点和应用。掌握每种传感器的原理、特点和应用。自感传感器根据上述公式可以形成三种类型的自感式传感器：(1)

11、改变气隙厚度；(2)改变导磁面积A0；(3)利用铁芯在螺管线圈中的直线位移改变总的磁阻。也可也可认为改改变有效有效线圈匝数圈匝数N。三种三种传感器均可用来感器均可用来测量量变换为直直线位移的物理参量。位移的物理参量。电感传感器：自感式传感器、互感式传感器、压磁式传感器特点、灵敏度、适用范围。2.涡流传感器当金属板置于当金属板置于变化磁化磁场中或在磁中或在磁场中运中运动时，在金属板中，在金属板中产生感生感应电流，流，这种种电流在金属板体内是流在金属板体内是闭合的，称合的，称为涡流流。涡流的大小与金属板的流的大小与金属板的电阻率、磁阻率、磁导率、厚度以及金属板与率、厚度以及金属板与线圈距离、激励圈

12、距离、激励电流、角流、角频率等参数有关。率等参数有关。集肤效集肤效应：涡流在金属流在金属导体的体的纵深方向并不是均匀分布深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属的，而只集中在金属导体的表面，体的表面，这称称为集肤效集肤效应。集肤效集肤效应与激励源与激励源频率率f、工件的、工件的电阻率和相阻率和相对磁磁导率有率有关。关。频率越高，率越高，电涡流的渗透深度就越浅，集肤效流的渗透深度就越浅，集肤效应越越严重。重。涡流流传感器可分感器可分为高高频反射式和低反射式和低频透射式。（两种工透射式。（两种工作原理有何不同？各有什么作原理有何不同？各有什么优点？）点？）1）高）高频反射式反射式涡流流传感器感器金属

13、板置于金属板置于线圈附近，相互圈附近，相互间距距为 。高。高频交交变电流流i-磁通磁通 （集肤效集肤效应）“旋旋涡状状”闭合感合感应电流流 i1（涡电流流或或涡流流）交交变磁通磁通 1 反作用于反作用于线圈。圈。根据根据楞次定律楞次定律，涡流的交流的交变磁磁场变化方向与化方向与线圈磁圈磁场变化方化方向相反，向相反，1总是抵抗是抵抗 的的变化，从而化，从而导致原致原线圈等效阻抗圈等效阻抗发生生变化。化。工作原理通常通常线圈尺寸、激励圈尺寸、激励电流流i及其及其频率率 一定，若金属板材料一一定，若金属板材料一定，定，变化化 可以用来可以用来测量位移、振量位移、振动等参量。等参量。若若 一定，一定，

14、变化化 或或 可可实现材材质鉴别或无或无损探探伤。等效阻抗的等效阻抗的变化程度与化程度与线圈尺寸圈尺寸、距离距离、金属板、金属板电阻率阻率 和和磁磁导率率、线圈激励圈激励电流流 i 及其及其频率率 有关。有关。2）低）低频透射式透射式涡流流传感器感器n L1 和和L2分分别为发射射线圈和接收圈和接收线圈。圈。n L1通低通低频（音（音频）交流）交流电流。流。n 在在L2中中产生感生感应电压u2。金属板金属板产生的生的涡流消耗了一部分磁流消耗了一部分磁场能能量，使量，使u2有所降低，板越厚，有所降低，板越厚，u2越低。越低。工作原理ML2L1usu2l因而按因而按u2的的变化便可化便可测得材料的

15、厚度。得材料的厚度。测量厚度量厚度时，激励，激励频率率应选得得较低。低。频率太高，率太高，贯穿深穿深度小于被度小于被测厚度，不利于厚度，不利于进行厚度的行厚度的测量，通常量，通常选激励激励频率率为1KHz左右。左右。4.5 电容式传感器电容式传感器1.工作原理及分类电容式容式传感器感器是将被是将被测量的量的变化化转换为电容量容量变化的一种化的一种传感器。感器。A电容式容式传感器感器实质是一具有可是一具有可变参数的参数的电容器。容器。电容量容量为 介介质相相对真空的介真空的介电常数，空气常数，空气 1。0 真空的介真空的介电常数，常数，0=8.85 10-12F/m。极板极板间距。距。A 极板面

16、极板面积。、A或或 发生生变化都会引起化都会引起C变化。化。实际使用中，通常使用中，通常仅改改变一个参数，根据一个参数，根据变化参数的不化参数的不同，可分同，可分为三三类：改改变极板极板间距的极距距的极距变化型；化型；改改变极板相互遮盖面极板相互遮盖面积的面的面积变化型；化型；改改变极板极板间介介质的介的介质变化型（改化型（改变）。）。磁电传感器：磁电感应式、霍尔传感器等。掌握原理和应用。会解释课本中相应磁电传感器的工作原理。掌握霍尔效应及霍尔传感器测速原理。光电传感器测速原理压电传感器：压电效应、逆压电效应。第五章 信号的调理与记录电桥调制与解调滤波器直流电桥的连接方式直流电桥的连接方式(a

17、)(a)半桥单臂半桥单臂 (b)(b)半桥双臂半桥双臂 (c)(c)全桥全桥 R3R4R2uiuoI1I2abdcR3R4uiuoI1I2abdcuiuoI1I2abdc11RRD11RRD22RRDm11RRD22RRDm44RRDm33RRD342uu1234uu12u1211RRD11RRD22RRDm11RRD22RRDm44RRDm33RRDR3R4R2uiuoI1I2abdc11RRD342u1211RRD半桥单臂连接方式中只有一个电阻半桥单臂连接方式中只有一个电阻阻值随被测量的变化而变化，此时阻值随被测量的变化而变化，此时的输出电压为的输出电压为实际使用中，为了简化桥路设计，实际

18、使用中，为了简化桥路设计，同时也为了得到电桥的最大灵敏度，同时也为了得到电桥的最大灵敏度，往往取各桥臂阻值相等，即往往取各桥臂阻值相等，即(3)(3)电桥的电桥的灵敏度灵敏度则输出电压为则输出电压为半桥双臂接法半桥双臂接法:全桥接法全桥接法:定义电桥的定义电桥的灵敏度灵敏度 则三种接法的则三种接法的灵敏度灵敏度比分别为比分别为1：2：4。注意：注意：相相邻两臂两臂电阻增阻增量符号相反；量符号相反；相相对两臂两臂电阻增阻增量符号相同。量符号相同。经传感器后的信号需感器后的信号需经过：调理、放大、理、放大、滤波等一系列的加工波等一系列的加工处理理目的：目的：将微弱将微弱电压信号放大信号放大将非将非

19、电信号信号转换为电压信号信号抑制干抑制干扰噪声，提高信噪比噪声，提高信噪比便于便于传输及后及后续环节的的处理理 5.2 调制与解调调制与解调n调制就是使一个信号的某些参数在另一个信号的控制调制就是使一个信号的某些参数在另一个信号的控制下而发生变化的过程。下而发生变化的过程。n前一信号称为载波前一信号称为载波n后一信号（控制信号）称为调制信号。后一信号（控制信号）称为调制信号。n对应于信号的三要素：幅值、频率和相位，根据载波对应于信号的三要素：幅值、频率和相位，根据载波的幅值、频率和相位随调制信号而变化的过程，调制可的幅值、频率和相位随调制信号而变化的过程，调制可以分为调幅、调频和调相，其波形分

20、别称为调幅波、调以分为调幅、调频和调相，其波形分别称为调幅波、调频波和调相波。频波和调相波。1.1.幅值调制与解调幅值调制与解调 设调制信号为设调制信号为 ，其最高频率成分为，其最高频率成分为 ，载波信号为，载波信号为 ，。则有调幅波：。则有调幅波：由傅里叶变换的卷积性质由傅里叶变换的卷积性质调幅是将一个高频简谐信号（载波信号）与测试信号调幅是将一个高频简谐信号（载波信号）与测试信号（调制信号）相乘，使载波信号的幅值随测试信号的变（调制信号）相乘，使载波信号的幅值随测试信号的变化而变化。化而变化。(1)幅值调制的工作原理幅值调制的工作原理则则而而结合第一章的作业题调幅过程相当于调幅过程相当于“

21、频谱频谱”搬移过程。搬移过程。调幅的目的是为了便于缓变信号的放大和传送。调幅的目的是为了便于缓变信号的放大和传送。如在电话电缆、有线电视电缆中，由于不同的信号被调如在电话电缆、有线电视电缆中，由于不同的信号被调制到不同的频段，因此在一根导线中可以传输多路信号。制到不同的频段，因此在一根导线中可以传输多路信号。为了减小放大电路可能引起的失真，信号的频宽相对于为了减小放大电路可能引起的失真，信号的频宽相对于中心频率（载波频率）应越小越好，实际载波频率常至中心频率（载波频率）应越小越好，实际载波频率常至少数倍甚至数十倍于调制信号频率。少数倍甚至数十倍于调制信号频率。滤波器滤波器的分类、RC调谐式滤波

22、器P149。高通、低通、带通与RC关系。振动测量内容：振动测量内容：测量机器或结构在工作状态下的振动，如振动位移、测量机器或结构在工作状态下的振动，如振动位移、速度、加速度等速度、加速度等掌握被测对象的运行状态掌握被测对象的运行状态状态监测、故障诊断状态监测、故障诊断环境控制、等级评定环境控制、等级评定对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动获得被测对象的动态性能：固有频率、阻尼、响应、模态等获得被测对象的动态性能：固有频率、阻尼、响应、模态等找出薄弱环节，通过改进设计提高其抗振能力找出薄弱环节，通过改进设计提高其抗振能力第七章 振动的测量振振动

23、信号三要素：信号三要素：1）幅值幅值 振振动体离开其平衡位置的最大位移。是振体离开其平衡位置的最大位移。是振动强度大度大小的小的标志，可以用峰志，可以用峰值、有效、有效值、平均、平均值等表示。等表示。2）频率频率 周期的倒数。周期的倒数。频谱分析分析 频率成分及其幅率成分及其幅值大小大小 线性系性系统频率保率保持特性持特性寻找振源找振源3）相位相位 确定共振确定共振频率、振型、率、振型、动平衡、有源振平衡、有源振动控制等控制等在振动测量时，应合理选择测量参数，如：振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对振

24、动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。振动速度又与能量和功率有关，并决定了力的动量。第九章 力的测量1.力的测量方法可以归纳为利用力的力的测量方法可以归纳为利用力的静力效应静力效应静力效应静力效应和和动力效应动力效应动力效应动力效应两种。两种。掌握各自所依据的原理。掌握各自所依据的原理。2.掌握电桥的和差特性，并能利用该性质根据测量量的不同进行合理布桥。掌握电桥的和差特性，并能利用该性质根据测量量的不同进行合理布桥。1.只测弯矩，消除拉力影响的布桥方式2.只测拉力，消除弯矩影响的布桥方式rMR1-r-MR2rMR3r-MR4-rM电桥和差特性：变化相同的需要消除的量放在相邻两臂，否则放在相对两臂。