機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)復(fù)習(xí).ppt

機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)復(fù)習(xí),測(cè)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(hào)分類(lèi)方法與描述 2.掌握信號(hào)時(shí)域波形分析方法 3.掌握周期信號(hào)頻域分析方法；傅立葉級(jí)數(shù)，頻譜 4.掌握非周期信號(hào)頻域分析方法：傅立葉變換及計(jì)算 4.信號(hào)的主要統(tǒng)計(jì)參數(shù)與計(jì)算:均值、方差 有效值又稱(chēng)為均方根值，有效值的平方就是均方值也稱(chēng)為信號(hào)的強(qiáng)度,第一章、信號(hào)及其描述,第一章、信號(hào)及其描述,1 確定性信號(hào)與非確定性信號(hào),可以用明確數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號(hào)稱(chēng)為確定性信號(hào)。不能用數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號(hào)稱(chēng)為非確定性信號(hào)(隨機(jī)信號(hào))。,2.周期信號(hào)與離散頻譜,周期信號(hào)是經(jīng)過(guò)一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)， 滿(mǎn)足條件：x ( t ) =x( t + nT ),任何周期函數(shù)，當(dāng)滿(mǎn)足狄里赫利條件都可以展開(kāi)成正交函數(shù)線(xiàn)性組合的無(wú)窮級(jí)數(shù)，如三角函數(shù)集的傅里葉級(jí)數(shù):,傅里葉級(jí)數(shù)的表達(dá)形式：,式中:,T周期， T=2/0； 0基頻； f= 0 /2,變形為：(同頻率項(xiàng)合并),式中:,物理意義： A0、A1、 An均為常數(shù)，稱(chēng)為諧波系數(shù) n為從到的正整數(shù)，稱(chēng)為諧波階數(shù) n 時(shí)， A1為基波分量的幅值 n 2 時(shí)， 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(hào)頻譜的特點(diǎn) 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(hào)的 共性與個(gè)性）； 2）周期信號(hào)的傅里葉譜有三個(gè)特點(diǎn)： a、離散性：頻譜由一條條不連續(xù)的譜線(xiàn)組成，是 離散的，相鄰譜線(xiàn)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(shì),傅立葉變換存在條件充分條件：絕對(duì)可積，即,在數(shù)學(xué)上，稱(chēng)X(w)為x(t)的傅立葉變換，稱(chēng)x(t)為X(w)的傅立葉逆變換，兩者互稱(chēng)為傅立葉變換對(duì),3. 瞬變信號(hào)及傅立葉變換：,小 結(jié),、周期信號(hào)從時(shí)域描述到頻域描述采用的是傅立葉級(jí)數(shù)，非周期信號(hào)從時(shí)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(hào)幅值頻譜的量綱是單位頻率寬度上的幅值，在周期信號(hào)傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式中，函數(shù)ej2ft的系數(shù)幅值Cn|具有與原信號(hào)幅值相同的量綱。非周期信號(hào)的表達(dá)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(hào)單位頻帶寬上的幅值，具有密度的函數(shù)，所以稱(chēng)F(f)為原信號(hào)的頻譜密度函數(shù)，它的量綱就是信號(hào)的幅值與頻率之比。,小 結(jié),、非周期信號(hào)的頻譜是連續(xù)譜。周期為 T0 的信號(hào)x(t)其頻譜是離散的。當(dāng) x(t) 的周期T0 趨于元窮大時(shí) , 則該信號(hào)就成為非周期信號(hào)了。周期信號(hào)頻譜譜線(xiàn)的頻率間隔=0=2/T0, 當(dāng)周期趨于無(wú)窮大時(shí) , 其頻率間隔趨于無(wú)窮小, 譜線(xiàn)無(wú)限靠近,變量連續(xù)取值以致離散譜線(xiàn)的頂點(diǎn)最后演變成一條連續(xù)曲線(xiàn)。所以非周期信號(hào)的頻譜是連續(xù)的。,習(xí)題解答,1.計(jì)算周期方波的頻譜，并畫(huà)出頻譜圖。該周期波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,解答:在一個(gè)周期的表達(dá)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(jí)數(shù)為,，,。,大型空氣壓縮機(jī)傳動(dòng)裝置故障診斷,頻域參數(shù)對(duì)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(cè)試裝置的基本特性,1 測(cè)試系統(tǒng)的特性分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性 2 掌握測(cè)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(jì)算方法； 3 表征測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的主要指標(biāo)及其計(jì)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(jì)算方法) 3 掌握測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)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(cè)量之條件； 5 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)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(duì)應(yīng)的輸入量變化x的比值。 如果激勵(lì)和響應(yīng)都是不隨時(shí)間變化的常量(或變化極慢，在所觀(guān)察的時(shí)間間隔內(nèi)可近似為常量)， 依據(jù)線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)的基本特性，則有：,7分辨率,分辨率是指測(cè)量系統(tǒng)能測(cè)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(lì)變化量，用x表示。由于測(cè)量系統(tǒng)或儀器在全量程范圍內(nèi)，各測(cè)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(cè)量系統(tǒng)滿(mǎn)量程輸出值YFS之比的百分率表示其分辨能力，稱(chēng)為分辨率，用F表示，即,線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)有兩個(gè)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(gè)系統(tǒng)有n個(gè)激勵(lì)同時(shí)作用時(shí)，那么它的響應(yīng)就等于這n個(gè)激勵(lì)單獨(dú)作用的響應(yīng)之和。 即各個(gè)輸入所引起的輸出是互不影響的。 在分析常系數(shù)線(xiàn)性系統(tǒng)時(shí)，可將一個(gè)復(fù)雜的激勵(lì)信號(hào)分解成若干個(gè)簡(jiǎn)單的激勵(lì)，如利用傅里葉變換，將復(fù)雜信號(hào)分解成一系列諧波或分解成若干個(gè)小的脈沖激勵(lì)，然后求出這些分量激勵(lì)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(diǎn) 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法 系統(tǒng)不失真測(cè)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(cè)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(cè)試系統(tǒng)條件的幅頻特性和相頻特性應(yīng)分別滿(mǎn)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(diǎn) 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(dá)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(xiàn)性關(guān)系 。當(dāng)極距有一微小變化量 d 時(shí) , 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(xiàn)性誤差，該類(lèi)傳感器通常用于測(cè)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(diǎn)?,傳感器的選用原則,靈敏度 一般來(lái)講，傳感器靈敏度越高越好。但過(guò)高的靈敏度也會(huì)縮小其適用的范圍。靈敏度越高，與測(cè)量信號(hào)無(wú)關(guān)的外界干擾也越容易混入。 響應(yīng)特性 在所測(cè)頻率范圍內(nèi)，傳感器的響應(yīng)特性必須滿(mǎn)足不失真測(cè)試條件。在選用時(shí)，還要考慮到被測(cè)物理量的變化特點(diǎn)。 線(xiàn)性范圍 線(xiàn)性范圍越大，表明傳感器的工作量程越大。選用傳感器時(shí)要保證傳感器工作在線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)，以保證測(cè)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(jì)、制造良好，使用條件適宜的傳感器；使用過(guò)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(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性。 測(cè)量方法 傳感器在實(shí)際條件下的工作方式，也是選用傳感器時(shí)應(yīng)考慮的重要因素。 其他還考慮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、價(jià)格便宜、易于維修、易于更換等因素。,第四章 信號(hào)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(lèi)？,調(diào)幅是將一個(gè)高頻簡(jiǎn)諧信號(hào)（載波）與測(cè)試信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）相乘，使高頻信號(hào)的幅值隨測(cè)試信號(hào)的變化而變化的過(guò)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(shí)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(hào)(調(diào)幅信號(hào))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(hào)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(jì)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(hào)x(t)成為有限帶寬的信號(hào)。為此，對(duì)不滿(mǎn)足此要求的信號(hào)，在