傳感器與測試技術(shù)

1、傳感器與測試技術(shù)實驗指導(dǎo)書（虛擬實驗系統(tǒng)用）河北科技大學(xué)機械電子工程學(xué)院20056前 言隨著傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)及計算機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，促使測試技術(shù)在知識內(nèi)容、實驗儀器、實驗方法等方面都發(fā)生了意義深遠(yuǎn)的變革與更新，并已充分體現(xiàn)在面向廿一世紀(jì)教學(xué)大綱與教材中，顯然原有的實驗設(shè)備環(huán)境已遠(yuǎn)不能滿足其要求，為此我學(xué)科組應(yīng)用虛擬儀器(VI)技術(shù)，研發(fā)了VI實驗平臺，推出了26項教學(xué)實驗，大大豐富了實驗內(nèi)容，包括基礎(chǔ)理論篇與工程應(yīng)用篇，前者主要是配合課堂教學(xué)對理論知識的演示與驗證；后者是直接針對工程應(yīng)用技術(shù)的綜合性、設(shè)計性實驗，即以學(xué)生為主體，按實驗?zāi)康淖孕羞x擇測量裝置，搭建測試系統(tǒng)，確定試驗方法步驟等

2、。為了配合機械類專業(yè)“傳感器與測試技術(shù)”多學(xué)科、多層次實驗教學(xué)要求，我學(xué)科組重新編制了“傳感器與測試技術(shù)實驗指導(dǎo)書”。對于不同學(xué)科，不同層次的教學(xué)任務(wù)，可按大綱要求自行選擇部分實驗內(nèi)容。為了方便學(xué)生自學(xué)與復(fù)習(xí)，本書按教材章節(jié)順序編寫實驗內(nèi)容。因時間倉促，水平所限，難免有錯誤與不妥之處，懇請讀者批評指正，并愿廣泛征求反饋意見，進(jìn)一步修改完善，推出正式版本。謝謝！ 編者 20056 第一篇 基礎(chǔ)理論教學(xué)實驗第一章 信號及其描述1、 典型信號的合成與分解實驗2、 典型信號的頻譜分析實驗3、 典型信號幅值分布特性分析4、 典型信號的強度分析第二章 測試裝置的基本特性5、 傳感器靜態(tài)標(biāo)定實驗6、 一階系

3、統(tǒng)頻率響應(yīng)實驗7、 二階系統(tǒng)頻率響應(yīng)實驗8、 一二階系統(tǒng)無失真測試條件實驗第三章 常用傳感器9、 電阻應(yīng)變式測力、拉、壓、彎、扭傳感器原理及應(yīng)用實驗10、 渦流傳感器原理及應(yīng)用實驗11、 壓電式傳感器原理及前置放大器第四章 信號調(diào)理、處理和記錄12、 電橋在應(yīng)變測試中的應(yīng)用13、 調(diào)制與解調(diào)原理實驗14、 動態(tài)電阻應(yīng)變儀工作原理實驗15、 RC調(diào)諧式濾波器的基本特性實驗16、 倍頻程濾波器及其在噪聲測試中應(yīng)用第五章 信號處理初步17、 頻率混疊、抗混頻濾波與采樣定理18、 窗函數(shù)與FFT譜的能量泄漏19、 FFT譜的柵欄效應(yīng)與信號的整周期截取20、 信號的相關(guān)分析21、 信號的FFT功率譜分析

4、第二篇 工程測試應(yīng)用實驗22、 振動信號測試實驗1） 儀器選擇及系統(tǒng)設(shè)計2） 時域參量測試3） 振動信號的頻譜分析23、 機械結(jié)構(gòu)振動參數(shù)測試實驗1） 測試系統(tǒng)設(shè)計2） 了解SDAS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3） 測試數(shù)據(jù)的分析處理24、 回轉(zhuǎn)軸徑向運動誤差測試實驗1） 測量原理2） 測試系統(tǒng)設(shè)計3） 數(shù)據(jù)采集與處理25、 噪聲測試實驗1） 測量原理2） 測試系統(tǒng)設(shè)計3） 數(shù)據(jù)采集與處理26、 動應(yīng)力綜合測試實驗1） 綜合應(yīng)力發(fā)生裝置2） 貼片與接橋3） 模擬測試系統(tǒng)設(shè)計4） 數(shù)字測試系統(tǒng)設(shè)計綜合型、設(shè)計型實驗要求與格式（例如）一、實驗名稱：機械結(jié)構(gòu)振動參數(shù)測試實驗二、實驗?zāi)康模? 了解計算機輔助測試SDA

5、S2數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，及其在振動測試中的應(yīng)用；2 掌握快速正弦掃頻激振測試及實驗數(shù)據(jù)處理；3 了解沖擊激振測試及實驗數(shù)據(jù)處理。三、可供選擇的實驗儀器：被測機械結(jié)構(gòu)懸臂梁激振器，功放加速度計，電荷放大器SDAS2數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)四、擬定實驗方案：1 合理選擇實驗一起，搭建測試系統(tǒng)；2 簡述實驗原理；3 寫出實驗步驟；（*必須經(jīng)指導(dǎo)教師答疑通過以上實驗方案，方可進(jìn)行實驗）4 完成實驗過程，記錄實驗數(shù)據(jù)。五、完成實驗報告：1 寫出實驗方案；2 對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)分析處理，比較被測試件的實驗測試參數(shù)與理論計算參數(shù)，并加以分析；3 談?wù)勗搶嶒灥男牡皿w會及建議。第一篇 基礎(chǔ)理論教學(xué)實驗第一章 信號及其描述（

6、1）典型信號的分解與合成實驗1、試驗?zāi)康模?) 掌握信號分解與合成的原理；2) 熟悉典型信號，如方波、三角波、鋸齒波等的分解與合成過程。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：1) 計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；典型信號的波形分解后各諧波分量的波形合成信號的波形分解合成2)3、實驗原理：1） 信號的頻域描述，反映的是信號的頻率結(jié)構(gòu)和各頻率成分的幅值、相位關(guān)系。2） 如下傅立葉級數(shù)可以看出，周期信號可看作無窮多個諧波分量的合成。而當(dāng)周期信號已知時，可確定各諧波分量的系數(shù)，將其分解。3） 對于典型的周期信號，如方波、三角波等，根據(jù)其傅立葉級數(shù)可確定分解與合成的過程，具體形式見參考1。4、實驗內(nèi)容與步驟：1

7、) 打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實驗一；2) 在典型信號中選擇方波，單擊分解，觀察分解后各諧波分量的波形；3) 單擊合成，觀察各諧波分量合成后的信號波形；4) 改變合成諧波分量的數(shù)目為1，重新合成，觀察合成波形的變化，并與原信號波形比較；5) 逐步增加合成諧波分量的數(shù)目，重新合成，觀察合成波形的變化，并與原信號波形比較；6) 同樣，在典型信號中選擇其它信號，重復(fù)上述操作。5、實驗報告要求（包括思考題）：1) 任選某一種典型信號，推導(dǎo)其傅立葉級數(shù)；2) 畫出其原始信號波形；3) 畫出其分解后各諧波分量的波形；4) 分別畫出諧波分量的數(shù)目為1，2，3的合成波形，并與原信號波形進(jìn)行比較

8、，說明二者的區(qū)別所在，及討論為什么？（2）典型信號的頻譜分析實驗1、試驗?zāi)康模?) 掌握信號進(jìn)行頻譜分析的原理；2) 熟悉典型周期信號，如方波、三角波、鋸齒波等的幅、相頻譜；3) 熟悉典型非周期信號，如窗函數(shù)、單位脈沖函數(shù)、周期單位脈沖序列等的幅、相頻譜；4) 熟悉典型隨機信號，如正態(tài)分布的隨機信號等的幅、相頻譜。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；3、實驗原理：1） 信號的頻域描述，反映的是信號的頻率結(jié)構(gòu)和各頻率成分的幅值、相位關(guān)系。在頻域中每個信號都必須同時用幅頻譜、相頻譜來描述，統(tǒng)稱為頻譜。幅頻譜：以頻率為橫坐標(biāo)，以幅值為縱坐標(biāo)；相頻譜：以頻率為橫坐標(biāo)，以相位為

9、縱坐標(biāo)。2） 周期信號，采用傅立葉級數(shù)來實現(xiàn)頻譜分析；3） 非周期信號，采用傅立葉變換來實現(xiàn)頻譜分析；4） 隨機信號，理論上應(yīng)該采用功率譜來表示其頻域描述，但針對每一個記錄樣本，均可計算其幅值譜。5） 以上提到的頻譜分析，當(dāng)在計算機上實現(xiàn)時，均采用的是離散傅立葉變換DFT。4、實驗內(nèi)容與步驟：1） 打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實驗二；2） 在典型周期信號中選擇方波，單擊頻譜分析，觀察其幅、相頻譜；3） 同樣，可觀察其他周期信號的幅、相頻譜，注意周期信號的頻譜特點；4） 在典型非周期信號中選擇窗函數(shù)，單擊頻譜分析，觀察其幅、相頻譜；5） 同樣，可觀察其他非周期信號的幅、相頻譜，注意

10、非周期信號的頻譜特點；6） 在典型隨機信號中選擇正態(tài)分布的隨機信號，單擊頻譜分析，觀察其幅、相頻譜；7） 同樣，可觀察其他隨機信號的幅、相頻譜，注意隨機信號的頻譜特點。5、實驗報告要求（包括思考題）：1) 任選某一種典型周期信號，畫出其頻譜（包括幅、相頻譜），并總結(jié)出周期信號的頻譜特點；2) 任選某一種典型非周期信號，畫出其頻譜（包括幅、相頻譜），并總結(jié)出非周期信號的頻譜特點；3) 任選某一種典型隨機信號，畫出其頻譜（包括幅、相頻譜），并總結(jié)出隨機信號的頻譜特點；4) 寫出離散傅立葉變換的公式，試編程運行？（3）典型信號的幅值特性分析實驗1、試驗?zāi)康模?) 掌握信號進(jìn)行幅值特性分析的原理；2)

11、 熟悉典型周期信號，如方波、三角波、鋸齒波等的幅值特性；3) 熟悉典型非周期信號，如窗函數(shù)、單位脈沖函數(shù)、周期單位脈沖序列等的幅值特性；4) 熟悉典型隨機信號，如正態(tài)分布的隨機信號等的幅值特性。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；3、實驗原理：1） 概率密度函數(shù)提供了信號幅值分布的信息，不同的信號有不同的概率密度函數(shù)圖形，因此可以用來識別信號的性質(zhì)。2） 當(dāng)該函數(shù)未知時，可以用統(tǒng)計概率分布圖和直方圖來估計。4、實驗內(nèi)容與步驟：1） 打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實驗三；2） 在典型周期信號中選擇方波，單擊幅值特性分析，觀察其概率分布函數(shù)、概率密度函數(shù)；3）

12、 同樣，可觀察其他周期信號的概率分布函數(shù)、概率密度函數(shù)；4） 在典型非周期信號中選擇窗函數(shù)，單擊幅值特性分析，觀察其概率分布函數(shù)、概率密度函數(shù)；5） 同樣，可觀察其他非周期信號的概率分布函數(shù)、概率密度函數(shù)；6） 在典型隨機信號中選擇正態(tài)分布的隨機信號，單擊幅值特性分析，觀察其概率分布函數(shù)、概率密度函數(shù)；7） 同樣，可觀察其他隨機信號的概率分布函數(shù)、概率密度函數(shù)。5、實驗報告要求（包括思考題）：1) 任選某一種典型周期信號，畫出其概率分布函數(shù)、概率密度函數(shù)；2) 任選某一種典型非周期信號，畫出其概率分布函數(shù)、概率密度函數(shù)；3) 任選某一種典型隨機信號，畫出其概率分布函數(shù)、概率密度函數(shù)；4) 寫出

13、離散傅立葉變換的公式，試編程運行？（4）典型信號的強度分析實驗1、試驗?zāi)康模?) 掌握信號進(jìn)行強度分析原理，計算各統(tǒng)計參數(shù)，如均值、方差、均方值等；2) 熟悉典型周期信號，如方波、三角波、鋸齒波等的各統(tǒng)計參數(shù)；3) 熟悉典型非周期信號，如窗函數(shù)、單位脈沖函數(shù)、周期單位脈沖序列等的各統(tǒng)計參數(shù)；4) 熟悉典型隨機信號，如正態(tài)分布的隨機信號等的各統(tǒng)計參數(shù)。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；3、實驗原理：1) 主要統(tǒng)計特征參數(shù)包括均值、均方值、方差，三者之間的關(guān)系：。2) 其他統(tǒng)計特征參數(shù)還有很多，具體可見參考11。4、實驗內(nèi)容與步驟：1） 打開“測試實驗軟件DTEST1.

14、0”，進(jìn)入實驗四；2） 在典型周期信號中選擇方波，單擊強度分析，計算其各統(tǒng)計參數(shù)；3） 同樣，可觀察其他周期信號的各統(tǒng)計參數(shù)；4） 在典型非周期信號中選擇窗函數(shù)，單擊強度分析，計算其各統(tǒng)計參數(shù)；5） 同樣，可觀察其他非周期信號的各統(tǒng)計參數(shù)；6） 在典型隨機信號中選擇正態(tài)分布的隨機信號，單擊強度分析，計算其各統(tǒng)計參數(shù)；7） 同樣，可觀察其他隨機信號的各統(tǒng)計參數(shù)。5、實驗報告要求（包括思考題）：1） 任選某一種典型周期信號，計算其各統(tǒng)計參數(shù)；2） 任選某一種典型非周期信號，計算其各統(tǒng)計參數(shù)；3） 任選某一種典型隨機信號，計算其各統(tǒng)計參數(shù)；第二章 測試裝置的基本特性（5）傳感器靜態(tài)標(biāo)定實驗1、試驗?zāi)?/p>

15、的：1）學(xué)習(xí)YJD-1型電阻應(yīng)變儀的使用方法。2）學(xué)習(xí)測量裝置靜態(tài)特性的標(biāo)定方法。3）掌握用分析軟件對靜態(tài)裝置靜態(tài)特性的標(biāo)定方法。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：1）YJD-1型電阻應(yīng)變儀；2）電阻應(yīng)變式傳感器；3）計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；電阻應(yīng)變式傳感器器YJD-1電阻應(yīng)變儀加載裝置4）系統(tǒng)框圖：3、實驗原理：新設(shè)計制造的傳感器，需要對其參數(shù)和性能進(jìn)行標(biāo)定，以便檢查是否符合設(shè)計要求。另外，隨著時間和周圍環(huán)境的變化，使用中傳感器的參數(shù)也會有變化，也需要進(jìn)行定期校準(zhǔn)，所以測量裝置的標(biāo)定，是一項經(jīng)常性，非常重要的工作。電阻應(yīng)變式測力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定，就是在靜態(tài)下，通過加載裝置對傳感器施加載荷

16、，同時由應(yīng)變儀讀取輸出，而獲取傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)如靈敏度，非線性度，回程誤差等。4、實驗內(nèi)容與步驟：41 粘貼應(yīng)變片1） 惠斯登電橋挑選兩個電阻值120左右的電阻應(yīng)變片,阻值差小于0.5。2） 砂紙打磨等強度梁，去除污物，用酒精清洗。3） 用502膠水粘貼電阻應(yīng)變片。（一片粘在受力的位置，一片粘在不受力的位置。）4） 用萬用表檢查有無短路、斷路，引線與等強度梁間的絕緣電阻應(yīng)大于150M。5） 焊接導(dǎo)線，并用膠帶紙固定，在常溫下，放置24小時后，方可使用。42 測試數(shù)據(jù)1） 聯(lián)接電橋：將應(yīng)變式傳感器的應(yīng)變片引出線分別接于A、B、C三點,并將接線柱旋緊,組成半橋單臂測量電路。2） 調(diào)整靈敏系數(shù)盤

17、K，使之與應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K相符。3） 檢查指示器指針是否準(zhǔn)確的停止在機械零位，否則必須校正后方可工作。4） 檢查微調(diào)，中調(diào)，粗調(diào)三個調(diào)節(jié)旋鈕，是否都指在零位。5） 經(jīng)指導(dǎo)老師檢查無誤后，方可打開電源。6） 將選擇開關(guān)旋到“予”上，調(diào)節(jié)“電阻平衡”，“電容平衡”兩電位器，使指示電表的指針指與零位。然后將開關(guān)旋到“靜”的位置，再調(diào)節(jié)“電阻平衡”使指針指于零位。在“予”、“靜”反復(fù)調(diào)整幾次后，此時電橋已予調(diào)平衡。7） 仔細(xì)觀察三分鐘，電表指針不應(yīng)有漂移。8） 進(jìn)行加載，指針偏移零位，旋轉(zhuǎn)“微調(diào)”旋鈕使指針指回零位，記下此時“微調(diào)”旋鈕讀數(shù)。加載：100，200，300，400，500（g）記錄讀數(shù)

18、。9） 依次卸載并記錄讀數(shù)。注意卸載至零載荷時，不要忘記將微調(diào)旋鈕讀數(shù)記錄下來。0100200300400500加載 卸載43 數(shù)據(jù)處理1） 打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入“靜態(tài)標(biāo)定”實驗；2） 將實驗記錄的各數(shù)據(jù)分別填入，點擊作圖；3） 按端點線性、 最小二乘法二種方法做出擬合直線，求出線性誤差；4） 繪出回程誤差特性曲線，并確定其回程誤差H；5） 確定本測力傳感器的靜態(tài)靈敏度S。5、實驗報告要求（包括思考題）：1） 寫出實驗名稱、目的，及畫出實驗系統(tǒng)框圖；2） 實驗數(shù)據(jù)處理電阻應(yīng)變式測力傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)評定。非線性度：按端點線性、最小二乘法二種方法做出擬合直線、求出線性誤差。

19、繪出回程誤差特征曲線,并確定其回程誤差H。確定本測力傳感器的靜態(tài)靈敏度S。3） 心得體會及對實驗的改進(jìn)意見（6）一階系統(tǒng)頻率響應(yīng)實驗1、試驗?zāi)康模?）了解一階系統(tǒng)的時域響應(yīng)函數(shù)；2）掌握一階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；3、實驗原理：頻率響應(yīng)函數(shù)是描述和考察系統(tǒng)在頻率域中的特性的，利用它和傳遞函數(shù)的關(guān)系，極易求出傳遞函數(shù)，是研究系統(tǒng)特性的重要的工具。定常系統(tǒng)在簡諧信號的激勵下，其穩(wěn)態(tài)輸出信號和輸入信號的幅值比定為該系統(tǒng)的幅值特性，記為A()；穩(wěn)態(tài)輸出信號對輸入信號的相位差被定義為該系統(tǒng)的相頻特性，兩者 統(tǒng)稱為系統(tǒng)的頻率特性。因此系統(tǒng)

20、的頻率特性指系統(tǒng)在簡諧信號激勵下，其穩(wěn)態(tài)輸出對輸 入的幅值比、相位差隨激勵頻率變化的特性。一階系統(tǒng)的幅頻特性為，相頻特性為。改變系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)時間常數(shù)可以觀察相應(yīng)的特性曲線。4、實驗內(nèi)容與步驟：1） 打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入“動態(tài)特性”實驗。2） 取時間常數(shù)=0.02s，0.06s，0.1s，觀察一階系統(tǒng)的幅、相頻特性曲線，實、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。3） 仍取以上三個時間常數(shù)，觀察一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)。5、實驗報告要求（包括思考題）：1）畫出不同時間常數(shù)下的幅、相頻特性曲線，實、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。觀察時間常數(shù)對系統(tǒng)頻域特性的影

21、響。2）畫出不同時間常數(shù)下的單位脈沖響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)。觀察時間常數(shù)對系統(tǒng)時域特性的影響。（7）二階系統(tǒng)頻率響應(yīng)實驗1、試驗?zāi)康模?）了解二階系統(tǒng)的時域響應(yīng)函數(shù)；2）掌握二階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；3、實驗原理：二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為頻率響應(yīng)函數(shù)為幅頻特性為相頻特性為二階系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)是固有頻率n和阻尼比。在通常的使用頻率范圍中，以固有頻率n的影響最為重要，所以二階系統(tǒng)工作頻率范圍的確定以固有頻率為依據(jù)。在 = n附近，系統(tǒng)幅頻特性受阻尼比影響極大，當(dāng)n時 ，系統(tǒng)發(fā)生共振。因此作為使用裝置，極少選用這種頻率關(guān)系。但這種關(guān)系在測定系統(tǒng)本

22、身的參數(shù)時，卻是很重要的。4、實驗內(nèi)容與步驟：1） 打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入“動態(tài)特性”實驗。2） 取固有頻率n=20，100Hz，觀察二階系統(tǒng)的幅、相頻特性曲線，實、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。3） 取阻尼比=0.1，0.3，0.5，0.7，1.0，觀察二階系統(tǒng)的幅、相頻特性曲線，實、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。4） 仍取以上參數(shù)，觀察二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)。5、實驗報告要求（包括思考題）：1）畫出不同固有頻率n、阻尼比下的幅、相頻特性曲線，實、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。觀察時間常數(shù)對系統(tǒng)頻域特性的影響。2）畫出不同固有頻率n、阻尼比下的單位脈沖響應(yīng)和

23、單位階躍響應(yīng)。觀察時間常數(shù)對系統(tǒng)時域特性的影響。（8）一二階系統(tǒng)無失真測試條件實驗1、試驗?zāi)康模?）掌握不失真測試的條件。2）了解參數(shù)變化對一階測試裝置不失真測試范圍的影響。2）了解參數(shù)、變化對二階測試裝置不失真測試范圍的影響。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；3、實驗原理：靜態(tài)不失真條件為：在靜態(tài)測量時，理想的定常線性系統(tǒng)，S為靈敏度。動態(tài)不失真條件為：在動態(tài)測量時，理想的定常線性系統(tǒng)，A0為靈敏度，t0為時間延遲。4、實驗內(nèi)容與步驟：1）打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入“無失真測試”實驗。2）點擊對話框中的“一階系統(tǒng)”。改變值，設(shè)變化，畫出幅頻、相頻曲

24、線進(jìn)行分析，確定幅值誤差工作頻率范圍。3）點擊對話框中的“二階系統(tǒng)”。改變值，確定值，變化，畫出幅頻、相頻曲線，分析改變對測量裝置的影響，求出最佳阻尼。在值條件下，改變，變化，畫出幅頻、相頻曲線進(jìn)行分析，確定對不失真頻率范圍影響。5、實驗報告要求（包括思考題）：1）寫出實驗名稱、目的。2）畫出一階測試系統(tǒng)幅、相頻曲線，分析參數(shù)變化對其的影響。3）畫出 =20時，改變值的二階測試系統(tǒng)幅、相頻曲線，并分析對測量裝置的影響。4）畫出 時，改變值的二階測試系統(tǒng)幅、相頻曲線，根據(jù)曲線說明對不失真測試條件影響，從而確定在最佳阻尼條件下不失真的工作頻率范圍。第三章 常用傳感器（9）電阻應(yīng)變式測力、拉、壓、彎

25、、扭傳感器原理及應(yīng)用實驗1、試驗?zāi)康模?）了解和掌握電阻應(yīng)變式傳感器的測量原理和方法。2）掌握如何用電阻應(yīng)變式傳感器測量力、拉、壓、彎、扭。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：1）電阻應(yīng)變式傳感器；2）電阻應(yīng)變儀；3）測試系統(tǒng)。3、實驗原理：1）應(yīng)變片式傳感器分類：依據(jù)測量目的分為載荷測量和應(yīng)力測量。構(gòu)成：由應(yīng)變片和彈性元件構(gòu)成。關(guān)鍵是合理選擇彈性元件，以及應(yīng)變片的布置方式和接橋方式，以得到測量應(yīng)變與實際應(yīng)變之間的關(guān)系。因此，應(yīng)變片式傳感器在使用之前必須進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的靈敏度。2）常用的幾種應(yīng)變片式傳感器測拉（壓）力應(yīng)變片式傳感器：常用的彈性元件有環(huán)形（圓環(huán)形、扁圓環(huán)形）和柱形（實心圓柱形、空心圓

26、柱形）。測彎矩應(yīng)變片式傳感器：常用的彈性元件為懸臂梁（等截面梁、等強度梁）。測扭矩應(yīng)變片式傳感器：常用的彈性元件為圓軸。需采用應(yīng)變花。4、實驗內(nèi)容與步驟：1）觀察電阻應(yīng)變式傳感器的外形；2）按照使用說明書安裝電阻應(yīng)變式傳感器；3）設(shè)置電阻應(yīng)變儀的各項參數(shù)；3）觀察傳感器的輸出信號，然后采集。5、實驗報告要求（包括思考題）：1）電阻應(yīng)變式傳感器能測量哪些參量？2）電阻應(yīng)變儀如何調(diào)平衡？（10）渦流傳感器原理及應(yīng)用實驗1、試驗?zāi)康模毫私夂驼莆针姕u流傳感器測量原理和方法。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：1）電渦流傳感器；2）電壓放大器。3）測試系統(tǒng)。3、實驗原理：1）電渦流傳感器就是能靜態(tài)和動態(tài)地非接觸，高

27、線性度，高分辨力地測量被測金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離。它是一種非接觸的線性化計量工具。電渦流位移傳感器能準(zhǔn)確測量被測體（必須是金屬導(dǎo)體）與探頭端面之間的靜態(tài)和動態(tài)距離及其變化。2）探頭、(延伸電纜)、前置器以及被測體構(gòu)成基本工作系統(tǒng)。前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場。如果在這一交變磁場的有效范圍內(nèi)沒有金屬材料靠近，則這一磁場能量會全部損失；當(dāng)有被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，電磁學(xué)上稱之為電渦流，與此同時該電渦流場也產(chǎn)生一個方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，由于其反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗），這

28、一變化與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項同性，則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、尺寸因子、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體表面的距離D、電流強度I和頻率參數(shù)來描述。則線圈特征阻抗可用Z=F(, , , D, I, )函數(shù)來表示。通常我們能做到控制, , , I, 這幾個參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變，則線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數(shù)，雖然它整個函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為"S"型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。于此，通過前置器電子線路的處理，將線圈

29、阻抗Z的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量。3）渦流檢測不需要改變試件的形狀，也不會影響試件的使用性能，因此，是一種無損地評定試件有關(guān)性能和發(fā)現(xiàn)試件有無缺陷等的檢測方法。渦流檢測只適用于能產(chǎn)生渦流的導(dǎo)電材料。同時，由于渦流是電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，在檢測時，不必要求線圈與試件緊密接觸，也不必在線圈和試件之間充填滿合劑，從而容易實現(xiàn)自動化檢驗。對管、棒、絲材表面缺陷，渦流檢查法有很高的速度和效率。渦流及其反作用磁場對代表金屬試件物理和工藝性能的多種參數(shù)有反應(yīng)

30、，因此是一種多用途的試驗方法。然而，正是由于對多種試驗參數(shù)有敏感反應(yīng)，也就會給試驗結(jié)果帶來干擾信息，影響檢測的正確進(jìn)行。渦流檢測設(shè)備用于各種金屬管、棒、線、絲材的在線、離線探傷。在探傷過程中，能同時兼顧長通傷、緩變傷等長缺陷和短小缺陷（如通孔）；能夠有效抑制管道在線、離線檢測時的某些干擾信號（如材質(zhì)不均、晃動等），對金屬管道內(nèi)外壁缺陷檢測都具有較高的靈敏度；還可用于機械零部件混料分選，滲碳深度和熱處理狀態(tài)評價，硬度測量等。4、實驗內(nèi)容與步驟：1）觀察渦流傳感器的外形；2）按照使用說明書安裝渦流傳感器；3）觀察傳感器的輸出信號，然后采集。4）靜態(tài)校準(zhǔn)按下圖接好線路，調(diào)整被測片與渦流線圈的距離。使

31、系統(tǒng)發(fā)生振蕩（用計算機分析系統(tǒng)監(jiān)視）。示波器上讀出峰峰值，毫伏表上讀平均值，每隔0.25mm讀一次數(shù)，直到線性嚴(yán)重破壞為止，即靜態(tài)校準(zhǔn)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，找出傳感器與被測體間的最佳工作距離和起始點。被測片渦流傳感器渦流變換器毫伏表A/D轉(zhuǎn)換計算機分析系統(tǒng) 5）被測體對傳感器特性的影響根據(jù)上圖，分別用鋁、銅、鐵被測片重復(fù)實驗內(nèi)容1，分析比較所得結(jié)果。6）電渦流式振幅測量系統(tǒng)按下圖接線。用激振器激勵平行梁振動，激振頻率為15，20，30Hz 處分別記錄要求對應(yīng)的輸出峰峰值，并根據(jù)前面得到的校準(zhǔn)曲線計算出對應(yīng)的振動幅度。渦流傳感器渦流變換器運算放大器毫伏表A/D轉(zhuǎn)換計算機分析系統(tǒng)5、實驗報告要求（包括思

32、考題）：1）電渦流傳感器有什么特性？可以用在那些特征量的檢測上？2）電渦流傳感器如何安裝？3）根據(jù)實驗內(nèi)容1的結(jié)果，作和曲線（在同一坐標(biāo)系中），求出線性范圍和系統(tǒng)靈敏度4）根據(jù)實驗內(nèi)容2的結(jié)果，在同一坐標(biāo)系中作出，三條曲線，分析比較它們的靈敏度和線性范圍。（11）壓電式傳感器原理及前置放大器1、試驗?zāi)康模?）了解和掌握壓電傳感器測量原理和方法。2）了解和掌握前置放大器的使用方法。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：1）壓電傳感器；2）電荷放大器；3）測試系統(tǒng)。3、實驗原理：1）壓電式加速度傳感器在振動測試領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，可以測量各種環(huán)境中的振動量。 壓電傳感器的力學(xué)模型可簡化為一個單自由度質(zhì)量-

33、彈簧系統(tǒng)。根據(jù)壓電效應(yīng)的原理，當(dāng)晶體上受到振動作用力后，將產(chǎn)生電荷量，該電荷量與作用力成正比，這就是壓電傳感器完成機電轉(zhuǎn)換的工作原理。2）振動的幅值、頻率和相位是振動的三個基本參數(shù)，稱為振動三要素。幅值：幅值是振動強度的標(biāo)志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法來表示。頻率：不同的頻率成分反映系統(tǒng)內(nèi)不同的振源。通過頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而尋找振源，采取相應(yīng)的措施。相位：振動信號的相位信息十分重要，如利用相位關(guān)系確定共振點、測量振型、旋轉(zhuǎn)件動平衡、有源振動控制、降噪等。對于復(fù)雜振動的波形分析，各諧波的相位關(guān)系是不可缺少的。在振動測量時，應(yīng)合理選擇測量參數(shù)，如振動位移是研究強度

34、和變形的重要依據(jù)；振動加速度與作用力或載荷成正比，是研究動力強度和疲勞的重要依據(jù)；振動速度決定了噪聲的高低，人對機械振動的敏感程度在很大頻率范圍內(nèi)是由速度決定的。速度又與能量和功率有關(guān)，并決定動量的大小。4、實驗內(nèi)容與步驟：1）觀察壓電傳感器的外形；2）按照使用說明書安裝壓電傳感器；3）設(shè)置電荷放大器的各項參數(shù)；3）觀察傳感器的輸出信號，然后采集。5、實驗報告要求（包括思考題）：1）壓電傳感器能測量哪些參量？2）壓電傳感器的前置放大器有幾種？第四章 信號調(diào)理、處理和記錄（12）電橋在應(yīng)變測試中的應(yīng)用1、試驗?zāi)康模?）掌握電橋的幾種聯(lián)接方式及靈敏度；2）掌握直流電橋和交流電橋的平衡方法；3）了解

35、電橋在應(yīng)變測試中的應(yīng)用。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；3、實驗原理：電橋平衡條件：直流電橋 ；交流電橋。應(yīng)變電橋輸出電壓表達(dá)式：半橋單臂；半橋雙臂；全橋。4、實驗內(nèi)容與步驟：1）打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實驗十二；2）在直流電橋中分別選擇半橋單臂、半橋雙臂、全橋，單擊輸出信號，觀察輸出電壓，并根據(jù)輸入信號和供橋電壓計算靈敏度；3）在交流電橋中分別選擇半橋單臂、半橋雙臂、全橋，單擊輸出信號，觀察輸出電壓，并根據(jù)輸入信號和供橋電壓計算靈敏度；4）在2）中單擊電橋平衡，觀察直流電橋的平衡條件；5）在3）中單擊電橋平衡，觀察交流電橋的平衡條件。5、實驗報

36、告要求（包括思考題）：1）寫出實驗名稱、目的。2）對實驗過程得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并說明所采用的原理。3）為什么平衡交流電橋必須同時調(diào)節(jié)電阻平衡和電容平衡？（13）調(diào)制與解調(diào)原理實驗1、試驗?zāi)康模?）了解調(diào)幅及解調(diào)的原理； 2）了解在調(diào)幅及解調(diào)過程中避免引起失真的必要條件。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；3、實驗原理：調(diào)制信號調(diào)制器放大器解調(diào)器低通濾波器輸出振蕩器所謂調(diào)制就是使一個信號（載波）的某些參數(shù)在另一信號（調(diào)制信號）的控制下而發(fā)生變化的過程，輸出信號為已調(diào)制波。從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程為解調(diào)。調(diào)制信號 ： 即被測量。調(diào)制器 ： 實質(zhì)上是一個乘法器，將

37、一個高頻檢波信號（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，實現(xiàn)調(diào)幅輸出調(diào)幅波。調(diào)幅的目的是使緩變信號便于放大和輸出。放大器 ：對調(diào)幅波進(jìn)一步放大。解調(diào)器 ：利用載波信號與調(diào)幅波的相位比得出原信號的幅值和極性。此過程為解調(diào)。低通濾波器：濾去高頻成分，恢復(fù)原信號。振蕩器 ：提供高頻振蕩信號作為載波。4、實驗內(nèi)容與步驟：1）打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實驗十三；2）輸入fm=100Hz，f0=300Hz，觀察調(diào)幅過程的時域波形和頻譜；3）輸入不同的fo，fm值，觀察信號波形和頻譜的變化；調(diào)制信號載波信號4）選擇失真方式，觀察失真現(xiàn)象；5）選擇不失真修正

38、，觀察不失真的條件并分析原因。5、實驗報告要求（包括思考題）：1）寫出實驗名稱、目的。2）簡述調(diào)幅及解調(diào)的原理，畫出系統(tǒng)框圖。3）調(diào)幅過程為什么會出現(xiàn)信號失真的現(xiàn)象？如何避免？（14）動態(tài)電阻應(yīng)變儀工作原理實驗1、試驗?zāi)康模?）掌握動態(tài)電阻應(yīng)變儀的工作原理;2）觀察各級輸出時域波形。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；3、實驗原理：被測應(yīng)變量電橋放大相敏檢波低通顯示振蕩器被測量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號經(jīng)電橋?qū)⑦@些電信號的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵觯唇庹{(diào)），電橋輸出的調(diào)制波放大后經(jīng)相敏檢波（即解調(diào)）后經(jīng)過低通濾波器濾去高頻成分得到原信號。4、實驗內(nèi)容與步驟：1）打開“測試實驗

39、軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實驗十四；2）點擊圖中被測應(yīng)變量、載波、調(diào)幅波、放大后波形、解調(diào)后波形、還原后波形，觀察各級輸出波形。5、實驗報告要求（包括思考題）：1）寫出實驗名稱、目的。2）畫出動態(tài)電阻應(yīng)變儀的系統(tǒng)框圖，并標(biāo)出各級輸出波形。3）電橋的作用是什么？（15）RC調(diào)諧式濾波器的基本特性實驗1、試驗?zāi)康模?）了解RC調(diào)諧式濾波器的基本參數(shù)；2）掌握一階RC調(diào)諧式濾波器的頻率特性。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；3、實驗原理：（1）濾波器的截止頻率，：幅頻特性曲線降為最大值的倍時對應(yīng)的頻率為截止頻率。（2）濾波器的帶寬：表征帶通濾波器的頻率分辨能力，越小分辨

40、率越高。對帶通濾波器有：。其中為上截止頻率，為下截止頻率。（3）中心頻率 ：帶通濾波器的中心頻率定義為上下截止頻率的幾何平均值（4）品質(zhì)因數(shù)：表征帶通濾波器的頻率選擇性，4、實驗內(nèi)容與步驟：1）打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實驗十五；2）在濾波器主要參數(shù)中輸入不同的值，觀察濾波效果；3）觀察一階RC低通濾波器的頻率特性，以及RC值對頻率特性的影響；4）觀察一階RC高通濾波器的頻率特性，以及RC值對頻率特性的影響；5）觀察RC帶通濾波器的頻率特性，以及RC值對頻率特性的影響；5、實驗報告要求（包括思考題）：1）寫出實驗名稱、目的。2）簡述實際RC調(diào)諧式濾波器的主要參數(shù)，并說明與理想濾

41、波器的關(guān)系。3）說明帶通濾波器與高、低通濾波器的關(guān)系。4）能否用高、低通濾波器串聯(lián)形成帶阻濾波器？（16）倍頻程濾波器及其在噪聲測試中應(yīng)用1、試驗?zāi)康模?）了解常用的兩種濾波器組：恒帶寬濾波器和恒帶寬比濾波器；2）掌握恒帶寬比濾波器組的構(gòu)成，及各濾波器之間的關(guān)系；2）掌握倍頻程濾波器的使用。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；3、實驗原理：恒帶寬濾波器組恒帶寬比濾波器組：每一個通濾波器的上、下截止頻率之間的關(guān)系為，兩相鄰帶通濾波器的中心頻率，之間的關(guān)系為，式中 倍頻程數(shù)。4、實驗內(nèi)容與步驟：1）打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實驗十六；2）選擇恒帶寬濾波器，

42、觀察濾波器的輸出頻譜；3）選擇恒帶寬比濾波器，觀察濾波器的輸出頻譜，并與2）作比較；4）在恒帶寬比濾波器中，分別選擇倍頻程、1/3倍頻程、1/5倍頻程，觀察濾波器的輸出頻譜，并與2）作比較。5、實驗報告要求（包括思考題）：1）寫出實驗名稱、目的。2）簡述恒帶寬比濾波器組的構(gòu)成。3）相關(guān)濾波為什么屬于恒帶寬濾波？第五章 信號處理初步（17）抗混疊濾波與采樣定理1、試驗?zāi)康模?）觀察模擬信號數(shù)字化過程中的混疊現(xiàn)象，掌握混疊產(chǎn)生的原因；2）掌握避免混疊的兩個措施：抗混疊濾波，采樣定理，以及正確的參數(shù)設(shè)置；3）觀察模擬信號的正確時域采樣。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；3

43、、實驗原理：1）混疊現(xiàn)象是在時域采樣過程中產(chǎn)生的。時域采樣，就是等時間間隔地取點。從數(shù)學(xué)處理上看，就是乘以采樣函數(shù)，時域相乘相當(dāng)于頻域作卷積，就相當(dāng)于頻譜的周期延拓，即頻譜的搬移。在頻域中，如果頻譜的搬移距離過小，搬移后的頻譜就會有一部分相互交疊，從而使新合成的頻譜與原頻譜不一致，無法準(zhǔn)確地恢復(fù)原時域信號，這種現(xiàn)象稱為混疊。2）產(chǎn)生混疊現(xiàn)象的原因為：a) 采樣頻率fs太低，或采樣間隔Ts太大；b) 原模擬信號不是有限帶寬的信號，即信號的最高頻率。3）為了避免混疊所采取的措施為：a) 對非有限帶寬的模擬信號，在采樣之前進(jìn)行低通濾波，濾去高頻成分，使其成為限帶寬的的信號。這種處理稱為抗混疊濾波。b

44、) 滿足采樣定理，即采樣頻率必須大于信號最高頻率的2倍以上。實際常取，fc為低通濾波的截止頻率。4）從理論上來說，只要滿足了以上兩個條件，就可以從根本上避免混疊，保證正確的分析結(jié)果。但由于實際濾波器是非理想的，抗混疊濾波不可能完全衰減高頻成分，所以也不可能完全消除混疊。4、實驗內(nèi)容與步驟：1）打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實驗一；2）在典型信號中選擇指數(shù)函數(shù)，觀察信號的連續(xù)波形及連續(xù)頻譜；3）單擊時域采樣，觀察原信號的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜；4）設(shè)置濾波參數(shù)，使原信號成為限帶寬信號，并根據(jù)采樣定理相應(yīng)設(shè)置采樣參數(shù)；5）單擊時域采樣，觀察限帶寬信號的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜；6

45、）設(shè)置其他的濾波參數(shù)、采樣參數(shù)，重復(fù)上述過程，觀察不同參數(shù)對時域采樣后信號的波形及頻譜的影響。5、實驗報告要求（包括思考題）：1）畫出指數(shù)函數(shù)信號的連續(xù)波形及連續(xù)頻譜；2）畫出原信號的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜；3）針對某組濾波參數(shù)、采樣參數(shù)，畫出限帶寬信號的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜；4）總結(jié)混疊產(chǎn)生的原因，及應(yīng)采取的避免措施；5）為什么時域離散會導(dǎo)致頻譜周期化？（18）窗函數(shù)與FFT譜的能量泄漏1、試驗?zāi)康模?）觀察模擬信號數(shù)字化過程中的泄漏現(xiàn)象，掌握泄漏產(chǎn)生的原因；2）掌握常見窗函數(shù)及其頻譜；3）比較不同窗函數(shù)引起的泄漏，掌握它們的適用情況。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件D

46、TEST1.0；3、實驗原理：1）泄漏現(xiàn)象是在時域截斷過程中產(chǎn)生的。時域截斷，就是取有限長的信號。從數(shù)學(xué)處理上看，就是乘以有限寬矩形窗函數(shù)。時域相乘相當(dāng)于頻域作卷積，就相當(dāng)于頻譜的周期延拓，即頻譜的搬移。在頻域中，由于矩形窗函數(shù)的頻譜是一個無限帶寬的sinc函數(shù)，即使原模擬信號是有限帶寬的，截斷后也必然成為無限帶寬的，這種信號的能量在頻率軸分布擴展的現(xiàn)象稱為泄漏。2）產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象的原因為：窗函數(shù)的頻譜是無限帶寬的。3）從理論上說，泄漏是不可避免的，只能減小。而且由于截斷后信號成為無限帶寬的，不可避免會出現(xiàn)混疊。但采用合適的窗函數(shù)（如常見典型窗函數(shù)），可以減小泄漏。4）對于窗函數(shù)的評價標(biāo)準(zhǔn)為：

47、a) 最大旁瓣與主瓣之比，其倍頻程衰減率；小的旁瓣可以減小泄漏。b) 主瓣的寬度；窄的主瓣可以提高頻率分辨力。4、實驗內(nèi)容與步驟：1）打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實驗二；2）在典型信號中選擇指數(shù)函數(shù)，觀察信號的連續(xù)波形及連續(xù)頻譜；3）正確設(shè)置濾波參數(shù)、采樣參數(shù)，單擊時域采樣，觀察限帶寬信號的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜；4）在加窗中選擇矩形窗，單擊時域截斷，觀察限帶寬信號的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜；5）選擇不同的窗函數(shù)，重復(fù)上述過程，觀察圖象變化。 5、實驗報告要求（包括思考題）：1）畫出矩形窗及其頻譜，以及對應(yīng)信號的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜；2）畫出汗寧窗及其頻譜，以及對應(yīng)信

48、號的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜；3）總結(jié)泄漏產(chǎn)生的原因，及窗函數(shù)的選用標(biāo)準(zhǔn)；4）為什么泄漏是不可避免的？5）為什么泄漏會引起混疊？（19）FFT譜的柵欄效應(yīng)與周期信號的整周期截取1、試驗?zāi)康模?）觀察模擬信號數(shù)字化過程中的柵欄效應(yīng)，掌握柵欄效應(yīng)產(chǎn)生的原因；2）了解避免柵欄效應(yīng)的幾種的措施；3）掌握周期信號的整周期截取。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；3、實驗原理：1）柵欄效應(yīng)是在頻域采樣過程中產(chǎn)生的。頻域采樣，就是在頻率軸上等間隔地取點，使頻率離散化。從數(shù)學(xué)處理上看，就是乘以頻率采樣函數(shù)。頻域相乘相當(dāng)于時域作卷積，就相當(dāng)于時域波形的周期延拓，即頻域波形的搬移。采樣

49、的實質(zhì)是摘取采樣點上對應(yīng)的函數(shù)值，其效果有如透過柵欄的縫隙觀看外景，只有落在縫隙前的少數(shù)景象被看到，其余景象都被柵欄擋住，視為零，這種現(xiàn)象稱為柵欄效應(yīng)。在頻域中，柵欄效應(yīng)的影響很大，丟失的頻率成分有可能是重要的或具有特征的成分，以致于整個處理失去意義。而時域采樣如滿足采樣定理，柵欄效應(yīng)不會有太大的影響。2）產(chǎn)生柵欄效應(yīng)的原因為：頻率采樣間隔f太大。3）為了避免柵欄效應(yīng)所采取的措施為：a) 減小頻率采樣間隔f，即提高頻率分辨力。但是DFT算法的固有特征，因此在滿足采樣定理的情況下，減小f將增大采樣點數(shù)N，增加計算工作量。b) 不采用DFT算法，而采用其他算法把時間序列變換為頻譜序列。c) 頻率細(xì)

50、化技術(shù)ZOOM-DFT。d) 對周期信號實行整周期截取。4）對于周期信號，整周期截取是最方便的消除柵欄效應(yīng)的方法。具體的實施就是合理設(shè)置采樣頻率和采樣長度，使所截取的信號正好為其周期的整數(shù)倍。因此，周期信號的頻率必須預(yù)先知道。4、實驗內(nèi)容與步驟：1）打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實驗三；2）在典型信號中選擇頻率為5Hz的正弦信號，觀察信號的連續(xù)波形及連續(xù)頻譜；3）設(shè)置采樣參數(shù)，采樣頻率為100Hz，采樣長度為30點，單擊頻域采樣，觀察信號的離散波形及離散頻譜；4）重新設(shè)置采樣參數(shù)，采樣頻率為100Hz，采樣長度為40點，觀察信號的離散波形及離散頻譜；5）選擇其它周期信號，如矩形波、

51、三角波等，根據(jù)信號頻率正確設(shè)置采樣參數(shù)，重復(fù)上述過程。5、實驗報告要求（包括思考題）：1）畫出正弦信號的連續(xù)波形及離散頻譜；2）畫出非整周期截斷時正弦信號的離散波形及離散頻譜；3）畫出整周期截斷時正弦信號的離散波形及離散頻譜；4）總結(jié)信號頻率、采樣頻率、采樣長度三者之間的關(guān)系，計算時域采樣間隔、頻域采樣間隔；寫出離散傅立葉變換DFT的公式。（20）信號的相關(guān)分析1、試驗?zāi)康模?）掌握信號進(jìn)行相關(guān)分析的原理；2）熟悉典型信號的自相關(guān)函數(shù)；3）熟悉不同典型信號之間的互相關(guān)函數(shù)。2、實驗儀器與系統(tǒng)框圖：計算機，測試實驗軟件DTEST1.0；3、實驗原理：1）信號的自相關(guān)函數(shù)，具有以下性質(zhì)： 的取值區(qū)

52、間為。 ，即在=0時取最大值，等于信號的均方值。 ，即在 時趨于常數(shù)，同一信號中的隨機成分不存在內(nèi)在聯(lián)系，彼此無關(guān)。 ，即自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)。 周期函數(shù)的自相關(guān)函數(shù)仍為同頻的周期函數(shù)，保留了原信號的幅值信息，丟失了原信號的初始相位信息。2）信號的自相關(guān)函數(shù)常用于 區(qū)別信號類型。若信號中包含周期成分，則自相關(guān)函數(shù)在很大時仍不衰減，并具有明顯的周期性；若信號中不包含周期成分，則自相關(guān)函數(shù)在稍大時就趨于常數(shù)。 確定信號中的周期成分，并進(jìn)一步分析其起因。3）信號的互相關(guān)函數(shù)，具有以下性質(zhì)： 的取值區(qū)間為。 的最大值為，一般不在=0處，而在某一時移=0處。 ，即在 時趨于常數(shù)，x(t)和y(t)就互不相

53、關(guān)了。 ，即互相關(guān)函數(shù)不是偶函數(shù)。 同頻相關(guān)，不同頻不相關(guān)；即兩同頻的周期函數(shù)的互相關(guān)函數(shù)仍為同頻的周期函數(shù)，保留各自的幅值信息和相位差信息，而不同頻的兩周期函數(shù)必定不相關(guān)。4）信號的互相關(guān)函數(shù)應(yīng)用場合為 相關(guān)濾波，即在噪聲背景下提取有用信息。對一個線性系統(tǒng)，根據(jù)頻率保持特性，只有和激振頻率相同的成分才可能是由激振引起的響應(yīng)，其他成分均是干擾。因此，只要將激振信號和響應(yīng)信號進(jìn)行互相關(guān)處理，就可以得到由激振引起的響應(yīng)幅值和相位差，從而消除噪聲干擾的影響，這種處理方法就是相關(guān)濾波。 互相關(guān)技術(shù)還廣泛應(yīng)用于各種測試中。例如，用兩個間隔一定距離的傳感器來非接觸地測量運動物體的速度；確定振動產(chǎn)生的位置。

54、5）相關(guān)函數(shù)的數(shù)字估計由于模擬信號不失真地沿時間軸平移是一件困難的工作，因此模擬相關(guān)處理技術(shù)只適用于集中特定信號（如正弦信號）。而在數(shù)字信號處理中，信號時序的增減就表示它沿時間軸平移，很容易實現(xiàn)，所以實際上相關(guān)處理都是用數(shù)字技術(shù)來完成的。4、實驗內(nèi)容與步驟：1）打開“測試實驗軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實驗四；2）在典型信號中選擇正弦信號，觀察信號的自相關(guān)函數(shù)；3）在典型信號中選擇正弦信號+噪聲，觀察信號的自相關(guān)函數(shù)；4）在典型信號中分別選擇正弦信號和矩形波，觀察兩個信號的互相關(guān)函數(shù)；5）改變正弦信號和矩形波的頻率，重復(fù)上述過程。5、實驗報告要求（包括思考題）：1）畫出正弦信號的自相關(guān)函數(shù)；2）畫出正弦信號+噪聲的自相關(guān)函數(shù)；3）畫出正弦信號和矩形波的互相關(guān)函數(shù)；4）總結(jié)自相關(guān)函數(shù)、自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)；5）為什么同頻相關(guān)、不同頻不相關(guān)？（21）信號的功率譜分析1、試驗?zāi)康模?）掌握信號進(jìn)行功率譜分析的原理；2）熟悉典型信號的自功率譜；3）熟悉不同典型信號之間的互功