動(dòng)態(tài)信號(hào)處理一,二,三章ppt課件

1、動(dòng) 態(tài) 信 號(hào) 處 理參考課本參考課本: 動(dòng)態(tài)信號(hào)分析與處置動(dòng)態(tài)信號(hào)分析與處置(電子版講義電子版講義) 丁丁 康康 參考書參考書: 快速傅立葉變換快速傅立葉變換 E.O.布賴姆著布賴姆著工程測(cè)試與信息處置工程測(cè)試與信息處置 盧文祥盧文祥 杜潤(rùn)生杜潤(rùn)生機(jī)械工程測(cè)試、信息、信號(hào)分析機(jī)械工程測(cè)試、信息、信號(hào)分析 盧文祥盧文祥 杜潤(rùn)生杜潤(rùn)生 數(shù)字信號(hào)處置數(shù)字信號(hào)處置 全子一全子一 信號(hào)與系統(tǒng)信號(hào)與系統(tǒng)(先學(xué)先學(xué)) 鄭君里鄭君里 數(shù)字信號(hào)處置數(shù)字信號(hào)處置 宗孔德等宗孔德等 工程信號(hào)處置技術(shù)工程信號(hào)處置技術(shù) 雷繼堯等雷繼堯等信號(hào)：傳輸信息的載體信號(hào)：傳輸信息的載體是物理性的、是物質(zhì)、具有能量是物理性的、是

2、物質(zhì)、具有能量獲取知識(shí)，需求借助信號(hào)的傳播獲取知識(shí)，需求借助信號(hào)的傳播4特點(diǎn)：?jiǎn)沃?，一維，時(shí)間的函數(shù)，動(dòng)態(tài)與頻率有關(guān)，特點(diǎn)：?jiǎn)沃?，一維，時(shí)間的函數(shù)，動(dòng)態(tài)與頻率有關(guān)，非恒值非恒值 tfAtx02cos計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試分析系統(tǒng)的廣泛開計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試分析系統(tǒng)的廣泛開發(fā)和運(yùn)用發(fā)和運(yùn)用信號(hào)分析與處置的三個(gè)階段信號(hào)分析與處置的三個(gè)階段單頻率諧波信號(hào)分析單頻率諧波信號(hào)分析自在衰減振動(dòng)信號(hào)分析自在衰減振動(dòng)信號(hào)分析兩諧波信號(hào)疊加的情況分析兩諧波信號(hào)疊加的情況分析多自在度衰減振動(dòng)信號(hào)分析多自在度衰減振動(dòng)信號(hào)分析幅值、頻率調(diào)幅值、頻率調(diào)制同時(shí)存在的制同時(shí)存在的STFT 幅值調(diào)制信號(hào)幅值調(diào)制信號(hào)Wigner-Ville

3、分布分布 動(dòng)態(tài)信號(hào)：幅值隨時(shí)間變化的信號(hào)，動(dòng)態(tài)信動(dòng)態(tài)信號(hào)：幅值隨時(shí)間變化的信號(hào)，動(dòng)態(tài)信號(hào)普通涉及到頻率、幅值和相位等要素，可分號(hào)普通涉及到頻率、幅值和相位等要素，可分為確定性信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)。為確定性信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)。 靜態(tài)信號(hào)：幅值不隨時(shí)間變化的信號(hào)，靜態(tài)靜態(tài)信號(hào)：幅值不隨時(shí)間變化的信號(hào)，靜態(tài)信號(hào)普通是恒值。信號(hào)普通是恒值。 有時(shí)我們把幅值隨時(shí)間變化非常緩慢的信號(hào)有時(shí)我們把幅值隨時(shí)間變化非常緩慢的信號(hào)(例如溫度、壓力等例如溫度、壓力等)稱為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)信號(hào)，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)稱為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)信號(hào)，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)信號(hào)變化的頻率非常低。信號(hào)變化的頻率非常低。 確定性信號(hào)和隨機(jī)信號(hào) 動(dòng)態(tài)信號(hào)分類動(dòng)態(tài)信號(hào)分類確定性信號(hào)確定性信號(hào)隨機(jī)信

4、號(hào)隨機(jī)信號(hào)周期信號(hào)周期信號(hào)非周期信號(hào)非周期信號(hào)非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)準(zhǔn)周期信號(hào)準(zhǔn)周期信號(hào)瞬態(tài)信號(hào)瞬態(tài)信號(hào)各態(tài)歷經(jīng)信號(hào)各態(tài)歷經(jīng)信號(hào)非各態(tài)歷經(jīng)信號(hào)非各態(tài)歷經(jīng)信號(hào) 假設(shè)信號(hào)被表示為一確定的時(shí)間函假設(shè)信號(hào)被表示為一確定的時(shí)間函數(shù)數(shù)x(t)=f(t)x(t)=f(t)，對(duì)于指定的某一時(shí)辰，對(duì)于指定的某一時(shí)辰t t，可確定一相應(yīng)的函數(shù)值可確定一相應(yīng)的函數(shù)值 x(t) x(t)，這種信，這種信號(hào)稱為確定性信號(hào)或規(guī)那么信號(hào)。其本號(hào)稱為確定性信號(hào)或規(guī)那么信號(hào)。其本質(zhì)是可以用確定的數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)描畫，例質(zhì)是可以用確定的數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)描畫，例如，我們熟知的正弦、方波和三角波等如，我們熟知的正弦

5、、方波和三角波等信號(hào)。確定性信號(hào)可分為周期信號(hào)和非信號(hào)。確定性信號(hào)可分為周期信號(hào)和非周期信號(hào)。周期信號(hào)。周期信號(hào)：經(jīng)過一定時(shí)間可以反復(fù)出現(xiàn)的信周期信號(hào)：經(jīng)過一定時(shí)間可以反復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)，周期信號(hào)包含有單頻率簡(jiǎn)諧信號(hào)和復(fù)雜號(hào)，周期信號(hào)包含有單頻率簡(jiǎn)諧信號(hào)和復(fù)雜周期信號(hào)。滿足條件：周期信號(hào)。滿足條件：機(jī)械系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)體不平衡、不對(duì)中等機(jī)械系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)體不平衡、不對(duì)中等引起的振動(dòng)，齒輪的嚙合引起的振動(dòng)，往往引起的振動(dòng)，齒輪的嚙合引起的振動(dòng)，往往是一種周期振動(dòng)。是一種周期振動(dòng)。, 2, 1, 0)()(nnTtxtxT周期，0/2T 0基頻 單頻率周期信號(hào)曲線單頻率周期信號(hào)曲線 多頻率周期信號(hào)曲多頻率周

6、期信號(hào)曲線線 非周期信號(hào)在時(shí)間上不具有周而復(fù)始的特性。當(dāng) T 趨于無(wú)窮大時(shí)， 周期信號(hào)變成非周期信號(hào)。非周期信號(hào)又分為準(zhǔn)周期信號(hào)和瞬變非周期信號(hào)。準(zhǔn)周期信號(hào)：周期與非周期的邊緣情況，準(zhǔn)周期信號(hào)：周期與非周期的邊緣情況，是由有限個(gè)周期而又不成公倍數(shù)的信號(hào)混是由有限個(gè)周期而又不成公倍數(shù)的信號(hào)混合產(chǎn)生的信號(hào)。有時(shí)人們把存在有規(guī)律的合產(chǎn)生的信號(hào)。有時(shí)人們把存在有規(guī)律的沖擊衰減信號(hào)，但不存在嚴(yán)厲的等式關(guān)系沖擊衰減信號(hào)，但不存在嚴(yán)厲的等式關(guān)系的信號(hào)也稱為準(zhǔn)周期信號(hào)，例如，機(jī)械系的信號(hào)也稱為準(zhǔn)周期信號(hào)，例如，機(jī)械系統(tǒng)中齒輪斷齒、滾動(dòng)軸承疲勞剝落產(chǎn)生的統(tǒng)中齒輪斷齒、滾動(dòng)軸承疲勞剝落產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)、澆灌大型橋梁

7、鋼筋混凝土構(gòu)造振動(dòng)信號(hào)、澆灌大型橋梁鋼筋混凝土構(gòu)造時(shí)用以添加密實(shí)性的多臺(tái)激振器不同步引時(shí)用以添加密實(shí)性的多臺(tái)激振器不同步引起的振動(dòng)信號(hào)都是這類信號(hào)。起的振動(dòng)信號(hào)都是這類信號(hào)。瞬態(tài)信號(hào)：對(duì)于爆炸、彈擊、地震等瞬態(tài)信號(hào)：對(duì)于爆炸、彈擊、地震等出現(xiàn)的能量急速釋放；電視、雷達(dá)、出現(xiàn)的能量急速釋放；電視、雷達(dá)、通訊中的突發(fā)脈沖信號(hào)；機(jī)械振動(dòng)中通訊中的突發(fā)脈沖信號(hào)；機(jī)械振動(dòng)中的沖擊引起的自在衰減信號(hào)都是瞬態(tài)的沖擊引起的自在衰減信號(hào)都是瞬態(tài)信號(hào)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械升降速過程，機(jī)床喘信號(hào)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械升降速過程，機(jī)床喘振等信號(hào)也是瞬態(tài)信號(hào)。振等信號(hào)也是瞬態(tài)信號(hào)。隨機(jī)信號(hào)：不能用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)表達(dá)關(guān)系隨機(jī)信號(hào)：不能用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)表

8、達(dá)關(guān)系式描畫的信號(hào)，任何時(shí)間式描畫的信號(hào)，任何時(shí)間t的幅值、的幅值、 頻率頻率和相位是不可事先預(yù)知。隨機(jī)信號(hào)包含和相位是不可事先預(yù)知。隨機(jī)信號(hào)包含有平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)和非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)。有平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)和非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)。平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)：恣意時(shí)間平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)：恣意時(shí)間 t的幅值、的幅值、頻率和相位雖然事先不可預(yù)知，頻率和相位雖然事先不可預(yù)知，但具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，可以用統(tǒng)計(jì)規(guī)但具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，可以用統(tǒng)計(jì)規(guī)律進(jìn)展分析。律進(jìn)展分析。非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)沒有統(tǒng)計(jì)特征。非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)沒有統(tǒng)計(jì)特征。假設(shè)任何一個(gè)時(shí)間樣本的統(tǒng)計(jì)特假設(shè)任何一個(gè)時(shí)間樣本的統(tǒng)計(jì)特征都能代表整個(gè)時(shí)間歷程，這種征都能代表整個(gè)時(shí)間歷程，這種信號(hào)是各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)信號(hào)

9、。信號(hào)是各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)信號(hào)。任何一個(gè)時(shí)間樣本的統(tǒng)計(jì)特征都不任何一個(gè)時(shí)間樣本的統(tǒng)計(jì)特征都不能代表整個(gè)隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特征，能代表整個(gè)隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特征，這種信號(hào)是非各態(tài)歷經(jīng)信號(hào)。這種信號(hào)是非各態(tài)歷經(jīng)信號(hào)。能量信號(hào)：在分析區(qū)間能量信號(hào)：在分析區(qū)間(-，)，能量為有限，能量為有限的信號(hào)稱為能量信號(hào)。的信號(hào)稱為能量信號(hào)。 滿足條件：滿足條件： 矩形脈沖在區(qū)間矩形脈沖在區(qū)間(t1，t2)內(nèi)，減幅正弦波內(nèi)，減幅正弦波在區(qū)間在區(qū)間(0，)內(nèi)，衰減指數(shù)在區(qū)間內(nèi)，衰減指數(shù)在區(qū)間(0 ，)內(nèi)內(nèi)都是能量信號(hào)都是能量信號(hào) dttx2功率信號(hào)：在分析區(qū)間功率信號(hào)：在分析區(qū)間(-，)能量不是有限值能量不是有限值，信號(hào)具有無(wú)限

10、大能量，信號(hào)具有無(wú)限大能量， 在這種情況下，研討在這種情況下，研討信號(hào)的平均功率更有意義。功率信號(hào)滿足條件信號(hào)的平均功率更有意義。功率信號(hào)滿足條件：在區(qū)間在區(qū)間(t1,t2)內(nèi)，信號(hào)的平均功率為：內(nèi)，信號(hào)的平均功率為： 顯然，一個(gè)能量信號(hào)具有零平均功率，而一顯然，一個(gè)能量信號(hào)具有零平均功率，而一個(gè)功率信號(hào)具有無(wú)限大能量。個(gè)功率信號(hào)具有無(wú)限大能量。 212121ttdttxttp TT2TdttxT21lim0 模擬信號(hào)：在延續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)所定義的信號(hào)，而信號(hào)的幅值可以取延續(xù)范圍內(nèi)恣意數(shù)值，即時(shí)間延續(xù)，幅值也延續(xù)的信號(hào)稱為模擬信號(hào)。這種信號(hào)在數(shù)學(xué)上表示為延續(xù)變量的函數(shù)，此類信號(hào)也稱延續(xù)時(shí)間信號(hào)。數(shù)

11、字信號(hào)：在時(shí)間上和幅值上都是經(jīng)過量化的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)總是可以用一系列的數(shù)來(lái)表示，而每一個(gè)數(shù)又是由有限位數(shù)碼來(lái)表示。離散時(shí)間信號(hào)就是一類典型的數(shù)字信號(hào)。信號(hào)拾取系統(tǒng)要特別留意下面兩個(gè)問題：信號(hào)拾取系統(tǒng)要特別留意下面兩個(gè)問題：1.1.拾取信號(hào)不失真：不失真是保證信號(hào)處拾取信號(hào)不失真：不失真是保證信號(hào)處置能得到正確結(jié)果的先決條件。不失真普通是置能得到正確結(jié)果的先決條件。不失真普通是指拾取的信號(hào)在指定的頻率范圍內(nèi)，幅值具有指拾取的信號(hào)在指定的頻率范圍內(nèi)，幅值具有適宜的動(dòng)態(tài)量程，既不能太小使信噪比過低，適宜的動(dòng)態(tài)量程，既不能太小使信噪比過低，也不能太大超越量程，相位不因測(cè)試系統(tǒng)而發(fā)也不能太大超越量程，相

12、位不因測(cè)試系統(tǒng)而發(fā)生變化與原始信號(hào)不一致。生變化與原始信號(hào)不一致。 2. 2.普通情況下把物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏刻幹?，普通情況下把物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏刻幹茫詈靡阅M或數(shù)字電壓信號(hào)為最終方式，這樣最好以模擬或數(shù)字電壓信號(hào)為最終方式，這樣有利于后續(xù)的信號(hào)處置。有利于后續(xù)的信號(hào)處置。觀觀測(cè)測(cè)對(duì)對(duì)象象傳感器傳感器與二次與二次儀表儀表監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)儀器磁帶記錄儀磁帶記錄儀信號(hào)信號(hào)分析分析儀儀計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)打印機(jī)打印機(jī)x-y記錄儀記錄儀A/D 信號(hào)的時(shí)域描畫：以時(shí)間為獨(dú)立變量的信號(hào)，信號(hào)的時(shí)域描畫：以時(shí)間為獨(dú)立變量的信號(hào)， 其幅值隨時(shí)間變化的關(guān)系。不能明顯提示信其幅值隨時(shí)間變化的關(guān)系。不能明顯提示信號(hào)號(hào) 的頻率組成關(guān)

13、系。的頻率組成關(guān)系。 周期方波的時(shí)域描畫周期方波的時(shí)域描畫aatf)(TtTTt220 信號(hào)的頻域描畫：用各頻率成分的幅值和信號(hào)的頻域描畫：用各頻率成分的幅值和 相位來(lái)描畫信號(hào)。經(jīng)過頻譜分析進(jìn)展。相位來(lái)描畫信號(hào)。經(jīng)過頻譜分析進(jìn)展。 周期方波運(yùn)用傅立葉級(jí)數(shù)展開有：周期方波運(yùn)用傅立葉級(jí)數(shù)展開有：TtaTtaTtatx10sin546sin342sin4)(周期方波的描畫周期方波的描畫 信號(hào)的時(shí)頻域描畫：對(duì)頻率變化的瞬變信號(hào)，信號(hào)的時(shí)頻域描畫：對(duì)頻率變化的瞬變信號(hào)， 用不同時(shí)辰的頻譜構(gòu)成三維譜圖來(lái)描畫信號(hào)用不同時(shí)辰的頻譜構(gòu)成三維譜圖來(lái)描畫信號(hào)。信號(hào)信號(hào)預(yù)處預(yù)處理理信號(hào)信號(hào)采集采集數(shù)字信數(shù)字信號(hào)處置器

14、號(hào)處置器顯示顯示記錄記錄信號(hào)信號(hào)X(t)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信息信息工程信號(hào)處置系統(tǒng)的根本組成圖工程信號(hào)處置系統(tǒng)的根本組成圖解調(diào)器解調(diào)器輸入放大器或衰減器輸入放大器或衰減器抗混濾波器抗混濾波器隔直安裝隔直安裝1.預(yù)處置：預(yù)處置是在數(shù)字信號(hào)處置之前，對(duì)預(yù)處置：預(yù)處置是在數(shù)字信號(hào)處置之前，對(duì)信號(hào)用模擬方法進(jìn)展處置，目的是把信號(hào)變換信號(hào)用模擬方法進(jìn)展處置，目的是把信號(hào)變換成適宜于數(shù)字處置的方式，以減輕數(shù)字處置的成適宜于數(shù)字處置的方式，以減輕數(shù)字處置的困難。預(yù)處置部分主要包括以下幾種設(shè)備：困難。預(yù)處置部分主要包括以下幾種設(shè)備：采樣堅(jiān)持電路采樣堅(jiān)持電路時(shí)基信號(hào)發(fā)生器時(shí)基信號(hào)發(fā)生器觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)系統(tǒng)控制器控制器3.數(shù)字

15、信號(hào)處置器：整個(gè)系統(tǒng)的中心，完成規(guī)定數(shù)字信號(hào)處置器：整個(gè)系統(tǒng)的中心，完成規(guī)定 的各種分析與計(jì)算。的各種分析與計(jì)算。4.顯示結(jié)果打印。顯示結(jié)果打印。2.2.信號(hào)采集：將預(yù)處置以后的模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)信號(hào)采集：將預(yù)處置以后的模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，其中心是模字信號(hào)，其中心是模/ /數(shù)數(shù)A/DA/D轉(zhuǎn)換器，還包轉(zhuǎn)換器，還包含以下以個(gè)部分：含以下以個(gè)部分：4系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念4常用系統(tǒng)分析方法常用系統(tǒng)分析方法4其他系統(tǒng)分析方法其他系統(tǒng)分析方法系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念 系統(tǒng)與信號(hào)之間親密相關(guān)。從信息的獲取、系統(tǒng)與信號(hào)之間親密相關(guān)。從信息的獲取、變換、傳輸和提取的角度，來(lái)處置信號(hào)分析和變換、傳輸和提取的角度，來(lái)處

16、置信號(hào)分析和信號(hào)經(jīng)過線性系統(tǒng)和內(nèi)容，將信號(hào)分析與系統(tǒng)信號(hào)經(jīng)過線性系統(tǒng)和內(nèi)容，將信號(hào)分析與系統(tǒng)實(shí)際有機(jī)地結(jié)合在一同。實(shí)際有機(jī)地結(jié)合在一同。系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念輸輸 入入系統(tǒng)特性系統(tǒng)特性輸出輸出 “系統(tǒng)一詞原義是“同類事物按一定關(guān)系組合的整體。這里定義為：由假設(shè)干個(gè)相互作用、相互依賴的事物組合而成的具有特定功能的整體，稱為系統(tǒng)。 系統(tǒng)具有三個(gè)要素: 系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念根據(jù)不同的規(guī)范，系統(tǒng)可以大致分為以根據(jù)不同的規(guī)范，系統(tǒng)可以大致分為以下幾種類型：下幾種類型：延續(xù)時(shí)間系統(tǒng)與離散時(shí)間系統(tǒng)延續(xù)時(shí)間系統(tǒng)與離散時(shí)間系統(tǒng)線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)與非時(shí)變系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)與非時(shí)變系統(tǒng)系統(tǒng)輸入

17、和輸出都是延續(xù)時(shí)間信號(hào)，那么系統(tǒng)輸入和輸出都是延續(xù)時(shí)間信號(hào)，那么稱為延續(xù)時(shí)間系統(tǒng)。數(shù)學(xué)模型可用微分方稱為延續(xù)時(shí)間系統(tǒng)。數(shù)學(xué)模型可用微分方程表示。系統(tǒng)輸入和輸出都是離散時(shí)間信程表示。系統(tǒng)輸入和輸出都是離散時(shí)間信號(hào)，那么稱為離散時(shí)間系統(tǒng)。數(shù)學(xué)模型可號(hào)，那么稱為離散時(shí)間系統(tǒng)。數(shù)學(xué)模型可用差分方程表示。本質(zhì)上普通實(shí)踐的物理用差分方程表示。本質(zhì)上普通實(shí)踐的物理系統(tǒng)都是延續(xù)時(shí)間系統(tǒng)，但在采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是延續(xù)時(shí)間系統(tǒng)，但在采用計(jì)算機(jī)解系統(tǒng)問題，處置分析信號(hào)都要把其離散解系統(tǒng)問題，處置分析信號(hào)都要把其離散化，從而使延續(xù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散時(shí)間系統(tǒng)。化，從而使延續(xù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散時(shí)間系統(tǒng)。時(shí)不變線性系統(tǒng)：輸入時(shí)不變線

18、性系統(tǒng)：輸入x(t)和輸出和輸出y(t)之之間的關(guān)系可用常系數(shù)微分方程來(lái)描畫間的關(guān)系可用常系數(shù)微分方程來(lái)描畫)()()()()()()()(0111101111txbdttdxbdttxdbdttxdbtyadttdyadttydadttydammmmmmnnnnnn線性系統(tǒng)具有疊加性、齊次性、頻率堅(jiān)線性系統(tǒng)具有疊加性、齊次性、頻率堅(jiān)持性持性 疊加疊加 性性 齊次性齊次性X(t)y(t)N.x(t)N.y(t) 系統(tǒng)對(duì)輸入導(dǎo)數(shù)的呼應(yīng)等于對(duì)輸入響系統(tǒng)對(duì)輸入導(dǎo)數(shù)的呼應(yīng)等于對(duì)輸入響 應(yīng)的導(dǎo)數(shù)應(yīng)的導(dǎo)數(shù)dttdydttdx)()( 如系統(tǒng)的初始形狀均為零，系統(tǒng)對(duì)輸入如系統(tǒng)的初始形狀均為零，系統(tǒng)對(duì)輸入積分

19、導(dǎo)數(shù)的呼應(yīng)等同于對(duì)輸入呼應(yīng)的積分積分導(dǎo)數(shù)的呼應(yīng)等同于對(duì)輸入呼應(yīng)的積分ttdttydttx00)()( 頻率堅(jiān)持性頻率堅(jiān)持性 輸入為某一頻率的簡(jiǎn)諧波，輸出必是同一頻輸入為某一頻率的簡(jiǎn)諧波，輸出必是同一頻率的簡(jiǎn)諧信號(hào)率的簡(jiǎn)諧信號(hào) 證明：證明：)(0222222020222)(0)()(0)()()()()()(tjtjtjeytytydttydtxdttxdexexjdttxdtytx y(t)的獨(dú)一解0假設(shè)系統(tǒng)的參數(shù)不隨時(shí)間而變化，那假設(shè)系統(tǒng)的參數(shù)不隨時(shí)間而變化，那么是時(shí)不變系統(tǒng)，如旋轉(zhuǎn)機(jī)械穩(wěn)態(tài)工么是時(shí)不變系統(tǒng)，如旋轉(zhuǎn)機(jī)械穩(wěn)態(tài)工況時(shí)。反之系統(tǒng)的參數(shù)隨時(shí)間變化，況時(shí)。反之系統(tǒng)的參數(shù)隨時(shí)間變化，那么

20、是時(shí)變系統(tǒng)。如旋轉(zhuǎn)機(jī)械升降速那么是時(shí)變系統(tǒng)。如旋轉(zhuǎn)機(jī)械升降速過程，機(jī)床喘振等。過程，機(jī)床喘振等。4時(shí)域分析法時(shí)域分析法4頻域分析法頻域分析法4其它變換域分析法其它變換域分析法設(shè)設(shè)x(t)是系統(tǒng)的輸入，是系統(tǒng)的輸入，y(t)是系統(tǒng)的輸出，對(duì)于是系統(tǒng)的輸出，對(duì)于線性系統(tǒng)具有以下兩個(gè)關(guān)系表達(dá)式：線性系統(tǒng)具有以下兩個(gè)關(guān)系表達(dá)式：(1).時(shí)域：時(shí)域：dthxtythtxty)()()()(*)()(h(t) 線性系統(tǒng)的脈沖呼應(yīng)函數(shù)線性系統(tǒng)的脈沖呼應(yīng)函數(shù)2 2. .頻域頻域: :)()()()(*)()(XYHHXYH( ) 線性系統(tǒng)的傳送函數(shù)線性系統(tǒng)的傳送函數(shù)(頻響函數(shù)頻響函數(shù))知微分方程求傳送函數(shù)的方

21、法：知微分方程求傳送函數(shù)的方法： 函數(shù) 對(duì)應(yīng)的傅氏變換 )()()()()()()(2XtxXjtxXjtx 不論對(duì)于系統(tǒng)輸入、還是輸出，上述關(guān)系不論對(duì)于系統(tǒng)輸入、還是輸出，上述關(guān)系式都成立。式都成立。 多自在度線性系統(tǒng)存在有獨(dú)立的多自在度線性系統(tǒng)存在有獨(dú)立的n個(gè)微分方個(gè)微分方程，具有程，具有1個(gè)輸入和個(gè)輸入和n個(gè)輸出，按上面的原理先個(gè)輸出，按上面的原理先對(duì)方程左右同時(shí)進(jìn)展傅氏變換，變成含有對(duì)方程左右同時(shí)進(jìn)展傅氏變換，變成含有1個(gè)個(gè)輸入傅氏變換和輸入傅氏變換和n個(gè)輸出傅立葉變換的個(gè)輸出傅立葉變換的n個(gè)線性個(gè)線性方程，消去中間項(xiàng)輸出傅立葉變換，可得出任方程，消去中間項(xiàng)輸出傅立葉變換，可得出任一輸

22、出和輸入的傳送函數(shù)一輸出和輸入的傳送函數(shù)H()。 如圖示如圖示系統(tǒng)：系統(tǒng)：?jiǎn)巫栽诙日駝?dòng)系統(tǒng)微分方程為：?jiǎn)巫栽诙日駝?dòng)系統(tǒng)微分方程為： 0)()()()()(txtyktxtyctyM 對(duì)方程兩端進(jìn)展傅氏變換有：對(duì)方程兩端進(jìn)展傅氏變換有： kcjMkcjHXkcjYcjkMXkcjYkcjjM222)()()()()()()(顯然傳送函數(shù)普通為復(fù)數(shù)顯然傳送函數(shù)普通為復(fù)數(shù) 除了上述兩種系統(tǒng)分析方法以外，還有拉氏變換，Z變換等系統(tǒng)分析方法。由于篇幅緣由這里不再引見，請(qǐng)參考有關(guān)文獻(xiàn)。、。 作業(yè)：求解圖作業(yè)：求解圖1.5.5的兩自在度振動(dòng)系統(tǒng)的傳送的兩自在度振動(dòng)系統(tǒng)的傳送函數(shù)函數(shù)xyH2)(xyH1)(信

23、號(hào)檢測(cè)：將各種機(jī)械量或其它物理量信號(hào)檢測(cè)：將各種機(jī)械量或其它物理量(例如振動(dòng)例如振動(dòng)加速度、速度、位移、加速度、速度、位移、 壓力和溫度等壓力和溫度等)經(jīng)過傳感器經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)化為電量，經(jīng)放大、轉(zhuǎn)化為電量，經(jīng)放大、 濾波等前處置變成可以進(jìn)濾波等前處置變成可以進(jìn)展分析的模擬或數(shù)字電信號(hào)的過程。展分析的模擬或數(shù)字電信號(hào)的過程。目的：供各種儀器進(jìn)展信號(hào)處置分析，找出信號(hào)目的：供各種儀器進(jìn)展信號(hào)處置分析，找出信號(hào)的特征。的特征。測(cè)試系統(tǒng)就是用來(lái)進(jìn)展信號(hào)檢測(cè)的，即可以了解測(cè)試系統(tǒng)就是用來(lái)進(jìn)展信號(hào)檢測(cè)的，即可以了解為單有一個(gè)安裝組成的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，也可以了解為為單有一個(gè)安裝組成的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，也可以了解為有多個(gè)安裝

24、組成的復(fù)雜系統(tǒng)。如由傳感器、二次有多個(gè)安裝組成的復(fù)雜系統(tǒng)。如由傳感器、二次儀表和記錄儀組成的測(cè)試系統(tǒng)。儀表和記錄儀組成的測(cè)試系統(tǒng)。典型的測(cè)試安裝常由實(shí)驗(yàn)安裝、丈量安裝、數(shù)典型的測(cè)試安裝常由實(shí)驗(yàn)安裝、丈量安裝、數(shù)據(jù)處置安裝三部分組成據(jù)處置安裝三部分組成1.實(shí)驗(yàn)安裝實(shí)驗(yàn)安裝:使被測(cè)對(duì)象處于人們預(yù)期形狀的安使被測(cè)對(duì)象處于人們預(yù)期形狀的安裝，裝， 其目的在于充分暴露測(cè)試對(duì)象的內(nèi)在聯(lián)其目的在于充分暴露測(cè)試對(duì)象的內(nèi)在聯(lián)絡(luò)以便進(jìn)展有效丈量。絡(luò)以便進(jìn)展有效丈量。2.丈量安裝丈量安裝:是用以將被測(cè)的各種機(jī)械量或其它是用以將被測(cè)的各種機(jī)械量或其它物理量變換成察看者直接覺得到的丈量信號(hào)的物理量變換成察看者直接覺得到

25、的丈量信號(hào)的各種丈量?jī)x器和輔助安裝的總稱。普通是將各各種丈量?jī)x器和輔助安裝的總稱。普通是將各種機(jī)械量和物理量轉(zhuǎn)化為電量，并經(jīng)放大，濾種機(jī)械量和物理量轉(zhuǎn)化為電量，并經(jīng)放大，濾波等處置后轉(zhuǎn)化為數(shù)字量進(jìn)展處置。波等處置后轉(zhuǎn)化為數(shù)字量進(jìn)展處置。3.數(shù)據(jù)處置安裝數(shù)據(jù)處置安裝:測(cè)試安裝的延續(xù)部分，對(duì)測(cè)試測(cè)試安裝的延續(xù)部分，對(duì)測(cè)試安裝的輸出信號(hào)進(jìn)展進(jìn)一步的處置，以提供所安裝的輸出信號(hào)進(jìn)展進(jìn)一步的處置，以提供所需的更加明確的數(shù)據(jù)和資料。需的更加明確的數(shù)據(jù)和資料。 隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生有限帶寬的隨機(jī)信號(hào)，經(jīng)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生有限帶寬的隨機(jī)信號(hào)，經(jīng)功率放大器放大，輸入電動(dòng)激振器，轉(zhuǎn)化為激振功率放大器放大，輸入電動(dòng)激

26、振器，轉(zhuǎn)化為激振力作用于汽車的車身和車架。激振力信號(hào)由力傳力作用于汽車的車身和車架。激振力信號(hào)由力傳感器拾取，車身和車架上各點(diǎn)的振動(dòng)呼應(yīng)信號(hào)由感器拾取，車身和車架上各點(diǎn)的振動(dòng)呼應(yīng)信號(hào)由壓電式加速度傳感器拾取，經(jīng)電荷放大器轉(zhuǎn)換放壓電式加速度傳感器拾取，經(jīng)電荷放大器轉(zhuǎn)換放大為電壓信號(hào)記錄在磁帶機(jī)上，然后送入到大為電壓信號(hào)記錄在磁帶機(jī)上，然后送入到HP5423A構(gòu)造動(dòng)態(tài)分析儀或構(gòu)造動(dòng)態(tài)分析儀或DAS動(dòng)態(tài)信號(hào)分析與動(dòng)態(tài)信號(hào)分析與缺點(diǎn)診斷系統(tǒng)進(jìn)展模態(tài)分析，分析結(jié)果由繪圖儀缺點(diǎn)診斷系統(tǒng)進(jìn)展模態(tài)分析，分析結(jié)果由繪圖儀或打印機(jī)輸出?；虼蛴C(jī)輸出。車車車車身架身架激振器激振器電荷放電荷放大器大器電荷放電荷放大器

27、大器功率放大器功率放大器隨機(jī)信號(hào)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器發(fā)生器磁磁帶帶記記錄錄儀儀接接口口DAS模態(tài)模態(tài)分析分析系統(tǒng)系統(tǒng)打印機(jī)打印機(jī)加速度計(jì)加速度計(jì)力傳感器力傳感器穩(wěn)態(tài)激振穩(wěn)態(tài)激振模態(tài)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)實(shí)驗(yàn)分析測(cè)試分析測(cè)試安裝框圖安裝框圖丈量安裝各部分的主要用途：丈量安裝各部分的主要用途：傳感器：將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，如傳感器：將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，如電壓、電流、電荷或磁通量等。電壓、電流、電荷或磁通量等。二次儀表：必要的變換，放大、傳輸、運(yùn)二次儀表：必要的變換，放大、傳輸、運(yùn)算、分析等。算、分析等。指示器或記錄儀：指示或記錄信號(hào)。指示器或記錄儀：指示或記錄信號(hào)。圖中的測(cè)試部分的力傳感器和壓電式加速圖中的

28、測(cè)試部分的力傳感器和壓電式加速度傳感器就是將振動(dòng)力和加速度轉(zhuǎn)換為電荷量度傳感器就是將振動(dòng)力和加速度轉(zhuǎn)換為電荷量，電荷放大器將電荷量轉(zhuǎn)換放大為電壓信號(hào)，電荷放大器將電荷量轉(zhuǎn)換放大為電壓信號(hào)，磁帶機(jī)將電壓信號(hào)以模擬信號(hào)的方式記錄。磁帶機(jī)將電壓信號(hào)以模擬信號(hào)的方式記錄。 測(cè)試安裝的靜態(tài)特性：主要以靈敏度、非線性度和回程誤差為表征。既可以是傳感器本身的，也可是測(cè)試安裝作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)思索，這樣的系統(tǒng)誤差較小。(1)靈敏度：特性曲線的斜率xysBAxyx輸入y輸出 位移位移0.01mm變化，電壓變化，電壓2V變化，這時(shí)變化，這時(shí)S=2/0.01=200V/mm 安裝靈敏度越高安裝靈敏度越高 ，丈量，丈量范

29、圍越窄，穩(wěn)定性越差范圍越窄，穩(wěn)定性越差BAxyx輸入y輸出定標(biāo)曲線與擬合直線定標(biāo)曲線與擬合直線的最大偏向的最大偏向B與與A的比的比值：值： 非線性度非線性度=%100AB2非線性度：安裝的輸出、輸入間能非線性度：安裝的輸出、輸入間能否能象理想安裝那樣堅(jiān)持常值比例關(guān)系的否能象理想安裝那樣堅(jiān)持常值比例關(guān)系的一種度量。一種度量。3 3回程誤差滯后或變差：回程誤差滯后或變差：輸入量由小變大輸入量由小變大輸入量由大變小輸入量由大變小同一輸入對(duì)應(yīng)兩個(gè)輸出，其同一輸入對(duì)應(yīng)兩個(gè)輸出，其間的最大差值為回程誤差。間的最大差值為回程誤差。xmaxh%100maxAh為回程誤差為回程誤差y 數(shù)字信號(hào)處置普通需求對(duì)測(cè)試

30、的信號(hào)進(jìn)展動(dòng)態(tài)分析，測(cè)試安裝除了靜態(tài)特性之外，還要思索動(dòng)態(tài)特性。 動(dòng)態(tài)特性：* 傳送函數(shù)頻率呼應(yīng)函數(shù)* 瞬態(tài)呼應(yīng)特性 傳送函數(shù)(穩(wěn)態(tài))：指各種頻率成分下的輸入與輸出的幅值比和相位差，理想的傳送特性是感興趣的頻率范圍內(nèi)幅值比為1，無(wú)相位差或相位差線性變化。丈量系統(tǒng)的傳送特性如圖：1fH(f)f)(f 2.瞬態(tài)呼應(yīng)：假設(shè)要丈量爆炸等過程非常暫短的瞬態(tài)沖擊呼應(yīng)過程，由于丈量時(shí)間很短，就要非常留意丈量系統(tǒng)的瞬態(tài)特性。瞬態(tài)特性普通以反響時(shí)間(tr)、 峰值時(shí)間(tp)、穩(wěn)定時(shí)間(ts)和超調(diào)量來(lái)度量(見圖tx(t)1.00.9允許誤差0.02 或 0.05ptstrt反響時(shí)間反響時(shí)間 峰值時(shí)間峰值時(shí)間穩(wěn)

31、定時(shí)間穩(wěn)定時(shí)間 超調(diào)量超調(diào)量rtptst%1000 .1動(dòng)態(tài)信號(hào)檢測(cè)不失真的條件動(dòng)態(tài)信號(hào)檢測(cè)不失真的條件在丈量的頻率段范圍內(nèi)幅值成線性比例關(guān)系，相在丈量的頻率段范圍內(nèi)幅值成線性比例關(guān)系，相位差為常數(shù)或隨頻率線性變化。位差為常數(shù)或隨頻率線性變化。000( )sin(2)x tAf t檢測(cè)后的動(dòng)態(tài)信號(hào)為：檢測(cè)后的動(dòng)態(tài)信號(hào)為：設(shè)真實(shí)動(dòng)態(tài)信號(hào)為：設(shè)真實(shí)動(dòng)態(tài)信號(hào)為：10002( )sin2()x tk Af tk其中其中 為常數(shù)，為常數(shù)， 為常數(shù)或隨頻率線性變化為常數(shù)或隨頻率線性變化 為常數(shù)為常數(shù)) 1k2k23kk f3k 動(dòng)態(tài)信號(hào)檢測(cè)不失真的條件包含了三個(gè)動(dòng)態(tài)信號(hào)檢測(cè)不失真的條件包含了三個(gè)要素：頻率

32、段范圍，幅值成線性比例關(guān)系要素：頻率段范圍，幅值成線性比例關(guān)系和相位差為常數(shù)或隨頻率線性變化。和相位差為常數(shù)或隨頻率線性變化。動(dòng)態(tài)信號(hào)檢測(cè)不失真的條件動(dòng)態(tài)信號(hào)檢測(cè)不失真的條件電渦流式相對(duì)位移丈量傳感器電渦流式相對(duì)位移丈量傳感器壓電式振動(dòng)加速度丈量傳感器及其二次儀表壓電式振動(dòng)加速度丈量傳感器及其二次儀表 磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器常用的振動(dòng)傳感器及二次儀表常用的振動(dòng)傳感器及二次儀表1.電渦流式相對(duì)位移丈量傳感器電渦流式相對(duì)位移丈量傳感器 電渦流傳感器由于是非接觸丈量，頻率呼電渦流傳感器由于是非接觸丈量，頻率呼應(yīng)范圍寬，靈敏度高，丈量范圍大，抗干擾才應(yīng)范圍寬，靈敏度高，丈量范圍大，抗干擾才干

33、強(qiáng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于汽輪發(fā)電干強(qiáng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于汽輪發(fā)電機(jī)組、水輪發(fā)電機(jī)組、化工設(shè)備等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)機(jī)組、水輪發(fā)電機(jī)組、化工設(shè)備等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械滑動(dòng)軸承振動(dòng)位移的丈量，在國(guó)內(nèi)外遭到廣械滑動(dòng)軸承振動(dòng)位移的丈量，在國(guó)內(nèi)外遭到廣泛注重和運(yùn)用。泛注重和運(yùn)用。 電渦流傳感器的任務(wù)原理是基于電渦流效應(yīng)。把一塊導(dǎo)磁導(dǎo)電的金屬板放置在線圈附近，當(dāng)線圈經(jīng)過交變電流I1時(shí)，產(chǎn)生磁埸，磁通量為1。 此交變磁統(tǒng)統(tǒng)過臨近的金屬板時(shí)，產(chǎn)生閉合的電渦流I2，此電渦流也將產(chǎn)生交變磁通2， 其方向與1相反，抵消部分主磁通，從而使激磁線圈的等效阻抗、 等效電感和等效阻抗發(fā)生變化，變化程度與間隔在一定范圍內(nèi)近似線性

34、關(guān)系。 常用阻抗變換器為其二次儀器，將信號(hào)進(jìn)一步放常用阻抗變換器為其二次儀器，將信號(hào)進(jìn)一步放大，頻響范圍相當(dāng)寬，達(dá)大，頻響范圍相當(dāng)寬，達(dá)0-10KHz0-10KHz。以下圖是典型的電。以下圖是典型的電渦流傳感器的靈敏度校驗(yàn)曲線。渦流傳感器的靈敏度校驗(yàn)曲線。2.壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器 壓電式傳感器的突出特點(diǎn)是靈敏度高，自振壓電式傳感器的突出特點(diǎn)是靈敏度高，自振頻率高，具有很好的高頻呼應(yīng)特性，體積小，分頻率高，具有很好的高頻呼應(yīng)特性，體積小，分量輕，因此廣泛的用于丈量力、壓力、加速度等量輕，因此廣泛的用于丈量力、壓力、加速度等 某些物質(zhì)，如石英、鈦酸鋇等，當(dāng)遭到外力某些物質(zhì)，如石英、

35、鈦酸鋇等，當(dāng)遭到外力作用下，不僅發(fā)生變形，而且內(nèi)部極化，外表上作用下，不僅發(fā)生變形，而且內(nèi)部極化，外表上產(chǎn)生電荷，構(gòu)成電埸。當(dāng)外力去掉后，又重新回產(chǎn)生電荷，構(gòu)成電埸。當(dāng)外力去掉后，又重新回到原來(lái)的不帶電形狀，這種景象稱為壓電效應(yīng)。到原來(lái)的不帶電形狀，這種景象稱為壓電效應(yīng)。 利用壓電效應(yīng)可以制造加速度傳感器。利用壓電效應(yīng)可以制造加速度傳感器。 在壓電晶體的兩個(gè)任務(wù)外表進(jìn)展金屬蒸鍍，構(gòu)成金屬膜，構(gòu)成兩個(gè)電極。當(dāng)晶體遭到外作用時(shí)，在兩個(gè)極板上積聚數(shù)量相等，而極性相反的電荷，構(gòu)成電埸，所以壓電傳感器可以看作是一個(gè)電荷發(fā)生器，其電荷量為q電荷量(C)，D壓電常數(shù)(C/N)， F作用力(N) 顯然，電荷量

36、與作用力或加速度成正比關(guān)系DFq 壓電式加速度傳感器多配置電荷放大器為二次儀表，壓電式加速度傳感器多配置電荷放大器為二次儀表，普通具有轉(zhuǎn)換、放大、濾波和積分器四項(xiàng)功能。頻率呼應(yīng)普通具有轉(zhuǎn)換、放大、濾波和積分器四項(xiàng)功能。頻率呼應(yīng)范圍很寬，普通達(dá)范圍很寬，普通達(dá)0.1Hz0.1Hz20kHz20kHz，其上限有時(shí)可達(dá)，其上限有時(shí)可達(dá)50KHz 50KHz 3.磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器 在永久磁鐵產(chǎn)生的直線磁埸內(nèi)在永久磁鐵產(chǎn)生的直線磁埸內(nèi)，放置一個(gè)可動(dòng)線圈，當(dāng)線圈在，放置一個(gè)可動(dòng)線圈，當(dāng)線圈在磁埸中作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，它所產(chǎn)生磁埸中作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，它所產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)為的感生電動(dòng)勢(shì)為式中：式中：B磁

37、埸的磁感應(yīng)強(qiáng)度磁埸的磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)W線圈匝數(shù)線圈匝數(shù) l單匝線圈有效長(zhǎng)度單匝線圈有效長(zhǎng)度(m)v線圈與磁埸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)線圈與磁埸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度速度(m/s) 線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁埸方向線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁埸方向的夾角的夾角 )sin(WBlv 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí): 當(dāng)當(dāng)W、B、l均為常數(shù)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈均為常數(shù)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈運(yùn)動(dòng)速度成正比，運(yùn)動(dòng)速度成正比， 這就是普通動(dòng)圈式速度傳感器的這就是普通動(dòng)圈式速度傳感器的任務(wù)原理。任務(wù)原理。 這種傳感器配置的二次儀表為電壓放大器，將感應(yīng)這種傳感器配置的二次儀表為電壓放大器，將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)放大至可以分析的范圍電動(dòng)勢(shì)放大至可以分析的范圍 ，其傳感器的頻

38、率呼，其傳感器的頻率呼應(yīng)范圍多在應(yīng)范圍多在10Hz-1000Hz，假設(shè)傳感器做的很大，其，假設(shè)傳感器做的很大，其下限頻率可達(dá)下限頻率可達(dá)1.5Hz。WBlv090 1.靈敏度適當(dāng) 普通情況下，傳感器的靈敏度越高越好，由于靈敏度高，意味著傳感器所能測(cè)試的信號(hào)的變化量可以很小。既使丈量微小的變化，傳感器都有較大的輸出量。 靈敏度越高時(shí)，與丈量信號(hào)無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，并會(huì)同時(shí)以一樣倍數(shù)放大。因此，必需思索既要能檢測(cè)微小量值，又要噪聲小，為了保證此點(diǎn)，往往要求傳感器信噪比愈大愈好，即要求傳感器本身噪聲小，且又不易從外界引進(jìn)干擾噪聲。 與靈敏度嚴(yán)密相關(guān)的是量程范圍。當(dāng)輸入量增大時(shí)，除非有專門的非線

39、性校正措施，傳感器不應(yīng)進(jìn)入非線性區(qū)域，更不能進(jìn)入飽和區(qū)域。 某些測(cè)試任務(wù)要在有較強(qiáng)的噪聲干擾下進(jìn)展，這樣對(duì)傳感器來(lái)講，其輸入量不僅包括被丈量，也包括干擾量，因此，要思索到兩者的疊加不能進(jìn)入非線性區(qū)域。過高的靈敏度會(huì)影響其適用的丈量范圍，大大添加制造本錢。只需能滿足測(cè)試精度的要求，選擇適宜的靈敏度，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。 2.量程適宜量程適宜 測(cè)試系統(tǒng)丈量上下限的代數(shù)差稱測(cè)試系統(tǒng)丈量上下限的代數(shù)差稱量程，有時(shí)也可稱為幅值丈量動(dòng)態(tài)范量程，有時(shí)也可稱為幅值丈量動(dòng)態(tài)范圍。量程既不能過大，使信噪比過低圍。量程既不能過大，使信噪比過低；也不能過小，達(dá)不到丈量要求。普；也不能過小，達(dá)不到丈量要求。普通選擇使丈量

40、物理量的最大值為滿量通選擇使丈量物理量的最大值為滿量程的程的80為好。為好。 3.呼應(yīng)特性滿足動(dòng)態(tài)測(cè)試的要求 傳感器的呼應(yīng)特性必需在所測(cè)頻率范圍內(nèi)堅(jiān)持不失真，即幅頻為1， 相頻為零或直線。此外，實(shí)踐傳感器的呼應(yīng)總有一定的遲延，希望遲延時(shí)間越短越好。 利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等類型的傳感器，呼應(yīng)時(shí)間小，任務(wù)頻率范圍寬。構(gòu)外型傳感器，如電感、電容、電磁感應(yīng)型傳感器等，由于遭到構(gòu)造特性的影響，以及系統(tǒng)慣性質(zhì)量的限制，它們只能用于低頻范圍。 在動(dòng)態(tài)丈量中，傳感器的頻率呼應(yīng)特性對(duì)測(cè)試結(jié)果有直接影響，在選用時(shí)，應(yīng)充分思索到被測(cè)物理量的變化特點(diǎn)(如穩(wěn)態(tài)、瞬變、隨機(jī)等)。 4.線性度要好，任務(wù)在線性段線性度要好

41、，任務(wù)在線性段 任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系。線性范圍愈寬范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系。線性范圍愈寬，那么闡明傳感器的任務(wù)量程愈大。，那么闡明傳感器的任務(wù)量程愈大。 然而，任何傳感器都不容易保證其絕對(duì)的然而，任何傳感器都不容易保證其絕對(duì)的線性，在某些情況下，在答應(yīng)限制內(nèi)，也可以線性，在某些情況下，在答應(yīng)限制內(nèi)，也可以在其近似線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)用。例如，變間隙型的在其近似線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)用。例如，變間隙型的電容、電感傳感器，均采用在初始間隙附近的電容、電感傳感器，均采用在初始間隙附近的近似線性區(qū)內(nèi)任務(wù)。選用時(shí)必需思索被測(cè)物理近似線性區(qū)內(nèi)任

42、務(wù)。選用時(shí)必需思索被測(cè)物理量的變化范圍，使其非線性誤差在允許范圍以量的變化范圍，使其非線性誤差在允許范圍以內(nèi)。內(nèi)。5.穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好穩(wěn)定性表示了傳感器經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)用以后，穩(wěn)定性表示了傳感器經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響的主要要其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響的主要要素是時(shí)間與環(huán)境。理想的傳感器應(yīng)不隨時(shí)間變素是時(shí)間與環(huán)境。理想的傳感器應(yīng)不隨時(shí)間變化化(時(shí)漂時(shí)漂)，不隨溫度變化，不隨溫度變化(溫漂溫漂)，任務(wù)可靠，丈，任務(wù)可靠，丈量反復(fù)性好。量反復(fù)性好。 為了保證其穩(wěn)定性，在選定傳感器之前，為了保證其穩(wěn)定性，在選定傳感器之前，應(yīng)對(duì)運(yùn)用環(huán)境進(jìn)展調(diào)查，以選擇較適宜的傳感應(yīng)對(duì)運(yùn)用環(huán)境

43、進(jìn)展調(diào)查，以選擇較適宜的傳感器類型。在機(jī)械工程中，有些機(jī)械系統(tǒng)或自動(dòng)器類型。在機(jī)械工程中，有些機(jī)械系統(tǒng)或自動(dòng)化加工過程，往往要求傳感器能長(zhǎng)期運(yùn)用而不化加工過程，往往要求傳感器能長(zhǎng)期運(yùn)用而不需經(jīng)常改換或校準(zhǔn)。在這種情況下，對(duì)傳感器需經(jīng)常改換或校準(zhǔn)。在這種情況下，對(duì)傳感器穩(wěn)定性有嚴(yán)厲的要求。例如，用于監(jiān)測(cè)大型旋穩(wěn)定性有嚴(yán)厲的要求。例如，用于監(jiān)測(cè)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸振動(dòng)位移的電渦流傳感器等，往往是轉(zhuǎn)機(jī)械軸振動(dòng)位移的電渦流傳感器等，往往是在比較惡劣的環(huán)境下任務(wù)的，其塵埃、油劑、在比較惡劣的環(huán)境下任務(wù)的，其塵埃、油劑、溫度、振動(dòng)等干擾是很嚴(yán)重的。這時(shí)傳感器的溫度、振動(dòng)等干擾是很嚴(yán)重的。這時(shí)傳感器的選用，必需優(yōu)

44、先思索穩(wěn)定性要素。選用，必需優(yōu)先思索穩(wěn)定性要素。6.準(zhǔn)確度適宜準(zhǔn)確度適宜傳感器的準(zhǔn)確度表示傳感器的輸傳感器的準(zhǔn)確度表示傳感器的輸出與被丈量的對(duì)應(yīng)程度。傳感器是測(cè)出與被丈量的對(duì)應(yīng)程度。傳感器是測(cè)試系統(tǒng)的輸入端，因此，傳感器能否試系統(tǒng)的輸入端，因此，傳感器能否真實(shí)地反映被丈量值，對(duì)整個(gè)測(cè)試系真實(shí)地反映被丈量值，對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)具有直接的影響。統(tǒng)具有直接的影響。 然而，也并非要求傳感器的準(zhǔn)確然而，也并非要求傳感器的準(zhǔn)確度愈高愈好，由于還要思索到經(jīng)濟(jì)性度愈高愈好，由于還要思索到經(jīng)濟(jì)性。傳感器準(zhǔn)確度愈高，價(jià)錢越昂貴，。傳感器準(zhǔn)確度愈高，價(jià)錢越昂貴，因此應(yīng)從實(shí)踐出發(fā)來(lái)選用。因此應(yīng)從實(shí)踐出發(fā)來(lái)選用。首先，應(yīng)了

45、解測(cè)試的目的，斷定是定性分首先，應(yīng)了解測(cè)試的目的，斷定是定性分析，還是定量分析。假設(shè)屬于比較性的實(shí)驗(yàn)研析，還是定量分析。假設(shè)屬于比較性的實(shí)驗(yàn)研討，由于只需用到相對(duì)比較值，那么應(yīng)要求傳討，由于只需用到相對(duì)比較值，那么應(yīng)要求傳感器的反復(fù)度要高，而無(wú)需求求高精度的絕對(duì)感器的反復(fù)度要高，而無(wú)需求求高精度的絕對(duì)量值，因此可選擇低精度的傳感器，而超精細(xì)量值，因此可選擇低精度的傳感器，而超精細(xì)切削機(jī)床，由于其運(yùn)動(dòng)部件的定位精度、主軸切削機(jī)床，由于其運(yùn)動(dòng)部件的定位精度、主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差、振動(dòng)及熱變形等，要求丈量精回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差、振動(dòng)及熱變形等，要求丈量精度在度在0.10.01um范圍內(nèi)。要丈量這樣的量值，范圍內(nèi)

46、。要丈量這樣的量值，必需具有高準(zhǔn)確度的傳感器。必需具有高準(zhǔn)確度的傳感器。1.記錄安裝：常用的記錄安裝有光線示波器、記錄安裝：常用的記錄安裝有光線示波器、X-Y記錄儀、磁帶機(jī)和數(shù)據(jù)采集器等。記錄儀、磁帶機(jī)和數(shù)據(jù)采集器等。磁帶機(jī)：以記錄模擬信號(hào)為特點(diǎn)，記錄的數(shù)據(jù)磁帶機(jī)：以記錄模擬信號(hào)為特點(diǎn)，記錄的數(shù)據(jù)量大，能反復(fù)回放，是理想的記錄設(shè)備。但國(guó)量大，能反復(fù)回放，是理想的記錄設(shè)備。但國(guó)產(chǎn)磁帶機(jī)質(zhì)量不過關(guān)，引薦運(yùn)用日本產(chǎn)磁帶機(jī)質(zhì)量不過關(guān)，引薦運(yùn)用日本TEAC MR-30便攜式磁帶機(jī)，體積小，分量輕，攜帶便攜式磁帶機(jī)，體積小，分量輕，攜帶方便，記錄數(shù)據(jù)多且長(zhǎng)，但缺陷是價(jià)錢昂貴，方便，記錄數(shù)據(jù)多且長(zhǎng)，但缺陷是

47、價(jià)錢昂貴，約需人民幣約需人民幣10萬(wàn)元萬(wàn)元 。數(shù)采器：普通數(shù)采器多以內(nèi)存記錄數(shù)據(jù)，由于數(shù)采器：普通數(shù)采器多以內(nèi)存記錄數(shù)據(jù)，由于容量有限，所以采集的數(shù)字量長(zhǎng)度有限，很難容量有限，所以采集的數(shù)字量長(zhǎng)度有限，很難進(jìn)展大量數(shù)據(jù)的處置。特別在設(shè)備精細(xì)診斷中進(jìn)展大量數(shù)據(jù)的處置。特別在設(shè)備精細(xì)診斷中必需采用帶硬盤的數(shù)采器，以便采集較長(zhǎng)的數(shù)必需采用帶硬盤的數(shù)采器，以便采集較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)用以靈敏進(jìn)展各種離線分析。據(jù)用以靈敏進(jìn)展各種離線分析。 離線分析時(shí)分析頻率可變，并帶有高速數(shù)離線分析時(shí)分析頻率可變，并帶有高速數(shù)字濾波防止頻率混淆，國(guó)內(nèi)唯有我們研制的字濾波防止頻率混淆，國(guó)內(nèi)唯有我們研制的DASC 動(dòng)態(tài)信號(hào)分析與缺點(diǎn)

48、診斷系統(tǒng)具有這種動(dòng)態(tài)信號(hào)分析與缺點(diǎn)診斷系統(tǒng)具有這種離線分析功能。離線分析功能。2.分析安裝：主要用于對(duì)采集或記錄的信號(hào)進(jìn)分析安裝：主要用于對(duì)采集或記錄的信號(hào)進(jìn)展各種數(shù)據(jù)處置，如頻譜分析、模態(tài)分析和統(tǒng)展各種數(shù)據(jù)處置，如頻譜分析、模態(tài)分析和統(tǒng)計(jì)分析等，是工程信號(hào)處置的中心。計(jì)分析等，是工程信號(hào)處置的中心。 振動(dòng)分析中最常用的有二大類頻譜分析系統(tǒng)振動(dòng)分析中最常用的有二大類頻譜分析系統(tǒng) (1)公用頻譜分析儀：日本小野測(cè)器公司的公用頻譜分析儀：日本小野測(cè)器公司的CF-910/940、CF-355 ， 美國(guó)惠普公司的美國(guó)惠普公司的HP3562、HP5423、HP3565，美國(guó)科學(xué)譜動(dòng)力，美國(guó)科學(xué)譜動(dòng)力公司

49、的公司的SD-375、SD-380Z、SD-385Z，美國(guó)本，美國(guó)本特律內(nèi)華達(dá)公司的特律內(nèi)華達(dá)公司的ADRE、DDM旋轉(zhuǎn)機(jī)械缺點(diǎn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械缺點(diǎn)診斷系統(tǒng)是這類代表。診斷系統(tǒng)是這類代表。 其特點(diǎn)是構(gòu)造全部硬件其特點(diǎn)是構(gòu)造全部硬件化，速度快，精度高；缺陷是價(jià)錢昂貴，黑箱化，速度快，精度高；缺陷是價(jià)錢昂貴，黑箱構(gòu)造不易更新?lián)Q代。構(gòu)造不易更新?lián)Q代。 (2)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試分析系統(tǒng)：以通用微機(jī)為主體， 加上一部分自行設(shè)計(jì)的接口和外設(shè)，自行開發(fā)各種數(shù)據(jù)處置軟件包，構(gòu)成所謂的虛擬儀器。其特點(diǎn)是速度快、精度高、功能全、更新方便，特別是采用便攜微機(jī)后，很方便帶到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。這類系統(tǒng)以我們研制的DASC動(dòng)態(tài)信號(hào)分析與缺點(diǎn)

50、診斷系統(tǒng)、南京汽輪機(jī)廠研制的CRAS隨機(jī)振動(dòng)及模態(tài)分析系統(tǒng)和西安交通大學(xué)研制的旋轉(zhuǎn)機(jī)械缺點(diǎn)診斷系統(tǒng)為代表。延續(xù)信號(hào)的離散化量化誤差與動(dòng)態(tài)范圍采樣定理與頻率混淆時(shí)頻域的轉(zhuǎn)換關(guān)系概 述采樣的觸發(fā)方式和條件 振動(dòng)信號(hào)或其它物理信號(hào)普通經(jīng)傳感振動(dòng)信號(hào)或其它物理信號(hào)普通經(jīng)傳感器和二次儀表轉(zhuǎn)化放大后是延續(xù)變化的模擬器和二次儀表轉(zhuǎn)化放大后是延續(xù)變化的模擬量信號(hào)。而大量要計(jì)算機(jī)處置的是離散的時(shí)量信號(hào)。而大量要計(jì)算機(jī)處置的是離散的時(shí)間系列。因此，一切數(shù)字計(jì)算機(jī)在處置模擬間系列。因此，一切數(shù)字計(jì)算機(jī)在處置模擬信號(hào)之前要經(jīng)過數(shù)據(jù)采集，即將模擬量轉(zhuǎn)化信號(hào)之前要經(jīng)過數(shù)據(jù)采集，即將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，也稱為為數(shù)字量，也稱

51、為A/D變換。變換。概 述延續(xù)信號(hào)的離散化t)(kxt)(tx)(tSttt( )( )()( )()( ) ( )( )()()0, 1, 2,.,(0), (1),., (1)nnx tS ttn tx kx nTx t s tx ttn tx n tnxxx nn 表示連續(xù)模擬信號(hào)其中有限長(zhǎng)度：點(diǎn)長(zhǎng)度的時(shí)間離散化后信號(hào)頻率幅值擬信號(hào)模代表沒有離散化的連續(xù)求能否根據(jù)分析需要的要問題. 2. 11,.,0 x(n):Nn4量化即將模擬量經(jīng)過量化即將模擬量經(jīng)過A/DA/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量的過程。轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量的過程。4A/DA/D板的質(zhì)量主要取決于兩個(gè)目的：速度與精度。板的質(zhì)量主要取決于兩個(gè)目的

52、：速度與精度。412bit12bit的的A/DA/D板將模擬信號(hào)某一瞬時(shí)的采樣值用板將模擬信號(hào)某一瞬時(shí)的采樣值用12124位二進(jìn)制數(shù)表示位二進(jìn)制數(shù)表示. .在雙極性方式下，在雙極性方式下，12bit12bit中中1 1個(gè)個(gè)bitbit4用于表示正負(fù)，滿量程為用于表示正負(fù)，滿量程為5V5V，那么任一模擬量總，那么任一模擬量總對(duì)對(duì)4應(yīng)應(yīng)211=2048211=2048種形狀種形狀, ,兩種形狀間間隔兩種形狀間間隔5V/2048=2.5mV5V/2048=2.5mV4其一半就是量化誤差其一半就是量化誤差. .4動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍: :量化誤差與動(dòng)態(tài)范圍20log220 12 log272.25,12,

53、72kDdB kdB最大動(dòng)態(tài)范圍為采樣定理與頻率混淆采樣定理為：連續(xù)的時(shí)域信號(hào)采樣定理為：連續(xù)的時(shí)域信號(hào) X t ，如果其頻率只分布在有限頻率，如果其頻率只分布在有限頻率區(qū)域內(nèi)，即：區(qū)域內(nèi)，即： cfffX當(dāng) 0 (3.5)則它可由等時(shí)間間隔序列唯一確定的條件是：則它可由等時(shí)間間隔序列唯一確定的條件是： ccsftff21 2或 (3.6)從物理意義上講，條件從物理意義上講，條件(3.6)如果不滿足，采樣頻率小于信號(hào)可如果不滿足，采樣頻率小于信號(hào)可能具有的最大頻率能具有的最大頻率 fc 的二倍，那么在此信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)采樣的數(shù)的二倍，那么在此信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)采樣的數(shù)據(jù)不超過二個(gè)，采樣的離散序列

54、不足以表現(xiàn)為信號(hào)的周期性，因此據(jù)不超過二個(gè)，采樣的離散序列不足以表現(xiàn)為信號(hào)的周期性，因此會(huì)產(chǎn)生假頻或稱為頻率混淆。會(huì)產(chǎn)生假頻或稱為頻率混淆。fc 稱為奈奎斯特頻率。稱為奈奎斯特頻率。采樣定理與頻率混淆fs實(shí)踐產(chǎn)生混頻折疊方式：實(shí)踐產(chǎn)生混頻折疊方式：第一、三、五等奇次折疊以第一、三、五等奇次折疊以fs為對(duì)稱軸產(chǎn)生折疊。為對(duì)稱軸產(chǎn)生折疊。第二、四、六等偶次折疊以零頻率為對(duì)稱軸產(chǎn)生折疊。第二、四、六等偶次折疊以零頻率為對(duì)稱軸產(chǎn)生折疊。 實(shí)踐的濾波器實(shí)踐的濾波器虛線如以下圖：虛線如以下圖：消除頻率混淆的方法有兩種消除頻率混淆的方法有兩種:一種方法是提高采樣頻率一種方法是提高采樣頻率,第二種方法是在進(jìn)展采樣之前用模擬式低通濾波器第二種方法是在進(jìn)展采樣之前用模擬式低通濾波器抗混濾波器抗混濾波器進(jìn)展低通濾波。進(jìn)展低通濾波。時(shí)頻域的轉(zhuǎn)換關(guān)系)(log20)(log10)(2)(2)()2sin()(: )(2/) 12/(,.,2 ,:; 12/,.,1 , 0)(:1,.,0)(:. 21. 1:)(:,:),(:0200ffffAftAtxffNffNkkXNiixNftftFFTNHzGGGfAGfGfffffxrmsxxdBxxxssss對(duì)數(shù)譜自譜幅值譜理想無(wú)泄露狀態(tài)下在下列關(guān)系一般時(shí)頻