机械工程测试技术基础知识点整合
第一章绪论
1、测试的概念
目的:获取被测对象的有用信息。
测试就是测量与试验的综合。
测试技术就是测量与试验技术的统称。
2、静态测量与动态测量
静态测量:就是指不随时间变化的物理量的测量。
动态测量:就是指随时间变化的物理量的测量。
3、课程的主要研究对象
研究机械工程中动态参数的测量
4、测试系统的组成
5、量纲及量值的传递
6、测量误差
系统误差、随机误差、粗大误差
7、测量精度与不确定度
8、测量结果的表达
第二章信号分析与处理
一、信号的分类及其描述
1、分类
2、描述
时域描述:幅值随时间的变化
频域描述:频率组成及幅值、相位大小
二、求信号频谱的方法及频谱的特点
1、周期信号
数学工具:傅里叶级数
方法:求信号傅里叶级数的系数
频谱特点:离散性
谐波性
收敛性(见表1-2)
周期的确定:各谐波周期的最小公倍数
基频的确定:各谐波频率的最大公约数
2、瞬变信号(不含准周期信号)
数学工具:傅里叶变换
方法:求信号傅里叶变换
频谱特点:连续性、收敛性
3、随机信号
数学工具:傅里叶变换
方法:求信号自相关函数的傅里叶变换频谱特点:连续性
三、典型信号的频谱
1、δ(t)函数的频谱及性质
△(f)=1 频率无限,强度相等,称为“均匀谱”采样性质:
积分特性:
卷积特性:
2、正、余弦信号的频谱(双边谱)
欧拉公式把正、余弦实变量转变成复指数形式,即一对反向旋转失量的合成。解决了周期信号的傅里叶变换问题,得到了周期信号的双边谱,使信号的频谱分析得到了统一。
3、截断后信号的频谱
频谱连续、频带变宽(无限)
四、信号的特征参数
1、均值 :静态分量(常值分量)
正弦、余弦信号的均值？
2、均方值 :强度(平均功率)
均方根值 :有效值
3、方差 :波动分量
4、概率密度函数 :在幅值域描述信号幅值分布规律
五、自相关函数的定义及其特点
1、定义:
2、特点
3、自相关图
六、互相关函数的定义及其特点
1、定义
2、特点
3、互相关图
七、相关分析的应用
八、相关系数与相干函数
相关系数、相关函数在时域描述两变量之间的相关关系; 相干函数在频域描述两变量之间的相关关系。
九、自功率谱密度函数定义及其特点
1、定义
2、意义
就就是信号的功率密度沿频率轴的分布。
反映信号的频域结构。
3、特点
十、互功率谱密度函数定义及其应用
十一、数字信号处理
1、时域采样定理:fs > 2fh fs > (3-4)fc
2、混叠: 原因: Ts↑( fs↓)、信号频率太宽
混叠部位:fs/2----折叠频率
处理方法:抗混叠滤波,提高采样频率 fs ↑↑→N↑
3、量化及量化误差:△x↓→误差↓
4、泄漏:原因加窗截断处理
处理方法:合理选择窗函数
周期信号—整周期截断
5、频域采样与栅栏效应
十二、傅里叶变换的几个性质
k>1 时间轴压缩,频带加宽,幅值降低
k<1 时间轴扩展,频谱变窄,幅值增高
第三章测量装置的基本特征
测量装置的基本特征:静态特性与动态特性
一、测量装置的静态特征及主要参数
1、静态特性:
2、主要静态参数
1)线性度:线性度越好→线性范围(量程)越宽
2)灵敏度:S↑→△x↓→测量范围↓
S = △y/△x(输出的量纲/输入的量纲)
3)回程误差:与输入变化方向有关的输出特性。
4)分辨力(分辨率):能测量到输入量最小变化的能力。
二、线性系统的主要特性
叠加性、比例性、微分性、积分性、
频率保持性
四、频率响应函数(频率特性)定义及物理意义
1、频率响应函数定义
2、频率响应函数物理意义
:系统在简谐信号激励下,其稳态输出对输入的幅值比、相位差随激励频率ω变化的特性。
五、频率响应函数的求取方法
1、微分方程→H(ω)
2、H(S)―→H(ω)
3、h(t)→H(ω)
4、实验法
六、系统不失真的条件
1、时域不失真条件:y(t)= A0x(t-t0)
2、频域不失真条件:
其中:幅频特性 A(ω)=A0
相频特性φ(ω)=-ωt0
即:系统对不同频率的信号具有相同的增益;
系统对不同频率的信号具有相同的滞后时间。
七、一、二阶系统的动态特性
1、一阶系统(如:RC低通滤波器)
2、二阶系统
不失真工作频率范围:
八、系统的串并联
九、系统的稳态响应与响应误差
十、测量装置动态特征参数的测量方法
频率响应法阶跃响应法
1、频率响应法:
2、阶跃响应法:
第四章测量系统
一、传感器的定义及分类
定义:p68
二、常用传感器种类、工作原理、特点及应用
1、电阻式传感器
变阻器式:
应变片:金属应变片:Sg≈1+2υ形变
半导体应变片:Sg≈λE 导电性能ρ变化特点:
应用:1)测应力、应变;
2)组成各种应变式传感器
2、电容式传感器
极距变化型:s↑线性差,微小位移、非接触测量
面积变化型:s↓线性好,较大线、角位移测量
介质变化型:s↓线性好,介质参数测量
3、电感式传感器
精确度高、线性范围大、稳定性好、使用方便应用:p87图3-28
4、磁电式传感器
应用:速度、频数、转速、偏心量、振动
主要特点:
1°固有频率高( ),动态范围宽;
2°尺寸小,质量轻(0、14g),负载效应小;
3°精确度与灵敏度高;
4°线性好,寿命长,使用方便;
5°不宜作静态参数测量;
6°输出阻抗高( ),输出能量小,需采用高输入阻抗的前置放大器。
应用:力、压力、加速度、声与声发射
6、热电式传感器
7、光电式传感器
光电管----外光电效应
光电池----光生伏特效应
光敏电阻----内光电效应
应用:
三、差动式传感器的优点
1、灵敏度扩大近一倍;
2、改善了传感器线性,线性工作范围扩大近一倍;
3、提高了传感器工作的稳定性。
四、传感器选用原则