机械工程测试技术-绪言第一章
合集下载
机械工程测试技术基础
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年10月25日星期 日下午1时55分 57秒13:55:5720.10.25
最大峰值与最小
4、带宽B和品质因数Q值
峰谷的中点
上下两截止频率之间的频率
范围称为滤波器带宽B。
A(f)
中心频率 f0 和带宽B之比称
A0
d
.
d
为滤波器的品质因数Q，即 Q=f0/B
A0 2
5、倍频程选择性
1~5
常用
0
fc1
fc2 f
倍频程选择性是指在上截止频率 fc2 与 2 fc2 之间，
或者在下截止频率 fc1 与 fc1 / 2 之间幅频特性的衰减
知，所描述物理现象是一种随机过程。
噪声信号(平稳)
噪声信号(非平稳 )
统计特性变异
！！！
时域分析与频域分析的关系
幅值
关于其它信号的频谱分布 情况可以参看 P21的 表1-1
信号频谱X(f)代表了 信号在不同频率分量成分 的大小，能够提供比时域 信号波形更直观，丰富的 信息。
时域分析
理论依据是傅里叶展开式 频域分析
A() H (J) S
1 ( )2
() H ( j) tg 1( )
用普通坐标表示
A( )
1 0.707
()
1
4 2
由: A() S 1 ( )2
() tg 1( )
当:
0
1
A() 1, () 0, A() 1, () 0,
1 A() 1 2, () 4 1 A() 0, () 2
传递函数的定义：x(t)、y(t)及其各阶导数的
初始值为零，系统输出信号的拉普拉斯变
机械工程测试技术-绪论
第二节 测量的基础知识 一、量与量纲
机械工程测试技术基础
量是指现象、物体或物质可定性区别和定量确定的一种属性。 不同类的量彼此可以定性区别，如长度与质量是不同类的量。
同一类中的量之间是以量值大小来区别的。
1. 量值
量值是用数值和计量单位的乘积来表示的。它被用来定量 地表达被测对象相应属性的大小，如3.4m、15kg、40℃等。其 中，3.4、15、40是量值的数值。显然，量值的数值就是被测 量与计量单位之比值。
第二节 测量的基础知识
国际单位制(SI)的基本单位的定义 为：
机械工程测试技术基础
米(m)是光在真空中，在1/299792458s的时间间隔内所经路程的长度。 千克(kg)是质量单位，等于国际千克原器的质量。 秒(s)是铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应的辐射 9192631770个周期的持续时间。 安(A)是电流单位。在真空中，两根相距1m的无限长、 截面积可以 忽略的平行圆直导线通过等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每 米长度上为2×10-7 N，则每根导 线中的电流为1A 。 开尔文(K)是热力学温度单位，等于水的三相点热力学温度1/273.16。
第二节 测量的基础知识 2．辅助单位
机械工程测试技术基础
在国际单位制中，平面角的单位——弧度和立体角的单位— —球面度未归入基本单位或导出单位，而称之为辅助单位。辅 助单位既可以作为基本单位使用，又可以作为导出单位使用。 它们的定义如下：
第二节 测量的基础知识
机械工程测试技术基础
第二节 测量的基础知识
在机械（或机电）系统试验、控制和运行监测中，需要测 量各种物理量（或其它工程参量）及其随时间变化的特性。 这种测量需通过各种测量装臵和测量过程来实现。 测量装臵和过程在总体上需满足什么样的要求，才能准确 测量到这些物理量及其随时间的变化是我们关心的问题。 为使测量结果具有普遍的科学意义需具备一定的条件： 首先， 测量过程是被测量的量与标准或相对标准量的比较 过程。作为比较用的标准量值必须是已知的，且是合法的，才 能确 保测量值的可信度及保证测量值的溯源性。 其次， 进行比较的测量系统必须进行定期检查、标定， 以保证测量的有效性、可靠性，这样的测量才有意义。
机械工程测试技术教案
机械工程测试技术教案第一章绪论一、教学目的及要求使学生掌握测试系统的基本概念。
学生应了解测试系统的功能结构，静、动态测试的概念等。
二、主要内容测试技术的在机械工程中的意义；测试系统的组成；课程性质；基本内容及学习方法四、教学重点：静态测试与动态测试的概念。
测试系统的组成。
五、教学难点：动态测试概念的建立六、教学过程：(见讲义)八、思考题：根据日常观察，是建立一套结构应力测试系统，要求画出框图即可。
九、作业：静态测试与动态测试系统的构成有何不同十、教学参考书：黄长艺，严普强. 机械工程测试技术基础. 机械工业出版社. 1994年11第二章信号分析一、教学目的及要求使学生掌握确定性信号分析的基本理论和方法；二、主要内容信号的分类；信号的时域和频域描述；周期信号与离散频谱；瞬变非周期信号与连续频谱；脉冲信号及其频谱；正弦函数和余弦函数的频谱四、教学重点：周期信号的时域定义、傅立叶级数表达及其离散频谱λ瞬变非周期信号的傅立叶变换及其连续频谱λ傅里叶变换的主要性质λ五、教学难点：信号时域分析与频域表达的概念、方法及其相互关系六、教学过程：(见讲义)八、思考题与作业：1、什么是信号的频域描述2、周期信号的时域定义及其判断方法3、确定任意一个谐波的三个要素是什么4、周期信号频谱特点是什么5、周期信号双边频谱与单边频谱间的幅值、相位关系6、傅立叶变换的六个主要性质7、单位脉冲函数的描述（函数值、强度）；t0)，及A，t0的意义-(tδ8、一般脉冲函数的表示方法，即A9、叙述脉冲函数的采样性质、卷积性质、频谱10、写出正弦函数、余弦函数的傅立叶变换习题2-1~2-4第三章测量系统分析一、教学目的及要求使学生们掌握测试系统的静、动态特性分析基本概念、表达方法。
二、主要内容测试系统的误差表达方式，静态特性曲线与静态特性参数λ测试系统的动态特性：线性系统的时域描述、频域描述λ理想频向函数—测试系统实现不失真测试的条件λ四、教学重点：线性系统的时域描述、频域描述，二阶系统的频率特性五、教学难点：线性系统的频率保持特性及其应用；系统时域、频域响应的计算六、教学过程：(见讲义)八、思考题与作业：1、绝对误差、相对误差的表达式2、灵敏度、非线性度、回程误差的定义3、叙述线性系统的5个性质4、什么是系统的脉冲响应函数、频率响应函数，两者的关系是什么5、测试系统在时域和频域分别用什么描述6、输入信号、输出信号、测试装置三者关系的时域描述和频域描述7、测试装置实现不失真测试的时域条件和频域条件8、写出线性定常系统微分方程的一般形式（式3.8）9、根据已知二阶系统的微分方程，推导频率响应函数以及系统的固有频率及阻尼比第四章信号的获取一、教学目的及要求使学生们掌握常用传感器的转换原理、评价以及选用原则。
机械工程测试技术第1章 绪论
第一节 测试技术概况 四、课程的主要环节和本书概要
学生在学完本课程后应具有下列几方面的知识：
1)掌握信号的时域和频域的描述方法，建立明确的信号频谱 结构的概念；掌握频谱分析和相关分析的基本原理和方法，掌握 数字信号分析中的一些基本概念。 2)掌握测试装置基本特性的评价方法和不失真测试条件，并 能正确地运用于测试装置的分析和选择。掌握一阶、二阶线性系 统动态特性及其测定方法。 3)了解常用传感器、常用信号调理电路和记录、显示仪器的 工作原理和性能，并能较合理地选用。
测试：指具有试验性质的测量，或测量和试验的综合。
一个完整的测量过程必定涉及到被测对象、计量单位、测 量方法和测量误差。它们被称为测量四要素。
四、基准和标准
第二节 测量的基础知识
基准：是用来保存、复现计量单位的计量器具。它是 具有现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具。基准 通常分为国家基准、副基准和工作基准三种等级。它们所处 的位置是逐级降低的。 计量标准：是指用于检定工作计量器具的计量器具。工 作计量器具是指用于现场测量而不用于检定工作的计量器具。 一般测量工作中使用的绝大部分就是这一类计量器具。
七、测量装置
5．准确度等级
第二节 测量的基础知识
用来表示测量器具的等级或级别。每一等级的测量器具都有相应的 计量要求，用来保持其误差在规定极限以内。
6.标称范围 也称为示值范围。测量器具标尺范围所对应的被测量示值的范围。 例如温度计的标尺范围的起点示值为一30℃，终点示值为+20℃，其标 称范围即为一30～+20℃。 7．量程 标称范围的上下限之差的模。上例的量程就是50℃。
声位笔:超声波传感器
麦克风:电容传声器
声卡:A/D卡 + D/A卡
机械工程测试技术ppt
x(t )
n
C e
n
jn0t
n 0,1,2,3,
1 1 T2 Cn an jbn x(t )e jn0t dt 2 T T 2
Cn Cn e
jn
1 2 2 Cn an bn 2
bn n arctan an
n 各阶谐波分量的初相角。
1.2 周期信号与离散频谱
1.2.2 几点说明 1）满足狄里赫利条件的任何周期信号可分解成直流 分量及许多简谐分量的叠加，且这些简谐分量的角 频率必定是基波角频率的整数倍。各次谐波频率之 比必定是有理数。 信号的频率组成： {0 ,20 ,30 ,......} 例如： xt sin 2t sin 2t 准周期信号
x(t ) a0 an cos n0t bn sin n0t bn jn0t an jn0t jn0t jn0 t a0 ( e e ) j (e e ) 2 n 1 2 an jbn jn0t an jbn jn0t a0 e e 2 2 n 1
1.2 周期信号与离散频谱 4）物理意义：
A0、A1、…… An均为常数，称为谐波系数 n为从１到∞的正整数，称为谐波阶数 n ＝１时， A1为基波分量的幅值 为基波或一次谐波分量 A1 cos0t 1 n ＝2 时， A2为二次谐波分量的幅值 为二次谐波分量 A2 cos20t 2 2 0 为基波圆频率 0 2f 0 T f 0 为基波频率 T 为周期信号的周期
An
● ● ● ● ● ●
0 ω0(f0) 2ω0
(2f0)
ω(f)
1.2 周期信号与离散频谱
1《机械工程测试技术》课件
的测试称为静态测试；若被测量随时间变化，则称这样的量为动态量或
机 械
过程，相应的测试称为动态测试或过程测试。
工
程
测
试 技
测量
术
即使用测试装
概 述
置通过实验来获取
被测量的量值。
试验 即在获取被测量 量值的基础上，借助 人、计算机或一些数
据分析与处理系统，
从被测量中提取被测
对象的有关信息。
第1章 机械工程测试技术概述
第1章 机械工程测试技术概述
1.1 传感器与测试技术的地位和作用
1.2
测试的概念
1.3
测试系统的组成
1.4
传感器与测试技术的发展方向
1.5
课程的研究内容和性质
第一节 传感器与测试技术的地位和作用
第
一
信息技术、材料技术和能
章
源技术并列为现代科学技术的3
机 械
大支柱，这3大支柱是现代社会 赖以生存和发展的基本条件之
由弹簧1，阻尼器2和质量块3组成的
1
力学系统。
机
械
工
程 测 试
系统的全 部元件
2
由和质量块连接在一起的齿条
4、一个包括大小两个齿轮的组合 齿轮6以及另一个齿条5组成的传动
技
系统。
术
概
述
3
由记录笔和记录纸以及记录纸行
走装置（图中未画出）组成的记录系
统，这一部分的功能是测量结果的记
录。
第1章 机械工程测试技术概述
第四节 传感器与测试技术的发展方向
第
1.4.2 测试技术的发展方向
一
章
机
01
械
利用新原理制成
机械工程测试技术基础第一章
称为基频。一般，n次谐波的角频率是基频的n倍，振幅An反映
了角频率为nω0的n次谐波在f(t)中所占的比重;而φn表示n次谐波 沿时间轴移动的大小，称为相位。
在工程技术上，一般把振幅An称为周期函数f(t)的频谱，振 幅An与角频率nω0的关系图称为频谱图。频谱图完全刻画了波信 号f(t)的频率特性，在工程技术中有广泛应用。若把振幅An与角 频率nω0的关系记为An ＝F(n ω0)，由于n＝1,2 ……所以频谱图是
学习本课程应达到的目的
1、 掌握信号的时域和频域的描述方法，建立明确的信 号频谱结构的概念；掌握频谱分析或相关分析的基 本原理和方法。
2、 掌握测试装置的基本特性和不失真测试条 件，并能 正确地运用于测试装置的分析和选择。掌握一阶、 二阶线性系统动态特性及其测定方法。
3、 了解常用传感器、常用信号调理电路和记录仪器的 工作原理和性能，并能较合理地选用。
3300
第三十页，编辑于星期五：十一点 二十六分。
设有一个周期信号x(t)在区间
以傅立叶级数表示为
式中
将上边右式代入左式则得：
1/8/2022 2022/1/8
目录
3311
第三十一页，编辑于星期五：十一点 二十六分。
谱中当相邻T0的趋谱于线无紧穷靠时在，一频起率，间隔成n为连成续为变量
d，离散 ，求和
返回
22 22
第二十二页，编辑于星期五：十一点 二十六分。
第二节、周期信号与离散频谱
一些分析
周期函数展开为傅立叶级数的复指数函数形式后，可分别 以幅值或相位与频率的关系作幅频谱图或相频谱图，也可分别以的 实部或虚部与频率的关系作幅频图，并分别称为实频谱图和虚频谱图。
返回
总结：
了角频率为nω0的n次谐波在f(t)中所占的比重;而φn表示n次谐波 沿时间轴移动的大小，称为相位。
在工程技术上，一般把振幅An称为周期函数f(t)的频谱，振 幅An与角频率nω0的关系图称为频谱图。频谱图完全刻画了波信 号f(t)的频率特性，在工程技术中有广泛应用。若把振幅An与角 频率nω0的关系记为An ＝F(n ω0)，由于n＝1,2 ……所以频谱图是
学习本课程应达到的目的
1、 掌握信号的时域和频域的描述方法，建立明确的信 号频谱结构的概念；掌握频谱分析或相关分析的基 本原理和方法。
2、 掌握测试装置的基本特性和不失真测试条 件，并能 正确地运用于测试装置的分析和选择。掌握一阶、 二阶线性系统动态特性及其测定方法。
3、 了解常用传感器、常用信号调理电路和记录仪器的 工作原理和性能，并能较合理地选用。
3300
第三十页，编辑于星期五：十一点 二十六分。
设有一个周期信号x(t)在区间
以傅立叶级数表示为
式中
将上边右式代入左式则得：
1/8/2022 2022/1/8
目录
3311
第三十一页，编辑于星期五：十一点 二十六分。
谱中当相邻T0的趋谱于线无紧穷靠时在，一频起率，间隔成n为连成续为变量
d，离散 ，求和
返回
22 22
第二十二页，编辑于星期五：十一点 二十六分。
第二节、周期信号与离散频谱
一些分析
周期函数展开为傅立叶级数的复指数函数形式后，可分别 以幅值或相位与频率的关系作幅频谱图或相频谱图，也可分别以的 实部或虚部与频率的关系作幅频图，并分别称为实频谱图和虚频谱图。
返回
总结：
机械工程测试技术课程总结(李)课件
A() P2() Q2() () arctanQ()
P()
实频特性 虚频特性
机械工程测试技术课程总结(李)
第3章 测试系统的基本特性
一阶系统的频率响应特性
R
C
x(t)
i(t)
y(t)
H()Y() 1 X() 1j
幅频特性 相频特性
A()H() 1 1()2
()arct an)(
机械工程测试技术课程总结(李)
由此可见，在时域和频域周期性
时域
频域
与离散性之间存在如右关系
周期
离散
离散
周期
周期离散
机械工程测试技术课程总结(李)
离散周期
第2章 信号分析基础
③ 微积分特性
px(t) dx(t) dt
xt X ptx jX
付氏
同理 pnxt jnX
变换 式
F [p nxt] jnX j
当初始条件为零时，
p x t n
同样，当频谱的频率尺度压缩(或扩展)k倍时，也会导致时域信号的时间 尺度扩展(或压缩)k倍，且幅值也减小(或增大)k倍。
1x t Xk
k k
⑥ 时移和频移特性
若 xt Xf
当时域中信号沿时间前移t0时，有：
同理频率平移
x t t0 X fe j2 f0 t
f 0 时有：
x te X f f j2 t0 f 机械工程测试技术课程总结(李)
0
第2章 信号分析基础
⑦ 卷积特性 两个时域信号卷积的频谱为其频谱的乘积
x 1 t x 2 t X 1 f X 2 f
证： F [x 1 tx 2t]
[ x1 x2 t d ]e j 2ft dt
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
7/9/2020
14
四、基准和标准
基准：是用来保存、复现计量单位的计量器具。
国家基准：在特定计量领域内，用来保存和复现 该领域计量单位并具有最高的计量特 性，经国家鉴定、批准作为统一全国 量值最高依据的计量器具。
副 基 准：通过与国家基准对比或校准来确定其 量值，并经国家鉴定、批准的计量器 具，副基准的位置仅低于国家基准。
机械工程测试技术
Mechanical Engineering Measurement and Test Technology
7/9/2020
1
教 材：《机械工程测试技术基础》
熊诗波 黄长艺 主编 机械工业出版社
参 考 书：《机械工程测量与试验技术》
黄长艺 卢文祥主编 机械工业出版社
总 学 时： 40= 授课34 + 实验 6
7/9/2020
7
四、测试技术的概况与发展（自学第一节）
1、电路改进 采用放大电路和集成电路，提高其性能 。2、新型传感器应用
（1）物性型传感器开发 （2）集成、智能化传感器的开发
（a）变参量测量化传感器 （b）传感器与放大、运算、补偿电路一体化。 （3）化学传感器开发
3、广泛应用信息技术
4、多变量测量系统的开发
成 绩：平时（出勤，作业）20%，考试80%， 实验（出勤，报告）一票否决
授课教师：吉野 辰萌，y_ 教 室：第1-9周，周一5,6节，一教#222
周四3,4节，逸夫楼#A206
7/9/2020
2
绪 言（教材1-9页）
一、测试技术的重要性
测量—以确定被测物属性量值为目的的全部操作。 测试—是具有试验性质的测量，可理解为测量与试验的结合 。 测试基本任务—获取有用信号。
7/9/2020
11
二、法定计量单位
1）基本单位和单位代码：国际单位制(SI)
长度—米(Metre)
米(m)
质量—千克(Kilogram)
千克(kg)
时间—秒(Second)
秒(s)
温度—开尔文(Kelvn)
开(K)
电流—安培(Ampere)
安(A)
发光强度—坎德拉(Candela) 坎(cd)
物质的量—摩尔(Mol)
的测试系统，初步掌握测试信号的
7/9/2020 分析与处理方法。
6
学习内容：
（1）信号时域和频域描述方法，建立信号频
谱结构的概念，掌握频谱分析和相关分析
的基本原理和方法。
（2）掌握测量装置基本特性的评价方法和不 失真测试条件，掌握一阶、二阶线性系统 动态特性及其测定方法。
（3）了解常用传感器，常用信号调理工作原 理和性能，较合理运用。数字信号处理初 步。
7/9/2020
13
三、测量方法
直接测量：无需经过函数关系计算，直接通过测量 仪器得到被测值的测量。如测温度、测尺寸。可分 为等精度(等权)直接测量；不等精度(不等权) 直 接测量。
间接测量：指在直接测量的基础上，根据已知函数 关系，计算出被测量的量值的测量。
组合测量：将直接测量或间接测量与被测量值之间 按已知关系组成一组方程(函数关系)，通过解方程 组得到被测值的方法。
粗大误差—是一种明显超出规定条件下预期误差范围的 误差。
3) 误差表示：绝对误差，用(0-1)公式计算
相对误差=绝对误差÷真值
7/9/2020
16
第一章 信号及其描述
第一节 信号分类与描述 一、信号的分类
信号 分类
7/9/2020
确定性信号 随机信号
连续信号 离散信号
能量信号 功率信号
周期信号 非周期信号
7/9/2020
8
7/9/2020
9
7/9/2020
10
五、测量的基础知识（自学第二节一至八）
一、量与量纲
量值：用数值和计量单位的乘积来表示，用于定量地 表达被测对象相应属性的大小(如3.4m；15kg； 40℃)
量纲：代表一个实体（被测量）的确定特征，而量纲 单位则是该实体的量化基础。
如长度是一个量纲，而厘米则是长度的一个单 位。一个量纲是惟一的，然而一种特定的量纲 则可用不同的单位来测量。
7/9/2020
摩(mol)
12
2）辅助单位
弧度（rad）：是一个圆内两条半径在圆周上所 截取的弧长与半径相等时，它们所夹的平面角 的大小。
球面度（sr）：是一个立体角，其顶点位于 球心，而它在球面上所截取的面积等于以球 半径为边长的正方形面积。
3）导出单位
在基本单位和辅助单位选定后，按物理量之 间的关系，由基本单位和辅助单位以相乘或 相除所构成的单位。
信号处理—进行各种运算、滤波分析、结果输出、记录和控制
7/9/2020
4
系统。
被测 对象
传 感 器
信 号
调 理
传 输
信 号
处 理
显 示 记 录
观察 者
激励装置
反馈、控制
激励装置—有些信息来自可检测信号，用激励装置使其处于充分 显示这些参量特性的状态中，以有效检测载有这些消 息的信号。
消 息—隐含于按一定规则组织起来的约定“符号”中的信息 。
信 号—把消息转换成更便于传输和处理的信息。信号是消息
的载体，是消息的一种表现形式。
7/9/2020
5
信号分类—电信号、光信号、力信号、磁信号等。
三、课程研究内容和性质
教学目的：
对现代动态测试工作有一个较完整的概
念，并运用于机械工程中某些参数
的测试。能够确定检测机械工程中
各种物理量的测试方法，设计合理
工作基准：通过与国家基准或副基准对比或校准 ，用来检定计量标准的计量器具。
7/9/2020
15
五、测量误差
1) 误差定义：测量误差=测量结果-真值 (0-1)
2) 误差分类：
系统误差—对同一被测量进行多次测量过程中，出现某 种保持恒定或按照确定的方式变化的误差。
随机误差—对同一被测量进行多次测量中，误差的正负 号和绝对值以不可预知的方式变化。
准周期信号 瞬变非周期信号
17
（一）确定性信号与随机信号
1、确定性信号—可表示为一个确定的时间函 数，因而可确定其任何时刻的量值。
2、随机信号—一种不能准确预测其未来瞬时 值，也无法用数学关系描述，它具有某些 统计特征，由概率统计来估计其未来。
7/9/2020
3
二、测试过程和测试系统的一般组成Leabharlann 被测 对象传 感 器
信 号
调 理
传 输
信 号
处 理
显 示 记 录
观察 者
激励装置
反馈、控制
传 感 器—直接作用于被测量，按一定规律将被测量转换成同 样或别种量输出（通常是电信号）的器件。
信号调理—把来自传感器的信号进一步转换成更适合传输和处 理的形式。如幅值放大、阻抗转换成电压、频率等 。