機械工程測試技術整理

1、機械工程測試技術 基礎 主講：何柏 緒論緒論 了解測試的基本概念 理解測試的基本內容與任務 掌握信號和信息的關系 理解測試系統(tǒng)的組成及各環(huán)節(jié)功能 了解測試信息處理技術的發(fā)展方向 第一節(jié) 測試技術概況 1 測試的基本概念 測量： 是指確定被測對象屬性量值為目的的全部操作。 試驗： 對未知事物探索性的認識過程 測試： 是具有試驗性質的測量，或者可以理解為測量和試驗的綜合。 2、 測試技術的內容和任務 測試技術研究的主要內容為：被測量的測量原理、測量方法、 測量系統(tǒng)以及數(shù) 據(jù)處理 四個方面。 測試技術的基本任務 （1 1）設計時為產(chǎn)品質量和性能提供評價 （2 2）設備改造時為提高質量和產(chǎn)量提供依據(jù)

2、（3 3）振動和噪聲測量 （4 4）故障診斷 （5 5）設備監(jiān)控、質量控制 3、 測試系統(tǒng)的組成 測試系統(tǒng)是指由相關的器件、儀器和測試裝置有機組合而成的具有獲取某種信息之功能的整體。 測試系統(tǒng)框圖 傳感器：直接用于被測量，并能按一定規(guī)律將被 測量轉換成同種或別種量值輸出。這種輸出通常 是電信號。 信號調理：把來自傳感器的信號轉換成更適合于 傳輸和處理的形式。如幅值放大、阻抗的變化轉 換成電壓的變化、或阻抗的變化轉換成頻率的變 化。 信號處理：接受來自條理的信號，并進行各種運 算、濾波、分析，將結果輸至顯示記錄或控制系 統(tǒng)。 信號顯示、記錄：以觀察者易于識別的形式來顯 示測量的結果，或將結果進行

3、存儲，供必要時使 用。 工程測試問題總是處理輸入量工程測試問題總是處理輸入量 x(t)x(t)、裝置（系統(tǒng)）的傳輸特性、裝置（系統(tǒng)）的傳輸特性 h(t)h(t)和輸出量和輸出量y(t)y(t)三者之間的關三者之間的關 系。如圖：系。如圖： 輸入 (激勵) 輸出 (響應) 系統(tǒng) x(t) X(s) X() y(t) Y(s) Y() h(t) H(s) H() 信息 信號 信息的定義：事物運動的狀態(tài)和方式信息的定義：事物運動的狀態(tài)和方式 信息的基本性質信息的基本性質 1 1可識別可識別 通過各種探測與檢測手段識別通過各種探測與檢測手段識別 2 2可以轉換可以轉換 可從一種形態(tài)轉換成另一種形態(tài)可從

4、一種形態(tài)轉換成另一種形態(tài) 如：語言、文字、圖象、圖表，電信號，電壓電流如：語言、文字、圖象、圖表，電信號，電壓電流 3 3可以存貯可以存貯 如：計算機，內外存貯器，磁盤，光盤，錄音帶如：計算機，內外存貯器，磁盤，光盤，錄音帶 4 4可以傳輸可以傳輸 如：電視，電話，手機如：電視，電話，手機 信號：傳輸信息的載體 信息蘊含于信號之中 4 測試技術的發(fā)展動向 1）測量方式的多樣化 2）視覺測試技術 3)尺寸繼續(xù)向兩個極端發(fā)展 智能化 集成化 1.1.測量方式多樣化測量方式多樣化 1.1.測量方式多樣化測量方式多樣化 包括：包括： （1 1）動態(tài)測量）動態(tài)測量 （2 2）虛擬儀器）虛擬儀器 （3 3

5、）便攜式測量儀器）便攜式測量儀器 （4 4）組合式測量方）組合式測量方 （5 5）多傳感器融合技術在制造過程中的）多傳感器融合技術在制造過程中的 應應 用用 2 視覺測試技術 視覺測試技術是建立在計算機視覺研究基礎上的一門新興測試技術。與計算 機視覺研究的視覺模式識別、視覺理解等內容不同，視覺測試技術重點研究物 體的幾何尺寸及物體的位置測量，如三維面形的快速測量、大型工件同軸度測 量、共面性測量等。它可以廣泛應用于在線測量、逆向工程等主動、實時測量 過程。 3 兩個極端發(fā)展 兩個極端就是指相對于現(xiàn)在測量尺寸的大尺寸和小尺寸。通常尺寸的測量 已被廣為注意，也開發(fā)了多種多樣的測試方法。近年來，由于

6、國民經(jīng)濟的 快速發(fā)展和迫切需要，使得很多方面的生產(chǎn)和工程中測試的要求超過了我 們所能測試的范圍，如飛機外形的測量、大型機械關鍵部件測量、高層建 筑電梯導軌的準直測量、油罐車的現(xiàn)場校準等都要求能進行大尺寸測量； 微電子技術、生物技術的快速發(fā)展，探索物質微觀世界的需求，測量精度 的不斷提高，又要求進行微米、納米測試。納米測量也多種多樣，有光干 涉測量儀、量子干涉儀、電容測微儀、X射線干涉儀、頻率跟蹤式法珀標 準量具、掃描電子顯微鏡(SEM)、掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微 鏡(AFM)、分子測量機M3(molecular measuring machine)等。 課程的學習要求 掌握信號的分

7、類及其在時域和頻域內的描述方法， 建立明確的信號頻譜的概念。 掌握測試裝置的靜、動態(tài)特性。 掌握常用傳感器的工作原理、基本特性、使用 范圍和傳感器的選用原則。 了解機電工程中常見參量的測試方法。 第二節(jié) 測量的基礎知識 一、測量誤差的基本概念 1真值：客觀存在的量值。 測量的目的得到真值 2測量誤差： 測量誤差=測量值 - 真值 二、測量誤差產(chǎn)生的原因 1測量方法引起的誤差 基準誤差（基準不統(tǒng)一）方法誤差，物理量轉換 為電量轉換 誤差，安裝操作誤差。 2設備引起的誤差 測量器件的誤差，如標準法碼，量規(guī)，刻度尺，電器電阻誤差 等。 如設計誤差，零件誤差，安裝誤差，系統(tǒng)老化等 3環(huán)境條件引起的誤差

8、 如：溫度、濕度、氣壓、光照、電磁場，振動等。 4測量人員引起的誤差 三、測量誤差的分類 系統(tǒng)誤差 測量系統(tǒng)本身所有的誤差 隨機誤差 不可預知變化的誤差 粗大誤差 由讀數(shù)，操作，記錄，計算機失 誤引起，或設備突然故障，粗大誤處理方法易除。 精度、精密度、及準確度 1.精密度：表示示值的分散程度，表現(xiàn)為示值在平均值左 右波動，反應了隨機誤差的大小和程度，精密度高則隨機誤 差小。 2.準確度：表示示值均值的準確程度，表現(xiàn)為均值與真 值的相差程度，反映了系統(tǒng)誤差的大小和程度。準確度愈低 則系統(tǒng)誤差愈大。 3.精確度（精度）：表示精密度和準確度的綜合程度。 反映了隨機誤差和系統(tǒng)誤差合成的大小和程度。

9、a）精密度 b）正確度 c）準確度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 不確定度 ：意味著對測量結果可信性、有效 性的懷疑程度或不肯定程度，是定量說明測 量結果的質量的一個參數(shù)。 測量不確定度就是說明被測量之值分散性 的參數(shù)，它不說明測量結果是否接近真值。 測量不確定度用標準偏差表示，這時稱其 為標準不確定度。 第一章 信號及其描述 了解信號的分類 掌握對周期性信號及非周期信號的描述 了解隨機信號 第一節(jié) 信號的分類與描述 一信號的分類 1 確定性信號和非確定性信號 （隨機信號） 確定性信號 能用明

10、確的數(shù)學關系式或圖象表 達的信號稱為確定性信號。 非確定性信號(隨機信號)是無法用明確的數(shù)學 關系式表達的信號。 分類圖 周期信號周期信號是按一定時間間隔周而復始出現(xiàn)，無始無是按一定時間間隔周而復始出現(xiàn)，無始無 終的信號。終的信號。 x(t)=x(t+nT)式中，n任意整數(shù)（n=1.2） T周期 非周期信號非周期信號是確定性信號中不具有周期重復性的信號。是確定性信號中不具有周期重復性的信號。 T 2 連續(xù)信號和離散信號 連續(xù)信號是其數(shù)學表示式中的獨立變量取值是連續(xù)的信號。 離散信號是其數(shù)學表示式中的獨立變量取值是離散的信號。 能量信號 當x(t)滿足 時，則信號的能量有限，稱為能量有限信號，簡

11、稱能量信號。滿足能量有限條件， 實際上就滿足了絕對可積條件。 功率信號 若x(t)在區(qū)間(-,+)的能量無限，不滿足上式條件，但在有限區(qū)間(-T/2,T/2) 滿足平均功率有限的條件 則稱為功率信號。 dttx)( 2 2 1 )( 1 2 12 t t dttx tt 二 信號的時域和頻域描述 時域描述時域描述以時間以時間t為獨立變量的，直接觀測或記錄到的信號。信號時為獨立變量的，直接觀測或記錄到的信號。信號時 域描述直觀地出信號瞬時值隨時間變化的情況域描述直觀地出信號瞬時值隨時間變化的情況。 頻域描述頻域描述信號以頻率信號以頻率f為獨立變量的，稱為信號的。頻域描述則反映為獨立變量的，稱為信

12、號的。頻域描述則反映 信號的頻率組成及其幅值、相角之大小。信號的頻率組成及其幅值、相角之大小。 時域描述和頻域描述為從不同的角度觀察、分析信號提供了方便。運用傅里葉級 數(shù)、傅里葉變換及其反變換，可以方便地實現(xiàn)信號的時、頻域轉換。 第二節(jié) 周期信號及其離散頻譜 一 傅里葉級數(shù)的三角函數(shù)展開式 對于滿足狄里赫勒條件：函數(shù)在(-T/2，T/2)區(qū)間連續(xù)或只有有限 個第一 類間斷點，且只有有限個極值點的周期信號，均可展開成： 常值分量 余弦分量幅值 正弦分量幅值 式中：a0，an，bn為傅里葉系數(shù)；T0 為信號的周期 常值分量 A0=a0 幅值 相位 An的關系稱為幅值頻譜圖（幅值譜） n的關系稱相位

13、頻譜圖 （相位譜） 頻譜 二 傅里葉級數(shù)的復指數(shù)展開式 幅值 相位 1 求周期方波的 (幅值譜)(相位譜)頻譜 ？ 解：(1)方波的時域描述為： 傅里葉級數(shù) 相位譜 幅值譜 分析 把周期函數(shù)X（t）展開為傅立葉級數(shù)的復 指數(shù)函數(shù)形式后，可分別以和作幅頻譜圖和相頻譜圖；也可以的實部或虛部與頻 率的關系作幅頻圖，分別稱為實頻譜圖和虛頻譜圖. 時域 相互轉換數(shù)學工具 頻域 周期信號 傅里葉級數(shù) 離散頻譜 周期信號 傅里葉積分 離散頻譜 1 離散性 周期信號的頻譜是離散的。 2 諧波性 每條譜線只出現(xiàn)在基波頻率的整數(shù)倍上， 基波頻率是諸分量頻率的公約數(shù)。 3 收斂性 各頻率分量的譜線高度表示該諧波的幅

14、 值或相位角。工程中常見的周期信號， 其 諧波幅值的總趨勢是隨諧撥次數(shù)的增 高而 減少的。 三、周期信號的強度表述 峰值 是信號可能出現(xiàn)的最大瞬時值 均值 有效值 平均功率 max txx p dttx T T x 0 0 0 )( 1 dttx T x T rms 0 0 2 0 1 dttx T p T av 0 0 2 0 1 第三節(jié)、瞬變非周期信號與連續(xù)頻譜 非周期信號通常解釋為周期T因而不具周期性不滿足傅氏級數(shù)的展開條件， 所以分解需應用傅氏積分 非周期信號x(t)，在任一有限區(qū)間滿足狄氏條件，在無限區(qū)間絕對可積，則可進 行到頻域中的轉換，描述頻譜，稱為時x(t)的傅氏變換。 一、傅

15、里葉變換 逆變換 正變換 dewxtx dtetxwX tj tj )( 2 1 )( )()( X(）稱為x(t)的傅里葉變換(FT) x(t)稱為X(） 的傅里葉逆變換(IFT) 當以=2f dtefxtx dtetxfX ftj ftj 2 2 )()( )( 符號簡記 式中 是頻域函數(shù)的模，為信號x(t)的幅值譜 （f）為相位譜 )(Re )(Im arctan)( )(Im)(Re)( )()(Im)(Re)( 22 )( fx fx f fXfxx eXfxfxfx fj )(fx 二、 傅氏變換的基本性質 1奇偶虛實性 2線性疊加性 3對稱性 4. 尺度改變 5. 時移 表1.3

16、 傅里葉變換的主要性質 例 求指數(shù)衰減信號x(t)的頻譜。 00 0 )( t tAe tx t （0） 2222 )()( A j A j A eeA dtetxwx tjt tj )arctan(arctan )()()( 22 2 22 22 2 22 2 22 A a AAA x 相位譜 幅值譜 解： 當=0 X()=A/ ()=0 + X() +0 () - /2 - X() -0 () +/2 三、幾種典型信號的頻譜 1、矩形窗函數(shù)的頻譜 0 1 t 2 2 T t T t fTjfTj ftj ee fj dtetfW 2 1 2 2 函數(shù)及其頻譜 tS 1、定義 在時間內激發(fā)一

17、個矩形脈沖 ，其面積為1。當 趨于0時， 的極限就稱為函數(shù)，記做(t)。 函 數(shù)稱為單位脈沖函數(shù)。 (t)的特點有： tS 從面積的角度來看（也稱為函數(shù)的強度） 0, 0 0, t t t 2、 函數(shù)的采樣性質 dttSdtt 0 lim 3、 函數(shù)與其他函數(shù)的卷積特性 3、正、余弦函數(shù)的頻譜密度函數(shù) tfjtfj tfjtfj eetf eejtf 00 00 22 0 22 0 2 1 2cos 2 1 2sin 正、余弦函數(shù)可以寫成 正余弦函數(shù)的傅立葉變換如下： 000 000 2 1 2cos 2 1 2sin fffftf ffffjtf 4、周期單位脈沖序列的頻 譜 s n def

18、 s nTtTtcomb , 等間隔的周期單位脈沖序列常稱為梳狀函數(shù) 其傅立葉級數(shù)的復指數(shù)形式 dteTtcomb T c cTf ecTtcomb t s s s t s kfj T T s s k kss nfj k k def s 2 2 2 2 , 1 ,/1 , 為系數(shù)式中 第四節(jié) 隨機信號 一、概述 隨機信號(非確定性信號 ) 隨機信號是不能用確定的數(shù)學關系式來描述的不能預測其未來 任何瞬時值，任何一次觀測值只代表在其變動范圍中可能產(chǎn)生 的結果之一，但其值的變動服從統(tǒng)計規(guī)律。 其特點 1）時間函數(shù)不能用精確的數(shù)學關系式來描述； 2）不能預測它未來任何時刻的準確值； 3）對這種信號的

19、每次觀測結果都不同，但大量地 重復試驗可以看到它具有統(tǒng)計規(guī)律性。 描述方法只能用數(shù)理統(tǒng)計概率方法。 各態(tài)歷經(jīng)隨機過程 平穩(wěn)過程 隨機過程 非平穩(wěn)過程 表示隨機信號的單個時間歷程 稱為樣本函效，某隨機現(xiàn)象可能產(chǎn)生的 全部樣本函數(shù)的集合 (也稱總體)稱為隨機過程。 二、隨機信號的主要特征參 數(shù) dttx T T T x 0 1 lim 1 均值、方差和均方值 (1) 均值為均值表示信號的常值分量。 (2) 方差描述隨機信號的波動分量，它是偏離均值的平方的均 值，即 dttx T x T x 2 0 2 lim (3) 均方差描述隨機信號的強度，它是平方的均值， 即 均方值的正平方根稱為均方根值 均

20、值、方差、和均方值的相互關系是 dttx T T T x 0 22 1 lim rms x 222 xxx 2概率密度的函數(shù) 隨機信號的概率密度函數(shù)表示信號幅值落在指 定區(qū)域內的概率 x xxtxxP xp r x 0 lim 概率密度函數(shù)提供了隨機信號幅值分布的信息，是隨機 信號的主要特征參數(shù)之一。 第二章第二章 測試裝置的基本特性測試裝置的基本特性 第一節(jié) 概述 通常的工程測試問題總是處理輸入量x(t)、裝置（系統(tǒng)）的傳 輸特性h(t)和輸出量y(t)三者之間的關系。 理想的測試裝置應該 輸出和輸入成線性關系。即具有單值的、確定的輸入-輸出關系。 系統(tǒng)為時不變線性系統(tǒng)。 實際的測試裝置 只

21、能在工作范圍內和在一定誤差允許范圍 內滿足線性要求。 很多物理系統(tǒng)是時變的。在工程上，常可 以以足夠的精確度認為系統(tǒng)中的參數(shù)是時 不變的常數(shù)。 測試系統(tǒng)為線性系統(tǒng)測試系統(tǒng)為線性系統(tǒng) 線性系統(tǒng)及其主要性質 當系統(tǒng)的輸入x(t)和輸出y(t)之間的關系可用 常系數(shù)線性 微分方程 來描述，也稱定常線性系統(tǒng)。 式中t為時間自變量。 系統(tǒng)的系數(shù) 均為常數(shù)。 )( )( 0 )( 1 )( 1 )( 0 )( 1 )( 1 )( 1 1 1 1 txbbbb tyaaaa dt tdx dt txd m dt txd m dt tdy dt tyd n dt tyd n m m m m n n n n 0

22、11011 ,bbbbaaaa mmnn 和 如以x(t) y(t)表示上述系統(tǒng)的輸入、輸出的對 應關系，則時不變線性系統(tǒng)具有以下一些主要 性質。 1）疊加原理 幾個輸入所產(chǎn)生的總輸出是各個輸入所產(chǎn)生的輸出疊加的結果。即若 則 )()( 11 tytx )()( 22 tytx )()()()( 2121 tytytxtx 符合疊加原理，意味著作用于線性系統(tǒng)的各 個輸入所產(chǎn)生的輸出是互不影響的。 2) 比例特性 對于任意常數(shù)A，必有 x(t) y(t) Ax(t) Ay(t) 若線性系統(tǒng)的輸入擴大 A倍，則其響應也將擴大 A 倍 3) 3) 微分特性 系統(tǒng)對輸入導數(shù)的響應等于 對原輸入響應的導

23、數(shù)，即 dt tdy dt tdx)()( x(t) y(t) 4）積分特性 如系統(tǒng)的初始狀態(tài)均為零，則系統(tǒng)對輸入積分的響應等同于對原輸 入響應的積分，即 x(t) y(t) 00 00 )()( tt dttydttx 5 5）頻率保持性 若輸入為某一頻率的簡諧（正 弦或余弦）信號， 則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出必是、也只是同頻率的簡諧 信號；即輸出y(t)唯一可能解只能是 tj eXtx 0 )( )( 0 0 )( tj eYty 第二節(jié) 測試裝置的靜態(tài)特性 測試裝置的靜態(tài)特性就是在靜態(tài)測試 情 況下描述實際測試裝置與理想定常線 性 系統(tǒng)的接近程度。 用定量指標來研究實際測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性。 一、線

24、性度 (非線性度 ) 是指在靜態(tài)測量中輸出與輸入之間 是否保持常值比例關系的一種量度。 用實驗方法測出的輸入輸出關系曲 線稱為“定度曲線”，定度曲線偏 離擬合直線的程度稱為線性度 線性度= %100 A B 擬合直線的確定，常用的主要有兩種：即端基直線和獨立直線。 端基直線是指通過測量范圍的上下限點的直線。顯然用基端直線來代替實際的輸入、 輸出曲線，其求解過程比較簡單，但是其非線性度較差。 獨立直線是指使輸入與輸出曲線上各點的線性誤差Bi的平方和最小，即 （ 最小二乘法） 輸入輸出曲線與理想直線的偏離程度 B: 輸出值與理想直線的最大偏差值 A: 理論滿量程輸出值 二、靈敏度 當裝置的輸入x有

25、一個變化量x，它引起輸出 y發(fā)生相應的變化量y，是測試系統(tǒng)對輸入信 號變化的一種反應能力。則定義靈敏度 輸出變化量與輸入變化量之比稱為靈敏度 x y S 常數(shù) 0 0 a b x y x y S 測試系統(tǒng)是定常線性系統(tǒng) 當靈敏度為定值就是線性系統(tǒng) 靈敏度的量綱取決于輸入輸出的量綱。當輸入與輸出的量綱相同時， 則靈敏度是一個無量綱的數(shù)，常稱之為“放大倍數(shù)”。 測試系統(tǒng)由串聯(lián)環(huán)節(jié) 組成時如下圖所示 S1 S2 S3 系統(tǒng)的總靈敏度 123 y SSSS x 測試系統(tǒng)由并聯(lián)和反饋回路構成 課程不做介紹 n i i SS 1 三、回程誤差 在同樣的測試條件下，當輸入量由 小增大和由大減小時，對于同一輸

26、 入量所得到的兩個輸出量卻往往存 在著差值。 把在全測量范圍內，最大的差值稱 為回程誤差或滯后誤差。 同一輸入量的兩輸出量之差的最大值 與 標稱的輸出范圍A之比 回程誤差 產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因：儀器內部摩擦間隙,死區(qū),磁性材料的 磁滯、彈性材料遲滯現(xiàn)象、以及機械結構中的摩擦等 在正行程和反行程的輸入輸出曲線不重 合的程度. 四 分辯力 分辨力是指測試系統(tǒng)所能檢測出來的輸入量的最小 變化量，通常是以最小單位輸出量所對應的輸入量 來表示。分辨力與靈敏度有密切的關系，即為靈敏 度的倒數(shù)。 一個測試系統(tǒng)的分辨力越高，表示它所能檢測出的 輸入量最小變化量值越小。對于數(shù)字測試系統(tǒng)，其 輸出顯示系統(tǒng)的最后一位

27、所代表的輸入量即為該系 統(tǒng)的分辨力；對于模擬測試系統(tǒng)，是用其輸出指示 標尺最小分度值的一半所代表的輸入量來表示其分 辨力。分辨力也稱為靈敏閾或靈敏限。 例 數(shù)字電壓表最大讀數(shù)999V最小1V，則分辯力為1V或1/999 五 零漂 漂移是指測試系統(tǒng)在輸入不變的條件下，輸出 隨時間而變化的趨勢。在規(guī)定的條件下，當輸 入不變時在規(guī)定時間內輸出的變化，稱為點漂。 在測試系統(tǒng)測試范圍最低值處的點漂，稱為零 點漂移，簡稱零漂。 產(chǎn)生漂移的原因 有兩個方面：一是儀器自身結構參數(shù)的變化， 另一個是周圍環(huán)境的變化（如溫度、濕度等） 對輸出的影響。最常見的漂移是溫漂，即由于 周圍的溫度變化而引起輸出的變化，進一步

28、引 起測試系統(tǒng)的靈敏度和零位發(fā)生漂移，即靈敏 度漂移和零點漂移。 以上是描述測試系統(tǒng)靜態(tài)特性的常用指標。在選擇或者設計一個測試系統(tǒng)時， 要根據(jù)被測對象的情況、精度要求、測試環(huán)境等因素經(jīng)濟合理地選取各項指標。 第三節(jié) 測試裝置的動態(tài)特性 是指輸入量隨時間變化時，其輸出隨輸入而 變化的關系。 測試系統(tǒng)都可以認為是線性系統(tǒng)，因此就可以用下式，這測試系統(tǒng)都可以認為是線性系統(tǒng)，因此就可以用下式，這 一定常線性系統(tǒng)微分方程來描述測試系統(tǒng)以及和輸入一定常線性系統(tǒng)微分方程來描述測試系統(tǒng)以及和輸入x x(t)(t)、 輸出輸出y y(t)(t)之間的關系：之間的關系： )( )( 0 )( 1 )( 1 )(

29、0 )( 1 )( 1 )( 1 1 1 1 txbbbb tyaaaa dt tdx dt txd m dt txd m dt tdy dt tyd n dt tyd n m m m m n n n n 一 動態(tài)特性的數(shù)學描述 1 傳遞函數(shù) )( )( 0 )( 1 )( 1 )( 0 )( 1 )( 1 )( 1 1 1 1 txbbbb tyaaaa dt tdx dt txd m dt txd m dt tdy dt tyd n dt tyd n m m m m n n n n 設X(s)和Y(s)分別為輸入x(t)、輸出y(t)的拉普拉斯變換。 對式取拉普拉斯變化得： )()()()

30、(sGsXsHsY h 01 1 1 01 1 1 )( asasasa bsbsbsb sH n n n n m m m m 將H(s)稱為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。其中s為復變量， 是與輸入和系統(tǒng)初始條件有關的。 若初始條件全為零，則因 ;js )(sGh , 0)( sG h )( )( )( sX sY sH 輸出的拉氏變換與輸入拉氏變換之比為系統(tǒng)傳遞函數(shù)H（S） )( )( )( SX SY sH 傳遞函數(shù)是一種對系統(tǒng)特性的解析描述。它包含了瞬 態(tài)、穩(wěn)態(tài)時間響應和頻率響應的全部信息。 傳遞函數(shù)特點 （1）傳遞函數(shù)與輸入無關，它只反映系統(tǒng)的特性。 （2）傳遞函數(shù)只反映系統(tǒng)的響應特性，與物理結構無

31、關，因而 同一傳遞函數(shù)可能表征兩個以上不同物理系統(tǒng)，相同階數(shù)的物 理系統(tǒng)，具有相同的傳遞函數(shù)的形式。 （3）H（S）雖與輸入無關，但它描述了輸入和輸出的一一對 應關系，即使輸入輸出有不同的量綱，用傳遞函數(shù)描述的系統(tǒng) 傳輸，轉換特性也能真實反映這種變換。 2 頻率響應函數(shù) 頻率響應函數(shù)是在頻率域中描述和考察系統(tǒng)特性的。 令 代入 頻率響應函數(shù)的求法 系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 頻率響應函數(shù)是復數(shù) )( )()()()( j eAjQPH 幅頻特性 相頻特性 定常線性系統(tǒng)的測試裝置，可用常系數(shù)線性 微分方程來描述，但使用時有許多不便。因此， 常通過拉普拉斯變換建立其相應的“傳遞函數(shù)”， 通過傅立葉變換建立其相

32、應的“頻率響應函數(shù)”， 以便更簡便地描述裝置或系統(tǒng)的特性。 h(t) H(s) H() S=j 拉氏變換 傅立葉變換 拉氏反變換 傅立葉反變換 3 脈沖響應函數(shù) )()()( 1 thsHLty 若輸入為單位脈沖，即 x(t)=(t), 則 X(s)=L(t)=1 裝置的相應輸出是 Y(s)=H(s)X(s)=H(s), 其時域描述可通過對Y(s)的拉普拉斯反變換得到 h(t)常稱為系統(tǒng)的脈沖響應函數(shù)或權函數(shù)。 時域 脈沖響應函數(shù)h(t) 系統(tǒng)特性的描述 頻域 頻率響應函數(shù)H() 復數(shù)域 傳遞函數(shù)H(s) )( 1 sH 4 環(huán)節(jié)的串聯(lián)和并聯(lián) 兩個傳遞函數(shù)各為 和 的環(huán)節(jié)， 串聯(lián)時 系統(tǒng)的傳遞

33、函數(shù)H(s) 在初始條件為零時為： 對n個環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的系統(tǒng)，有 )( 2 sH Y(s) H(s) X(s) Z(s) H(s)H(s) 12 )()()( 21)( )( )( )( )( )( sHsHsH sZ sY sX sZ sX sY n i i sHsH 1 )()( H(s) Y(s)X(s)+ + H(s) H(s) Y(s) Y(s) 1 1 2 2 sHsH sH sX sY sX sY sX sY 21 )( )( )( )( )( )( 2 2 1 1 )( )()()( 21 sYsYsY n i i sHsH 1 )()( 由n個環(huán)節(jié)并聯(lián)組成的系統(tǒng)，有 并聯(lián)時

34、二、一階、二階系統(tǒng)的特性 1、一階系統(tǒng) txbtyaa dt tdy 001 一階系統(tǒng)，均可用一階微分方程來描述。 01 aa 00 abS txty dt tdy 令S=1，即歸一化處理 時間常數(shù) 系統(tǒng)靈敏度，是一個常數(shù)。 tSxty dt tdy 經(jīng)拉氏互變換得一階系統(tǒng)傳遞函數(shù) 1 1 s sH 傳遞函數(shù) 頻率響應函數(shù) arctan 1 1 2 1 1 A jH j 幅頻特性 相頻特性 1 一階系統(tǒng)的特點： 1）當 時， ; 當 時， 。 2）在 處，A()為0.707（-3db),相角滯后 -45。 3）一階系統(tǒng)的伯德圖可用一條折線來近似描述。 這條折線在 段為A()=1,在 段為 一-

35、20db/10倍頻斜率的直線。 點稱轉折頻率。 1A1 0A 1 1 1 1 一階系統(tǒng)的特點 系統(tǒng)特性取決于時間常數(shù)。 越大，系 統(tǒng)慣性越大，響應時間越長。 越小，響應 越快，可測頻率范圍越寬。為保證不失真測 量，最好使信號的最高頻率max0.2c 。 1 1 s sH 時間常數(shù) 2、二階系統(tǒng) 00 abS 均可用二階微分方程來描述。 )()( )()( 01 2 2 2 txbtya dt tdy a dt tyd a o 2 2 a ao n 2 1 2aa a o 系統(tǒng)靈敏度，是一個常數(shù)。 歸一化處理 n：固有角頻率：阻尼比 經(jīng)拉氏互變換二得階系統(tǒng)傳遞函數(shù) 2 2 2 2 nn n ss

36、 sH 動態(tài)參數(shù)有兩個：阻尼比；n 固有頻率。 頻率響應函數(shù) 2 2222 2 )(1 )(2 arctan)( )(4)(1 1 )( )(2)(1 1 )( )( )( n n nn nn g g H jg x y wH 相頻特性 幅頻特性 當： 1過阻尼 無振蕩 1臨界阻尼 01欠阻尼 阻尼振蕩 0無阻尼 等幅振蕩 第四節(jié) 測試裝置對任意輸入的響 應 一、系統(tǒng)對任意輸入的響應 輸入 (激勵) 輸出 (響應) 系統(tǒng) x(t) X(s) X() y(t) Y(s) Y() h(t) H(s) H() y(t)=x(t)*h(t) y(t)實際上就是x(t)和h(t)的卷積，可記為 測試系統(tǒng)的

37、輸入、輸出與傳遞函數(shù)之間有關系式 t ety 1 二、系統(tǒng)對單位階躍輸入的響應 單位階躍輸入的定義為 其拉氏變換 單位階躍輸入 Ss SXSHSY 1 1 1 )()()( 一階系統(tǒng)對單位階躍函數(shù)的響應 經(jīng)拉氏逆變換得其時域響應為 1 1 s sH t ety 1 一階系統(tǒng)的響應 t ety 1 由圖可見，一階系統(tǒng)在單位階躍激勵 下的穩(wěn)態(tài)輸出誤差為零，并且，進入 穩(wěn)態(tài)的時間t。但是，當t =4時， y(4)=0.982；誤差小于2%；當t =5 時，y(5)=0.993,誤差小于1%。所以 對于一階系統(tǒng)來說，時間常數(shù)越小越 好。 t=(45) 時 1)(ty t ety 1 t= 時 623.

38、 0ty 2 2 2 2 nn n ss sH 二階系統(tǒng)對單位階躍輸入的響應 經(jīng)拉氏逆變換得其時域響應為 2 2 1 2 2 2 1 arctan,1 1,sin1 nd d e tty t n 二階系統(tǒng)在單位階躍激勵下的穩(wěn)態(tài)輸出誤差也為零。進入穩(wěn)態(tài)的時間取決于系統(tǒng)的固 有頻率n 和阻尼比。n越高，系統(tǒng)響應越快。阻尼比主要影響超調量和振蕩次數(shù)。 當=0時，超調量為100%，且振蕩持續(xù)不息，永無休止；當1時，實質為兩個一階 系統(tǒng)的串聯(lián)，雖無振蕩，但達到穩(wěn)態(tài)的時間較長；通常取=0.60.8，此時，最大超 調量不超過10%2.5%，達到穩(wěn)態(tài)的時間最短，約為57/n，穩(wěn)態(tài)誤差在5%2%。 第五節(jié) 實現(xiàn)

39、不失真測量的條件 測試的目的是為了獲得被測對象的原始信息。 這就要求在測試過程中采取相應的技術手段， 使測試系統(tǒng)的輸出信號能夠真實、準確地反映 出被測對象的信息。這種測試稱之為不失真測 試。 設測試系統(tǒng)的輸入為x(t)，若實現(xiàn)不失真 測試，則該測試系統(tǒng)的輸出y(t)應滿足： 式中：A0、t0均為常數(shù)。 該測試系統(tǒng)的輸出波形與輸入 信號的波形精確地一致，只是幅值 放大了A0倍，在時間上延遲了t0而已。 這種情況下，認為測試系統(tǒng)具有不 失真的特性。 00 ttxAty對該式作傅立葉變換 XeAY jt0 0 當測試系統(tǒng)的初始狀態(tài)為零時，即當te2鐵芯向 下e11，此時，此時電壓電壓 靈敏度靈敏度近

40、似與近似與 無關，即壓電傳感器具有良好的高頻無關，即壓電傳感器具有良好的高頻 響應特性。響應特性。 1)( 2 RC 在此式中，在此式中，電荷靈敏度電荷靈敏度與與電電 纜纜電容電容Cc值無關，值無關，改變改變 電纜長度或布線方法時，電纜長度或布線方法時，電纜電容并無影響。與電壓電纜電容并無影響。與電壓 放大器比較，這是一個突出的優(yōu)點，但是，電荷放大放大器比較，這是一個突出的優(yōu)點，但是，電荷放大 電路復雜，價格較高。電路復雜，價格較高。 電壓靈敏度電壓靈敏度： ica c u CCC d S 電荷靈敏度電荷靈敏度 f q C S 1 )( ff ccAc 三、熱電式傳感器 將被測量（溫度）轉換為

41、電量的傳感器將被測量（溫度）轉換為電量的傳感器 熱電勢效應原理熱電勢效應原理可分為熱電偶和熱電阻可分為熱電偶和熱電阻 1.1.熱電偶工作原理：熱電偶工作原理：熱電偶是熱電偶是 基于熱電勢效應原理的測溫用基于熱電勢效應原理的測溫用 傳感器，把兩種不同的導體或傳感器，把兩種不同的導體或 半導體連接如圖，若半導體連接如圖，若1 1、2 2點溫點溫 度不同，回路中有電流產(chǎn)生，度不同，回路中有電流產(chǎn)生， 稱之為熱電勢。對于某個確定稱之為熱電勢。對于某個確定 的熱電偶，當某一端溫度的熱電偶，當某一端溫度T T0 0恒恒 定時，熱電勢僅與測量端溫度定時，熱電勢僅與測量端溫度 T T有關，故可測溫度有關，故可

42、測溫度T T。熱電勢。熱電勢 由兩部分組成：接觸電勢；由兩部分組成：接觸電勢； 溫差電勢。溫差電勢。 接觸電勢：A、B兩導體接觸后，由于電子濃度不同，在截面 附近產(chǎn)生接觸電勢： 溫差電勢：當一塊導體兩端溫度不同時，在導體兩端形成溫差電勢。 顯然，當顯然，當ABAB材料已定時，接觸電勢與溫度材料已定時，接觸電勢與溫度T T（絕對溫度）有關。所以，（絕對溫度）有關。所以， 當兩種材料當兩種材料ABAB組成一個閉合回路時，設組成一個閉合回路時，設0 0時，回路中總電勢為時，回路中總電勢為 )()(),( 0 TCTfTTEAB 由于接觸電勢大于溫差電勢，若忽略溫差電勢的影響。由于接觸電勢大于溫差電勢

43、，若忽略溫差電勢的影響。 熱電偶的材料有許多種，一般金屬有鎳鉻鎳鋁硅、銅、康 銅，貴重金屬有鉑銠鉑、鉑銠3，鉑銠6以及鎢、鉬等。熱電偶 的種類也比較多，構成基本相同：由熱電極材料、絕緣材料、保 護材料和引線裝置等組成。 熱電偶是一種發(fā)電型傳感器，其輸出信號可直接接入記錄儀 器。利用熱電偶還可測量兩點溫差及溫度場中多點的平均溫度， 有關方面知識還可參考其它專著。 溫度溫度T0恒定恒定 2 2、熱電阻 金屬熱電阻（熱電阻）與半導體熱電阻（熱敏電阻）兩類 它具有負的電阻溫度系數(shù)它具有負的電阻溫度系數(shù),隨隨 溫度的上升而阻值下降。溫度的上升而阻值下降。 （1）鉑電阻)1 ( 2 0 BtAtRRt （

44、2）銅電阻)1 ( 0 tRRt 金屬熱電阻 原理：熱能 熱電阻 電阻值 溫度 熱電阻 阻值 半導體熱電阻R T 第五節(jié)第五節(jié) 光電傳感器光電傳感器 首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，光電傳感器是將光首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，光電傳感器是將光 量轉換為電量。光電器件的物理基礎是光電效應。量轉換為電量。光電器件的物理基礎是光電效應。 一、光電測量原理一、光電測量原理 1. 外光電效應外光電效應 在光線作用下，物質內的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象，在光線作用下，物質內的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象， 稱為外光電效應。稱為外光電效應。如光電管、光電倍增管。如光電管、光電倍增管。

45、2. 內光電效應內光電效應 受光照物體受光照物體( (通常為半導體材料通常為半導體材料) )電導率發(fā)生變化或產(chǎn)生光電電導率發(fā)生變化或產(chǎn)生光電 動勢的效應稱為內光電效應。動勢的效應稱為內光電效應。如光敏電阻等。如光敏電阻等。 3.光生伏特效應光生伏特效應 在光線作用下使物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象；如光電在光線作用下使物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象；如光電 池、光敏晶體管等。池、光敏晶體管等。 光通量是隨被測量而變,光電流就成為被測量的函 數(shù),故又稱為光電傳感器的函數(shù)運用狀態(tài)光電傳感 器。這一類光電傳感器有如下幾種工作方式。 被測物體位于恒定光源與光電 元件之間,根據(jù)被測物對光的 吸收程度或對其譜

46、線的選擇來 測定被測參數(shù)。如測量液體、 氣體的透明度、混濁度,對氣 體進行成分分析,測定液體中 某種物質的含量等。 恒定光源發(fā)出的光投射到被測物 體上,被測物體把部分光通量反射 到光電元件上,根據(jù)反射的光通量 多少測定被測物表面狀態(tài)和性質。 例如測量零件的表面粗糙度、表 面缺陷、表面位移等。 被測物體位于恒定光源與光電元件 之間,光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物遮 去其一部分,使作用在光電元件上的 光通量減弱,減弱的程度與被測物在 光學通路中的位置有關。利用這一 原理可以測量長度、厚度、線位移、 角位移、振動等。 被測物體本身就是輻射源，它可以直 接照射在光電元件上，也可以經(jīng)過一 定的光路后作用在光電

47、元件上。光電 高溫計、比色高溫計、紅外偵察和紅 外遙感等均屬于這一類。這種方式也 可以用于防火報警和構成光照度計 脈沖式光電傳感器的作用方式是光電元件的輸出僅 有兩種穩(wěn)定狀態(tài),也就是“通”、“斷”的開關狀態(tài), 所以也稱為光電元件的開關運用狀態(tài)。 第六節(jié)第六節(jié) 光纖傳感器以光信號為變換和傳輸?shù)妮d體，利用光導光纖傳感器以光信號為變換和傳輸?shù)妮d體，利用光導 纖維傳輸光信號。纖維傳輸光信號。 光纖傳感器通過將被測量變換為光波的光纖傳感器通過將被測量變換為光波的強度、頻率、強度、頻率、 相位相位或或偏振態(tài)偏振態(tài)四個參數(shù)之一的變化進行測量。通常四個參數(shù)之一的變化進行測量。通常 將光波隨被測量的變化而變化稱

48、為對光波進行調制。將光波隨被測量的變化而變化稱為對光波進行調制。 相應地，光纖傳感器可分為：相應地，光纖傳感器可分為：強度調制型、頻率調強度調制型、頻率調 制型、相位調制型制型、相位調制型及及偏振態(tài)調制型。偏振態(tài)調制型。 )sin( tAE 光的電矢量的振動光的電矢量的振動 偏振態(tài)（矢量偏振態(tài)（矢量A的方向的方向) 2 2 2 1 1 0 sinnn nic 定義定義NA = 為光纖的數(shù)值孔徑為光纖的數(shù)值孔徑 c nsin 0 NA是標志光纖接受能力的重要參數(shù)。作為傳感器的光是標志光纖接受能力的重要參數(shù)。作為傳感器的光 纖纖0.2 NA0；電容性阻抗，0。 4231 ZZZZ 12 4 )/(

49、 0 2 0 2 0 0 CL CL eccd dU c c US 差動電容耦合電感比臂電橋 電容式傳感器 021 CCC標準電感Lc 輸出電壓 U0=0 有兩個橋臂電容值隨被測量而變化。 CCC 01 CCC 02 根據(jù)電路原理： 12 4 0 0 2 0 2 0 CL CL eC C c c UU 電橋的靈敏度 =常數(shù) 令： 0 2 Lcn 12 4 n n k e UkS 4231 ZZZZ 12 4 n n k012n 2 1 n 0 2 Lcn 2n e UkS=常數(shù) k n 2 1 要合理選擇C和L 第二節(jié) 調制與解調 調制：使一個信號的某些參數(shù)在另一信號的控調制：使一個信號的某些

50、參數(shù)在另一信號的控 制下發(fā)生變化的過程。前一信號稱為載波，后制下發(fā)生變化的過程。前一信號稱為載波，后 一信號（控制信號）稱為調制信號。最后的輸一信號（控制信號）稱為調制信號。最后的輸 出是已調制波。出是已調制波。 解調解調: :最終從已調制波中恢復出調制信號的過程。最終從已調制波中恢復出調制信號的過程。 根據(jù)載波受調制的參數(shù)不同，調制可分為調幅根據(jù)載波受調制的參數(shù)不同，調制可分為調幅 （AMAM）, ,調頻（調頻（FMFM）, ,調相（調相（PMPM）. . 第三節(jié) 濾波器 濾波器是一種選頻裝置，它只允許一定頻帶范圍的信號 通過，同時極大地衰減其它頻率成分。濾波器的這種篩選功 能在測試技術中可

51、以起到消除噪聲及干擾信號等作用，在自 動檢測、自動控制、信號處理等領域得到廣泛的應用。 濾波器的種類 根據(jù)濾波器的選頻特性 q 低通濾波器(LP)(LP)：通頻帶0 0fc q 高通濾波器(HP)(HP)：通頻帶fC q 帶通濾波器(BP)(BP)：通頻帶fC1fC2 q 帶阻濾波器(BS)(BS)：通頻帶0 0fC1與fC2 （阻帶: : fC1 fC2） 1) 低通濾波器 從0f2頻率之間，幅 頻特性平直，它可以使信號 中低于f2的頻率成分幾乎不 受衰減地通過，而高于f2的 頻率成分受到極大地衰減。 2) 高通濾波器 與低通濾波相反，從 頻率f1，其幅頻特性 平直。它使信號中高于f1 的頻

52、率成分幾乎不受衰減 地通過，而低于f1的頻率 成分將受到極大地衰減。 3) 帶通濾波器 它的通頻帶在f1f2之 間。它使信號中高于f1而低 于f2的頻率成分可以不受衰 減地通過，而其它成分受 到衰減。 4) 帶阻濾波器 與帶通濾波相反， 阻帶在頻率f1f2之 間。它使信號中高于 f1而低于f2的頻率成 分受到衰減，其余頻 率成分的信號幾乎不 受衰減地通過。 0 0 2 0 ftj eA fH 理想濾波器 理想濾波器在通帶內的幅頻特性應為常數(shù)，相頻特性的 斜率為常值；在通帶外的幅頻特性應為零。 c ff 其它 實際濾波器 理想濾波器是不能實現(xiàn)的。 在通帶和阻帶之間存在一個過渡帶。在過渡帶內的頻率

53、成 分不會被完全抑制，只會受到不同程度的衰減。當然，希 望過渡帶越窄越好，也就是希望對通帶外的頻率成分衰減 得越快、越多越好。 實際濾波器需要用更多的概念和 參數(shù)去描述它，主要參數(shù)有紋波 幅度、截止頻率、帶寬、品質因 數(shù)、倍頻程選擇性等。 1 1 s sH 1 1、一階、一階RCRC低通濾波器低通濾波器 傳遞函數(shù) 令=RC，稱時間常數(shù)。 jRCj jH 1 1 1 1 )( 2 1 2 1 RC fc (f) 2 )2(1 1 )( f fA 0f1)(fA f 2 1 f 2 1 )(fA 0)(fA 2 2、RCRC高通濾波器高通濾波器 令RC=，則傳遞函數(shù) 1 s s sH RC fc

54、2 1 2 )2(1 2 f f fA 0f 1)(fA 0)(fA 2 1 f 2 1 )(fA f 1 1 1 )( 21 1 ss s sH 3 3、RCRC帶通濾波器帶通濾波器 帶通濾波器可看成是低通濾 波器和高通濾波器串聯(lián)組成。 2 2 1 1 2 1 , 2 1 cc ff )()( 21 fAfAfA 分別調節(jié)高、低通環(huán)節(jié)的時間 常數(shù)（ 及 ），就可得到 不同的上、下截止頻率和帶寬 的帶通濾波器。 1 2 第四節(jié)第四節(jié) 信號的放大信號的放大 通常傳感器的輸出信號都很弱。一般都需放大電路放大，才通常傳感器的輸出信號都很弱。一般都需放大電路放大，才 使于后續(xù)處理。放大電路應具有以下性

55、能：使于后續(xù)處理。放大電路應具有以下性能： 1 1、足夠的放大倍數(shù)。、足夠的放大倍數(shù)。 2 2、高輸入阻抗，低輸出阻抗。、高輸入阻抗，低輸出阻抗。 3 3、高共模抑制能力。、高共模抑制能力。 4 4、低溫漂，低噪聲，低失調電壓和電流。、低溫漂，低噪聲，低失調電壓和電流。 第五節(jié)第五節(jié) 測試信號的現(xiàn)實與記錄測試信號的現(xiàn)實與記錄 被測量經(jīng)過測試系統(tǒng)后。最后的環(huán)節(jié)就是指示和記錄裝置。為被測量經(jīng)過測試系統(tǒng)后。最后的環(huán)節(jié)就是指示和記錄裝置。為 人們提供指示值和記錄數(shù)據(jù)來了解和分析測試結果。人們提供指示值和記錄數(shù)據(jù)來了解和分析測試結果。 顯示與記錄是反映被測量變化過程的信號。顯示與記錄是反映被測量變化過程

56、的信號。 記錄儀器可以模擬記錄和數(shù)字記錄兩大類。記錄儀器可以模擬記錄和數(shù)字記錄兩大類。 記錄分為：顯性記錄、隱性記錄記錄分為：顯性記錄、隱性記錄 。 顯性記錄：可直接觀察所測信號的變化情況。如：光線示顯性記錄：可直接觀察所測信號的變化情況。如：光線示 波器、各種筆式記錄儀。波器、各種筆式記錄儀。 隱性記錄：了不能直接觀察所測信號變化特征。要通過其它隱性記錄：了不能直接觀察所測信號變化特征。要通過其它 設備，才能顯示出來。如：磁帶、磁盤記錄等。設備，才能顯示出來。如：磁帶、磁盤記錄等。 )(10331022 66 4 1 4 1 0 Vusu e 4-1 4-1 以阻值以阻值R=120R=120

57、，靈敏度，靈敏度S=2S=2的電阻應變片與阻值的電阻應變片與阻值R=120R=120的固定電的固定電 阻組成的電橋，供橋電壓為阻組成的電橋，供橋電壓為3V3V，并假定負載為無窮大，當應變片的應變值，并假定負載為無窮大，當應變片的應變值 為為22和和20002000時，分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓，并比較兩時，分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓，并比較兩 種情況下的電橋的靈敏度。種情況下的電橋的靈敏度。 解：（解：（1 1）單臂電橋輸出電壓）單臂電橋輸出電壓 eR R uu 4 1 0 s R R 當應變片為當應變片為22時時 )(10331020002 36 4 1 4 1 0 Vusu e

58、 當應變值為當應變值為20002000時時 （2 2）雙臂電橋輸出電壓）雙臂電橋輸出電壓 eR R uu 2 1 0 當應變片為當應變片為22時時 當應變值為當應變值為20002000時時 6 2 1 2 1 0 106 eeR R usuu 3 2 1 2 1 0 106 ieR R usuu 雙臂電橋比單臂電橋的電壓輸出靈敏度提高一倍。雙臂電橋比單臂電橋的電壓輸出靈敏度提高一倍。 4-2 4-2 有人在使用電阻應變片時，發(fā)現(xiàn)靈敏度不夠，于是試圖在工作電橋上有人在使用電阻應變片時，發(fā)現(xiàn)靈敏度不夠，于是試圖在工作電橋上 增加電阻應變片數(shù)以提高靈敏度。試問，在下列情況下，是否可提高靈敏增加電阻應

59、變片數(shù)以提高靈敏度。試問，在下列情況下，是否可提高靈敏 度？說明為什么？度？說明為什么？1 1） 半橋雙臂各串聯(lián)一片。半橋雙臂各串聯(lián)一片。 2) 2) 半橋雙臂各并聯(lián)一片。半橋雙臂各并聯(lián)一片。 解：解：(1)(1)未增加電阻應變片時，半橋雙臂的靈敏度為：未增加電阻應變片時，半橋雙臂的靈敏度為： 當半橋雙臂各串聯(lián)一片時：當半橋雙臂各串聯(lián)一片時： 所以不能提高靈敏度。所以不能提高靈敏度。 當半橋雙臂各并聯(lián)一片時：當半橋雙臂各并聯(lián)一片時： 所以也不能提高靈敏度。所以也不能提高靈敏度。 第五章第五章 信號處理初步信號處理初步 研究信號的構成和特征值稱為研究信號的構成和特征值稱為信號分析信號分析； 把信

60、號經(jīng)過必要的加工變換，以獲得有用信息把信號經(jīng)過必要的加工變換，以獲得有用信息 的過程稱為的過程稱為信號處理信號處理。 由以上定義可知，信號分析并不影響信號本身由以上定義可知，信號分析并不影響信號本身 的結構，而信號處理則有可能改變信號本身的的結構，而信號處理則有可能改變信號本身的 結構。結構。 信號處理可以用模擬信號處理系統(tǒng)和數(shù)字信號信號處理可以用模擬信號處理系統(tǒng)和數(shù)字信號 處理系統(tǒng)來實現(xiàn)。處理系統(tǒng)來實現(xiàn)。 模擬信號處理系統(tǒng)由一系列能實現(xiàn)模擬運算的模擬信號處理系統(tǒng)由一系列能實現(xiàn)模擬運算的 電路環(huán)節(jié)組成。電路環(huán)節(jié)組成。 數(shù)字信號處理是用數(shù)字方法處理信號數(shù)字信號處理是用數(shù)字方法處理信號, ,它既可