傳感器與測(cè)試技術(shù)

1、傳感器與測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用）河北科技大學(xué)機(jī)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(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，促使測(cè)試技術(shù)在知識(shí)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)，推出了26項(xiàng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，大大豐富了實(shí)驗(yàn)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(duì)理論知識(shí)的演示與驗(yàn)證；后者是直接針對(duì)工程應(yīng)用技術(shù)的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，即以學(xué)生為主體，按實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖孕羞x擇測(cè)量裝置，搭建測(cè)試系統(tǒng)，確定試驗(yàn)方法步驟等

2、。為了配合機(jī)械類專業(yè)“傳感器與測(cè)試技術(shù)”多學(xué)科、多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，我學(xué)科組重新編制了“傳感器與測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書”。對(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容。因時(shí)間倉(cāng)促，水平所限，難免有錯(cuò)誤與不妥之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正，并愿廣泛征求反饋意見(jiàn)，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(shí)驗(yàn)第一章 信號(hào)及其描述1、 典型信號(hào)的合成與分解實(shí)驗(yàn)2、 典型信號(hào)的頻譜分析實(shí)驗(yàn)3、 典型信號(hào)幅值分布特性分析4、 典型信號(hào)的強(qiáng)度分析第二章 測(cè)試裝置的基本特性5、 傳感器靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)6、 一階系

3、統(tǒng)頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)7、 二階系統(tǒng)頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)8、 一二階系統(tǒng)無(wú)失真測(cè)試條件實(shí)驗(yàn)第三章 常用傳感器9、 電阻應(yīng)變式測(cè)力、拉、壓、彎、扭傳感器原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)10、 渦流傳感器原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)11、 壓電式傳感器原理及前置放大器第四章 信號(hào)調(diào)理、處理和記錄12、 電橋在應(yīng)變測(cè)試中的應(yīng)用13、 調(diào)制與解調(diào)原理實(shí)驗(yàn)14、 動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀工作原理實(shí)驗(yàn)15、 RC調(diào)諧式濾波器的基本特性實(shí)驗(yàn)16、 倍頻程濾波器及其在噪聲測(cè)試中應(yīng)用第五章 信號(hào)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(hào)的整周期截取20、 信號(hào)的相關(guān)分析21、 信號(hào)的FFT功率譜分析

4、第二篇 工程測(cè)試應(yīng)用實(shí)驗(yàn)22、 振動(dòng)信號(hào)測(cè)試實(shí)驗(yàn)1） 儀器選擇及系統(tǒng)設(shè)計(jì)2） 時(shí)域參量測(cè)試3） 振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析23、 機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)1） 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)2） 了解SDAS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3） 測(cè)試數(shù)據(jù)的分析處理24、 回轉(zhuǎn)軸徑向運(yùn)動(dòng)誤差測(cè)試實(shí)驗(yàn)1） 測(cè)量原理2） 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)3） 數(shù)據(jù)采集與處理25、 噪聲測(cè)試實(shí)驗(yàn)1） 測(cè)量原理2） 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)3） 數(shù)據(jù)采集與處理26、 動(dòng)應(yīng)力綜合測(cè)試實(shí)驗(yàn)1） 綜合應(yīng)力發(fā)生裝置2） 貼片與接橋3） 模擬測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)4） 數(shù)字測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)要求與格式（例如）一、實(shí)驗(yàn)名稱：機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 了解計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試SDA

5、S2數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，及其在振動(dòng)測(cè)試中的應(yīng)用；2 掌握快速正弦掃頻激振測(cè)試及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理；3 了解沖擊激振測(cè)試及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。三、可供選擇的實(shí)驗(yàn)儀器：被測(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)懸臂梁激振器，功放加速度計(jì)，電荷放大器SDAS2數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)四、擬定實(shí)驗(yàn)方案：1 合理選擇實(shí)驗(yàn)一起，搭建測(cè)試系統(tǒng)；2 簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理；3 寫出實(shí)驗(yàn)步驟；（*必須經(jīng)指導(dǎo)教師答疑通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)方案，方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)）4 完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。五、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告：1 寫出實(shí)驗(yàn)方案；2 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)分析處理，比較被測(cè)試件的實(shí)驗(yàn)測(cè)試參數(shù)與理論計(jì)算參數(shù)，并加以分析；3 談?wù)勗搶?shí)驗(yàn)的心得體會(huì)及建議。第一篇 基礎(chǔ)理論教學(xué)實(shí)驗(yàn)第一章 信號(hào)及其描述（

6、1）典型信號(hào)的分解與合成實(shí)驗(yàn)1、試驗(yàn)?zāi)康模?) 掌握信號(hào)分解與合成的原理；2) 熟悉典型信號(hào)，如方波、三角波、鋸齒波等的分解與合成過(guò)程。2、實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：1) 計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；典型信號(hào)的波形分解后各諧波分量的波形合成信號(hào)的波形分解合成2)3、實(shí)驗(yàn)原理：1） 信號(hào)的頻域描述，反映的是信號(hào)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(jí)數(shù)可以看出，周期信號(hào)可看作無(wú)窮多個(gè)諧波分量的合成。而當(dāng)周期信號(hào)已知時(shí)，可確定各諧波分量的系數(shù)，將其分解。3） 對(duì)于典型的周期信號(hào)，如方波、三角波等，根據(jù)其傅立葉級(jí)數(shù)可確定分解與合成的過(guò)程，具體形式見(jiàn)參考1。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1

7、) 打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)一；2) 在典型信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)波形比較；6) 同樣，在典型信號(hào)中選擇其它信號(hào)，重復(fù)上述操作。5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1) 任選某一種典型信號(hào)，推導(dǎo)其傅立葉級(jí)數(shù)；2) 畫出其原始信號(hào)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(hào)波形進(jìn)行比較

8、，說(shuō)明二者的區(qū)別所在，及討論為什么？（2）典型信號(hào)的頻譜分析實(shí)驗(yàn)1、試驗(yàn)?zāi)康模?) 掌握信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的原理；2) 熟悉典型周期信號(hào)，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(hào)，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(jī)信號(hào)，如正態(tài)分布的隨機(jī)信號(hào)等的幅、相頻譜。2、實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；3、實(shí)驗(yàn)原理：1） 信號(hào)的頻域描述，反映的是信號(hào)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(gè)信號(hào)都必須同時(shí)用幅頻譜、相頻譜來(lái)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(hào)，采用傅立葉級(jí)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻譜分析；3） 非周期信號(hào)，采用傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)頻譜分析；4） 隨機(jī)信號(hào)，理論上應(yīng)該采用功率譜來(lái)表示其頻域描述，但針對(duì)每一個(gè)記錄樣本，均可計(jì)算其幅值譜。5） 以上提到的頻譜分析，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)時(shí)，均采用的是離散傅立葉變換DFT。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1） 打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)二；2） 在典型周期信號(hào)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(hào)的幅、相頻譜，注意周期信號(hào)的頻譜特點(diǎn)；4） 在典型非周期信號(hào)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(hào)的幅、相頻譜，注意

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

11、 熟悉典型周期信號(hào)，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(hào)，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(jī)信號(hào)，如正態(tài)分布的隨機(jī)信號(hào)等的幅值特性。2、實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；3、實(shí)驗(yàn)原理：1） 概率密度函數(shù)提供了信號(hào)幅值分布的信息，不同的信號(hào)有不同的概率密度函數(shù)圖形，因此可以用來(lái)識(shí)別信號(hào)的性質(zhì)。2） 當(dāng)該函數(shù)未知時(shí)，可以用統(tǒng)計(jì)概率分布圖和直方圖來(lái)估計(jì)。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1） 打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)三；2） 在典型周期信號(hào)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(hào)的概率分布函數(shù)、概率密度函數(shù)；4） 在典型非周期信號(hào)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(hào)的概率分布函數(shù)、概率密度函數(shù)；6） 在典型隨機(jī)信號(hào)中選擇正態(tài)分布的隨機(jī)信號(hào)，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(jī)信號(hào)的概率分布函數(shù)、概率密度函數(shù)。5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1) 任選某一種典型周期信號(hào)，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(hào)，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(jī)信號(hào)，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(yùn)行？（4）典型信號(hào)的強(qiáng)度分析實(shí)驗(yàn)1、試驗(yàn)?zāi)康模?) 掌握信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度分析原理，計(jì)算各統(tǒng)計(jì)參數(shù)，如均值、方差、均方值等；2) 熟悉典型周期信號(hào)，如方波、三角波、鋸齒波等的各統(tǒng)計(jì)參數(shù)；3) 熟悉典型非周期信號(hào)，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(jì)參數(shù)；4) 熟悉典型隨機(jī)信號(hào)，如正態(tài)分布的隨機(jī)信號(hào)等的各統(tǒng)計(jì)參數(shù)。2、實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；3、實(shí)驗(yàn)原理：1) 主要統(tǒng)計(jì)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(jì)特征參數(shù)還有很多，具體可見(jiàn)參考11。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1） 打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.

14、0”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)四；2） 在典型周期信號(hào)中選擇方波，單擊強(qiáng)度分析，計(jì)算其各統(tǒng)計(jì)參數(shù)；3） 同樣，可觀察其他周期信號(hào)的各統(tǒng)計(jì)參數(shù)；4） 在典型非周期信號(hào)中選擇窗函數(shù)，單擊強(qiáng)度分析，計(jì)算其各統(tǒng)計(jì)參數(shù)；5） 同樣，可觀察其他非周期信號(hào)的各統(tǒng)計(jì)參數(shù)；6） 在典型隨機(jī)信號(hào)中選擇正態(tài)分布的隨機(jī)信號(hào)，單擊強(qiáng)度分析，計(jì)算其各統(tǒng)計(jì)參數(shù)；7） 同樣，可觀察其他隨機(jī)信號(hào)的各統(tǒng)計(jì)參數(shù)。5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1） 任選某一種典型周期信號(hào)，計(jì)算其各統(tǒng)計(jì)參數(shù)；2） 任選某一種典型非周期信號(hào)，計(jì)算其各統(tǒng)計(jì)參數(shù)；3） 任選某一種典型隨機(jī)信號(hào)，計(jì)算其各統(tǒng)計(jì)參數(shù)；第二章 測(cè)試裝置的基本特性（5）傳感器靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)1、試驗(yàn)?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(cè)量裝置靜態(tài)特性的標(biāo)定方法。3）掌握用分析軟件對(duì)靜態(tài)裝置靜態(tài)特性的標(biāo)定方法。2、實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)原理：新設(shè)計(jì)制造的傳感器，需要對(duì)其參數(shù)和性能進(jìn)行標(biāo)定，以便檢查是否符合設(shè)計(jì)要求。另外，隨著時(shí)間和周圍環(huán)境的變化，使用中傳感器的參數(shù)也會(huì)有變化，也需要進(jìn)行定期校準(zhǔn)，所以測(cè)量裝置的標(biāo)定，是一項(xiàng)經(jīng)常性，非常重要的工作。電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定，就是在靜態(tài)下，通過(guò)加載裝置對(duì)傳感器施加載荷

16、，同時(shí)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：41 粘貼應(yīng)變片1） 惠斯登電橋挑選兩個(gè)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(qiáng)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(wàn)用表檢查有無(wú)短路、斷路，引線與等強(qiáng)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(shí)后，方可使用。42 測(cè)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(diǎn),并將接線柱旋緊,組成半橋單臂測(cè)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(jī)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(gè)調(diào)節(jié)旋鈕，是否都指在零位。5） 經(jīng)指導(dǎo)老師檢查無(wú)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(shí)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(shí)“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(shí)，不要忘記將微調(diào)旋鈕讀數(shù)記錄下來(lái)。0100200300400500加載 卸載43 數(shù)據(jù)處理1） 打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入“靜態(tài)標(biāo)定”實(shí)驗(yàn)；2） 將實(shí)驗(yàn)記錄的各數(shù)據(jù)分別填入，點(diǎn)擊作圖；3） 按端點(diǎn)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(cè)力傳感器的靜態(tài)靈敏度S。5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1） 寫出實(shí)驗(yàn)名稱、目的，及畫出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖；2） 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)評(píng)定。非線性度：按端點(diǎn)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(cè)力傳感器的靜態(tài)靈敏度S。3） 心得體會(huì)及對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)意見(jiàn)（6）一階系統(tǒng)頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)1、試驗(yàn)?zāi)康模?）了解一階系統(tǒng)的時(shí)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(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；3、實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)諧信號(hào)的激勵(lì)下，其穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)和輸入信號(hào)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(hào)對(duì)輸入信號(hào)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(jiǎn)諧信號(hào)激勵(lì)下，其穩(wěn)態(tài)輸出對(duì)輸 入的幅值比、相位差隨激勵(lì)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(dòng)態(tài)特性參數(shù)時(shí)間常數(shù)可以觀察相應(yīng)的特性曲線。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1） 打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入“動(dòng)態(tài)特性”實(shí)驗(yàn)。2） 取時(shí)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(shí)、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。3） 仍取以上三個(gè)時(shí)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(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1）畫出不同時(shí)間常數(shù)下的幅、相頻特性曲線，實(shí)、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。觀察時(shí)間常數(shù)對(duì)系統(tǒng)頻域特性的影

21、響。2）畫出不同時(shí)間常數(shù)下的單位脈沖響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)。觀察時(shí)間常數(shù)對(duì)系統(tǒng)時(shí)域特性的影響。（7）二階系統(tǒng)頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)1、試驗(yàn)?zāi)康模?）了解二階系統(tǒng)的時(shí)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(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；3、實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(shí) ，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(cè)定系統(tǒng)本

22、身的參數(shù)時(shí)，卻是很重要的。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1） 打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入“動(dòng)態(tài)特性”實(shí)驗(yàn)。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(shí)、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(shí)、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(shí)驗(yàn)報(bào)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(shí)、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。觀察時(shí)間常數(shù)對(duì)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(shí)間常數(shù)對(duì)系統(tǒng)時(shí)域特性的影響。（8）一二階系統(tǒng)無(wú)失真測(cè)試條件實(shí)驗(yàn)1、試驗(yàn)?zāi)康模?）掌握不失真測(cè)試的條件。2）了解參數(shù)變化對(duì)一階測(cè)試裝置不失真測(cè)試范圍的影響。2）了解參數(shù)、變化對(duì)二階測(cè)試裝置不失真測(cè)試范圍的影響。2、實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；3、實(shí)驗(yàn)原理：靜態(tài)不失真條件為：在靜態(tài)測(cè)量時(shí)，理想的定常線性系統(tǒng)，S為靈敏度。動(dòng)態(tài)不失真條件為：在動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，理想的定常線性系統(tǒng)，A0為靈敏度，t0為時(shí)間延遲。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入“無(wú)失真測(cè)試”實(shí)驗(yàn)。2）點(diǎn)擊對(duì)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(diǎn)擊對(duì)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(duì)測(cè)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(duì)不失真頻率范圍影響。5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1）寫出實(shí)驗(yàn)名稱、目的。2）畫出一階測(cè)試系統(tǒng)幅、相頻曲線，分析參數(shù)變化對(duì)其的影響。3）畫出 =20時(shí)，改變值的二階測(cè)試系統(tǒng)幅、相頻曲線，并分析對(duì)測(cè)量裝置的影響。4）畫出 時(shí)，改變值的二階測(cè)試系統(tǒng)幅、相頻曲線，根據(jù)曲線說(shuō)明對(duì)不失真測(cè)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(cè)力、拉、壓、彎

25、、扭傳感器原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)1、試驗(yàn)?zāi)康模?）了解和掌握電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量原理和方法。2）掌握如何用電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量力、拉、壓、彎、扭。2、實(shí)驗(yàn)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(cè)試系統(tǒng)。3、實(shí)驗(yàn)原理：1）應(yīng)變片式傳感器分類：依據(jù)測(cè)量目的分為載荷測(cè)量和應(yīng)力測(cè)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(cè)量應(yīng)變與實(shí)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(cè)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(shí)心圓柱形、空心圓

26、柱形）。測(cè)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(qiáng)度梁）。測(cè)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(shí)驗(yàn)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(shuō)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(xiàng)參數(shù)；3）觀察傳感器的輸出信號(hào)，然后采集。5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1）電阻應(yīng)變式傳感器能測(cè)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(shí)驗(yàn)1、試驗(yàn)?zāi)康模毫私夂驼莆针姕u流傳感器測(cè)量原理和方法。2、實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：1）電渦流傳感器；2）電壓放大器。3）測(cè)試系統(tǒng)。3、實(shí)驗(yàn)原理：1）電渦流傳感器就是能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地非接觸，高

27、線性度，高分辨力地測(cè)量被測(cè)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(jì)量工具。電渦流位移傳感器能準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)體（必須是金屬導(dǎo)體）與探頭端面之間的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)距離及其變化。2）探頭、(延伸電纜)、前置器以及被測(cè)體構(gòu)成基本工作系統(tǒng)。前置器中高頻振蕩電流通過(guò)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(chǎng)。如果在這一交變磁場(chǎng)的有效范圍內(nèi)沒(méi)有金屬材料靠近，則這一磁場(chǎng)能量會(huì)全部損失；當(dāng)有被測(cè)金屬體靠近這一磁場(chǎng)，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(shí)該電渦流場(chǎng)也產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場(chǎng)，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(xiàng)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(qiáng)度I和頻率參數(shù)來(lái)描述。則線圈特征阻抗可用Z=F(, , , D, I, )函數(shù)來(lái)表示。通常我們能做到控制, , , I, 這幾個(gè)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(gè)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(guò)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(hào)的大小隨探頭到被測(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)金屬物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。3）渦流檢測(cè)不需要改變?cè)嚰男螤?，也不?huì)影響試件的使用性能，因此，是一種無(wú)損地評(píng)定試件有關(guān)性能和發(fā)現(xiàn)試件有無(wú)缺陷等的檢測(cè)方法。渦流檢測(cè)只適用于能產(chǎn)生渦流的導(dǎo)電材料。同時(shí)，由于渦流是電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，在檢測(cè)時(shí)，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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢驗(yàn)。對(duì)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(chǎng)對(duì)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(yàn)方法。然而，正是由于對(duì)多種試驗(yàn)參數(shù)有敏感反應(yīng)，也就會(huì)給試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)干擾信息，影響檢測(cè)的正確進(jìn)行。渦流檢測(cè)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(guò)程中，能同時(shí)兼顧長(zhǎng)通傷、緩變傷等長(zhǎng)缺陷和短小缺陷（如通孔）；能夠有效抑制管道在線、離線檢測(cè)時(shí)的某些干擾信號(hào)（如材質(zhì)不均、晃動(dòng)等），對(duì)金屬管道內(nèi)外壁缺陷檢測(cè)都具有較高的靈敏度；還可用于機(jī)械零部件混料分選，滲碳深度和熱處理狀態(tài)評(píng)價(jià)，硬度測(cè)量等。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1）觀察渦流傳感器的外形；2）按照使用說(shuō)明書安裝渦流傳感器；3）觀察傳感器的輸出信號(hào)，然后采集。4）靜態(tài)校準(zhǔn)按下圖接好線路，調(diào)整被測(cè)片與渦流線圈的距離。使

31、系統(tǒng)發(fā)生振蕩（用計(jì)算機(jī)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(cè)體間的最佳工作距離和起始點(diǎn)。被測(cè)片渦流傳感器渦流變換器毫伏表A/D轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng) 5）被測(cè)體對(duì)傳感器特性的影響根據(jù)上圖，分別用鋁、銅、鐵被測(cè)片重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1，分析比較所得結(jié)果。6）電渦流式振幅測(cè)量系統(tǒng)按下圖接線。用激振器激勵(lì)平行梁振動(dòng)，激振頻率為15，20，30Hz 處分別記錄要求對(duì)應(yīng)的輸出峰峰值，并根據(jù)前面得到的校準(zhǔn)曲線計(jì)算出對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅度。渦流傳感器渦流變換器運(yùn)算放大器毫伏表A/D轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)5、實(shí)驗(yàn)報(bào)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(cè)上？2）電渦流傳感器如何安裝？3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)?zāi)康模?）了解和掌握壓電傳感器測(cè)量原理和方法。2）了解和掌握前置放大器的使用方法。2、實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：1）壓電傳感器；2）電荷放大器；3）測(cè)試系統(tǒng)。3、實(shí)驗(yàn)原理：1）壓電式加速度傳感器在振動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，可以測(cè)量各種環(huán)境中的振動(dòng)量。 壓電傳感器的力學(xué)模型可簡(jiǎn)化為一個(gè)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(dòng)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(jī)電轉(zhuǎn)換的工作原理。2）振動(dòng)的幅值、頻率和相位是振動(dòng)的三個(gè)基本參數(shù)，稱為振動(dòng)三要素。幅值：幅值是振動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法來(lái)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(guò)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(dòng)信號(hào)的相位信息十分重要，如利用相位關(guān)系確定共振點(diǎn)、測(cè)量振型、旋轉(zhuǎn)件動(dòng)平衡、有源振動(dòng)控制、降噪等。對(duì)于復(fù)雜振動(dòng)的波形分析，各諧波的相位關(guān)系是不可缺少的。在振動(dòng)測(cè)量時(shí)，應(yīng)合理選擇測(cè)量參數(shù)，如振動(dòng)位移是研究強(qiáng)度

34、和變形的重要依據(jù)；振動(dòng)加速度與作用力或載荷成正比，是研究動(dòng)力強(qiáng)度和疲勞的重要依據(jù)；振動(dòng)速度決定了噪聲的高低，人對(duì)機(jī)械振動(dòng)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(dòng)量的大小。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1）觀察壓電傳感器的外形；2）按照使用說(shuō)明書安裝壓電傳感器；3）設(shè)置電荷放大器的各項(xiàng)參數(shù)；3）觀察傳感器的輸出信號(hào)，然后采集。5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1）壓電傳感器能測(cè)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(hào)調(diào)理、處理和記錄（12）電橋在應(yīng)變測(cè)試中的應(yīng)用1、試驗(yàn)?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(cè)試中的應(yīng)用。2、實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；3、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)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(hào)，觀察輸出電壓，并根據(jù)輸入信號(hào)和供橋電壓計(jì)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(hào)，觀察輸出電壓，并根據(jù)輸入信號(hào)和供橋電壓計(jì)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(shí)驗(yàn)報(bào)

36、告要求（包括思考題）：1）寫出實(shí)驗(yàn)名稱、目的。2）對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并說(shuō)明所采用的原理。3）為什么平衡交流電橋必須同時(shí)調(diào)節(jié)電阻平衡和電容平衡？（13）調(diào)制與解調(diào)原理實(shí)驗(yàn)1、試驗(yàn)?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(guò)程中避免引起失真的必要條件。2、實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；3、實(shí)驗(yàn)原理：調(diào)制信號(hào)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(gè)信號(hào)（載波）的某些參數(shù)在另一信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）的控制下而發(fā)生變化的過(guò)程，輸出信號(hào)為已調(diào)制波。從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程為解調(diào)。調(diào)制信號(hào) ： 即被測(cè)量。調(diào)制器 ： 實(shí)質(zhì)上是一個(gè)乘法器，將

37、一個(gè)高頻檢波信號(hào)（載波）與測(cè)試信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）相乘，使高頻信號(hào)的幅值隨測(cè)試信號(hào)的變化而變化，實(shí)現(xiàn)調(diào)幅輸出調(diào)幅波。調(diào)幅的目的是使緩變信號(hào)便于放大和輸出。放大器 ：對(duì)調(diào)幅波進(jìn)一步放大。解調(diào)器 ：利用載波信號(hào)與調(diào)幅波的相位比得出原信號(hào)的幅值和極性。此過(guò)程為解調(diào)。低通濾波器：濾去高頻成分，恢復(fù)原信號(hào)。振蕩器 ：提供高頻振蕩信號(hào)作為載波。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)十三；2）輸入fm=100Hz，f0=300Hz，觀察調(diào)幅過(guò)程的時(shí)域波形和頻譜；3）輸入不同的fo，fm值，觀察信號(hào)波形和頻譜的變化；調(diào)制信號(hào)載波信號(hào)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(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1）寫出實(shí)驗(yàn)名稱、目的。2）簡(jiǎn)述調(diào)幅及解調(diào)的原理，畫出系統(tǒng)框圖。3）調(diào)幅過(guò)程為什么會(huì)出現(xiàn)信號(hào)失真的現(xiàn)象？如何避免？（14）動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀工作原理實(shí)驗(yàn)1、試驗(yàn)?zāi)康模?）掌握動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的工作原理;2）觀察各級(jí)輸出時(shí)域波形。2、實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；3、實(shí)驗(yàn)原理：被測(cè)應(yīng)變量電橋放大相敏檢波低通顯示振蕩器被測(cè)量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)經(jīng)電橋?qū)⑦@些電信號(hào)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(guò)低通濾波器濾去高頻成分得到原信號(hào)。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)

39、軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)十四；2）點(diǎn)擊圖中被測(cè)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(jí)輸出波形。5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1）寫出實(shí)驗(yàn)名稱、目的。2）畫出動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的系統(tǒng)框圖，并標(biāo)出各級(jí)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(shí)驗(yàn)1、試驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；3、實(shí)驗(yàn)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(shí)對(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)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(duì)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(duì)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(duì)頻率特性的影響；5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1）寫出實(shí)驗(yàn)名稱、目的。2）簡(jiǎn)述實(shí)際RC調(diào)諧式濾波器的主要參數(shù)，并說(shuō)明與理想濾

41、波器的關(guān)系。3）說(shuō)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(cè)試中應(yīng)用1、試驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；3、實(shí)驗(yàn)原理：恒帶寬濾波器組恒帶寬比濾波器組：每一個(gè)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1）寫出實(shí)驗(yàn)名稱、目的。2）簡(jiǎn)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(hào)處理初步（17）抗混疊濾波與采樣定理1、試驗(yàn)?zāi)康模?）觀察模擬信號(hào)數(shù)字化過(guò)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(gè)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(hào)的正確時(shí)域采樣。2、實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；3

43、、實(shí)驗(yàn)原理：1）混疊現(xiàn)象是在時(shí)域采樣過(guò)程中產(chǎn)生的。時(shí)域采樣，就是等時(shí)間間隔地取點(diǎn)。從數(shù)學(xué)處理上看，就是乘以采樣函數(shù)，時(shí)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(guò)小，搬移后的頻譜就會(huì)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(wú)法準(zhǔn)確地恢復(fù)原時(shí)域信號(hào)，這種現(xiàn)象稱為混疊。2）產(chǎn)生混疊現(xiàn)象的原因?yàn)椋篴) 采樣頻率fs太低，或采樣間隔Ts太大；b) 原模擬信號(hào)不是有限帶寬的信號(hào)，即信號(hào)的最高頻率。3）為了避免混疊所采取的措施為：a) 對(duì)非有限帶寬的模擬信號(hào)，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(hào)。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(hào)最高頻率的2倍以上。實(shí)際常取，fc為低通濾波的截止頻率。4）從理論上來(lái)說(shuō)，只要滿足了以上兩個(gè)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(shí)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)一；2）在典型信號(hào)中選擇指數(shù)函數(shù)，觀察信號(hào)的連續(xù)波形及連續(xù)頻譜；3）單擊時(shí)域采樣，觀察原信號(hào)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(hào)成為限帶寬信號(hào)，并根據(jù)采樣定理相應(yīng)設(shè)置采樣參數(shù)；5）單擊時(shí)域采樣，觀察限帶寬信號(hào)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(guò)程，觀察不同參數(shù)對(duì)時(shí)域采樣后信號(hào)的波形及頻譜的影響。5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1）畫出指數(shù)函數(shù)信號(hào)的連續(xù)波形及連續(xù)頻譜；2）畫出原信號(hào)的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜；3）針對(duì)某組濾波參數(shù)、采樣參數(shù)，畫出限帶寬信號(hào)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(shí)域離散會(huì)導(dǎo)致頻譜周期化？（18）窗函數(shù)與FFT譜的能量泄漏1、試驗(yàn)?zāi)康模?）觀察模擬信號(hào)數(shù)字化過(guò)程中的泄漏現(xiàn)象，掌握泄漏產(chǎn)生的原因；2）掌握常見(jiàn)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(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件D

46、TEST1.0；3、實(shí)驗(yàn)原理：1）泄漏現(xiàn)象是在時(shí)域截?cái)噙^(guò)程中產(chǎn)生的。時(shí)域截?cái)?，就是取有限長(zhǎng)的信號(hào)。從數(shù)學(xué)處理上看，就是乘以有限寬矩形窗函數(shù)。時(shí)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(gè)無(wú)限帶寬的sinc函數(shù)，即使原模擬信號(hào)是有限帶寬的，截?cái)嗪笠脖厝怀蔀闊o(wú)限帶寬的，這種信號(hào)的能量在頻率軸分布擴(kuò)展的現(xiàn)象稱為泄漏。2）產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象的原因?yàn)椋捍昂瘮?shù)的頻譜是無(wú)限帶寬的。3）從理論上說(shuō)，泄漏是不可避免的，只能減小。而且由于截?cái)嗪笮盘?hào)成為無(wú)限帶寬的，不可避免會(huì)出現(xiàn)混疊。但采用合適的窗函數(shù)（如常見(jiàn)典型窗函數(shù)），可以減小泄漏。4）對(duì)于窗函數(shù)的評(píng)價(jià)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)二；2）在典型信號(hào)中選擇指數(shù)函數(shù)，觀察信號(hào)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(shí)域采樣，觀察限帶寬信號(hào)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(shí)域截?cái)?，觀察限帶寬信號(hào)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(guò)程，觀察圖象變化。 5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1）畫出矩形窗及其頻譜，以及對(duì)應(yīng)信號(hào)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(duì)應(yīng)信

48、號(hào)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(huì)引起混疊？（19）FFT譜的柵欄效應(yīng)與周期信號(hào)的整周期截取1、試驗(yàn)?zāi)康模?）觀察模擬信號(hào)數(shù)字化過(guò)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(hào)的整周期截取。2、實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；3、實(shí)驗(yàn)原理：1）柵欄效應(yīng)是在頻域采樣過(guò)程中產(chǎn)生的。頻域采樣，就是在頻率軸上等間隔地取點(diǎn)，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(shí)域作卷積，就相當(dāng)于時(shí)域波形的周期延拓，即頻域波形的搬移。采樣

49、的實(shí)質(zhì)是摘取采樣點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的函數(shù)值，其效果有如透過(guò)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(gè)處理失去意義。而時(shí)域采樣如滿足采樣定理，柵欄效應(yīng)不會(huì)有太大的影響。2）產(chǎn)生柵欄效應(yīng)的原因?yàn)椋侯l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(diǎn)數(shù)N，增加計(jì)算工作量。b) 不采用DFT算法，而采用其他算法把時(shí)間序列變換為頻譜序列。c) 頻率細(xì)

50、化技術(shù)ZOOM-DFT。d) 對(duì)周期信號(hào)實(shí)行整周期截取。4）對(duì)于周期信號(hào)，整周期截取是最方便的消除柵欄效應(yīng)的方法。具體的實(shí)施就是合理設(shè)置采樣頻率和采樣長(zhǎng)度，使所截取的信號(hào)正好為其周期的整數(shù)倍。因此，周期信號(hào)的頻率必須預(yù)先知道。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)三；2）在典型信號(hào)中選擇頻率為5Hz的正弦信號(hào)，觀察信號(hào)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(zhǎng)度為30點(diǎn)，單擊頻域采樣，觀察信號(hào)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(zhǎng)度為40點(diǎn)，觀察信號(hào)的離散波形及離散頻譜；5）選擇其它周期信號(hào)，如矩形波、

51、三角波等，根據(jù)信號(hào)頻率正確設(shè)置采樣參數(shù)，重復(fù)上述過(guò)程。5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1）畫出正弦信號(hào)的連續(xù)波形及離散頻譜；2）畫出非整周期截?cái)鄷r(shí)正弦信號(hào)的離散波形及離散頻譜；3）畫出整周期截?cái)鄷r(shí)正弦信號(hào)的離散波形及離散頻譜；4）總結(jié)信號(hào)頻率、采樣頻率、采樣長(zhǎng)度三者之間的關(guān)系，計(jì)算時(shí)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(hào)的相關(guān)分析1、試驗(yàn)?zāi)康模?）掌握信號(hào)進(jìn)行相關(guān)分析的原理；2）熟悉典型信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)；3）熟悉不同典型信號(hào)之間的互相關(guān)函數(shù)。2、實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖：計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0；3、實(shí)驗(yàn)原理：1）信號(hào)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(shí)取最大值，等于信號(hào)的均方值。 ，即在 時(shí)趨于常數(shù)，同一信號(hào)中的隨機(jī)成分不存在內(nèi)在聯(lián)系，彼此無(wú)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(hào)的幅值信息，丟失了原信號(hào)的初始相位信息。2）信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)常用于 區(qū)別信號(hào)類型。若信號(hào)中包含周期成分，則自相關(guān)函數(shù)在很大時(shí)仍不衰減，并具有明顯的周期性；若信號(hào)中不包含周期成分，則自相關(guān)函數(shù)在稍大時(shí)就趨于常數(shù)。 確定信號(hào)中的周期成分，并進(jìn)一步分析其起因。3）信號(hào)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(shí)移=0處。 ，即在 時(shí)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(hào)的互相關(guān)函數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合為 相關(guān)濾波，即在噪聲背景下提取有用信息。對(duì)一個(gè)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(hào)和響應(yīng)信號(hào)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(cè)試中。例如，用兩個(gè)間隔一定距離的傳感器來(lái)非接觸地測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的速度；確定振動(dòng)產(chǎn)生的位置。

54、5）相關(guān)函數(shù)的數(shù)字估計(jì)由于模擬信號(hào)不失真地沿時(shí)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(hào)（如正弦信號(hào)）。而在數(shù)字信號(hào)處理中，信號(hào)時(shí)序的增減就表示它沿時(shí)間軸平移，很容易實(shí)現(xiàn)，所以實(shí)際上相關(guān)處理都是用數(shù)字技術(shù)來(lái)完成的。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件DTEST1.0”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)四；2）在典型信號(hào)中選擇正弦信號(hào)，觀察信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)；3）在典型信號(hào)中選擇正弦信號(hào)+噪聲，觀察信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)；4）在典型信號(hào)中分別選擇正弦信號(hào)和矩形波，觀察兩個(gè)信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)；5）改變正弦信號(hào)和矩形波的頻率，重復(fù)上述過(guò)程。5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）：1）畫出正弦信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)；2）畫出正弦信號(hào)+噪聲的自相關(guān)函數(shù)；3）畫出正弦信號(hào)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(hào)的功率譜分析1、試驗(yàn)?zāi)康模?）掌握信號(hào)進(jìn)行功率譜分析的原理；2）熟悉典型信號(hào)的自功率譜；3）熟悉不同典型信號(hào)之間的互功