測試技術基礎實驗報告

1、實驗一 波形的成與分解一、實驗目的1、加深了解信號分析手段之一的傅里葉變換的基本思想和物理意義。2、觀察和分析由多個頻率、幅值和相位成一定關系的正弦波疊加的合成波形。3、觀察和分析頻率、幅值相同，相位角不同的正弦波疊加的合成波形。4. 通過本實驗熟悉信號合成、分解的操作方法，了解信號頻譜的含義。二、實驗結果由傅里葉級數展開式，用一個頻率為100hz、幅值為600正弦波的前五項諧波近似合成方波、三角波鋸齒波、正弦整流波：圖1.1方波圖1.2鋸齒波圖1.3三角波圖1.4正弦整流波實驗二 典型信號的頻譜分析1、 實驗目的1、 在理論學習的基礎上，通過本實驗熟悉典型信號的頻譜特征，并能夠從信號頻譜中讀

2、取所需的信息。2、 了解信號頻譜的基本原理和方法，掌握用頻譜分析提取測量信號特征的方法。2、 實驗原理頻譜分析可用于識別信號中的周期分量，是信號分析中最常用的一種手段。信號頻譜分析是采用傅里葉變換將時域信號x(t)變換為頻域信號X(f)，從而幫助人們從另一個角度來了解信號的特征。工程上習慣將計算結果用圖形方式表示，以頻率f為橫坐標，X(f)的實部a(f)和虛部b(f)為縱坐標畫圖，稱為時頻虛頻譜圖；以頻率f為橫坐標，X(f)的幅值A(f)和相位(f)為縱坐標畫圖，則稱為幅值相位譜；以f為橫坐標，A(f)2為縱坐標畫圖，則稱為功率譜。頻譜是構成信號的各頻率分量的集合，它完整地表示了信號的頻率結構

3、，即信號由哪些諧波組成，各諧波分量的幅值大小及初始相位，揭示了信號的頻率信息。3、 實驗結果圖2.1 白噪聲信號幅值頻譜特性圖2.2 正弦波信號幅值頻譜特性圖2.3 方波信號幅值頻譜特性圖2.4 三角波信號幅值頻譜特性圖2.5 正弦波信號+白噪聲信號幅值頻譜特性4、 思考題1、 與波形分析相比，頻譜分析的主要優(yōu)點是什么？因為信號頻譜代表了信號在不同頻率分量成分的大小，能夠提供比時域信號波形反應更直觀，豐富的信息。2、為何白噪聲信號對信號的波形干擾很大，但對信號的頻譜影響很?。课覀兞私獍自肼暿侵冈谳^寬的頻率范圍內，各等帶寬的頻帶所含的噪聲能量相等的噪聲。由于在時域上，白噪聲是完全隨機的信號，疊加

4、到波形上會把信號的波形完全攪亂，所以對信號的波形干擾很大。但在整個頻帶上，白噪聲均勻分布，所以從頻譜上看，只是把有用信號的頻譜抬高了一點而已。5、 工程案例分析頻譜分析可用于識別信號中的周期分量，是信號分析中最常用的一種手段。例如，在機床齒輪箱故障診斷中，可以通過測量齒輪箱上的振動信號，進行頻譜分析，確定最大頻率分量，然后根據機床轉速和傳動鏈，找出故障齒輪。實驗結果如下圖所示：圖2.6 大型空氣壓縮機傳動裝置故障診斷圖分析：由該系統通過所得到的頻譜圖可知，分析齒輪轉動各軸的嚙合情況，該頻譜圖由四種頻率的簡諧波疊加而成，分別反映了四對齒輪嚙合處的振動情況。由頻譜圖可知，因為在第三根軸處波動最大，

5、顯示在第三根軸不穩(wěn)定，所以可以判斷第三根軸處發(fā)生故障。實驗三 一階系統動態(tài)響應特性參數測定實驗一、實驗目的掌握用階躍信號測量一階系統動態(tài)特性的原理，掌握從系統響應信號中測量系統時間常數的方法。二、實驗原理對溫度計、低通濾波器、或忽略質量的彈簧阻尼系統，系統的輸入Xi(t)和輸出X0(t)可等效為一階測試系統。當系統輸入為單位階躍時，相應的微分方程為： 一階系統的傳遞函數為：式中，T為一階系統的時間常數。 傳感器敏感元件的響應輸出滯后于物理量的變化，帶來誤差。這個誤差可以用一階系統的時間響應常數T來表示，T越小，系統響應越快。系統的時間響應常數可以通過測量系統在單位階躍信號輸入下的響應信號來完成

6、。對一階系統來說，對系統輸入階躍信號，測得系統的響應信號。取系統輸出值達到最終穩(wěn)態(tài)值的63%所經過的時間作為時間常數。如下圖所示：一階系統的時間常數計算3、 實驗結果實驗結果如下圖所示：圖3.1 T=0.1s,階躍信號激勵圖3.2 T=0.5s,階躍信號激勵圖3.3 T=1s,階躍信號激勵圖3.4 T=0.1s,斜坡信號激勵圖3.5 T=0.5s,斜坡信號激勵圖3.6 T=1s,斜坡信號激勵圖3.7 T=0.1s,脈沖信號激勵圖3.8 T=0.5s,脈沖信號激勵圖3.9 T=1s,脈沖信號激勵實驗四 二階系統動態(tài)響應特性參數測定實驗一、 實驗目的 掌握用脈沖信號或階躍信號測

7、量二階系統動態(tài)特性的原理，掌握從系統響應信號中測量系統阻尼系數和固有頻率的方法。二、實驗原理對機械式千分表、電感式傳感器、壓電式傳感器等測量系統，系統的輸入Xi(t)和輸出X0（t)可等效為二階測試系統。當系統輸入為單位階躍時，相應的微分方程為：二階系統的傳遞函數為：式中：。對二階系統來說，給系統輸入脈沖信號或階躍信號，測得系統的響應信號。取系統響應信號一個振蕩周期的時間tb，可近似計算出系統的固有頻率：取系統響應信號相鄰兩個振蕩周期的過調量M和M1，可近似計算出系統的阻尼系數：如下圖所示：對系統輸入輸出取傅立葉變換，求出系統的傳遞函數曲線，也可從傳遞函數曲線上讀出系統的阻尼和固有頻率參數。3、 實驗結果圖4.1 阻尼比為0.02，固有頻率為50，階躍圖4.2 阻尼比為0.02，固有頻率為200，階躍圖4.3 阻尼比為0.8，固有頻率為50，階躍圖4.4 阻尼比為0.8，固有頻率為200，階躍圖4.5 阻尼比為0.02，固有頻率為50，斜坡圖4.6 阻尼比為0.02，固有頻率為200，斜坡圖4.7 阻尼比為0.8，固有頻率為50，斜坡圖4.8 阻尼比為0.8，固有頻率為200，斜坡圖4.9 阻尼比為0.02，固有頻率為50，脈沖圖4.10 阻尼比為0.02，固有