機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)匯編

1、第一章第一章 信號(hào)及其描述信號(hào)及其描述 緒論緒論 測(cè)試技術(shù)的基本概念測(cè)試技術(shù)的基本概念 測(cè)試技術(shù)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)的一部分，主要研究各種測(cè)試技術(shù)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)的一部分，主要研究各種物理量的測(cè)量原理物理量的測(cè)量原理和和測(cè)量信號(hào)分析處理測(cè)量信號(hào)分析處理方法。方法。 測(cè)試技術(shù)是進(jìn)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)過程測(cè)試技術(shù)是進(jìn)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)過程參數(shù)測(cè)量必不可少的手段，起著人的感官的作用。參數(shù)測(cè)量必不可少的手段，起著人的感官的作用。通常先通常先將被測(cè)物理將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量量轉(zhuǎn)換為電量，再，再對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理和輸出。如圖所示和輸出。如圖所示的聲級(jí)計(jì)。的聲級(jí)計(jì)。 一測(cè)試技術(shù)的重要性一測(cè)試技術(shù)的重

2、要性測(cè)試技術(shù)的基本任務(wù)：測(cè)試技術(shù)的基本任務(wù)：獲取有用的信息獲取有用的信息測(cè)量：測(cè)量：確定被測(cè)物屬性量值，確定被測(cè)物屬性量值， 如：長(zhǎng)度、重量等如：長(zhǎng)度、重量等測(cè)試：測(cè)試：具試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量具試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量 測(cè)量測(cè)量+ +試驗(yàn)試驗(yàn)測(cè)試的作用：測(cè)試的作用：認(rèn)識(shí)客觀世界認(rèn)識(shí)客觀世界 檢驗(yàn)科學(xué)理論和規(guī)律的正確性檢驗(yàn)科學(xué)理論和規(guī)律的正確性測(cè)試的應(yīng)用：測(cè)試的應(yīng)用：工、農(nóng)、醫(yī)、國(guó)防、交通、環(huán)工、農(nóng)、醫(yī)、國(guó)防、交通、環(huán) 保、生活安全等保、生活安全等 二、測(cè)試過程和測(cè)試系統(tǒng)的一般組成二、測(cè)試過程和測(cè)試系統(tǒng)的一般組成 信息：信息：蘊(yùn)涵在信號(hào)中，信號(hào)的內(nèi)容。蘊(yùn)涵在信號(hào)中，信號(hào)的內(nèi)容。 非物質(zhì)的，非物質(zhì)的， 無能量。無

3、能量。 信號(hào)：信號(hào)：信息的載體信息的載體 電、光、力、聲，電、光、力、聲， 物質(zhì)的，有能量。物質(zhì)的，有能量。 例：講話（聲）、警報(bào)聲例：講話（聲）、警報(bào)聲 （聲）、烽火臺(tái)（光）。（聲）、烽火臺(tái)（光）。測(cè)試系統(tǒng)框圖測(cè)試系統(tǒng)框圖 一般說來，測(cè)試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置一般說來，測(cè)試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。和顯示記錄裝置三部分組成。 傳感器傳感器將被測(cè)物理量（如噪聲，溫度）檢出并將被測(cè)物理量（如噪聲，溫度）檢出并轉(zhuǎn)換為電量，轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置中間變換裝置對(duì)接收到的電信號(hào)用硬對(duì)接收到的電信號(hào)用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進(jìn)行信變換

4、后用軟件進(jìn)行信號(hào)分析，號(hào)分析，顯示記錄裝置顯示記錄裝置則測(cè)量結(jié)果顯示出來，提供則測(cè)量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動(dòng)控制裝置。給觀察者或其它自動(dòng)控制裝置。 信息提取信息提取信息調(diào)理信息調(diào)理 傳感器：傳感器：被測(cè)試量轉(zhuǎn)換為同種或別種量值輸出被測(cè)試量轉(zhuǎn)換為同種或別種量值輸出 電信號(hào)電信號(hào) 信號(hào)調(diào)理：信號(hào)調(diào)理：將來自傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成更適于將來自傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成更適于 傳輸和處理的形式傳輸和處理的形式 例：調(diào)幅、調(diào)頻例：調(diào)幅、調(diào)頻 信號(hào)處理：信號(hào)處理：對(duì)信號(hào)運(yùn)算，濾波，分析對(duì)信號(hào)運(yùn)算，濾波，分析 信號(hào)顯示、記錄：信號(hào)顯示、記錄：測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用 在工程領(lǐng)域，科學(xué)實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品開

5、發(fā)、生產(chǎn)在工程領(lǐng)域，科學(xué)實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制等，都離不開測(cè)試技術(shù)。測(cè)試技監(jiān)督、質(zhì)量控制等，都離不開測(cè)試技術(shù)。測(cè)試技術(shù)應(yīng)用涉及到航天、機(jī)械、電力、石化和海洋運(yùn)術(shù)應(yīng)用涉及到航天、機(jī)械、電力、石化和海洋運(yùn)輸?shù)让恳粋€(gè)工程領(lǐng)域。輸?shù)让恳粋€(gè)工程領(lǐng)域。 1、工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用、工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用 a)機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。嗅覺傳感器。 測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的工程

6、應(yīng)用 在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中，測(cè)試環(huán)節(jié)起著系統(tǒng)感官的作在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中，測(cè)試環(huán)節(jié)起著系統(tǒng)感官的作用，是其重要組成部分。用，是其重要組成部分。密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型廣州中鳴數(shù)碼的機(jī)器狗廣州中鳴數(shù)碼的機(jī)器狗b) AGV自動(dòng)送貨車自動(dòng)送貨車 超聲波測(cè)距傳感器、判斷超聲波測(cè)距傳感器、判斷建筑物內(nèi)人和物所在位建筑物內(nèi)人和物所在位置置；紅外線色彩傳感器運(yùn)動(dòng)軌跡和紅外線色彩傳感器運(yùn)動(dòng)軌跡和AGV小車位置小車位置識(shí)別；識(shí)別；條形碼傳感器，條形碼傳感器，貨品貨品識(shí)別。識(shí)別。測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用 香港理工香港理工AGV模型模型c) 生產(chǎn)加工過程監(jiān)測(cè)生產(chǎn)加工過程監(jiān)測(cè)

7、測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用 切削力傳感器，加切削力傳感器，加工噪聲傳感器，超工噪聲傳感器，超聲波測(cè)距傳感器、聲波測(cè)距傳感器、紅外接近開關(guān)傳感紅外接近開關(guān)傳感器等。器等。密歇根大學(xué)數(shù)字化工廠密歇根大學(xué)數(shù)字化工廠測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用 2、流程工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、流程工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控 在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立24小時(shí)在小時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 石化企業(yè)輸石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油管道、儲(chǔ)油罐等壓力油罐等壓力容器的破損

8、容器的破損和泄露檢測(cè)。和泄露檢測(cè)。測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用 3、產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)量、產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)量 在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件出廠時(shí)，在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件出廠時(shí)，必須對(duì)其性能質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量和出廠檢驗(yàn)。必須對(duì)其性能質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量和出廠檢驗(yàn)。 圖示為汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖，測(cè)量參數(shù)圖示為汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖，測(cè)量參數(shù)包括潤(rùn)滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力包括潤(rùn)滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過對(duì)抽樣汽車的測(cè)試，及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過對(duì)抽樣汽車的測(cè)試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。汽車扭距測(cè)量汽車扭距測(cè)量機(jī)床加工精度測(cè)量機(jī)床加工精度測(cè)量測(cè)

9、試技術(shù)的工程應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用 4、樓宇控制與安全防護(hù)、樓宇控制與安全防護(hù) 為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的智能化。在作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的智能化。在樓宇中應(yīng)用了許多測(cè)試技術(shù)，如闖入監(jiān)測(cè)、空氣監(jiān)測(cè)、溫樓宇中應(yīng)用了許多測(cè)試技術(shù)，如闖入監(jiān)測(cè)、空氣監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、電梯運(yùn)行狀況。度監(jiān)測(cè)、電梯運(yùn)行狀況。 圖示為某公司樓宇自動(dòng)化系圖示為某公司樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測(cè)、照明控制、空調(diào)安全監(jiān)測(cè)、照明控制、空調(diào)控制、停車管理、水控制、停車管理、

10、水/廢水管廢水管理和電梯監(jiān)控。理和電梯監(jiān)控。煙霧傳感器亮度傳感器紅外人體探測(cè)器測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用 5、家庭與辦公自動(dòng)化、家庭與辦公自動(dòng)化 在家電產(chǎn)品和辦公自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，人們大量的應(yīng)用在家電產(chǎn)品和辦公自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，人們大量的應(yīng)用了傳感器和測(cè)試技術(shù)來提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。了傳感器和測(cè)試技術(shù)來提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器傳感器，透光率光傳感器(洗凈度洗凈度) 液位傳感器，電液位傳感器，電阻傳感器阻傳感器(衣物烘干檢測(cè)衣物烘干檢測(cè)

11、)。指紋傳感器指紋傳感器透光率傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器溫度傳感器測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用 6、其他應(yīng)用、其他應(yīng)用航天航天農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)交通交通醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用 鼠標(biāo)鼠標(biāo):光電位移傳感器光電位移傳感器攝像頭攝像頭:CCD傳感器傳感器聲位筆聲位筆:超聲波傳感器超聲波傳感器麥克風(fēng)麥克風(fēng):電容傳聲器電容傳聲器聲卡聲卡:A/D卡卡 + D/A卡卡軟驅(qū)軟驅(qū):速度速度,位置伺服位置伺服7、PC機(jī)中的測(cè)試技術(shù)應(yīng)用機(jī)中的測(cè)試技術(shù)應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1、傳感器方面、傳感器方面 a)利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學(xué)效利用新發(fā)

12、現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學(xué)效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器熒光材熒光材料制作料制作的電子的電子鼻傳感鼻傳感器器生物酶血樣分析傳感器生物酶血樣分析傳感器熱熱/光光電量電量b)傳感器傳感器+嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī) 智能傳感器智能傳感器 振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī)智能壓力網(wǎng)絡(luò)智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器傳感器智能智能傾角傾角RS232RS232傳感器傳感器IC總線數(shù)字溫度總線數(shù)字溫度傳感器傳感器測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是采用無線通信的方式將大量無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是采用無線通信的方式將大量的傳感器節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)多跳的、自組織的監(jiān)控的傳感器節(jié)點(diǎn)形

13、成一個(gè)多跳的、自組織的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)n 無線通信傳輸，避免布線困難無線通信傳輸，避免布線困難n 直接數(shù)字化，信號(hào)可靠性高直接數(shù)字化，信號(hào)可靠性高n 自組織、維護(hù)方便、擴(kuò)展性好自組織、維護(hù)方便、擴(kuò)展性好 由于機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)厚由于機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)厚料，爐區(qū)快冷段冷卻料，爐區(qū)快冷段冷卻風(fēng)機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間高溫和風(fēng)機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間高溫和滿負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)下，滿負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)下，軸承座溫度值較高且軸承座溫度值較高且呈上升趨勢(shì)。對(duì)該軸呈上升趨勢(shì)。對(duì)該軸承進(jìn)行冷卻。軸承座承進(jìn)行冷卻。軸承座溫度逐漸恢復(fù)正常，溫度逐漸恢復(fù)正常，從而避免了軸承在長(zhǎng)從而避免了軸承在長(zhǎng)時(shí)間高溫高速運(yùn)行狀時(shí)間高溫高速運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)生研磨的可能態(tài)下發(fā)生研磨的

14、可能性。性。 n冷軋廠四輥軋機(jī)軸承溫度監(jiān)測(cè)冷軋廠四輥軋機(jī)軸承溫度監(jiān)測(cè)四輥軋機(jī)的軸承溫度可以間接地反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。四輥軋機(jī)的軸承溫度可以間接地反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。軋輥軸承所處的工作環(huán)境極其惡劣，在生產(chǎn)中長(zhǎng)期有乳化液進(jìn)行噴軋輥軸承所處的工作環(huán)境極其惡劣，在生產(chǎn)中長(zhǎng)期有乳化液進(jìn)行噴淋，若用傳統(tǒng)的有線方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，難以安全布線，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)淋，若用傳統(tǒng)的有線方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，難以安全布線，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)。 利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行高密封等級(jí)防護(hù)利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行高密封等級(jí)防護(hù)(IP68)。 測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)2、測(cè)量信號(hào)處理方面、測(cè)量信號(hào)處理方面 計(jì)

15、算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù) 用用PC機(jī)儀器板卡機(jī)儀器板卡 代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器用計(jì)算機(jī)軟件用計(jì)算機(jī)軟件 代替硬件分析電路代替硬件分析電路優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)我們的工作我們的工作主要傳感器和測(cè)試儀器生產(chǎn)廠商主要傳感器和測(cè)試儀器生產(chǎn)廠商2、振動(dòng)、振動(dòng)/噪聲傳感器噪聲傳感器 丹麥丹麥B&K（振動(dòng)測(cè)量、聲學(xué)測(cè)量領(lǐng)域最富盛名振動(dòng)測(cè)量、聲學(xué)測(cè)量領(lǐng)域最富盛名）http:/ 美國(guó)美國(guó)霍尼威爾霍尼威爾公司（有全球最大公司（有全球最大傳感器傳感器技術(shù)研究中心）技術(shù)研究中心） http:/ 美國(guó)國(guó)家儀器公司美國(guó)國(guó)家儀器公司(全球最大的計(jì)算機(jī)虛擬儀器生產(chǎn)商全球最大的計(jì)算機(jī)虛擬儀器生產(chǎn)商)http:/ 胡均安，

16、曾光奇，工程測(cè)試基礎(chǔ)，華中科技大學(xué)出版社。胡均安，曾光奇，工程測(cè)試基礎(chǔ)，華中科技大學(xué)出版社。賈民平、張洪廷，測(cè)試技術(shù)，高等教育出版社。賈民平、張洪廷，測(cè)試技術(shù)，高等教育出版社。 黃長(zhǎng)藝、嚴(yán)普強(qiáng)，機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社。黃長(zhǎng)藝、嚴(yán)普強(qiáng)，機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社。 常作升、范福均，機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)，西安交通大學(xué)出版社常作升、范福均，機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)，西安交通大學(xué)出版社 陳杰等，傳感器與檢測(cè)技術(shù)，高等教育出版社陳杰等，傳感器與檢測(cè)技術(shù)，高等教育出版社 吳正毅，測(cè)試技術(shù)與測(cè)試信號(hào)處理，清華大學(xué)出版社吳正毅，測(cè)試技術(shù)與測(cè)試信號(hào)處理，清華大學(xué)出版社 王建民，機(jī)械工程測(cè)試技

17、術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社王建民，機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社 盧文祥，機(jī)械工程測(cè)試盧文祥，機(jī)械工程測(cè)試.信息信息.信號(hào)處理，華中理工大學(xué)出版社信號(hào)處理，華中理工大學(xué)出版社 樊尚春，信號(hào)與測(cè)試技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社樊尚春，信號(hào)與測(cè)試技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社課程特點(diǎn)課程特點(diǎn)1、熟練地對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域分析，系統(tǒng)掌握系統(tǒng)的、熟練地對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域分析，系統(tǒng)掌握系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性尤其是動(dòng)態(tài)特性的分析和評(píng)價(jià)方法，靜、動(dòng)態(tài)特性尤其是動(dòng)態(tài)特性的分析和評(píng)價(jià)方法，了解常用傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換原理，信號(hào)轉(zhuǎn)換的基本了解常用傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換原理，信號(hào)轉(zhuǎn)換的基本方法。方法。2、測(cè)試技術(shù)所涉及的學(xué)科范圍較廣。、測(cè)試技術(shù)所涉

18、及的學(xué)科范圍較廣。3、本課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)。、本課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)。 第二章第二章 信號(hào)及其描述信號(hào)及其描述 第一節(jié)第一節(jié) 信號(hào)的分類與描述信號(hào)的分類與描述 一、信號(hào)的分類：一、信號(hào)的分類：（一）確定性信號(hào)（一）確定性信號(hào)：確定函數(shù)：確定函數(shù)x(t)或表格表示或表格表示 周期信號(hào)周期信號(hào): : x（t）=x (t+nT) （n=1,2,3,.） 00( )cos()kx txtmmkT002周期信號(hào)周期信號(hào)簡(jiǎn)單周期信號(hào)簡(jiǎn)單周期信號(hào)復(fù)雜周期信號(hào)復(fù)雜周期信號(hào)非周期信號(hào)：非周期信號(hào)：準(zhǔn)周期信號(hào)，瞬變信號(hào)準(zhǔn)周期信號(hào)，瞬變信號(hào)（瞬變非周期信號(hào)）（瞬變非周期信號(hào)）準(zhǔn)周期信號(hào)準(zhǔn)周期信號(hào): :

19、由多個(gè)周期信號(hào)合成，但各信號(hào)頻率不成由多個(gè)周期信號(hào)合成，但各信號(hào)頻率不成公倍數(shù)。如：公倍數(shù)。如：)2sin()sin()(tttx瞬變信號(hào)（瞬變非周期信號(hào)）瞬變信號(hào)（瞬變非周期信號(hào)）: :持續(xù)時(shí)間有限的信號(hào)持續(xù)時(shí)間有限的信號(hào) 如如)2sin()(t fAetxt 非確定性信號(hào)非確定性信號(hào)( (隨機(jī)信號(hào)隨機(jī)信號(hào)) )：無法用無法用x(t)描述，不能準(zhǔn)確描述，不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其未來瞬時(shí)值，但具某些統(tǒng)計(jì)特性，用概率統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)其未來瞬時(shí)值，但具某些統(tǒng)計(jì)特性，用概率統(tǒng)計(jì)方法由過去估計(jì)未來。例：天氣預(yù)報(bào)，樹葉在風(fēng)中的方法由過去估計(jì)未來。例：天氣預(yù)報(bào)，樹葉在風(fēng)中的飄動(dòng)飄動(dòng)噪聲信號(hào)噪聲信號(hào)(平穩(wěn)平穩(wěn))噪聲信號(hào)噪聲信

20、號(hào)(非平穩(wěn)非平穩(wěn))統(tǒng)計(jì)特性變異統(tǒng)計(jì)特性變異（二）連續(xù)信號(hào)二）連續(xù)信號(hào)：獨(dú)立變量取值連續(xù)，幅值：獨(dú)立變量取值連續(xù)，幅值 可以連續(xù)也可以離散可以連續(xù)也可以離散 離散信號(hào)：離散信號(hào)：獨(dú)立變量取值離散獨(dú)立變量取值離散幅值連續(xù)幅值連續(xù)幅值不連續(xù)幅值不連續(xù)采樣信號(hào)采樣信號(hào)模擬信號(hào)：模擬信號(hào)：獨(dú)立變量和幅值均連續(xù)獨(dú)立變量和幅值均連續(xù)數(shù)字信號(hào)：數(shù)字信號(hào)：若離散信號(hào)的幅值也是離散若離散信號(hào)的幅值也是離散幅值連續(xù)幅值連續(xù)采樣信號(hào)采樣信號(hào)能量信號(hào)：能量信號(hào)： 例：矩形脈沖信號(hào)，衰減指數(shù)信號(hào)例：矩形脈沖信號(hào)，衰減指數(shù)信號(hào)功率信號(hào)：功率信號(hào)： 例：?jiǎn)巫杂啥日駝?dòng)系統(tǒng)作無阻尼自由振動(dòng)例：?jiǎn)巫杂啥日駝?dòng)系統(tǒng)作無阻尼自由振動(dòng) d

21、ttx)(2dttx)(2121tt 21)(2ttdttx定義討論上述兩個(gè)式子，只可能出現(xiàn)兩種情況：討論上述兩個(gè)式子，只可能出現(xiàn)兩種情況：( (有限值有限值) ) ( (有限值有限值) ) 滿足滿足式的稱為能量信號(hào)，滿足式的稱為能量信號(hào)，滿足式稱功率信號(hào)。式稱功率信號(hào)。 E00 P P0 E定義：一般說來，能量總是與某一物理量的平方成正比定義：一般說來，能量總是與某一物理量的平方成正比。令令R = 1 ，則在整個(gè)時(shí)間域內(nèi)，實(shí)信號(hào)，則在整個(gè)時(shí)間域內(nèi)，實(shí)信號(hào)f(t)的的 2220000d)(1limTTTttfTP平均功率平均功率 222000d)(limTTTttfE能量能量 二、信號(hào)的二、信

22、號(hào)的時(shí)域時(shí)域描述和描述和頻域頻域描述描述 為什么要對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域描述？為什么要對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域描述？信號(hào)的時(shí)域與頻域描述是否包含同樣的信息量？信號(hào)的時(shí)域與頻域描述是否包含同樣的信息量？ 1. .時(shí)域描述：時(shí)域描述：以時(shí)間為獨(dú)立變量以時(shí)間為獨(dú)立變量 ，反映信號(hào)，反映信號(hào) 幅值幅值時(shí)間時(shí)間變化的關(guān)系變化的關(guān)系 不能提示信號(hào)的頻率組成不能提示信號(hào)的頻率組成 2.頻域描述：頻域描述：信號(hào)的信號(hào)的頻率組成及其幅值相角頻率組成及其幅值相角之之 大小大小 揭示：揭示：幅值幅值頻率，頻率， 相位相位頻率頻率 幅頻譜幅頻譜 相頻譜相頻譜 )cos(000tx 簡(jiǎn)諧信號(hào)及其三個(gè)要素 幅值 頻率 相角 n時(shí)域描述：直

23、接觀測(cè)或記錄到的信號(hào)，以時(shí)間時(shí)域描述：直接觀測(cè)或記錄到的信號(hào)，以時(shí)間為獨(dú)立變量的，稱其為信號(hào)的時(shí)域描述。為獨(dú)立變量的，稱其為信號(hào)的時(shí)域描述。000( )()02( )02x tx tnTTAtx tTAt 頻域描述：以頻率作為變量的，頻域描述：以頻率作為變量的，稱其為信號(hào)的頻域描述。稱其為信號(hào)的頻域描述。周期信號(hào)與離散頻譜狄里赫里條件狄里赫里條件:（1）函數(shù)在一周期內(nèi)極大值與極小值為有限個(gè)。）函數(shù)在一周期內(nèi)極大值與極小值為有限個(gè)。（2）函數(shù)在一周期內(nèi)間斷點(diǎn)為有限個(gè)。）函數(shù)在一周期內(nèi)間斷點(diǎn)為有限個(gè)。（3）在一周期內(nèi)函數(shù)絕對(duì)值積分為有限值）在一周期內(nèi)函數(shù)絕對(duì)值積分為有限值 。 dttfT0)(即即

24、T：周期。注意：周期。注意n的取值：周期信號(hào)的取值：周期信號(hào)“無始無終無始無終”傅里葉展開的意義：理論意義：復(fù)雜的周期函數(shù)用簡(jiǎn)單的三角級(jí)數(shù)表示；應(yīng)用意義：用三角函數(shù)之和近似表示復(fù)雜的周期函數(shù)。周期信號(hào)傅里葉級(jí)數(shù)的三角函數(shù)形式周期信號(hào)傅里葉級(jí)數(shù)的三角函數(shù)形式)sincos()(0100tnbtnaatxnnn（n=1, 2, 3，） 220)(1TTdttxTa 220cos)(2TTntdtntxTa 220sin)(2TTntdtntxTb 式中 -周期；w0-基頻, w0=2/T。(1)周期偶函數(shù)只含直流和余弦項(xiàng)000naa(2)周期奇函數(shù)只含正弦項(xiàng)0nb 三角函數(shù)展開式的另一種形式 )c

25、os()(100nnntnAatxN 次諧波 些不 N 次諧波的相角 些不 N 次諧波的頻率 些不 N 次諧波的幅值 些不 信號(hào)的均值， 直流分量 些不 , 3, 2, 1arctg22nabbaAnnnnnn 周期信號(hào)可以看作均值與一系列諧波之和-諧波分析法n傅里葉展開的意義：q理論意義：復(fù)雜的周期函數(shù)用簡(jiǎn)單的三角級(jí)數(shù)表示；q應(yīng)用意義：用三角函數(shù)之和近似表示復(fù)雜的周期函數(shù)。頻譜圖 nAn0 20 2 周期信號(hào)的頻譜三個(gè)特點(diǎn)： 離散性 諧波性 收斂性例例1：求周期性非對(duì)稱周期方波的傅立葉級(jí)數(shù)并畫出頻譜圖 t x(t) -A A T 非對(duì)稱周期方波 周期方波 解：信號(hào)的基頻T20 奇函數(shù)：00n

26、aa 為偶數(shù)為奇數(shù)nnnAnnAttnATttntxTbTTTn04cos12dsin4dsin)(2200220 t 的偶函數(shù) nAbbaAnnnn422，2n ), 5 , 3 , 1(n n次諧波的幅值和相角最后得傅立葉級(jí)數(shù)), 5 , 3 , 1()2cos(4)(0ntnnAtxn n An A434A 54A 2 0 30 50 幅頻譜圖 相頻譜圖頻譜圖t=0, t=T周期性非對(duì)稱方波的1，3，5，7次諧波 定理(收斂定理，狄利赫里充分條件) 設(shè)f(x)是周期為2的周期函數(shù)，如果它滿足： (1)在一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)或只有有限個(gè)第一類間斷點(diǎn)， (2)在一個(gè)周期內(nèi)至多只有有限個(gè)極值點(diǎn)，則f

27、(x)的傅里葉級(jí)數(shù)收斂，并且 當(dāng)x是f(x)的連續(xù)點(diǎn)時(shí)，級(jí)數(shù)收斂于f(x)；收斂定理： 當(dāng) x 是 f(x)的間斷點(diǎn)時(shí)，級(jí)數(shù)收斂于21f(x0)f(x0) 例1 設(shè)f(x)是周期為2的周期函數(shù)，它在, )上的表達(dá)式為.0 , 1 , 0 , 1)(xxxf將f(x)展開成傅里葉級(jí)數(shù) 解 所給函數(shù)滿足收斂定理的條件， 函數(shù)f(x)的傅里葉級(jí)數(shù)在 f(x)的連續(xù)點(diǎn)x(xk) 處收斂于f(x)，在f(x)的間斷點(diǎn)xk(k0, 1, 2, ) 處收斂于21f(x0)f(x0)21(11)0，tusin4 )3sin31(sin4ttu )5sin513sin31(sin4tttu )7sin715si

28、n513sin31(sin4ttttu )7sin715sin513sin31(sin4)( tttttu)0,( tt)9sin917sin715sin513sin31(sin4tttttu 三角函數(shù)系中任何兩個(gè)不同的函數(shù)的乘積在區(qū)間, 上的積分等于零，即三角函數(shù)系的正交性：三角函數(shù)系： 1，cos x，sin x，cos 2x，sin 2x， ，cos nx，sin nx， sin kxsin nx dx 0 (k，n 1，2， ，kn)，sin kxcos nx dx 0 (k，n 1，2， )，sin nx dx 0 (n 1，2， )，cos nx dx 0 (n 1，2， )，,

29、0sinsin nmnmnxdxmx, 0coscos nmnmnxdxmx222222csccot1sectan11cossin1、平方關(guān)系sincoscotcossintan2、商數(shù)關(guān)系1seccos1cscsin1cottan3、倒數(shù)關(guān)系積化和差公式： sinsin=-cos(+)-cos(-)/2 coscos=cos(+)+cos(-)/2 sincos=sin(+)+sin(-)/2 cossin=sin(+)-sin(-)/2 21 cos22cos21 cos22sin1、兩角和、差角的余弦公式、兩角和、差角的余弦公式cos)coscossinsin(cos)coscossin

30、sin(2、兩角和、差角的正弦公式、兩角和、差角的正弦公式sin)sincoscossin(sin)sincoscossin(3、二倍角的正、余弦公式、二倍角的正、余弦公式2222cos2cossin2cos11 2sin sin22sincossincosxbxa化化 為一個(gè)角的三角函數(shù)形式為一個(gè)角的三角函數(shù)形式sincosxbxa222222sincosbabxxababa令令2222cossinabbaba22cossisc sninoabxx22sinabx22cosabx周期信號(hào)傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)指數(shù)形式周期信號(hào)傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)指數(shù)形式n歐拉公式歐拉公式wtjwtjwtesincoswtj

31、wtjwtesincos2cosjwtjwteewtjeewtjwtjwt2sin1j eix=cosx+isinx，e是自然對(duì)數(shù)的底，i是虛數(shù)單位。它將三角函數(shù)的定義域擴(kuò)大到復(fù)數(shù)，建立了三角函數(shù)和指數(shù)函數(shù)的關(guān)系，它在復(fù)變函數(shù)論里占有非常重要的地位。 n傅立葉級(jí)數(shù)的復(fù)指數(shù)形式), 3, 2, 1, 0()(0nectxntjnn 2200)(1TTdttxTac dtetxTjbacTTtjnnnn220)(12 復(fù)數(shù)傅里葉系數(shù)的表達(dá)式其中an，bn的計(jì)算公式與三角函數(shù)形式相同，只是n包括全部整數(shù)。 nnaa nnbb 一般cn是個(gè)復(fù)數(shù)。因?yàn)閍n是n的偶函數(shù)，bn是n的奇函數(shù)，因此 即：實(shí)部相

32、等，虛部相反，cn與與c-n共軛。共軛。nnnncc;傅里葉級(jí)數(shù)系數(shù)之間的關(guān)系傅里葉級(jí)數(shù)系數(shù)之間的關(guān)系22)(22nnnnAbac等于三角函數(shù)模的一半nnnab arctg 2nnAc nnnnnababarctgarctg 與三角函數(shù)形式中的相角相等 00210nA1A2An2nc211Ac 222Ac 002 02 002 0022112n1單邊頻譜 雙邊頻譜 角速度按其旋轉(zhuǎn)方向可以為正或負(fù)，一個(gè)向量的實(shí)部可以看成為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的矢量在其實(shí)軸上投影之和，而虛部則為虛軸上投影之差。中點(diǎn)中點(diǎn) 信號(hào)頻域分析是采用傅立葉變換等方法將時(shí)域信信號(hào)頻域分析是采用傅立葉變換等方法將時(shí)域信號(hào)號(hào) 變換為頻

33、域信號(hào)變換為頻域信號(hào) ，從而幫助人們從另一個(gè)，從而幫助人們從另一個(gè)角度來了解信號(hào)的特征。角度來了解信號(hào)的特征。 )(tx)( fX大型空氣壓縮機(jī)傳動(dòng)裝置故障診斷大型空氣壓縮機(jī)傳動(dòng)裝置故障診斷頻譜分析的應(yīng)用頻譜分析的應(yīng)用 頻譜分析主要用于識(shí)別信號(hào)中的周期分量，是頻譜分析主要用于識(shí)別信號(hào)中的周期分量，是信號(hào)分析中最常用的一種手段。信號(hào)分析中最常用的一種手段。案例：案例：在齒輪箱故障診斷在齒輪箱故障診斷通過齒輪箱振動(dòng)信號(hào)頻譜分析，通過齒輪箱振動(dòng)信號(hào)頻譜分析，確定最大頻率分量，然后根據(jù)確定最大頻率分量，然后根據(jù)機(jī)床轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)鏈，找出故障機(jī)床轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)鏈，找出故障齒輪。齒輪。案例：案例：螺旋漿設(shè)計(jì)螺旋漿

34、設(shè)計(jì)可以通過頻譜分析確定螺旋漿可以通過頻譜分析確定螺旋漿的固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速，確定的固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速，確定螺旋漿轉(zhuǎn)速工作范圍。螺旋漿轉(zhuǎn)速工作范圍。23 非周期信號(hào)與連續(xù)頻譜非周期信號(hào)與連續(xù)頻譜n分兩類：na.準(zhǔn)周期信號(hào)n定義：由沒有公共周期（頻率）的周期信號(hào)組成n頻譜特性：離散性，非諧波性n判斷方法：周期分量的頻率比（或周期比）不是有理數(shù)twt00sin)2sin(nb.瞬變非周期信號(hào) t x(t) t t x(t) x(t) 幾種瞬變非周期信號(hào)一傅立葉變換一傅立葉變換非周期信號(hào)可看作為周期信號(hào) T時(shí)， 0200T時(shí)的信號(hào)， 00其為頻率間隔， 其頻譜是連續(xù)的。 設(shè)一個(gè)周期信號(hào)x(t) ，在

35、（ 2/0T2/0T， ）區(qū)間以傅立葉 級(jí)數(shù)表示： 演變思路：視作周期為無窮大的周期信號(hào)000000002022021( )( )1( )( )TjntjntTnnnTjntjntTnx tc ecx t edtTx tx t edt eT dedtetxtxtjtj)(21)( x(t)的傅里葉變換的傅里葉變換X() 定義x(t)的傅里葉變換X()dtetxXtj)()( X()的傅里葉反變換x(t):deXtxtj)(21)(傅立葉變換對(duì)：傅立葉變換對(duì)： 將 fw2代入，則有： ffX)(幅值譜 ff)(相位譜 ( )12j tj tXx t edtx tXed FTIFTx tX 22(

36、)( )( )( )( )( )jftjftjfXfx t edtx tX f edfX fX fe( )X f注意：nc的區(qū)別 tjnwnnectx0)(nc的量綱與信號(hào)幅值的量綱一樣，而 )( fX的量綱則與信號(hào)幅值量綱不一樣，它是單位頻寬上的幅值， 所以更確切地說 )( fX是頻譜密度函數(shù)是頻譜密度函數(shù) 2( )( )jftx tX f edf與一個(gè)非周期信號(hào)可以分解為角頻率w 連續(xù)變化的無數(shù)諧波deXtj)(21 的疊加 稱X(w)其為函數(shù)x(t)的頻譜密度函數(shù)。以頻率 f (Hz)為自變量，因?yàn)?f=w/(2 )，得dtetxfXtfj2)()( dfefXtxtfj2)()( X(

37、 f )的指數(shù)形式 )()()(fjefXfX 傅立葉變換存在的充分條件傅立葉變換存在的充分條件dttf)( )(X)(幅值頻譜圖 相位頻譜圖 頻譜圖幅值頻譜圖和相位頻譜圖：實(shí)頻譜圖ReX()和虛頻譜圖Lm()如果X(w)是實(shí)函數(shù)，可用一張X(w)圖表示。負(fù)值理解為幅值為X(w)的絕對(duì)值，相角為或(0)( )0(0)tetx tt01( )( )(0)j ttj tXx t edteedtj221( )X)()(arctg x(t)t0( )X1213)(0022例 求矩陣窗函數(shù) 的頻譜 t 1202TttTt其頻譜： 222212jftTjftTjfTjfTWft edtedteejfsin

38、sinc及其圖形： 0sin0arctantansincossin(1) sin0sintan00cos(1) sin0sintan0coscfTcfTcfTcfT 當(dāng)當(dāng)反正切 y=arctanx,x（-，），y（-/2,/2） 正切 y=tanx，xk+/2,kZ，y（-，） 反正切曲線圖反正切曲線圖像與特征反余切曲像與特征反余切曲線圖像與特征線圖像與特征 拐點(diǎn)拐點(diǎn)(同曲線對(duì)稱同曲線對(duì)稱中心中心)：O(0,0) ，該，該點(diǎn)切線斜率為點(diǎn)切線斜率為1二、二、傅里葉變換的主要性質(zhì)傅里葉變換的主要性質(zhì)n（一）疊加性n（二）奇偶虛實(shí)性)()()()(22112211fXafXatxatxaFT 實(shí)偶函

39、數(shù)的傅立葉變換仍為實(shí)偶函數(shù))()(tetft222)(F0)( f(t)(F0t0實(shí)奇函數(shù)的傅立葉變換則為虛奇函數(shù))0()0()(tetetfatat222)(jF)0(2)0(2)( f(t)0222)(F22)(Ft二、二、傅里葉變換的主要性質(zhì)傅里葉變換的主要性質(zhì)n（二）對(duì)稱性 （注意翻轉(zhuǎn)）)()(fxtXFT （三）時(shí)移性質(zhì)020)()(tfjFTefXttx （幅值不變，相位隨 f 改變2ft0）( )()FTx tX ( )2()FTX tx 對(duì)稱性舉例n（四）頻移性質(zhì)n（注意兩邊正負(fù)號(hào)相反）n（五）時(shí)間尺度改變特性)()(020ffXetxFTftj )(1)(afXaatx ot

40、E2 2 tfo E 2 F 2ot 2tfEo E2 22F ot4 4 tf 2Eo 2 E 4 221 F 4 尺度改變性質(zhì)舉例尺度改變性質(zhì)舉例 n （六）微分性質(zhì))()2()(fXfjdttxdnFTnn dtyxtytx)()()()()()()()()()()()(fYfXtytxfYfXtytxFTFT （七）卷積性質(zhì) （1）卷積定義 （2）卷積定理-atf(t)=U(t) h(t)=Ae U(t) 三、三、脈沖函數(shù)及其頻譜脈沖函數(shù)及其頻譜（一） 脈沖函數(shù)： x(t) -/2t t0 1/x(t) t /2)(t)(0ttA000)(ttt 脈沖強(qiáng)度（面積）1)(dtt （二）脈

41、沖函數(shù)的樣質(zhì)1脈沖函數(shù)的采性（相乘）樣質(zhì)：t t0 )(0tt t x(t) )(tx(t) )()0(tx)()(00tttx000)()(0tttttx )()()()()(0000txdttttxdttttx000( ) ( )(0) ( )( ) ()( ) ()x ttxtx tttx ttt0( ) ( )(0)( )lim( )1x tt dtxt dtS t dt)()()()()()()(txdttxdtxttx )()()()()()()(00000ttxdttttxdttxtttx 2脈沖函數(shù)的卷積性質(zhì)： 結(jié)論：平移平移 t t0 )(0tt x(t) )(0ttx（三）

42、脈沖函數(shù)的頻譜1)()()(2 dtetftftjFT 均勻幅值譜由此導(dǎo)出的其他由此導(dǎo)出的其他3個(gè)結(jié)果個(gè)結(jié)果020)(ftjFTett （利用時(shí)移性質(zhì)） ffFT1 （利用對(duì)稱性質(zhì)）)(020ffeFTtfj （對(duì)上式，再用頻移性質(zhì)）（四）正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的頻譜）0022(21)(21212cosffffeeftFTftjftj ）0022(2)(222sinffjffjeejftFTftjftj f )( ff )( f余弦函數(shù)的頻譜 正弦函數(shù)的頻譜 f0 f0 -f0 -f0 -1/2 1/2 1/2 1/2 等間隔的周期單位脈沖序列函數(shù)稱為梳狀函數(shù)，表等間隔的周期單位脈沖序列函數(shù)稱為梳

43、狀函數(shù)，表達(dá)式為：達(dá)式為： 式中式中 T Ts s 為周期，為周期，n n為整數(shù)，為整數(shù)，n=0,n=0,1, 1, 2,2,3, 3, 。因?yàn)橹芷诿}沖序列函數(shù)為周期函數(shù)，所以可以寫成因?yàn)橹芷诿}沖序列函數(shù)為周期函數(shù)，所以可以寫成傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)指數(shù)函數(shù)形式傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)指數(shù)函數(shù)形式 4.周期單位脈沖序列的頻譜周期單位脈沖序列的頻譜( )()Sng ttnT2( )sjkf tnkg tc edt1/,ssnfTc式中系數(shù) 為：因此，有周期單位脈沖序列函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)數(shù)因此，有周期單位脈沖序列函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)數(shù)表達(dá)式：表達(dá)式： 根據(jù)式根據(jù)式 2222221( )1( )1SsSSsSTjk

44、f tTnsTjkf tTsscg t edtTt edtTT21( )sjkf tnsg teT可得周期單位脈沖序列函數(shù)的頻譜，可得周期單位脈沖序列函數(shù)的頻譜， 周期單位脈沖序列的頻譜仍是周期脈沖序列。時(shí)域周期周期單位脈沖序列的頻譜仍是周期脈沖序列。時(shí)域周期為為 ，頻域周期則為，頻域周期則為 ；時(shí)域脈沖強(qiáng)度為；時(shí)域脈沖強(qiáng)度為1 1，頻域脈沖，頻域脈沖強(qiáng)度則為強(qiáng)度則為 。11( )()()skksssnG ffnffTTT31 概述概述測(cè)試系統(tǒng)是執(zhí)行測(cè)試任務(wù)的傳感器、儀器和測(cè)試系統(tǒng)是執(zhí)行測(cè)試任務(wù)的傳感器、儀器和設(shè)備的總稱。設(shè)備的總稱。 簡(jiǎn)單測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)單測(cè)試系統(tǒng)(光電池光電池)V復(fù)雜測(cè)試系統(tǒng)復(fù)雜

45、測(cè)試系統(tǒng)( (軸承缺陷檢測(cè)軸承缺陷檢測(cè)) ) 加速度計(jì)加速度計(jì) 帶通濾波器帶通濾波器 包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器n測(cè)試系統(tǒng)的特性就是：測(cè)量系統(tǒng)、輸入信號(hào)、輸出信號(hào)三者之間的關(guān)系 M 動(dòng)態(tài)測(cè)量 靜態(tài)測(cè)量 h x(t) 靜態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量 如果測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置的輸入、輸出如果測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置的輸入、輸出信號(hào)不隨時(shí)間而變化，則稱為靜態(tài)測(cè)量。信號(hào)不隨時(shí)間而變化，則稱為靜態(tài)測(cè)量。靜態(tài)測(cè)量系統(tǒng)：靜態(tài)測(cè)量系統(tǒng)：輸入量(被測(cè)量)x、輸出量（測(cè)量結(jié)果）都是靜態(tài)量；關(guān)系：y = f(x)， 線性靜態(tài)測(cè)量系統(tǒng)：y = y0 + kx動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)：動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)：輸入量x(t)、輸出量y(t)：都是動(dòng)態(tài)量 關(guān)系：微分方程 測(cè)量

46、：用輸出估計(jì)輸入 研究測(cè)量系統(tǒng)的目的：a.使之更準(zhǔn)確、真實(shí)地測(cè)量；b.選擇、評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)32 測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性一、誤差表達(dá)n絕對(duì)誤差：x:測(cè)量結(jié)果；Q：真值n相對(duì)誤差：,評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果與真值的接近程度n引用誤差：最大允許誤差，Ym：儀器的量程表示儀器精度Qx %100%100Qx %100mnY 定度曲線： 通過實(shí)驗(yàn)得到，反映靜特性靈敏度： xyS非線性度： %100max0AB yxdydxo定度曲線 yxo基準(zhǔn)直線 定度曲線 maxBA 二、靜態(tài)特性回程誤差： yxomaxhA %100maxAh回程誤差： 基準(zhǔn)直線的確定：最小二乘法，端基法 理想的靜特性：?jiǎn)沃?，線性，靈

47、敏度滿足要求33 測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性n 一、一、線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)n （一） 線線性系統(tǒng)的定義n線性系統(tǒng)（僅限于線性定常系統(tǒng)）用常系數(shù)線性微分方程描述的系統(tǒng))()()()()()(01110111txbdttxdbdttxdbtyadttydadttydammmmmmnnnnnn 系統(tǒng)階次：輸出導(dǎo)數(shù)的最高階次，n階 質(zhì)量 M 彈簧 剛度 K 機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模型 阻尼 系數(shù) c C 剛 度K 力)(1txk 位移)(ty )()()()(122txktkydttdycdttydm（二）線性系統(tǒng)的性質(zhì)性質(zhì)1疊加性)()()()()()()()(21212211tytytxtxty

48、txtytx有：；若： 為常數(shù)有：若：ataytaxtytx)()()()( nnnndttyddttxdtytx)()()()(有：若： 性質(zhì)2比例特性性質(zhì)3 微分特性性質(zhì)4積分特性ttdttydttxtytx00)()()()(有：若： 性質(zhì)5頻率保持特性：輸入簡(jiǎn)諧信號(hào)，輸出是同頻率簡(jiǎn)諧信號(hào)頻率保持特性意義：線性系統(tǒng)的輸出、輸入具有相同的頻率成分，反之輸出、輸入具有相同的頻率成分說明系統(tǒng)是線性系統(tǒng)）n二、二、測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)描述測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)描述（一）測(cè)試系統(tǒng)對(duì)任意輸入的響應(yīng)：脈沖響應(yīng)函數(shù)脈沖響應(yīng)函數(shù) 脈沖響應(yīng)函數(shù) h(t): 測(cè)試系統(tǒng)在零初始條件下對(duì) (t)的響應(yīng)。 線性系統(tǒng) )(t )(

49、th nh(t)是系統(tǒng)的是系統(tǒng)的時(shí)域描述：對(duì)于不同系統(tǒng)，h(t)不同測(cè)試系統(tǒng)對(duì)任意輸入的響應(yīng) 線性系統(tǒng) )()(tx )()(thx t t dthxty)()()()()()(thtxty（二）測(cè)試系統(tǒng)特性的頻域描述-頻率響應(yīng)函數(shù))()(HthFT系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)，h(t)的傅里葉變換。 je)(jHjH幅頻特性 相頻特性 頻率響應(yīng)函數(shù) 頻率特性曲線: 包括幅頻特性曲線，相頻特性曲線頻率響應(yīng)函數(shù)的意義 )()()()()()(HXYthtxty兩邊傅里葉變換 此式的數(shù)學(xué)含義數(shù)學(xué)含義：由任意兩個(gè)求出另外一個(gè)兩邊傅里葉變換頻率響應(yīng)函數(shù)。 )(2)(11)()(2)(11)(22nnnnjjHS

50、jjH歸 一 化形式 固有頻率： mkn 阻尼比（率） ： kmcn2 靈敏度： kkS1 已知微分方程時(shí)頻率響應(yīng)函數(shù)的求法例子：二階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)二階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)：質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)：步驟：微分方程二階系統(tǒng)頻率特性曲線幅頻特性、相頻特性曲線：特點(diǎn)及，n的影響。 （1）線性坐標(biāo) （2）波德Bode圖（三）信號(hào)通過系統(tǒng)的時(shí)、頻域響應(yīng)初始條件為零時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)對(duì)諧波輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)： )(jj)()(e)()(e)(e)(e)()()(xxyXjHjHXYjHXYjj輸入諧波幅值乘以頻率響應(yīng)函數(shù)的模等于輸出諧波的幅值 輸入諧波相角加上頻率響應(yīng)函數(shù)的相角等于輸出諧波的相角 )(cos)()(

51、)()()cos()()(iiiiijiiitxHtyeHHtxtx（1）頻域 （2）時(shí)域任意諧波輸入 )()(00ttxAty 0)(tjAejH 三、三、理想頻響函數(shù)理想頻響函數(shù)不失真測(cè)試的時(shí)域條件不失真測(cè)試的時(shí)域條件：成比例，允許時(shí)移兩邊傅里葉變換，得理想頻響函數(shù)理想頻響函數(shù)： 不失真測(cè)試的頻域條件不失真測(cè)試的頻域條件：幅頻特性等于常數(shù)；相頻特性是通過原點(diǎn)，斜率為-t0的斜直線。實(shí)際二階系統(tǒng)：當(dāng)0.60.7，可以獲得近似滿足不失真測(cè)試條件的最寬的頻率段。 設(shè)測(cè)試系統(tǒng)的輸出設(shè)測(cè)試系統(tǒng)的輸出y(t)y(t)與輸入與輸入x(t)x(t)滿足關(guān)系滿足關(guān)系 y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t-

52、tx(t-t0 0) ) 該系統(tǒng)的輸該系統(tǒng)的輸出波形與輸入信出波形與輸入信號(hào)的波形精確地號(hào)的波形精確地一致，只是幅值一致，只是幅值放大了放大了A A0 0倍，在倍，在時(shí)間上延遲了時(shí)間上延遲了t t0 0而已。這種情況而已。這種情況下，認(rèn)為測(cè)試系下，認(rèn)為測(cè)試系統(tǒng)具有不失真的統(tǒng)具有不失真的特性。特性。t tA Ax(t)x(t)y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t)x(t)y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t- tx(t- t0 0) )時(shí)域條件時(shí)域條件 y(t)=A0 x(t-t0) Y()=A0e-jt0X() 不失真測(cè)試系統(tǒng)條件的幅頻特性和相頻特性不失真測(cè)試系統(tǒng)條件的幅頻特性和相頻特性應(yīng)

53、分別滿足應(yīng)分別滿足 A()=AA()=A0 0= =常數(shù)常數(shù) ()=-()=-t t0 0做傅立葉變換做傅立葉變換 頻域定義頻域定義頻率響應(yīng)函數(shù)的測(cè)定n正弦信號(hào)激勵(lì)n脈沖信號(hào)激勵(lì)n階躍信號(hào)激勵(lì)d 一般說來，檢測(cè)系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三一般說來，檢測(cè)系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。部分組成。 傳感器傳感器將被測(cè)物理量將被測(cè)物理量( (如噪聲如噪聲, ,溫度溫度) ) 檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對(duì)接收到的電信號(hào)用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)裝置對(duì)接收到的電信號(hào)用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)A/DA/D變換后用軟件進(jìn)變換后用軟件進(jìn)行行信號(hào)分

54、析信號(hào)分析，顯示記錄裝置則將測(cè)量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其，顯示記錄裝置則將測(cè)量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動(dòng)控制裝置。它自動(dòng)控制裝置。 測(cè)試系統(tǒng)的組成測(cè)試系統(tǒng)的組成力力位移位移 速度速度 加速度加速度 壓力壓力流量流量溫度溫度電阻式電阻式電容式電容式電感式電感式 壓電式壓電式熱電式熱電式 光電式光電式磁電式磁電式電橋電橋 放大器放大器濾波器濾波器調(diào)制器調(diào)制器解調(diào)器解調(diào)器運(yùn)算器運(yùn)算器 阻抗變換器阻抗變換器 筆式記錄儀筆式記錄儀光線示波器光線示波器 磁帶記錄儀磁帶記錄儀 電子示波器電子示波器 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 顯示器顯示器 磁卡磁卡 數(shù)據(jù)處理器數(shù)據(jù)處理器 頻譜分析儀頻譜分析儀

55、FFT 實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀 電子計(jì)算機(jī)電子計(jì)算機(jī) 被測(cè)對(duì)象被測(cè)對(duì)象 傳感器傳感器 中間變換中間變換測(cè)量裝置測(cè)量裝置 顯示及顯示及 記錄裝置記錄裝置 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理裝置處理裝置 激發(fā)裝置激發(fā)裝置 第第4章章 信號(hào)的獲取信號(hào)的獲取 n41 概述概述信號(hào)的轉(zhuǎn)化：機(jī)-電，熱-電，聲-電 傳感器的定義（GB665-87）：完成轉(zhuǎn)換功能，由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。n傳感器的分類1. 按被測(cè)物理量分類:位移傳感器，力傳感器等2. 按工作原理：電阻式，電容式，壓電式等3. 按能量的傳遞方式：有源傳感器，無源傳感器以及其他分類傳感器在汽車中的應(yīng)用日新月異傳感器在汽車中的應(yīng)用日新月異發(fā)動(dòng)機(jī)：發(fā)動(dòng)機(jī)

56、：向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息， 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制 溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等 汽車傳感器：汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容汽車傳感器：汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容 普通轎車：約安裝普通轎車：約安裝幾十到近百只幾十到近百只傳感器，傳感器， 豪華轎車：傳感器數(shù)量可多達(dá)豪華轎車：傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只二百余只。 底底 盤：盤：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、

57、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等 車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫 車車 身：身：提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等 溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車速、測(cè)距、圖象等溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車速、測(cè)距、圖象等 例：空調(diào)機(jī)測(cè)量控制室溫例：空調(diào)機(jī)測(cè)量控制室溫被測(cè)對(duì)象被測(cè)對(duì)象：被測(cè)信息被測(cè)信息：檢測(cè)器具檢測(cè)器具：操作過程操作過程：室內(nèi)空氣室內(nèi)空氣溫度溫度溫度傳感器溫度傳感器 - 熱電阻、熱電偶熱電阻、熱電偶空氣空氣 熱敏電阻熱敏電阻 電信號(hào)電信號(hào) 處

58、理處理 顯示顯示空調(diào)機(jī)空調(diào)機(jī)傳感器在家具生活中的應(yīng)用傳感器在家具生活中的應(yīng)用傳感器技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用與日俱增傳感器技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用與日俱增 家用電器：家用電器： 數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對(duì)焦數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對(duì)焦-紅外測(cè)距傳感器紅外測(cè)距傳感器數(shù)字體溫計(jì)：接觸式數(shù)字體溫計(jì)：接觸式-熱敏電阻，非接觸式熱敏電阻，非接觸式-紅外傳感器紅外傳感器自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測(cè)自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測(cè)-光敏電阻光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測(cè)空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測(cè)-熱敏電阻、熱電偶熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換-駐極電容傳感器駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測(cè)遙

59、控接收：紅外檢測(cè)-光敏二極管、光敏三極管光敏二極管、光敏三極管辦公商務(wù)：辦公商務(wù)：可視對(duì)講、可視電話：圖像獲取可視對(duì)講、可視電話：圖像獲取-面陣面陣CCDCCD掃描儀：文檔掃描掃描儀：文檔掃描-線陣線陣CCDCCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測(cè)紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測(cè)-光敏二極管、光敏三極管光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計(jì)：血壓檢測(cè)電子血壓計(jì)：血壓檢測(cè) - - 壓力傳感器壓力傳感器血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀 - - 離子傳感器離子傳感器檢測(cè)技術(shù)在軍事國(guó)防上的應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)在軍事國(guó)防上的應(yīng)用美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器-OICW 夜視瞄準(zhǔn)夜視

60、瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)美國(guó)國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃美國(guó)國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃-NMD1.1.地基攔截器地基攔截器2.2.早期預(yù)警系統(tǒng)早期預(yù)警系統(tǒng)3.3.前沿部署前沿部署( (如雷達(dá)）如雷達(dá)）4.4.管理與控制系統(tǒng)管理與控制系統(tǒng)5. 5. 衛(wèi)星紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)衛(wèi)星紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng): 探測(cè)和發(fā)現(xiàn)敵探測(cè)和發(fā)現(xiàn)敵人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)彈的飛行軌道；彈的飛行軌道；攔截器：能識(shí)別真假彈攔截器：能識(shí)別真假彈頭，敵友方頭，敵友方傳感器技術(shù)在航天領(lǐng)域舉足輕重傳感器技術(shù)在航天領(lǐng)域舉足輕重飛行器測(cè)控飛行器測(cè)控 - 檢測(cè)飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況，控制與操縱檢測(cè)飛行器姿態(tài)、發(fā)