機械工程技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)24.

1、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械工程測試技術(shù)機械工程測試技術(shù)考試時間：考試時間：1212月月2 2日（日（MonMon）19:30-2119:30-21：0000考試地點：考試地點：33023302華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)題型題型占分占分選擇題選擇題30填空題填空題32計算分析題計算分析題18綜合分析題綜合分析題20華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)1.7 1.7 課程安排課程安排緒緒論論信信號號的的獲獲取取課課堂堂討討論論測測試

2、試裝裝置置的的基基本本特特性性振振動動測測試試力力學(xué)學(xué)量量測測量量 實實驗驗內(nèi)容如下內(nèi)容如下 機械工程測試技術(shù)是機械制造及其自動化、農(nóng)機械工程測試技術(shù)是機械制造及其自動化、農(nóng)業(yè)機械及其自動化等專業(yè)主要的專業(yè)課程，主要培業(yè)機械及其自動化等專業(yè)主要的專業(yè)課程，主要培養(yǎng)學(xué)生對機械工程領(lǐng)域相關(guān)非電量進行測試的理論養(yǎng)學(xué)生對機械工程領(lǐng)域相關(guān)非電量進行測試的理論水平和技能。水平和技能。信信號號描描述述及及分分析析華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí) 被測的量必須有明確的被測的量必須有明確的定義定義 ； 測量測量標(biāo)準標(biāo)準必須通過必須通過協(xié)議協(xié)議事先確定事先確定

3、對事物實施測量必須要滿足如下對事物實施測量必須要滿足如下兩個前提條件：兩個前提條件： 國際計量大會（國際計量大會（CGPMCGPM）定義了）定義了七個基本標(biāo)準七個基本標(biāo)準（國際單位（國際單位SISI）：）：長度長度（L,mL,m）、）、質(zhì)量質(zhì)量（M,kgM,kg）、）、時間時間（T,sT,s）、）、溫度溫度（ ,K,K）、）、電流電流（I,AI,A）、）、光強光強（J,cdJ,cd）和原子物理中的）和原子物理中的物質(zhì)的量物質(zhì)的量（N,molN,mol） 1.1 1.1 測量的基本認識測量的基本認識華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)1.3 1.3

4、 測試系統(tǒng)的一般構(gòu)成測試系統(tǒng)的一般構(gòu)成 一般說來，測試系統(tǒng)的一般說來，測試系統(tǒng)的核心部分核心部分由傳由傳感器、信號調(diào)理和信號分析與處理裝置三感器、信號調(diào)理和信號分析與處理裝置三部分組成。部分組成。被測對象被測對象傳感器傳感器信號信號調(diào)理調(diào)理信號信號分析分析與處理與處理物理量物理量電量電量華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)被測信息被測信息敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件輔助電源輔助電源信號調(diào)理電路信號調(diào)理電路輸出信息輸出信息RLCRLC傳感器傳感器發(fā)電型傳感器發(fā)電型傳感器其他傳感器其他傳感器1.4.2 1.4.2 傳感器的一般構(gòu)成傳感器的一般構(gòu)成

5、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)K K0 01 12 2 E E為為電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)，該值對于特定的，該值對于特定的材料恒定為常數(shù)，說明：電阻值的相對變化與應(yīng)變成正比，因材料恒定為常數(shù)，說明：電阻值的相對變化與應(yīng)變成正比，因此通過測量應(yīng)變此通過測量應(yīng)變 ，便可測量電阻變化，這就是應(yīng)變片原理。，便可測量電阻變化，這就是應(yīng)變片原理。 （1 12 2 ） 項是由幾何尺寸變化引起的，項是由幾何尺寸變化引起的， E E 項是由于電阻率項是由于電阻率變化引起的。對于金屬絲應(yīng)變片來說，（變化引起的。對于金屬絲應(yīng)變片來說，（1 1

6、2 2 ） 項遠大于項遠大于 E E 項項 ，因此，因此而對于半導(dǎo)體而言，而對于半導(dǎo)體而言， E E 項遠大于（項遠大于（1 12 2 ） 項，因此公式可項，因此公式可簡化為：簡化為：K K0 0E E。 drdrldlRdR2ERdR2討論討論)21 (2RdR壓阻效應(yīng)指某些半導(dǎo)體材料在沿某一軸向壓阻效應(yīng)指某些半導(dǎo)體材料在沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。受到外力作用時，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)VER1R3R2R4單臂單臂 半橋半橋全橋全橋2.1.4 2.1.4 直流電橋直流電橋華南農(nóng)業(yè)大學(xué)

7、工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)2.1.4 2.1.4 直流電橋直流電橋abcd1R2R3R4RyU0U1I2I若當(dāng)四個橋臂的阻值變化同號時：若當(dāng)四個橋臂的阻值變化同號時： UoRRRRRRRRUy)(4104030201設(shè)四個橋臂的初始電阻值均為設(shè)四個橋臂的初始電阻值均為R R0 0ERdR2電橋的和差特性電橋的和差特性 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)12432.1.4 2.1.4 直流電橋直流電橋華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí) 變極距型電容傳感

8、器變極距型電容傳感器靈敏度是初始極板間距的函數(shù)，靈敏度是初始極板間距的函數(shù)，隨被測量而變化。隨被測量而變化。C C與被測量之間是非線性關(guān)系。與被測量之間是非線性關(guān)系。因此，因此，變極距型電容式傳感器常工作在一個較小的變極距型電容式傳感器常工作在一個較小的范圍內(nèi)范圍內(nèi)（0.010.01數(shù)百微米），而且數(shù)百微米），而且最大應(yīng)小于極最大應(yīng)小于極板間距板間距的的1/51/51/101/10。減小。減小可以提高靈敏度。但可以提高靈敏度。但過小易導(dǎo)致電容器擊穿（空氣的擊穿電壓為過小易導(dǎo)致電容器擊穿（空氣的擊穿電壓為3kV3kVmmmm）。可在極間加一層云母片（其擊穿電壓大于）?？稍跇O間加一層云母片（其擊穿

9、電壓大于 103kV/mm103kV/mm）或塑料膜來改善電容器耐壓性能。）或塑料膜來改善電容器耐壓性能。020ACS 2.2.1 2.2.1 變極距型電容式傳感器變極距型電容式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)該類型電容式傳感器存在著原理非線性，所以實際應(yīng)用中，該類型電容式傳感器存在著原理非線性，所以實際應(yīng)用中，為了改善非線性、提高靈敏度和減小外界因素為了改善非線性、提高靈敏度和減小外界因素( (如電源電如電源電壓、環(huán)境溫度壓、環(huán)境溫度) )的影響，常常作成的影響，常常作成差動式結(jié)構(gòu)差動式結(jié)構(gòu)或采用適當(dāng)或采用適當(dāng)?shù)臏y量電路來改善其非線性

10、。的測量電路來改善其非線性?？梢苿訕O板可移動極板差動式電容器中間可移動極板分別差動式電容器中間可移動極板分別與兩邊固定的電容器極板形成兩個與兩邊固定的電容器極板形成兩個電容電容C1C1與與C2C2，當(dāng)中間極板向一方移，當(dāng)中間極板向一方移動時，其中一個電容器動時，其中一個電容器C1C1的電容因的電容因間隙增大而減小，而另一個電容器間隙增大而減小，而另一個電容器C2C2的電容因間隙的減小而增大，因的電容因間隙的減小而增大，因此靈敏度將提高一倍。這種差動式此靈敏度將提高一倍。這種差動式電容傳感器不僅可提高靈敏度，也電容傳感器不僅可提高靈敏度，也相應(yīng)地改善了測量線性度。相應(yīng)地改善了測量線性度。 2.2

11、.1 2.2.1 變極距型電容式傳感器變極距型電容式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)2.3.3 2.3.3 電渦流傳感器電渦流傳感器高頻反射式高頻反射式低頻透射式低頻透射式電渦流傳感器的線圈與被測金屬導(dǎo)電渦流傳感器的線圈與被測金屬導(dǎo)體間是磁性耦合，電渦流傳感器是體間是磁性耦合，電渦流傳感器是利用這種耦合程度的變化來進行測利用這種耦合程度的變化來進行測量的量的。被測物體的物理性質(zhì)，以及。被測物體的物理性質(zhì)，以及它的尺寸等都與總的測量裝置特性它的尺寸等都與總的測量裝置特性有關(guān)。一般來說，被測物的電導(dǎo)率有關(guān)。一般來說，被測物的電導(dǎo)率越高，傳感

12、器的靈敏度也越高。越高，傳感器的靈敏度也越高。在金屬板內(nèi)產(chǎn)生電渦流，該電渦在金屬板內(nèi)產(chǎn)生電渦流，該電渦流消耗了部分能量，使到達線圈流消耗了部分能量，使到達線圈L L2 2的磁力線減小，從而引起的磁力線減小，從而引起e e2 2的的下降。金屬板厚度越大，電渦流下降。金屬板厚度越大，電渦流損耗越大，損耗越大，e e2 2就越小。激勵頻率就越小。激勵頻率應(yīng)選得較低。使貫穿深度大于被應(yīng)選得較低。使貫穿深度大于被測厚度，通常選測厚度，通常選1kHz1kHz左右。左右。 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)2.4.4 2.4.4 壓電傳感器測量電路壓電傳感器

13、測量電路壓電傳感器本身所產(chǎn)生的電荷量很小，而傳感器本身的內(nèi)壓電傳感器本身所產(chǎn)生的電荷量很小，而傳感器本身的內(nèi)阻又很大，因此其輸出信號十分微弱，給后續(xù)電路提出很阻又很大，因此其輸出信號十分微弱，給后續(xù)電路提出很高要求。需將壓電傳感器先接到高要求。需將壓電傳感器先接到高輸入阻抗的前置放大器高輸入阻抗的前置放大器，經(jīng)阻抗變換之后再采用一般的放大、檢波電路處理，方可經(jīng)阻抗變換之后再采用一般的放大、檢波電路處理，方可將輸出信號提供給指示及記錄儀表。將輸出信號提供給指示及記錄儀表。電壓放大器電壓放大器電荷放大器電荷放大器對電纜的對地電容十分敏感對電纜的對地電容十分敏感與電纜引線所形成的分布電容無關(guān)與電纜引

14、線所形成的分布電容無關(guān)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)2.5 2.5 磁電式傳感器磁電式傳感器霍霍 爾爾 式式霍爾傳感器是利用半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)進行測量的一種霍爾傳感器是利用半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)進行測量的一種傳感器。它可以直接測量磁場及微位移量，也可以間接測傳感器。它可以直接測量磁場及微位移量，也可以間接測量液位、壓力等工業(yè)生產(chǎn)過程參數(shù)。目前霍爾傳感器已從量液位、壓力等工業(yè)生產(chǎn)過程參數(shù)。目前霍爾傳感器已從分立元件發(fā)展到了集成電路的階段，正越來越受到人們的分立元件發(fā)展到了集成電路的階段，正越來越受到人們的重視，應(yīng)用日益廣泛。重視，應(yīng)用日益廣泛

15、。（需供電源）（需供電源） 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí) 由由A A、B B兩種不同的導(dǎo)體兩端相互緊密地接在一起，組成一兩種不同的導(dǎo)體兩端相互緊密地接在一起，組成一個閉合回路。當(dāng)兩接點的溫度不等（個閉合回路。當(dāng)兩接點的溫度不等（TT0TT0）時，回路中就）時，回路中就會產(chǎn)生電動勢，從而形成電流，串接在回路中的電流表指會產(chǎn)生電動勢，從而形成電流，串接在回路中的電流表指針將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象通常稱為針將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象通常稱為熱電效應(yīng)（塞貝克效熱電效應(yīng)（塞貝克效應(yīng)）應(yīng)）。 ABTT0TTABABdTTTE0)0,(2.6 2.6 熱電式傳感

16、器熱電式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)ABTT0ABTT0EAB(T)EB(T,T0)EAB(T0)EA(T,T0)熱電偶回路中總的熱電勢熱電偶回路中總的熱電勢應(yīng)是接觸電勢與溫差電勢之和應(yīng)是接觸電勢與溫差電勢之和ABAB(T, T(T, T0 0)=E)=EABAB(T) -E(T) -EABAB(T(T0 0) +E) +EB B(T, T(T, T0 0) -E) -EA A(T, T(T, T0 0) )2.6.1 2.6.1 熱電式傳感器工作機理熱電式傳感器工作機理華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)

17、機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)2.7 2.7 光電傳感器光電傳感器光電傳感器是采用光電元件做為檢測元件的傳感光電傳感器是采用光電元件做為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí) 在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光外光電效應(yīng)電效應(yīng)，基于外光電效應(yīng)的光電元件有，基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管、光電光電管、光電倍增管倍增管

18、等；等； 在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光內(nèi)光電效應(yīng)電效應(yīng)?；趦?nèi)光電效應(yīng)的光電元件有。基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件有光敏電阻、光光敏電阻、光敏晶體管敏晶體管等；等； 在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)，基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有，基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電光電池池等。等。 用光照射某一物體，光子能量就傳遞給電子，并且是用光照射某一物體，光子能量就傳遞給電子，并且是一個光子的全部能量一次性地被一個電子所吸收，電子得一個光子的全部能量一次性地被一個電子所吸

19、收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會發(fā)生變化，從而使受光照到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)。射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)。光電效應(yīng)光電效應(yīng)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)光電元件的主要特性光電元件的主要特性2.7.2 2.7.2 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)2.7.2 2.7.2 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)3.1.3 3

20、.1.3 信號的時域和頻域描述信號的時域和頻域描述數(shù)學(xué)描述數(shù)學(xué)描述時域描述時域描述頻域描述頻域描述無論采用哪一種無論采用哪一種描述方法，同一描述方法，同一信號均含有相同信號均含有相同的信息量，不會的信息量，不會因采取不同的方因采取不同的方法而增添或減少法而增添或減少原信號的信息量原信號的信息量 。三種方法都包含三種方法都包含了信號的全部信了信號的全部信息息華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)3.1.3 3.1.3 信號的時域和頻域描述信號的時域和頻域描述時間時間幅值幅值頻率頻率時域分析時域分析頻域分析頻域分析華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)

21、院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)由此可得該周期方波信號的傅里葉級數(shù)三角函數(shù)展開式：由此可得該周期方波信號的傅里葉級數(shù)三角函數(shù)展開式：.)5sin513sin31(sin4)(000ttttxAn030504/()03050其幅頻譜和相頻譜圖如圖其幅頻譜和相頻譜圖如圖 ：3.2.3 3.2.3 周期信號頻域描述小結(jié)周期信號頻域描述小結(jié)1tx(t)T/2T/2華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)3.2.3 3.2.3 周期信號頻域描述小結(jié)周期信號頻域描述小結(jié)周期信號的頻譜是離散頻譜；（周期信號的頻譜是離散頻譜；（離散性離散性）周期信號的

22、譜線均出現(xiàn)在基波及各次諧波頻率處（出現(xiàn)周期信號的譜線均出現(xiàn)在基波及各次諧波頻率處（出現(xiàn)在基波頻率的整數(shù)倍上）；（在基波頻率的整數(shù)倍上）；（諧波性諧波性）周期信號的幅值譜中各頻率分量的幅值隨著頻率的升高周期信號的幅值譜中各頻率分量的幅值隨著頻率的升高而減小，頻率越高，幅值越小。工程中常見的周期信號，而減小，頻率越高，幅值越小。工程中常見的周期信號，其諧波幅值總的趨勢是隨諧波次數(shù)的增高而減小，因此，其諧波幅值總的趨勢是隨諧波次數(shù)的增高而減小，因此，在頻譜分析中沒有必要取那些次數(shù)過高的諧波分量；在頻譜分析中沒有必要取那些次數(shù)過高的諧波分量；（收斂性收斂性）當(dāng)周期信號有時間移位當(dāng)周期信號有時間移位 時

23、，其振幅譜不變，相位譜發(fā)時，其振幅譜不變，相位譜發(fā)生生 n n 0 0 弧度的變化?；《鹊淖兓?。三角傅立葉級數(shù)與指數(shù)傅立葉級數(shù)并不是兩種不同類型三角傅立葉級數(shù)與指數(shù)傅立葉級數(shù)并不是兩種不同類型的級數(shù)，而只是同一級數(shù)的兩種不同的表示方法。的級數(shù)，而只是同一級數(shù)的兩種不同的表示方法。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)3.3 3.3 非周期信號與連續(xù)頻譜非周期信號與連續(xù)頻譜傅里葉傅里葉級數(shù)展開級數(shù)展開0 t0 f離散頻譜所對應(yīng)的時域信號是否一定是周期信號離散頻譜所對應(yīng)的時域信號是否一定是周期信號具有離散頻譜的信號不一定是周期信號。只有其各具有離散頻譜

24、的信號不一定是周期信號。只有其各簡諧成分的頻率比是有理數(shù)，它們才能在某個時間簡諧成分的頻率比是有理數(shù)，它們才能在某個時間間隔后周而復(fù)始，合成后的信號才是周期信號。把間隔后周而復(fù)始，合成后的信號才是周期信號。把具有離散頻譜的非周期信號稱準周期信號。具有離散頻譜的非周期信號稱準周期信號。 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)3.3.2 3.3.2 幾種典型非周期信號的頻譜幾種典型非周期信號的頻譜 函函 數(shù)數(shù) ； 單位沖激函數(shù)單位沖激函數(shù)(t t) ) 也稱狄拉克函數(shù)也稱狄拉克函數(shù)或或函數(shù)，其定義是：在函數(shù)，其定義是：在t t00時，函時，函數(shù)值均為數(shù)

25、值均為0 0；在；在t t=0=0處，函數(shù)值為無窮處，函數(shù)值為無窮大，而脈沖面積為大，而脈沖面積為1 1。0, 1)(tdtt0, 0)( tt其頻譜函數(shù)為：其頻譜函數(shù)為：其包括了所有的頻率成分，且所有頻率其包括了所有的頻率成分，且所有頻率分量成分的幅度、相位都相同。因此，分量成分的幅度、相位都相同。因此，時域的時域的函數(shù)具有無限寬廣的頻譜，而函數(shù)具有無限寬廣的頻譜，而且在所有的頻段上都是等強度的，這種且在所有的頻段上都是等強度的，這種頻譜常稱為頻譜常稱為“均勻譜均勻譜”。 “ “白色譜白色譜”華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí) 22/2/22

26、2sin/2/22sinsinsin,j tj tjjAGg t edtA edtA eeAA Sincxc xx（ ）稱為抽樣函數(shù)3.3.2 3.3.2 幾種典型非周期信號的頻譜幾種典型非周期信號的頻譜矩形窗函數(shù)矩形窗函數(shù) 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)被測對象被測對象傳感器傳感器信號信號調(diào)理調(diào)理顯示記顯示記錄裝置錄裝置華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)4.1 4.1 誤差描述誤差描述“一切測量都有誤差，誤一切測量都有誤差，誤差自始至終存在于所有科差自始至終存在于所有科學(xué)試驗的過程中學(xué)試驗

27、的過程中” 誤差：誤差：測量裝置的示值和被測量的真值之間的差值測量裝置的示值和被測量的真值之間的差值 0 xxx華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)引用誤差（滿度相對誤差）：引用誤差（滿度相對誤差）：分母為儀器量程滿度值分母為儀器量程滿度值x xm m 。引用誤差是為評價測。引用誤差是為評價測量儀表的精確度等級而引入的，常以允許引用誤差量儀表的精確度等級而引入的，常以允許引用誤差值來作為準確度級別的代號。國際上規(guī)定：值來作為準確度級別的代號。國際上規(guī)定：電測儀電測儀表的精度等級指數(shù)分為表的精度等級指數(shù)分為0.10.1、0.20.2、0.50.5、

28、1.01.0、1.51.5、2.52.5、5.05.0七級。七級。 %100mxxr4.1 4.1 誤差描述誤差描述被測量值與量程被測量值與量程xmxm相差越小，測量精度越高。選量相差越小，測量精度越高。選量程時，應(yīng)盡可能將測量值近似儀表滿度值，程時，應(yīng)盡可能將測量值近似儀表滿度值，一般不一般不小于滿度值的小于滿度值的2/32/3。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí))()(11tytx)()(22tytx)()()()(2121tytytxtx疊加性意味著作用于線性裝置的各個輸入所產(chǎn)生的輸出疊加性意味著作用于線性裝置的各個輸入所產(chǎn)生的輸出是互不

29、影響的；是互不影響的；一個輸入絕不影響另一輸入所引起的輸一個輸入絕不影響另一輸入所引起的輸出。出。在分析眾多輸入同時加在裝置上所產(chǎn)生的總效果時，在分析眾多輸入同時加在裝置上所產(chǎn)生的總效果時，可以先分別分析單個輸入的效果，然后將這些效果疊加可以先分別分析單個輸入的效果，然后將這些效果疊加起來表示總的效果。起來表示總的效果。4.2 4.2 線性時不變特征線性時不變特征疊疊 加加 原原 理理幾個輸入所產(chǎn)生的總輸出是各個輸入所產(chǎn)生的輸幾個輸入所產(chǎn)生的總輸出是各個輸入所產(chǎn)生的輸出疊加的結(jié)果。即若：出疊加的結(jié)果。即若：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)4.

30、2 4.2 線性時不變特征線性時不變特征同同 頻頻 性性 同頻性也稱頻率保持性同頻性也稱頻率保持性。若給測試裝置輸入。若給測試裝置輸入某一頻率的正（余）弦信號，則某一頻率的正（余）弦信號，則穩(wěn)態(tài)輸出穩(wěn)態(tài)輸出必必定是與輸入相同頻率的正（余）弦信號。定是與輸入相同頻率的正（余）弦信號。 )sin()()sin()(00yxtYtytXtx華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)靈靈 敏敏 度度線線 性性 度度重重 復(fù)復(fù) 性性回程誤差回程誤差穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性漂漂 移移分分 辨辨 力力閾閾 值值總總 精精 度度靜態(tài)特性：靜態(tài)特性：當(dāng)被測量是恒定的、或是緩慢變

31、化的物理當(dāng)被測量是恒定的、或是緩慢變化的物理量時所涉及的是系統(tǒng)的靜態(tài)特性問題。當(dāng)輸入信號為量時所涉及的是系統(tǒng)的靜態(tài)特性問題。當(dāng)輸入信號為一靜態(tài)量時，測試裝置的輸出也是靜態(tài)量，這時輸出一靜態(tài)量時，測試裝置的輸出也是靜態(tài)量，這時輸出與輸入之間的關(guān)系稱為測試裝置的靜態(tài)特性。是測試與輸入之間的關(guān)系稱為測試裝置的靜態(tài)特性。是測試裝置的重要指標(biāo)。裝置的重要指標(biāo)。 4.3 4.3 測試裝置的靜態(tài)特性測試裝置的靜態(tài)特性華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)線性度線性度 亦稱非線性度或非線性誤差。指裝置的亦稱非線性度或非線性誤差。指裝置的輸出與輸入偏差線性關(guān)系的程度

32、。實際輸出與輸入偏差線性關(guān)系的程度。實際的輸出、的輸出、 輸入曲線與輸入曲線與擬合曲線擬合曲線( (工作曲工作曲線，一般為直線線，一般為直線) )間必有偏差，其最大偏間必有偏差，其最大偏差的相對值差的相對值 E EL L 即為線性度即為線性度maxFSymxyxmaxFSymxyxmaxFSymxyxEL=maxYFS100%最大偏差最大偏差輸出滿量程值輸出滿量程值4.3 4.3 測試裝置的靜態(tài)特性測試裝置的靜態(tài)特性華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)靈敏度靈敏度 當(dāng)裝置輸入一個變化量當(dāng)裝置輸入一個變化量x x時，產(chǎn)生輸出的變時，產(chǎn)生輸出的變化量

33、化量y y；輸出的變化量；輸出的變化量y y與輸入的變化量與輸入的變化量x x的比值稱作裝置的靈敏度。的比值稱作裝置的靈敏度。 xySx yxy ixyxxySn ixxinxdydS 4.3 4.3 測試裝置的靜態(tài)特性測試裝置的靜態(tài)特性華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)4.3 4.3 測試裝置的靜態(tài)特性測試裝置的靜態(tài)特性重復(fù)性重復(fù)性 重復(fù)性亦稱精度，是測試裝置最重要的靜態(tài)特重復(fù)性亦稱精度，是測試裝置最重要的靜態(tài)特性。重復(fù)性表示由同一觀察者采用相同的測量性。重復(fù)性表示由同一觀察者采用相同的測量條件、方法及儀器對同一被測量所作的一組測條件、方法及

34、儀器對同一被測量所作的一組測量之間的接近程度。它表征測試裝置隨機誤差量之間的接近程度。它表征測試裝置隨機誤差接近于零的程度。重復(fù)性屬于隨機誤差，接近于零的程度。重復(fù)性屬于隨機誤差，一般一般根據(jù)標(biāo)準偏差來計算重復(fù)性指標(biāo)。根據(jù)標(biāo)準偏差來計算重復(fù)性指標(biāo)。 max FSymxyxix1ijy2ijy%100/32maxFSxyE2112) 1/()(njiijnyy其中：根據(jù)貝塞爾公式：其中：根據(jù)貝塞爾公式：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)4.4.1 4.4.1 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)拉普拉斯變換拉普拉斯變換 具有相同傳遞函數(shù)的系統(tǒng)可以具有具有相同傳遞函數(shù)

35、的系統(tǒng)可以具有不同的物理結(jié)構(gòu)；不同的物理結(jié)構(gòu)； 測試裝置 系統(tǒng)激勵系統(tǒng)激勵 系統(tǒng)響應(yīng)系統(tǒng)響應(yīng)X(s)H(s)Y(s)()()(sXsYsHH(s)H(s)與輸入與輸入x(t)x(t)及系統(tǒng)的初始狀態(tài)無關(guān)及系統(tǒng)的初始狀態(tài)無關(guān)，只表達了系統(tǒng)的傳輸特性只表達了系統(tǒng)的傳輸特性 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)4.4.2 4.4.2 頻率響應(yīng)函數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù)：頻率響應(yīng)函數(shù)：初始狀態(tài)為零時，初始狀態(tài)為零時，H(j)H(j)為輸出量的為輸出量的傅氏變換和輸入量的傅氏變換之比。頻率響應(yīng)函數(shù)是傅氏變換和輸入量的傅氏變換之比。頻率響應(yīng)函數(shù)是傳遞函數(shù)的

36、特例。傳遞函數(shù)的特例。 )()()(XYjH對于穩(wěn)定的線性定常系統(tǒng)，可設(shè)對于穩(wěn)定的線性定常系統(tǒng)，可設(shè) ，根據(jù)拉氏，根據(jù)拉氏定義有：定義有：js 0)()(dtetyjYtj此式為單邊傅里葉變換公式。相應(yīng)地有此式為單邊傅里葉變換公式。相應(yīng)地有 ：niiimrrrjajbXYjH00)()()()()( 定定 義義華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)4.4.2 4.4.2 頻率響應(yīng)函數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù) 幅頻、相頻特性分別表征裝置對輸入信號中各個頻率分量幅頻、相頻特性分別表征裝置對輸入信號中各個頻率分量幅值的縮放能力和相位角前后移動能力。幅值的縮放能力和相

37、位角前后移動能力。 tXtxsin)(0)sin()(0tYty測試裝置測試裝置系統(tǒng)激勵系統(tǒng)激勵 系統(tǒng)響應(yīng)系統(tǒng)響應(yīng)模模A A()()反映的是裝置穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的幅值比（反映的是裝置穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的幅值比（Y/XY/X）與被測信號頻率與被測信號頻率的對應(yīng)關(guān)系，稱為的對應(yīng)關(guān)系，稱為裝置的幅頻特性裝置的幅頻特性；其相角其相角()()反映的是裝置穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的相位差角反映的是裝置穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的相位差角（y-xy-x）與被測信號頻率）與被測信號頻率的對應(yīng)關(guān)系，稱為裝置的的對應(yīng)關(guān)系，稱為裝置的相頻特性相頻特性。統(tǒng)稱。統(tǒng)稱頻率特性頻率特性 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機

38、械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)4.4.2 4.4.2 頻率響應(yīng)函數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù)函數(shù)測定函數(shù)測定華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí) 例例：低通濾波器的：低通濾波器的幅頻特性幅頻特性如圖如圖a a所示，其所示，其相頻特性相頻特性為為0 0。若輸入如圖若輸入如圖b b所示的方波信號，試求濾波器的輸出。假定方波所示的方波信號，試求濾波器的輸出。假定方波信號為：信號為：基波頻率基波頻率 三次諧波頻率為三次諧波頻率為 . .由此可見由此可見, ,方波信號方波信號經(jīng)該濾波器以后經(jīng)該濾波器以后, ,其輸出將只包含有直流分量其輸出將只包含有直流分量E/2E/2和基波分量和

39、基波分量, ,并且基波幅值被衰減為原來的并且基波幅值被衰減為原來的2/3,2/3,輸出表達式為輸出表達式為 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí))10cos(1)(5 . 0)(112111arctgtty)86. 210cos(499. 0)(1tty)()()(21txtxtx（1 1）)5 .2645100cos(17. 0)(2tty)()()(21tytyty（3 3）線性疊加性，有：）線性疊加性，有：（2 2）輸入為）輸入為 時，則輸出時，則輸出)(1tx)(1ty例：求周期信號例：求周期信號 ，通過傳遞，通過傳遞函數(shù)為：函數(shù)為： 的

40、傳感器后所得到的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的傳感器后所得到的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)輸出。輸出。)45100cos(2 . 010cos5 . 0)(tttx1005. 01)(ssH華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí) 設(shè)測試系統(tǒng)的輸出設(shè)測試系統(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-tx(t-t0 0) )該系統(tǒng)的輸出波形該系統(tǒng)的輸出波形與輸入信號的波形與輸入信號的波形精確地一致，只是精確地一致，只是幅值放大了幅值放大了A A0 0倍，倍，在時間上延遲了在時間上延遲了t t0 0而已。這種情況下，而已。這

41、種情況下，認為測試系統(tǒng)具有認為測試系統(tǒng)具有不失真的特性。不失真的特性。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) )時域條件時域條件4.5.4 4.5.4 裝置不失真測量條件裝置不失真測量條件華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí) y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t-tx(t-t0 0) ) Y()=AY()=A0 0e e-jt0-jt0X()X() 不失真測試系統(tǒng)條件的幅頻特性和相頻特性應(yīng)分別滿足不失真測試系統(tǒng)條件的幅頻特性和相頻特性應(yīng)分別滿足

42、 A()=AA()=A0 0= =常數(shù)常數(shù) ()=-t()=-t0 0對時域條件做傅立葉變換對時域條件做傅立葉變換 ：4.5.4 4.5.4 裝置不失真測量條件裝置不失真測量條件頻域定義頻域定義華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)4.5 4.5 傳感器選用原則傳感器選用原則選擇傳感器主要考慮選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測量方式穩(wěn)定性、精確度、測量方式等六個方面的問題。等六個方面的問題。靈敏度靈敏度 一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但在一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但在確定靈敏度時，要

43、考慮以下幾個問題。確定靈敏度時，要考慮以下幾個問題。 a)a)靈敏度過高引起的干擾問題；靈敏度過高引起的干擾問題； b)b)量程范圍。量程范圍。 c)c)交叉靈敏度問題。交叉靈敏度問題。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)4.6 4.6 測試裝置動態(tài)特性參數(shù)測試測試裝置動態(tài)特性參數(shù)測試 測試裝置測試裝置輸入（激勵）輸入（激勵）輸出（響應(yīng)）輸出（響應(yīng)）X(t)X(t)y(t)y(t)Y(Y( ) )X(X( ) )靜態(tài)特性靜態(tài)特性動態(tài)特性動態(tài)特性一階裝置一階裝置二階裝置二階裝置靈靈 敏敏 度度線線 性性 度度回程誤差回程誤差重重 復(fù)復(fù) 性性穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定動態(tài)標(biāo)定動態(tài)標(biāo)定華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)機械測試技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí) 裝置的靜態(tài)特性標(biāo)定裝置的靜態(tài)特性標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)準條件靜態(tài)標(biāo)準條件 沒有加速度、振動、沖擊及環(huán)境溫度一般為室溫、相對濕度不沒有加速度、振動、沖擊及環(huán)境溫度一般為室溫、相對濕度不大于大于8585，大氣壓力為，大氣壓力為1011018kPa8kPa標(biāo)定儀器設(shè)備的精度等級標(biāo)