第2講 測試系統(tǒng)(12)1

2023/10/1812-1測試系統(tǒng)組成與特性2-2測試系統(tǒng)的設(shè)計2-3常用動態(tài)傳感器2-4信號的調(diào)理2-5數(shù)據(jù)采集2-6測試可疑數(shù)據(jù)的取舍第2章測試系統(tǒng)問題：信號從何而來？

2如何保證信號的真實性？21測試系統(tǒng)的組成3任何測量結(jié)果都存在誤差，必需把誤差限制在允許范圍內(nèi)。測試系統(tǒng)中每個環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量之間必須具有對應(yīng)關(guān)系，要求輸出的變化在給定的誤差范圍內(nèi)反映其輸入的變化，即實現(xiàn)不失真的測試。系統(tǒng)的傳輸特性確定了輸出與輸入之間的關(guān)系，工程測試問題都可以歸結(jié)為輸入、輸出和系統(tǒng)傳輸特性之間的關(guān)系問題。輸入、輸出、傳輸特性4測試系統(tǒng)概念h(t)H(s)系統(tǒng)輸入輸出x(t)X(s)Y(s)y(t)（激勵）

（響應(yīng)）

輸入（激勵）：外界對系統(tǒng)的作用。輸出（響應(yīng)）：系統(tǒng)對輸入的反映。測量系統(tǒng)特性：傳輸特性，即輸入與輸出的關(guān)系。特性分類：靜態(tài)特性：被測量變換緩慢或不變動態(tài)特性：被測量變化迅速5靜態(tài)特性的定量指標實際測量裝置并非理想的定常線性系統(tǒng)，在靜態(tài)測量中，上式實際變?yōu)椋红o態(tài)特性就是在靜態(tài)測量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。xyxy測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性常用的定量指標

線性度靈敏度分辨力指能引起輸出量發(fā)生變化時輸入量的最小變化量回程誤差重復(fù)性誤差放大倍數(shù)？靜態(tài)特性在設(shè)備指標上的表征

美國PCB公司（PCBPiezotronicsInc.美國壓電有限公司）是世界著名的傳感器制造公司，成立于1967年，一直致力于壓電測量技術(shù)的研究、開發(fā)和產(chǎn)品制造，位于美國紐約州布法羅市。其出品的加速度、壓力、力等傳感器及相應(yīng)的測量儀器，廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、兵器、核工業(yè)、石化、水力、電力、輕工、交通、車輛和科研等領(lǐng)域。7北京東方振動和噪聲技術(shù)研究所（簡稱東方所）成立于1985年10月11日，是一座高新技術(shù)研究所，其前身是1983年成立的中國科協(xié)咨詢中心振動技術(shù)咨詢部。二十多年來一直專注于振動、沖擊、噪聲、應(yīng)變測試服務(wù)、動態(tài)測試、信號處理、模態(tài)分析、試驗技術(shù)、教學(xué)實驗、虛擬儀器和測控技術(shù)等領(lǐng)域的測試服務(wù)和試驗設(shè)備研發(fā)、銷售的廠家。892.測試系統(tǒng)動態(tài)特性

描述方法:

時域－微分方程，脈沖響應(yīng)函數(shù)

頻域－頻率響應(yīng)函數(shù)

復(fù)數(shù)域－傳遞函數(shù)10定常線性系統(tǒng)（時不變線性系統(tǒng)）用常微分方程來描述輸入和輸出之間的關(guān)系：

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性參數(shù)；

系統(tǒng)的階次

輸出量最高微分階次；

時不變線性系統(tǒng)

線性系統(tǒng)方程中各系數(shù)在工作中不隨時間和輸入量的變化而變化。工程中使用的測試裝置大都是定常線性系統(tǒng)。

11當(dāng)系統(tǒng)初始條件為零時，對上式進行拉氏變換得整理后可得系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：傳遞函數(shù)的概念零初始條件下，定常線性系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。12拉氏變換概念函數(shù)（）的拉氏變換為：

式中

，S為拉氏算子，和皆為實變量，稱為象函數(shù)，

為原函數(shù)。

為表達方便，通常把上式記為：

如果已知象函數(shù)，可以用下式求出原函數(shù)

增加內(nèi)容

13拉氏變換性質(zhì)微分定理初始值都為零時，原函數(shù)的導(dǎo)數(shù)的拉氏變換為：拉氏變換有許多重要性質(zhì)，這里只介紹微分定理。增加內(nèi)容

傳遞函數(shù)的應(yīng)用14在信號分析領(lǐng)域重要的是由它導(dǎo)出了頻響函數(shù)。152）脈沖響應(yīng)函數(shù)（1）脈沖響應(yīng)函數(shù)的定義

初始條件為零的情況下，在時刻，給測試系統(tǒng)施加一單位脈沖，如果測量系統(tǒng)是穩(wěn)定的，那么經(jīng)過一段時間后它會漸漸地恢復(fù)到原來的平衡位置。把測量系統(tǒng)對單位脈沖輸入的響應(yīng)叫作測量系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)，也叫作權(quán)函數(shù)，用表示。16（2)測量系統(tǒng)對任意輸入的響應(yīng)若已知測量系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)，那么,系統(tǒng)對任意輸入信號的響應(yīng)為任意輸入可以分解為一系列脈沖輸入，其響應(yīng)：17卷積的運算反轉(zhuǎn)平移相乘積分h(t)t00h(-)

0h(t1-)

反轉(zhuǎn)平移0h(t1-)x(

)相乘x(t)0t積分x(

)0

在信息領(lǐng)域，H(s)可以通過h（t）求得。183）頻率響應(yīng)函數(shù)

1）頻率響應(yīng)函數(shù)的定義根據(jù)傅里葉變換的卷積性質(zhì)：兩個時間函數(shù)卷積的傅里葉變換等于兩個時間函數(shù)各自傅里葉變換的乘積，即若則上式不僅說明時域中的卷積轉(zhuǎn)到頻域中就變成了簡單的乘法運算。而且具有更深的含義：輸入信號的頻譜與脈沖響應(yīng)函數(shù)的傅里葉變換相乘就可以得到輸出信號的頻譜。19幅頻、相頻、實頻、虛頻特性式中

的實部；

的虛部；20幅頻特性：定常線性系統(tǒng)在正弦信號激勵下，穩(wěn)態(tài)輸出信號與輸入信號的幅值比。相頻特性：定常線性系統(tǒng)在正弦信號激勵下，穩(wěn)態(tài)輸出信號與輸入信號的相位差。頻率特性：幅頻特性與相頻特性統(tǒng)稱系統(tǒng)的頻率特性。所謂頻率特性即系統(tǒng)在正弦信號激勵下，其穩(wěn)態(tài)輸出對輸入的幅值比及相位差隨激勵頻率

變化的特性。波德圖：對數(shù)幅頻曲線和對數(shù)相頻曲線奈魁斯特圖：虛部縱坐標、實部橫坐標頻率特性、波德圖、奈魁斯特圖

21BK-8305制造商：丹麥B&K；符合標準：ISO5347；靈敏度：1.25pC/g；工作頻率：1~5000Hz；安裝諧振頻率：35KHz；最大測量范圍：1000g；重量：45g；工作溫度：-74℃~250℃；

頻響特性曲線22速度傳感器頻響標定曲線23h(t)H(s)H(

)傅氏變換拉氏變換s=j

h(t)、H(s)、H(

)關(guān)系243.實現(xiàn)不失真測量的條件

不失真測試的條件

信號不失真測試指系統(tǒng)的響應(yīng)y(t)的波形和輸入x(t)的波形完全相似，從而保留原信號的特征和全部信息。即：

y(t)=A0x(t-t0)其中，A0、t0為常數(shù)。時域上實現(xiàn)不失真條件：

若輸入與輸出間僅幅值不同和存在時間滯后，則表明系統(tǒng)實現(xiàn)了不失真測試。25測試系統(tǒng)的輸出波形精確地與輸入波形相似，只是幅值放大到A0倍，相位產(chǎn)生了位移t0。實現(xiàn)不失真測量的波形顯示

26系統(tǒng)初態(tài)為0時，對式進行傅氏變換，可得不失真測試裝置的頻率響應(yīng)函數(shù)為：即：A(

)=A0

(

)=

t0

因此不失真測試系統(tǒng)在頻域應(yīng)具備兩個條件：

幅頻特性A(

)在x(t)的頻譜范圍內(nèi)為常數(shù)；

相頻特性

(

)與

成線性關(guān)系，為一經(jīng)過原點的直線,斜率為-t0。頻域不失真條件

y(t)=A0x(t-t0)

？？？？？？？27A(

),

(

)A0A(

)=A0

(

)=-t0

-

c

c0（|

|<

c時，X(

)=0）

不失真測試系統(tǒng)的頻率特性圖28上述不失真測試條件只適用于一般的測試目

的。對于用于反饋控制系統(tǒng)中的測試裝置，

時間滯后可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，因根據(jù)具體

要求，盡量減少時間滯后。實際測量中，絕對的不失真測試是不可能實

現(xiàn)的，只能把失真的程度控制在允許范圍內(nèi)。測量裝置不可能在非常寬廣的頻率范圍內(nèi)都滿足上式的要求，所以通常測量裝置既會產(chǎn)生幅值失真，也會產(chǎn)生相位失真。實現(xiàn)不失真測量注意事項

29BK-8305制造商：丹麥B&K；符合標準：ISO5347；靈敏度：1.25pC/g；工作頻率：1~5000Hz；安裝諧振頻率：35KHz；最大測量范圍：1000g；重量：45g；工作溫度：-74℃~250℃；

頻響特性曲線2023/10/18302-1測試系統(tǒng)組成與特性2-2測試系統(tǒng)的設(shè)計2-3常用動態(tài)傳感器2-4信號的調(diào)理2-5數(shù)據(jù)采集2-6測試可疑數(shù)據(jù)的取舍第2章測試系統(tǒng)問題：信號從何而來？

2如何保證信號的真實性？內(nèi)容基本原則一般步驟抗干擾設(shè)計2-2.測試系統(tǒng)設(shè)計測試系統(tǒng)典型組成

傳感器、信號調(diào)理、信號處理、顯示與記錄測試對象傳感器信號調(diào)理顯示/記錄電源數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理信號處理1、基本原則測試系統(tǒng)設(shè)計原則測量裝置選用滿足關(guān)鍵指標合理的帶寬接口標準傳感器選用優(yōu)先考慮功能、然后再是指標其它：成本、實現(xiàn)1、基本原則步驟確定測試任務(wù)選擇測量方法選擇傳感器后續(xù)測量系統(tǒng)的選定相應(yīng)的軟件設(shè)計與編制測量系統(tǒng)的性能評定2、一般步驟確定測試任務(wù)在如下環(huán)境中完成如下任務(wù)環(huán)境高壓、高溫、高沖擊工作介質(zhì):水、油、空氣或蒸氣被測表面:材質(zhì)、偏差任務(wù)參數(shù)監(jiān)測/監(jiān)控參數(shù)計算（功率測量、傳遞函數(shù)）場分布，面、陣測量——組/復(fù)合傳感器2、一般步驟-確定測試任務(wù)選擇測量方法

功能在線測量/離線測量——是否固定實時測量/離線分析——是否現(xiàn)場給出結(jié)果實時測控數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)發(fā)布/數(shù)據(jù)傳輸指標非線性度、精度、量程、分辨率穩(wěn)定性、溫漂、零漂頻響成本簡易：傳感器＋電壓表；傳感器＋A/D板＋計算機適中：傳感器＋信號處理＋信號測量先進：傳感器＋信號處理＋測量、分析、傳輸2、一般步驟-選擇測量方法

選擇傳感器被測參數(shù)——傳感器類型振動、位移、溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、扭矩測試部位對被測量的影響——加速度傳感器對傳感器的影響——渦流傳感器選擇傳感器指標：靈敏度、線性范圍、精確度、頻響、穩(wěn)定性等工程考慮：傳感器種類越少越好合并：位移＋振動類型優(yōu)化：一種傳感器多種測量(渦流傳感器：位移、振動、轉(zhuǎn)速)輸出標準：減少信號處理難度電流4-20mA、電壓±5V;數(shù)字通訊（TCP/IP）切角面3x探頭直徑圓柱面3x探頭直徑傳感器2、一般步驟--選擇傳感器后續(xù)測量系統(tǒng)的選定傳感器與信號調(diào)理裝置的匹配問題各個測量裝置的靜動態(tài)特性匹配問題測量系統(tǒng)的精度設(shè)計指標頻響相應(yīng)的軟件設(shè)計與編制實現(xiàn)測試系統(tǒng)的自動化、智能化——成本人機交互界面測量系統(tǒng)的性能評定經(jīng)濟合理性抗干擾能力測試精度分析2、一般步驟-其它實例分析硬件設(shè)計

軟件設(shè)計2023/10/18392-1測試系統(tǒng)組成與特性2-2測試系統(tǒng)的設(shè)計2-3常用動態(tài)傳感器2-4信號的調(diào)理2-5數(shù)據(jù)采集2-6測試可疑數(shù)據(jù)的取舍第2章測試系統(tǒng)問題：信號從何而來？

2如何保證信號的真實性？402-3常用動態(tài)傳感器2-3-1傳感器概述2-3-2動態(tài)測試中常用的傳感器.1位移傳感器.2速度傳感器.3加速度傳感器.4力傳感器412-3-1傳感器概述-傳感器的技術(shù)指標基本參數(shù)指標環(huán)境參數(shù)指標可靠性指標其它指標量程指標:量程范圍、過載能力等靈敏度指標:靈敏度、分辨力、滿量程輸出、輸入輸出阻抗等精度有關(guān)指標:精度、誤差、線性、滯后、重復(fù)性、靈敏度誤差、穩(wěn)定性等動態(tài)性能指標:固有頻率、阻尼比、時間常數(shù)、頻率響應(yīng)范圍、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時間、過沖量、穩(wěn)態(tài)誤差溫度指標:工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、溫度系數(shù)、熱滯后等抗沖振指標:允許各向抗沖振的頻率、振幅及加速度、沖振所引入的誤差等其它環(huán)境參數(shù):抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕能力、抗電磁干擾能力等工作壽命、平均無故障時間、保險期、疲勞性能、絕緣電阻、耐壓及抗飛弧等使用有關(guān)指標:供電方式(直流、交流、頻率及波形等)、功率、各項分布參數(shù)值、電壓范圍與穩(wěn)定度等結(jié)構(gòu)方面指標:外形尺寸、重量、殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點等安裝連接方面指標:安裝方式、饋線電纜等422-3-1傳感器概述-傳感器選用原則

靈敏度:高，測量范圍，方向性

響應(yīng)特性:快，不失真

線性范圍：工作量程

穩(wěn)定性：時間和環(huán)境

精確度：高，但要考慮經(jīng)濟性

1確定測試方式和初步確定傳感器類型2分析測試環(huán)境和干擾因素3根據(jù)測試范圍確定某種傳感器4確定測量方式

5體積、價格、易維護性等43初步確定傳感器選擇不同監(jiān)測量的標準是什么？44

應(yīng)根據(jù)不同的應(yīng)用場合選擇相應(yīng)的振動監(jiān)測參數(shù)：測量參數(shù)

振動表象

應(yīng)用場合

位移位移量或活動量異常加工機床的振動、旋轉(zhuǎn)軸的擺動

速度

振動能量異常旋轉(zhuǎn)機械的振動

加速度

沖擊力異常軸承和齒輪的缺陷引起的振動452-3-1傳感器概述-傳感器的發(fā)展趨勢

采用新原理、開發(fā)新型傳感器；大力開發(fā)物性型傳感器(結(jié)構(gòu)型滿足不了要求)；傳感器的集成化；傳感器的多功能化；傳感器的智能化(SmartSensor)；研究生物感官，開發(fā)仿生傳感器。蝴蝶翅膀因其本身納米結(jié)構(gòu)所具備的敏銳的感光性和化學(xué)感知特性。462-3測試信號的獲取-傳感器2-3-1傳感器概述2-3-2動態(tài)測試中常用的傳感器.1位移傳感器.2速度傳感器.3加速度傳感器.4力傳感器472-3-2動態(tài)測試中常用的傳感器-位移傳感器

分類按被測參量來分:線位移和角位移；按測量參數(shù)的特性：靜態(tài)，動態(tài)。許多動態(tài)變化的參數(shù)：力、扭矩、速度、加速度以位移測量為基礎(chǔ)。位移：是物體上某一點在一定方向上的位置變動，因此位移是矢量。測量時應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的測量對象選擇測量點、測量方向和測量系統(tǒng)。重點：電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器48電阻式傳感器

基本原理：將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路將電阻變化變換為電壓或電流進行測量。

按工作原理分

1電阻應(yīng)變式2壓阻式3變阻器式(電位器式)49電阻式傳感器的工作原理（1）

設(shè)電阻應(yīng)變片的初始阻值為：變形時，

、l、A將同時發(fā)生變化，從而導(dǎo)致R改變。若

、l、A的變化量為d

、dl、dA，則：即：對半徑為r的金屬電阻絲有：從而：??????50：電阻絲軸向相對變形，或稱縱向應(yīng)變。：電阻絲徑向相對變形，或稱橫向應(yīng)變。橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變間的關(guān)系為：為泊松比，

=0.28—0.33：電阻絲電阻率相對變化，與電阻絲軸

向所受正應(yīng)力

有關(guān)。電阻式傳感器的工作原理（2）

：負號表示兩者變化相反。51(1)當(dāng)不變時(電阻應(yīng)變效應(yīng))金屬應(yīng)變計(2)當(dāng)變化時(壓阻效應(yīng))半導(dǎo)體應(yīng)變計通常：K0=1.7~3.6。52電阻應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)組成：l稱為柵長(標距)，b稱為柵寬(基寬)，

b×l稱為應(yīng)變片的使用面積。應(yīng)變片的規(guī)格以面積和電阻值表示，如3mm×20mm，120Ω。53分絲式和箔式，有單軸，多軸（應(yīng)變花)等多種類型54應(yīng)變傳感器特點及使用特點：①性能穩(wěn)定，精度高;②測量范圍寬;③頻率響應(yīng)較好,可用于靜態(tài)、動態(tài)測量;④體積重量小，結(jié)構(gòu)簡單，價格低,品種多樣,便于選擇和大量使用；⑤對環(huán)境適應(yīng)能力強。使用：①直接粘在被測試件上；②粘在彈性體上，構(gòu)成各種物理傳感器。55優(yōu)點靈敏度高：有時傳感器的輸出不需放大可直接用于測量

;分辨率高，例如測量壓力時，可測出10～20Pa的微壓；

機械滯后小、橫向效應(yīng)小、體積小、頻響高、

易于集成化。

缺點：

溫度穩(wěn)定性能差；靈敏度分散度大；大應(yīng)力作用，非線性誤差大；

機械強度低。半導(dǎo)體式應(yīng)變片特點56

優(yōu)點：(1)結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、價格低且性能穩(wěn)定；(2)受環(huán)境因素(溫度、濕度、電磁場干擾等)影響?。?3)可以實現(xiàn)輸出—輸入間任意函數(shù)關(guān)系；(4)輸出信號大，一般不需放大。缺點：（1）因為存在電刷與線圈或電阻膜之間摩擦，因此需要較大的輸入能量；（2）由于磨損不僅影響使用壽命和降低可靠性，而且會降低測量精度，分辨力較低；（3）動態(tài)響應(yīng)較差，適合于測量變化較緩慢的量。

變阻式傳感器的優(yōu)缺點57案例：橋梁固有頻率測量電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用58案例：電子稱將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用59汽車衡稱重系統(tǒng)60變阻式傳感器應(yīng)用實例

變阻式傳感器常用來測量位移、壓力、加速度等參量。被測位移使測量軸沿導(dǎo)軌軸向移動時，帶動電刷在滑線電阻上產(chǎn)生相同的位移，從而改變電位器的輸出電阻。精密電阻與電位器電阻為電橋的兩個橋臂，構(gòu)成電橋測量電路。61電感式傳感器

概述電感式傳感器將被測量，如位移或能轉(zhuǎn)換成位移的機械量，轉(zhuǎn)換為電感量的變化。其變換的基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)原理。按照變換方式的不同可分為：自感型和互感型。

62自感型傳感器

1可變磁阻式傳感器的構(gòu)造如圖，由線圈、鐵芯和銜鐵組成。在鐵芯與銜鐵之間存在氣隙

。

1）變氣隙長度式傳感器適用于微小位移的測量，測量范圍：0.001~1mm。2）變面積：較大位移（數(shù)毫米）測量。63

3）單螺管線圈型：結(jié)構(gòu)簡單、易制造，靈敏度低，適于較大位移（數(shù)毫米）測量。

4）雙螺管差動型：提高靈敏度，改善線性。變磁阻式傳感器—螺管線圈型64應(yīng)用65電感傳感器在仿形機床中的應(yīng)用

1—標準靠模樣板2—測端（靠模輪）3—電感測微器

4—銑刀龍門框架5—立柱

6—伺服電動機

7—銑刀

8—毛坯仿形頭66旋轉(zhuǎn)盤測量頭電感式不圓度計原理67特點：不僅可以測量微米級直徑，而且通過其在孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)和平移可以測量其橢圓度和圓柱度被測孔內(nèi)徑范圍:Ф25～Ф120mm測量力：1.3±0.3N示值變動性：1μm特點：不僅可以測量微米級直徑，還可以測量軸的橢圓度和圓柱度被測軸直徑范圍:Ф25～Ф120mm測量力：4±1.5N示值變動性：1μm電子卡規(guī)、塞規(guī)68變換原理：利用金屬導(dǎo)體在交流磁場中的渦流效應(yīng)。當(dāng)金屬板置于變化著的磁場中時，或者在磁場中運動時，在金屬板上產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，所以稱為渦流。渦流的大小與金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率、厚度t以及金屬板與線圈距離、激勵電流、角頻率等參數(shù)有關(guān)。若固定其他參數(shù)，僅僅改變其中某一參數(shù)，就可以根據(jù)渦流大小測定該參數(shù)。渦流式電感傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類。電渦流式傳感器4.3.1自感型傳感器69高頻反射式電渦流式傳感器動畫70如圖W1和W2分別為發(fā)射線圈和接收線圈，兩線圈間存在金屬板G，低頻（音頻）交流電流流經(jīng)W1產(chǎn)生交變磁場穿過金屬板作用于W2，并產(chǎn)生感應(yīng)電壓E2。由于金屬板產(chǎn)生的渦流消耗了一部分磁場能量，從而使E2有所降低，板越厚，E2越低。即E2的大小間接反映了金屬板的厚度。

低頻透射式渦流傳感器原理厚度

h（越大）,渦流（）,

e２（）。

思考：（越大）（越?。?10154.3.1自感型傳感器71

渦流傳感器的特點

動態(tài)、非接觸測量

靈敏度高分辨力高，檢測范圍：

1mm～

10mm，最高分辨力可達lμm。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，不受油液等介質(zhì)影響

渦流傳感器測量特點72渦流傳感器應(yīng)用①利用位移x作為變換量，做成測量位移、厚度、振動、轉(zhuǎn)速等傳感器，也可做成接近開關(guān)、計數(shù)器等；②利用材料電阻率ρ作為變換量，可以做成溫度測量、材質(zhì)判別等傳感器；③利用材料導(dǎo)磁率μ作為變換量，可以做成測量應(yīng)力、硬度等傳感器；④利用變換量μ，ρ，x的綜合影響，可以做成探傷裝置。73渦流傳感器的應(yīng)用

回轉(zhuǎn)軸振動測試回轉(zhuǎn)軸誤差測量厚度測量零件計數(shù)接近開關(guān)表面裂紋或缺陷檢測材質(zhì)判別渦流傳感器實用領(lǐng)域油管檢測74渦流傳感器的應(yīng)用動畫演示75應(yīng)用7676測量注塑機開合模的間隙偏心和振動檢測零件識別7777

測量懸臂梁的振幅及頻率

汽輪機葉片測試

對橋梁、絲桿等機械結(jié)構(gòu)的振動測量，須使用多個傳感器。7878涂層厚度儀

測量線路板的銅膜厚度7979電渦流探傷儀電渦流焊管探傷電渦流裂紋探測80互感式傳感器原理：利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，將被測位移轉(zhuǎn)換為互感的變化。

由互感現(xiàn)象，傳感器初級線圈W

輸入交流電流時，次級線圈W1產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小與初級線圈電流的變化率成正比。即：M為兩線圈的互感，其大小與兩線圈的相對位置及周圍介質(zhì)的導(dǎo)磁能力等因素有關(guān)?；ジ行蛡鞲衅?1實際的互感傳感器通常采用兩個次級線圈，并接成差動式，故稱為差動變壓器式傳感器。

差動變壓器式傳感器原理A

82特點

精度高(0.1

m數(shù)量級，最高可達0.01

m)，高

精度型非線性誤差可達0.1%

線性范圍大（可達

100mm）

穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便

因包含機械結(jié)構(gòu)，頻率響應(yīng)較低，不宜測量高頻動態(tài)參量

差動變壓器特點83應(yīng)用1案例：板的厚度測量

~案例：張力測量84應(yīng)用2（三）振動和加速度的測量銜鐵受振動和加速度的作用，使彈簧受力變形，與彈簧連接的銜鐵的位移大小反映了振動的幅度和頻率以及加速度的大小。（四）液位測量采用了電感式傳感器的沉筒式液位計。由于液位的變化，沉筒所受浮力也將產(chǎn)生變化，這一變化轉(zhuǎn)變成銜鐵的位移，從而改變了差動變壓器的輸出電壓，這個輸出值反映了液位的變化值。

85變換原理：將被測非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化兩平行極板組成的電容器,它的電容量為:+++

A

δ、A或ε發(fā)生變化時，都會引起電容的變化。變極距型變面積型變介質(zhì)型傳感器類型電容式傳感器86

輸入能量?。O板間靜電引力小）、靈敏度高；2)電參量相對變化大；3)動態(tài)特性好（可動質(zhì)量小，固有頻率高）；

4)發(fā)熱小，能量損耗小；5)結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性好，可在高、低溫、強輻射環(huán)境中工作；6)可實現(xiàn)非接觸測量。1.主要優(yōu)點電容式傳感器特點與應(yīng)用87a)測振幅b)測軸回轉(zhuǎn)精度和軸心偏擺被測物振動電容式傳感器被測軸電容式傳感器電容式位移傳感器應(yīng)用

88指紋識別所需電容傳感器包含一個大約有數(shù)萬個金屬導(dǎo)體的陣列，其外面是一層絕緣的表面，當(dāng)用戶的手指放在上面時，金屬導(dǎo)體陣列/絕緣物/皮膚就構(gòu)成了相應(yīng)的小電容器陣列。它們的電容值隨著脊（近的）和溝（遠的）與金屬導(dǎo)體之間的距離不同而變化。指紋識別892-3測試信號的獲取-傳感器2-3-1傳感器概述2-3-2動態(tài)測試中常用的傳感器.1位移傳感器.2速度傳感器.3加速度傳感器.4力傳感器90它把被測物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)楦袘?yīng)電動勢。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，W匝線圈在磁場中運動切割磁力線或線圈所在磁場的磁通變化時，線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e的大小決定于穿過線圈的磁通量Φ的變化率，即

由公式可以看出，凡是能夠引起磁通變化率的參數(shù)，都可以改變線圈的感應(yīng)電動勢。我們知道磁通變化率與磁場強度、磁路磁阻、線圈的運動速度有關(guān)。1．工作原理：動態(tài)測試中常用的傳感器-磁電式速度傳感器

91磁電式

恒定磁通式變磁通式線速度型角速度型N磁電式傳感器分類這類傳感器的基本形式是速度傳感器，能直接測量線速度或角速度。在測量電路中接入積分電路或微分電路，還可以用來測量位移或加速度。磁電感應(yīng)式傳感器只適用于動態(tài)測量。92動圈式線速度角速度傳感器動畫93變磁阻式又稱變磁通式或變氣隙式，常用來測量旋轉(zhuǎn)物體的角速度。（2）變磁阻式傳感器線圈3和磁鐵5靜止不動，測量齒輪1（導(dǎo)磁材料制成）每轉(zhuǎn)過一個齒，傳感器磁路磁阻變化一次，線圈3產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的變化頻率等于測量齒輪1上齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速的乘積。

變磁通式傳感器對環(huán)境條件要求不高,能在-150～＋90℃的溫度下工作,不影響測量精度,也能在油、水霧、灰塵等條件下工作。但它的工作頻率下限較高,約為50Hz,上限可達100Hz。

942-3測試信號的獲取-傳感器2-3-1傳感器概述2-3-2動態(tài)測試中常用的傳感器.1位移傳感器.2速度傳感器.3加速度傳感器.4力傳感器95機械工程中常用的傳感器-加速度傳感器加速度傳感器可應(yīng)用在：控制，手柄振動和搖晃，儀器儀表，汽車制動啟動檢測，地震檢測，報警系統(tǒng)，鼠標，玩具，結(jié)構(gòu)物和環(huán)境監(jiān)視，工程測振，地質(zhì)勘探等領(lǐng)域。

96壓電式傳感器

壓電式傳感器是一種可逆型換能器，既可以將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽帜軐㈦娔苻D(zhuǎn)變成機械能。其工作原理是利用某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)。

壓電效應(yīng)

變換原理某些晶體在外力作用下，不僅產(chǎn)生形變，而且內(nèi)部發(fā)生極化現(xiàn)象，在其表面產(chǎn)生電荷，形成電場；去掉外力后又重新回到不帶電的平衡狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

記97壓電式加速度傳感器98壓電式傳感器的安裝992-3測試信號的獲取-傳感器2-3-1傳感器概述2-3-2動態(tài)測試中常用的傳感器.1位移傳感器.2速度傳感器.3加速度傳感器.4力傳感器1002-2

機械工程中常用的傳感器-力傳感器壓電式力傳感器101

應(yīng)變式力傳感器2023/10/181022-1測試系統(tǒng)組成與特性2-2測試系統(tǒng)的設(shè)計2-3常用動態(tài)傳感器2-4信號的調(diào)理2-5數(shù)據(jù)采集2-6測試可疑數(shù)據(jù)的取舍第2章測試系統(tǒng)問題：信號從何而來？

2如何保證信號的真實性？103信號類型轉(zhuǎn)換應(yīng)變測力傳感器、熱電阻傳感器輸出的信號均為電阻信號，為了便于后續(xù)處理常用電橋?qū)㈦娮栊盘栟D(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栃盘柗糯蟪Ｓ玫男盘柗糯笃靼ǎ簻y量放大器、隔離放大器、可編程增益放大器等信號濾波2-4信號的調(diào)理104電橋電橋是將電阻、電感、電容等參量的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵龅囊环N測量電路。按照激勵電壓的性質(zhì)，分為直流和交流電橋；直流電橋——采用直流電源，橋臂為電阻交流電橋——采用交流電源，橋臂為電阻、電感、電容。按照傳輸條件：負載阻抗無窮大，電壓橋；輸出阻抗與內(nèi)電阻匹配，功率橋或電流橋105電橋概念在A、C端(輸入端，電源端)接入直流電源在B、D端(輸出端，測量端)輸出電壓UBD。常用等臂電橋，即R1＝R2＝R3＝R4，或電源端對稱電橋，即R1＝R2，R3＝R4。單臂工作；雙臂工作；四臂工作。半橋；全橋。106直流電橋的聯(lián)接方式

a)

半橋單臂

b)

半橋雙臂c)全橋

107直流電橋橋臂，輸入端，輸出端。

求UBD=?電橋的平衡條件

I1I2108加減特性：相對加相鄰減記109應(yīng)力的測量

步驟被測件分析確定貼片方式確定組橋方式計算1、電阻應(yīng)變儀的分類 按所測應(yīng)變信號的頻率范圍：1）靜態(tài)電阻應(yīng)變儀靜態(tài)載荷下的應(yīng)變，變化緩慢或變化后很快穩(wěn)定的應(yīng)變；2）靜動態(tài)工作頻率0-1500Hz3）動態(tài)工作頻率0-2000Hz。通常有4-8個通道4）超動態(tài)工作頻率0-100KHz，測量爆炸沖擊等瞬態(tài)變化的應(yīng)變。

電阻應(yīng)變測量系統(tǒng)記錄儀器零部件或彈性元件電阻應(yīng)變計測量電橋放大器指示或記錄器傳感器電阻應(yīng)變儀111錢江摩托車的應(yīng)力測試112掩護式液壓支架113傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信號，其幅值或功率不足以進行后續(xù)的轉(zhuǎn)換處理，或驅(qū)動指示器、記錄器以及各種控制機構(gòu)，因此需對其進行放大處理。集成運算放大器信號的放大與衰減1141信號放大器的主要特性放大倍數(shù)即增益表示靈敏度：

對數(shù)分度增益接近于常數(shù)的頻率范圍被稱為帶寬。帶寬的高端頻率和低端頻率被稱為拐角頻率即截止頻率。截止頻率定義為增益減少3dB時的頻率。

G=10、1000、信號衰減呢？GdB?115方波由于高頻衰減而產(chǎn)生的頻率失真頻率失真的影響

相位移動對純正弦波形沒有影響；對于比較復(fù)雜的周期性的波形，可能會出現(xiàn)有影響；如果相角隨頻率線性變化，相位將不會失真。

相位失真的影響