測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理課件

0、緒論

§1測(cè)試技術(shù)課程概述一、測(cè)試技術(shù)概念測(cè)試技術(shù)（MeasurementandTestTechnique）測(cè)量－－對(duì)物理量的測(cè)量（靜態(tài)和動(dòng)態(tài)）試驗(yàn)－－研究、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研發(fā)的基本環(huán)節(jié)對(duì)對(duì)象或過程中的反應(yīng)狀態(tài)基本參數(shù)或物理量進(jìn)行檢測(cè)(測(cè)量),通過信號(hào)的獲取、轉(zhuǎn)換、傳輸、顯示和處理,以獲得可靠的數(shù)據(jù)和反饋信息(分析,判斷或控制).測(cè)量信號(hào)：模擬、數(shù)字、連續(xù)、離散

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。

傳感器將被測(cè)物理量(如噪聲,溫度)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)A/D變換后用軟件進(jìn)行信號(hào)分析，顯示記錄裝置則測(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。

信息轉(zhuǎn)換信息提取二、課程內(nèi)容：

本課程主要介紹機(jī)械工程和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域中常見物理量(壓力、應(yīng)變、位移、加速度、溫度等）的傳感器測(cè)量原理、測(cè)量電路原理和信號(hào)分析方法。緒論信號(hào)及描述傳感器原理測(cè)試系統(tǒng)特性信號(hào)調(diào)理記錄信號(hào)處理位移振動(dòng)應(yīng)變測(cè)量虛擬儀器技術(shù)內(nèi)容如下三、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。

1、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

轉(zhuǎn)動(dòng)/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、嗅覺傳感器。

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。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b)AGV自動(dòng)送貨車

超聲波測(cè)距傳感器、判斷建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器運(yùn)動(dòng)軌跡和AGV小車位置識(shí)別；條形碼傳感器，貨品識(shí)別。香港理工AGV模型c)生產(chǎn)加工過程監(jiān)測(cè)

切削力傳感器，加工噪聲傳感器，超聲波測(cè)距傳感器、紅外接近開關(guān)傳感器等。密歇根大學(xué)數(shù)字化工廠2、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)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油罐等壓力容器的破損和泄露檢測(cè)。3、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)，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)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，可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)床加工精度測(cè)量汽車扭矩的測(cè)試4、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)控制、停車管理、水/廢水管理和電梯監(jiān)控。煙霧傳感器亮度傳感器紅外人體探測(cè)器5、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)用了傳感器和測(cè)試技術(shù)來提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。指紋傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器(洗凈度)液位傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測(cè))。6、其他應(yīng)用航天農(nóng)業(yè)交通醫(yī)學(xué)四、測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1、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)效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器光纖流速傳感器熒光材料制作的電子鼻傳感器生物酶血樣分析傳感器熱/光電量b)傳感器+嵌入式計(jì)算機(jī)

智能傳感器

振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器嵌入式計(jì)算機(jī)智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器智能傾角RS232傳感器IC總線數(shù)字溫度傳感器2、測(cè)量信號(hào)處理方面

計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)

用PC機(jī)＋儀器板卡代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器用計(jì)算機(jī)軟件代替硬件分析電路優(yōu)點(diǎn)我們的工作3主要傳感器和測(cè)試儀器生產(chǎn)廠商2）振動(dòng)/噪聲傳感器丹麥B&K（振動(dòng)測(cè)量、聲學(xué)測(cè)量領(lǐng)域最富盛名）/1）工業(yè)自動(dòng)化類傳感器美國霍尼威爾公司（有全球最大傳感器技術(shù)研究中心）

/china3）測(cè)量分析儀器

美國國家儀器公司(全球最大的計(jì)算機(jī)虛擬儀器生產(chǎn)商)/美國Agilent公司(原惠普公司儀器部，著名的測(cè)試儀器商)/五、參考資料1.《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》，黃長(zhǎng)藝等，機(jī)械工業(yè)出版社；2.《檢測(cè)技術(shù)》，于傳芳、鄭仲民，機(jī)械工業(yè)出版社；3.《測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》，王伯雄，清華大學(xué)出版社；4.《工程測(cè)試與信息處理》，盧文祥等，華中科技大學(xué)出版社?！?測(cè)試的基礎(chǔ)知識(shí)一、量、量綱、單位1.量、量綱：1)基本量：長(zhǎng)度L、質(zhì)量M、時(shí)間T、溫度θ、電流I、發(fā)光強(qiáng)度N、物質(zhì)的量J2)導(dǎo)出量：基本量－－（函數(shù)關(guān)系）－－導(dǎo)出量力量綱：電阻量綱：2.單位：基本單位：m，kg，s，K，A，cd，Mol

輔助單位：平面角rad，立體角sr

導(dǎo)出單位：由基本和輔助單位導(dǎo)出二、測(cè)量基準(zhǔn):

保存和復(fù)現(xiàn)計(jì)量單位的計(jì)量器具，分國家基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)、工作基準(zhǔn)三級(jí)。三、測(cè)量方法：直接測(cè)量（直接和間接比較，等精度和不等精度測(cè)量），間接測(cè)量，組合測(cè)量。四、測(cè)量誤差1.絕對(duì)誤差：δ＝x－Q（x－測(cè)量值，Q－真值）2.相對(duì)誤差：3.引用誤差：rn＝δ/Ym*100%（Ym－－引用值，一般為儀器量程或標(biāo)稱范圍最大值）4.分貝誤差：20lg（x/Q）差表達(dá)舉例：P9/例1、2、3誤差的分類：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差五、測(cè)量結(jié)果的表達(dá)(樣本平均值±不確定度)1.樣本算術(shù)平均值：2.標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值：3.置信概率：4.不確定度：5.測(cè)量結(jié)果表達(dá)：§2測(cè)試的基礎(chǔ)知識(shí)一、量、量綱、單位1.量、量綱：1)基本量：長(zhǎng)度L、質(zhì)量M、時(shí)間T、溫度θ、電流I、發(fā)光強(qiáng)度N、物質(zhì)的量J2)導(dǎo)出量：基本量－－（函數(shù)關(guān)系）－－導(dǎo)出量力量綱：電阻量綱：2.單位：基本單位：m，kg，s，K，A，cd，Mol

輔助單位：平面角rad，立體角sr

導(dǎo)出單位：由基本和輔助單位導(dǎo)出第一章、信號(hào)及描述§1信號(hào)的分類與描述

信號(hào)的分類主要是依據(jù)信號(hào)波形特征來劃分的，在介紹信號(hào)分類前，先建立信號(hào)波形的概念。信號(hào)波形：被測(cè)信號(hào)信號(hào)幅度隨時(shí)間的變化歷程稱為信號(hào)的波形。波形返回目錄0At信號(hào)波形圖：用被測(cè)物理量的強(qiáng)度作為縱坐標(biāo)，用時(shí)間做橫坐標(biāo)，記錄被測(cè)物理量隨時(shí)間的變化情況。

為深入了解信號(hào)的物理實(shí)質(zhì)，將其進(jìn)行分類研究是非常必要的，從不同角度觀察信號(hào)，可分為：1從信號(hào)描述上分--確定性信號(hào)與非確定性信號(hào)；2從信號(hào)的幅值和能量上--能量信號(hào)與功率信號(hào)；3從分析域上--時(shí)域與頻域；4從連續(xù)性--連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào)；5從可實(shí)現(xiàn)性

--物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)與物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)。1確定性信號(hào)與非確定性信號(hào)

可以用明確數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號(hào)稱為確定性信號(hào)。不能用數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號(hào)稱為非確定性信號(hào)。周期信號(hào)：經(jīng)過一定時(shí)間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)

x(t)

=

x(t+nT)簡(jiǎn)單周期信號(hào)復(fù)雜周期信號(hào)b)非周期信號(hào)：再不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)。

準(zhǔn)周期信號(hào):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：x(t)=sin(t)+sin(√2.t)瞬態(tài)信號(hào):持續(xù)時(shí)間有限的信號(hào)，如x(t)=e-Bt.Asin(2*pi*f*t)c)非確定性信號(hào)：不能用數(shù)學(xué)式描述，其幅值、相位變化不可預(yù)知，所描述物理現(xiàn)象是一種隨機(jī)過程。

噪聲信號(hào)(平穩(wěn))統(tǒng)計(jì)特性變異噪聲信號(hào)(非平穩(wěn))2能量信號(hào)與功率信號(hào)

a)能量信號(hào)

在所分析的區(qū)間（-∞，∞），能量為有限值的信號(hào)稱為能量信號(hào)，滿足條件：一般持續(xù)時(shí)間有限的瞬態(tài)信號(hào)是能量信號(hào)。b)功率信號(hào)

在所分析的區(qū)間（-∞，∞），能量不是有限值．此時(shí)，研究信號(hào)的平均功率更為合適。一般持續(xù)時(shí)間無限的信號(hào)都屬于功率信號(hào):3時(shí)限與頻限信號(hào)

a)時(shí)域有限信號(hào)在時(shí)間段(t1，t2)內(nèi)有定義，其外恒等于零．

b)頻域有限信號(hào)在頻率區(qū)間(f1，f2)內(nèi)有定義，其外恒等于零．三角脈沖信號(hào)正弦波幅值譜4連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào)

a)連續(xù)時(shí)間信號(hào):在所有時(shí)間點(diǎn)上有定義

b)離散時(shí)間信號(hào):在若干時(shí)間點(diǎn)上有定義幅值是否連續(xù)，模擬信號(hào)（連續(xù)）、數(shù)字信號(hào)（離散）。采樣信號(hào)5物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)與物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)：又稱為單邊信號(hào)，滿足條件：

t＜0時(shí)，x(t)=0，即在時(shí)刻小于零的一側(cè)全為零。b)物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)：在事件發(fā)生前(t<0)就已知信號(hào)。信號(hào)時(shí)域和頻域描述方法

時(shí)域描述法：主要反映信號(hào)的幅值隨時(shí)間變化的特征。分析系統(tǒng)時(shí)，除采用經(jīng)典的微分或差分方程外，還引入單位脈沖響應(yīng)和單位序列響應(yīng)的概念，借助于卷積積分的方法。頻域分析法：將信號(hào)和系統(tǒng)的時(shí)間變量函數(shù)或序列變換成對(duì)應(yīng)頻率域中的某個(gè)變量的函數(shù)，來研究信號(hào)和系統(tǒng)的頻域特性。對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)和信號(hào)來說，常采用傅里葉變換和拉普拉斯變換；對(duì)于離散系統(tǒng)和信號(hào)則采用Z變換。頻域分析法將時(shí)域分析法中的微分或差分方程轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程，給問題的分析帶來了方便。實(shí)際信號(hào)的形式常常是比較復(fù)雜的。因此常常將復(fù)雜的信號(hào)分解成某些特定類型（易于實(shí)現(xiàn)和分析）的基本信號(hào)之和，如正弦信號(hào)、復(fù)指數(shù)型信號(hào)、階躍信號(hào)、沖激信號(hào)等等。信號(hào)的頻域描述即是將一個(gè)時(shí)域信號(hào)變換為一個(gè)頻域信號(hào)，將該信號(hào)分解成一系列基本信號(hào)的頻域表達(dá)形式之和，從頻率分布的角度出發(fā)研究信號(hào)的結(jié)構(gòu)及各種頻率成分的幅值和相位關(guān)系。－－幅頻譜、相頻譜。例：P21：方波的幅頻和相頻譜§2周期信號(hào)與離散頻譜一、傅里葉級(jí)數(shù)的三角函數(shù)展開式周期信號(hào)可展開成傅里葉級(jí)數(shù)，即周期信號(hào)可由多個(gè)不同頻率的諧波疊加而成。二、傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)指數(shù)函數(shù)展開式

周期信號(hào)按傅里葉級(jí)數(shù)展開后，可作出其幅頻譜圖和相頻譜圖，其特點(diǎn)：1.周期信號(hào)是離散的；2.每條譜線只出現(xiàn)在基波頻率的整數(shù)倍上；3.各頻率分量的譜線高度表示該諧波的幅值或相位角，諧波幅值總趨勢(shì)隨諧波次數(shù)的增高而減小。三、周期信號(hào)的強(qiáng)度表述周期T，頻率f=1/T峰值，雙峰值，均值，絕對(duì)均值，均方根值，均方值A(chǔ)tT

PPp-p§3非周期信號(hào)與頻譜準(zhǔn)周期信號(hào)（幾個(gè)簡(jiǎn)諧信號(hào)疊加，頻比非公約數(shù)）瞬變非周期信號(hào)（T為無窮大，頻率為0）信號(hào)的頻域分析手段是傅立葉變換。或求解：

與周期信號(hào)相似，非周期信號(hào)也可以分解為許多不同頻率分量的諧波和，所不同的是，由于非周期信號(hào)的周期T

∞，基頻fdf，它包含了從零到無窮大的所有頻率分量，各頻率分量的幅值為X(f)df，這是無窮小量，所以頻譜不能再用幅值表示，而必須用幅值密度函數(shù)描述。

另外，與周期信號(hào)不同的是，非周期信號(hào)的譜線出現(xiàn)在0,fmax的各連續(xù)頻率值上，這種頻譜稱為連續(xù)譜。信號(hào)的頻域分析

對(duì)比:方波譜§4隨機(jī)信號(hào)

平穩(wěn)隨機(jī)（各態(tài)歷經(jīng)）信號(hào)

非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)（統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)隨t變化）返回目錄第二章、測(cè)試裝置的基本特性

§1概述測(cè)試裝置的基本特性

靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性、負(fù)載特性、抗干擾性不失真測(cè)量：語音片段1(Good)語音片段2(bad)

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。返回目錄§2測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)響應(yīng)特性

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（或低頻），則稱為靜態(tài)測(cè)量。

靜態(tài)測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置表現(xiàn)出的響應(yīng)特性稱為靜態(tài)響應(yīng)特性。a)靈敏度

當(dāng)測(cè)試裝置的輸入x有一增量△x,引起輸出y發(fā)生相應(yīng)變化△y時(shí),定義:S=△y/△xyx△x△yb)非線性度

標(biāo)定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。

非線性度=B/A×100%yxBc)回程誤差

測(cè)試裝置在輸入量由小增大和由大減小的測(cè)試過程中，對(duì)于同一個(gè)輸入量所得到的兩個(gè)數(shù)值不同的輸出量之間差值最大者為hmax，則定義回程誤差為:(hmax/A)×100%yxhmaxAd)靜態(tài)響應(yīng)特性的其他描述精度：是與評(píng)價(jià)測(cè)試裝置產(chǎn)生的測(cè)量誤差大小有關(guān)的指標(biāo)

靈敏閥：又稱為死區(qū)，用來衡量測(cè)量起始點(diǎn)不靈敏的程度。

分辨力：指能引起輸出量發(fā)生變化時(shí)輸入量的最小變化量，表明測(cè)試裝置分辨輸入量微小變化的能力。測(cè)量范圍：是指測(cè)試裝置能正常測(cè)量最小輸入量和最大輸入量之間的范圍。

可靠性：是與測(cè)試裝置無故障工作時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)的一種描述。

穩(wěn)定性：是指在一定工作條件下，當(dāng)輸入量不變時(shí)，輸出量隨時(shí)間變化的程度。案例：物料配重自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)測(cè)量

靈敏度=△y/△x非線性度=B/A×100%回程誤差=(hmax/A)×100%測(cè)量范圍：

無論復(fù)雜度如何，把測(cè)量裝置作為一個(gè)系統(tǒng)來看待。問題簡(jiǎn)化為處理輸入量x(t)、系統(tǒng)傳輸特性h(t)和輸出y(t)三者之間的關(guān)系。x(t)h(t)y(t)輸入量系統(tǒng)特性輸出§3測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性

y(t)=X(t)*h(t)卷積分一、測(cè)試系統(tǒng)基本要求

理想的測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該具有單值的、確定的輸入－輸出關(guān)系。對(duì)于每一輸入量都應(yīng)該只有單一的輸出量與之對(duì)應(yīng)。知道其中一個(gè)量就可以確定另一個(gè)量。其中以輸出和輸入成線性關(guān)系最佳。xy線性xy線性xy非線性二、測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析基礎(chǔ)一）線性系統(tǒng)的特性

系統(tǒng)輸入x(t)和輸出y(t)間的關(guān)系可以用常系數(shù)線性微分方程來描述：線性系統(tǒng)(時(shí)域描述)一般在工程中使用的測(cè)試裝置都是線性系統(tǒng)。２.線性系統(tǒng)性質(zhì)：a)疊加性

系統(tǒng)對(duì)各輸入之和的輸出等于各單個(gè)輸入的輸出之和，即若x1(t)→y1(t)，x2(t)→y2(t)

則x1(t)±x2(t)→y1(t)±y2(t)b)比例性

常數(shù)倍輸入所得的輸出等于原輸入所得輸出的常數(shù)倍，即:

若x(t)→y(t)則kx(t)→ky(t)c)微分性

系統(tǒng)對(duì)原輸入信號(hào)的微分等于原輸出信號(hào)的微分，即若x(t)→y(t)則x'(t)→y'(t)d)積分性

當(dāng)初始條件為零時(shí)，系統(tǒng)對(duì)原輸入信號(hào)的積分等于原輸出信號(hào)的積分，即若x(t)→y(t)則∫x(t)dt→∫y(t)dte)頻率保持性

若系統(tǒng)的輸入為某一頻率的諧波信號(hào)，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出將為同一頻率的諧波信號(hào)，即

若x(t)=Acos(ωt+φx)

則y(t)=Bcos(ωt+φy)

線性系統(tǒng)的這些主要特性，特別是符合疊加原理和頻率保持性，在測(cè)量工作中具有重要作用。二)線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的描述方法三.測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性描述（4)頻率響應(yīng)函數(shù)的求法1)有傳遞函數(shù)H（s）求H(jw)：2)通過實(shí)驗(yàn)求得H(jw)：3)由x(t)，y(t)通過傅里葉變換得到x(jw)和y(jw),求出H(jw)。四、常見測(cè)試系統(tǒng)的頻率特性（一）一階測(cè)試系統(tǒng)（慣性環(huán)節(jié)）例：液柱式溫度計(jì)

C---液柱介質(zhì)的熱容

R---介質(zhì)的熱阻一階測(cè)試系統(tǒng)的一般式：

§4測(cè)試裝置對(duì)任意輸入的響應(yīng)一、對(duì)任意輸入的響應(yīng)：利用h(t)，H（s）或H（w）來進(jìn)行分析計(jì)算二、對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)1.一階系統(tǒng)：響應(yīng)的快慢取決于時(shí)間常數(shù)2.二階系統(tǒng)：振蕩響應(yīng)取決于ζ和wm，ζ影響超調(diào)量和振蕩次數(shù)（ζ越小，振蕩越大，超調(diào)越大），wm影響響應(yīng)快慢（wm越高，系統(tǒng)響應(yīng)越快）§5實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試的條件一、理想測(cè)試的含義

x(t)y(t)y(t)=AoX(t-to)1)輸出信號(hào)的幅值是輸入信號(hào)的Ao倍

2)輸出信號(hào)處處滯后于輸入信號(hào)同一時(shí)間to二、理想測(cè)試的條件幅頻特性：A(w)＝Ao＝const

相頻特性：φ（w）＝－wto＝線性

理想測(cè)試系統(tǒng)三、實(shí)際測(cè)試裝置的測(cè)試失真1.實(shí)際測(cè)試裝置只能在某一頻率段達(dá)到近似的理想測(cè)試，要選用合適的測(cè)試裝置；2.對(duì)單一頻率成分的信號(hào)測(cè)試，一般不會(huì)產(chǎn)生失真；3.對(duì)多種頻率成分的信號(hào)，特別在跨越測(cè)試裝置固有頻率前后信號(hào)的失真最為嚴(yán)重；4.一般應(yīng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，濾去非信號(hào)頻帶內(nèi)的噪聲，防止噪聲進(jìn)入共振區(qū)?！?測(cè)試裝置動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量1、頻率響應(yīng)法通過不同頻率正弦激勵(lì)信號(hào)，測(cè)出不同頻率下的輸出、輸入的幅值比和相位差，得到A(w)和φ（w）特性圖。結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定：一階系統(tǒng)：由幅頻特性直接確定二階系統(tǒng)：利用A（wn)接近峰值，確定ζ和wn2、階躍響應(yīng)法：由測(cè)試裝置的階躍響應(yīng)曲線，確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。§7負(fù)載效應(yīng)1.負(fù)載效應(yīng)概念：一個(gè)裝置連接到另一個(gè)裝置上，發(fā)生能量交換，影響其狀態(tài)、輸出和傳遞函數(shù)。2.負(fù)載效應(yīng)原理：ER1R2RmV3.減輕負(fù)載效應(yīng)的措施對(duì)電壓輸出環(huán)節(jié)1)提高后續(xù)環(huán)節(jié)的輸入阻抗；2)插入高輸入阻抗、低輸出阻抗的放大器；3)使用反饋或零點(diǎn)測(cè)量原理。4.負(fù)載效應(yīng)（阻抗匹配）的應(yīng)用：要注意測(cè)試系統(tǒng)對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響，測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分之間的相互影響?！?測(cè)試裝置的抗干擾1.主要干擾源

電源干擾（電網(wǎng)噪聲、供電電路耦合）、信道干擾（元件噪聲和非線性畸變）、電磁場(chǎng)干擾（電磁波輻射）2.抗干擾措施電源（采用穩(wěn)壓器、低通濾波器、單獨(dú)供電模塊）；信道（元器件和設(shè)計(jì)方案的合理選用、元器件合理排放、能降低電磁干擾的信號(hào)傳輸方法）；合理的接地設(shè)計(jì)（地線是所有信號(hào)公共點(diǎn)）。返回目錄第三章常用傳感器與敏感元件§1傳感器概述與分類被測(cè)量易測(cè)、傳輸信號(hào)易處理信號(hào)傳感器（測(cè)量變送器）常把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電量如：熱電耦、超聲波轉(zhuǎn)換器、紅外遙感器電能量信號(hào)（U,I）電量信號(hào)電參數(shù)信號(hào)(R,L,C)敏感元件§2機(jī)械式傳感器（簡(jiǎn)介）1.概念：力、壓力彈性變形溫度等（應(yīng)變）2.特點(diǎn)：慣性大、固有頻率低、蠕變、彈性后效，適宜緩變、靜態(tài)測(cè)量。3.應(yīng)用：

1)轉(zhuǎn)換成指針偏轉(zhuǎn)、刻度指示：測(cè)力計(jì)、壓力計(jì)、溫度計(jì)；

2)轉(zhuǎn)換成位移量，通過其它傳感器轉(zhuǎn)換成電量；

3)微型探測(cè)開關(guān)：通過兩個(gè)簧片磁化接通。彈性元件§3電阻、電容與電感式傳感器§3.1電阻式傳感器被測(cè)量電阻式傳感器電阻變化測(cè)量電路電壓變阻式(電位計(jì))、電阻應(yīng)變式、敏感電阻式傳感器一、變阻式傳感器改變電阻長(zhǎng)度線、角位移、非線性改變電阻靈敏度：后測(cè)電路：電阻分壓電路線性輸出條件Rp/RL很小二、電阻應(yīng)變式傳感器（一）應(yīng)變片的分類與結(jié)構(gòu)1.絲式應(yīng)變片：電阻絲（高電阻率康銅絲）、基底（絕緣）覆蓋層、引出線應(yīng)變片特性比較

金屬應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片原理：導(dǎo)體形變R變化；壓阻效應(yīng)ρR變化優(yōu)點(diǎn)：非線性誤差??；S高，機(jī)械滯后、體積小

缺點(diǎn)：S低；非線性誤差大，溫度穩(wěn)定性差

應(yīng)用：較大變形；小變形

其他應(yīng)變片傳感器

固態(tài)壓阻式傳感器：基本同半導(dǎo)體應(yīng)變片，但集成度更高，更小，主要用于壓力、加速度測(cè)量。動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀：應(yīng)變片＋測(cè)量處理電路集成動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀電阻式應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用方法電阻應(yīng)變片直接應(yīng)用實(shí)例二、電容式傳感器（一）變換原理與分類被測(cè)參數(shù)電容量的變化（二）極距變化型電容式傳感器S高，非線性誤差大，用于動(dòng)態(tài)非接觸式小位移（0.01～數(shù)百微米）測(cè)量（三）面積變化型電容式傳感器(四）介質(zhì)變化型電容式傳感器介電常數(shù)變化C變化，用于測(cè)量介質(zhì)的厚度、溫度、濕度或液位的變化。（五）電容傳感器的測(cè)量電路1.電橋型電路：將電容傳感器作為橋路的一部分，由電容的變化電壓的輸出2.直流極化電路3.諧振電路4.調(diào)頻電路5.運(yùn)算放大器電路（利用比例運(yùn)算放大器可轉(zhuǎn)化成線性關(guān)系）6.電容集成壓力傳感器：電容敏感元件＋測(cè)量電路集成（六）電容式傳感器的特點(diǎn)與應(yīng)用3.介質(zhì)型電容傳感器：測(cè)量介質(zhì)的變化（溫度、濕度、厚度等）和液位三、電感式傳感器

被測(cè)量(力、位移)電感量(自感L、互感M)(一)自感型電感傳感器Ⅰ、可變磁阻式后接電路Ⅱ、渦流式電感傳感器后接電路分壓式調(diào)幅、調(diào)頻電路（二）互感型－－差動(dòng)變壓器式電感傳感器雙螺管線圈差動(dòng)型、差動(dòng)變壓器式傳感器返復(fù)習(xí)五4.差動(dòng)變壓器式傳感器的后接電路：（三）電感式傳感器的特點(diǎn)與應(yīng)用§4磁電、壓電與熱電式傳感器一、磁電式傳感器被測(cè)量電磁感應(yīng)感應(yīng)電勢(shì)動(dòng)圈式、磁阻式磁電傳感器（一）動(dòng)圈式磁電傳感器線圈與磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切割磁力線線速度、角速度型動(dòng)圈式傳感器應(yīng)用：測(cè)量速度（二）磁阻式磁電傳感器

改變磁路磁阻感應(yīng)電勢(shì)磁阻式磁電傳感器應(yīng)用二、壓電式傳感器力參數(shù)壓電材料電能量信號(hào)（電荷）超聲波壓電效應(yīng)6.測(cè)量電路

前置放大器作用：阻抗匹配（高輸出阻抗變?yōu)榈洼敵鲎杩梗┓糯笪⑷跣盘?hào)類型：電阻反饋電壓放大器、電容反饋電荷放大器電荷放大器7.壓電式傳感器的應(yīng)用

用于測(cè)量動(dòng)態(tài)的力參數(shù)（壓力、應(yīng)力、加速度）和超聲波的發(fā)射、接收

1)2)3)4)壓電式傳感器的可逆應(yīng)用：加交變電壓，晶片產(chǎn)生伸縮變形，可作為振動(dòng)源。三、熱電式傳感器

溫度金屬（熱電偶、熱電阻）電量熱電效應(yīng)（一）熱電偶1.工作原理：熱電動(dòng)勢(shì)＝溫差電動(dòng)勢(shì)＋接觸電動(dòng)勢(shì)

EAB(T,T0)=f(T)－f(T0)=f(T)－C2.特點(diǎn)：1)A、B材料相同，接點(diǎn)溫度不同(T與T0)，EAB=02)接點(diǎn)溫度相同(T與T0)，A、B材料不同，EAB=03)EAB與中間溫度無關(guān)，只與接點(diǎn)溫度和A、B材料有關(guān)；4)EAB(T3,T1)=EAB(T3,T2)＋EAB(T2,T1)5)中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中，接入第三種導(dǎo)體（兩端溫度相同），不會(huì)影響熱電動(dòng)勢(shì)；用于在熱電偶中接儀表、導(dǎo)線，開路熱電偶測(cè)量6)標(biāo)準(zhǔn)(參考)電極定律：熱電偶的選配

EAB(T2,T1)=EAC(T2,T1)＋ECB(T2,T1),c為參考電極開路熱電偶3.熱電偶分類和選用1)鉑銠－鉑(WRLB)：＋極－－鉑銠2)鎳鉻－鎳硅(WREU)：＋極－－鎳鉻3)鎳鉻－考銅(WREA)：＋極－－鎳鉻4)鉑銠30－鉑銠6(WRLL)：＋極－－鉑銠30

各種熱電偶的特點(diǎn)和選用（測(cè)量溫度范圍T高低、電動(dòng)勢(shì)大小、S高低價(jià)格高低）（二）熱電阻傳感器

溫度變化(金屬)熱電阻(半導(dǎo)體)熱敏電阻電阻1.鉑電阻：2.銅電阻：ρ小，細(xì)長(zhǎng)，測(cè)低溫和無浸蝕介質(zhì)3.其他熱電阻：銦電阻、錳電阻、碳電阻4.熱敏電阻：半導(dǎo)體傳感器，非線性，靈敏度高§5光電傳感器測(cè)量量變化光信號(hào)變化光電效應(yīng)電信號(hào)一、光電效應(yīng)1.外光電效應(yīng)(光電子發(fā)射效應(yīng))光電材料內(nèi)電子光照逸出物體表面成自由電子光電流（光電子發(fā)射效應(yīng)）光子能量＝電子動(dòng)能＋逸出功1)條件：hv>A，光的閥值頻率、光的閥值波長(zhǎng)λ0（光電材料的紅限）2)逸出光電子數(shù)入射光子數(shù)（入射光強(qiáng)度）3)反向截止電壓U0：與入射光頻率成正比，與光強(qiáng)無關(guān)。應(yīng)用：光電管、光電倍增管2.內(nèi)光電效應(yīng)（光導(dǎo)效應(yīng)）物體內(nèi)部電子光照(吸收能量)內(nèi)部自由電子物體導(dǎo)電性能變化應(yīng)用：光敏電阻、光導(dǎo)管3.光生伏打效應(yīng)光電材料(光電池)光線電動(dòng)勢(shì)（電子－空穴對(duì)）應(yīng)用：光電池(硅、硒、砷化鎵等)二、光電元件1.光電管1)結(jié)構(gòu)：光電陰極k(發(fā)射電子)、陽極A(接收電子)2)特性參數(shù)：頻譜靈敏度、紅限、逸出功3)特性曲線：光電特性曲線、伏安特性曲線2.光電倍增管結(jié)構(gòu)：光電陰極、光電陽極、倍增極(次陰極)作用：增加光電管的靈敏度3.光敏電阻：1)原理(內(nèi)光電效應(yīng))：光電能量hv>禁帶寬度，光敏電阻內(nèi)電子躍遷，激發(fā)空穴－電子對(duì)，降低電阻率，提高導(dǎo)電性能。2)特點(diǎn)：S高，光譜響應(yīng)范圍寬(紫外－－紅外)3)特征參數(shù)：

1)亮(暗)電阻、亮(暗)電流、光電流

2)光照特性：I=f(F),I光電流，F(xiàn)光通量

3)伏安特性：U=f(I)，光照強(qiáng)度一定

4)光譜特性：S隨入射光波長(zhǎng)變化

5)響應(yīng)時(shí)間特性：光照時(shí)間常數(shù)光電流

6)光譜溫度特性：溫度對(duì)I、S、光譜特性等4.光敏晶體管：光照后，光子打在PN結(jié)上，產(chǎn)生電子－空穴對(duì)，形成光電流光敏二極管、光敏晶體管導(dǎo)通。光敏晶體管的靈敏度是光敏二極管的β倍光敏晶體管的基本特性：光照特性、伏安特性、光譜特性、溫度特性、響應(yīng)時(shí)間等。四、光電傳感器應(yīng)用（一）脈沖盤式角度－數(shù)字編碼器（二）碼盤式角度－數(shù)字編碼器角位移編碼盤、光電元件數(shù)字信號(hào)§6光纖傳感器

被測(cè)量光學(xué)量電量一、分類1.按光波調(diào)制方式：強(qiáng)度、頻率、相位、偏振調(diào)制光纖傳感器。2.按光纖作用：功能型（傳光元件、敏感元件）、傳光型（傳光元件）光纖傳感器

光電元件光纖傳感器二、光纖導(dǎo)光原理1.光纖的全反射：大于臨界入射角2.光纖結(jié)構(gòu)：芯子（n1大折射率）包層（n2小折射率）保護(hù)層（n3大折射率）數(shù)值孔徑NA（0.2~0.4）臨界入射角三、光纖傳感器應(yīng)用光纖位移傳感器（位移、溫度、壓力、振動(dòng)）測(cè)聲壓、水壓反射式光纖傳感器測(cè)小位移、振動(dòng)、表面狀態(tài)（三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)）四、光纖傳感器特點(diǎn)1.光波傳遞信息，不受電磁影響；2.不會(huì)燃燒、爆炸，可在特殊環(huán)境下測(cè)量；3.工作性能優(yōu)于傳統(tǒng)傳感器；4.小、輕、可繞性好，宜狹窄空間工作；5.具有良好幾何形狀適應(yīng)性；6.頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大；7.宜遠(yuǎn)距離測(cè)控。§7半導(dǎo)體傳感器原理：非電量半導(dǎo)體材料電量

(光,熱,力,磁,氣)特點(diǎn)：物性型、重量輕、體積小、敏感、響應(yīng)快;

輸出非線性、分散性大、溫度影響大。一、磁敏傳感器1.霍爾元件1)霍爾效應(yīng)：

2)霍爾元件結(jié)構(gòu)：(敏感部分＋變換電路)集成3)霍爾元件應(yīng)用：微小位移測(cè)量為基礎(chǔ)2.磁敏元件3.磁敏管二、熱敏傳感器1.熱敏電阻原理：

2.特點(diǎn)：1)靈敏度高：－20～－150Ω/℃，比熱電偶、金屬電阻高很多；2)可做各種形狀、體積小、熱響應(yīng)快；3)熱敏電阻本身阻值大：100～106Ω；4)可測(cè)范圍大：－200～＋1000℃；5)非線性大，對(duì)環(huán)境溫度敏感。三、氣敏傳感器1.原理：氣敏元件表面吸附氣體導(dǎo)電率變化2.結(jié)構(gòu)：氣敏元件＋電極＋加熱絲3.應(yīng)用：有毒和可燃?xì)怏w檢測(cè)四、濕敏傳感器1.原理：濕度吸附層水分解導(dǎo)電離子R2.應(yīng)用：濕度測(cè)量五、固態(tài)圖像傳感器1.原理：光像分解小單元(像素)電信號(hào)2.結(jié)構(gòu)：電荷耦合器件CCD

（chargecoupleddevice）3.應(yīng)用：1)物位、尺寸、形狀、工件損傷

2)光學(xué)信息處理輸入環(huán)境六、集成傳感器1.原理：（傳感器＋后續(xù)電路）集成2.特點(diǎn)：1)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

2)智能傳感器（具有條件調(diào)節(jié)和溫度補(bǔ)償能力，通信能力，自診斷能力、邏輯判斷能力）§8紅外測(cè)試系統(tǒng)一、紅外輻射（紅外線）1.電磁波波譜：紅外線波長(zhǎng)：0.76~1000μm近紅外：0.76~2.5中：2.5~25遠(yuǎn)：25~10002.紅外線的特點(diǎn)（1)斯蒂芬－玻耳茲曼定律：反映物體的紅外線輻射功率與物體溫度(2)普朗克定律：物體溫度與波長(zhǎng)關(guān)系絕對(duì)溫度2000k以下的物體都會(huì)產(chǎn)生紅外輻射，輻射的峰值點(diǎn)隨溫度降低而轉(zhuǎn)向長(zhǎng)波長(zhǎng)。（3)不同物體對(duì)紅外線有不同的吸收（衰減）能力。三、紅外探測(cè)器

紅外輻射能電能1.熱探測(cè)器：紅外輻射探測(cè)元件溫度變化電量熱電偶型、氣動(dòng)型、熱釋電型2.光子探測(cè)器：紅外輻射半導(dǎo)體材料光電效應(yīng)電量四、紅外測(cè)試應(yīng)用：1.輻射溫度計(jì)：紅外輻射熱電偶（阻）（黑體）電壓應(yīng)用：800℃以上的高溫測(cè)量

2.紅外測(cè)溫計(jì)物體紅外輻射光系統(tǒng)（聚焦、調(diào)制）熱敏電阻電橋電信號(hào)輸出應(yīng)用：0~700℃中、低溫測(cè)量3.紅外熱像儀紅外輻射光系統(tǒng)探測(cè)器掃描電信號(hào)應(yīng)用：無損檢測(cè)、熱變形檢測(cè)、電子電路熱分布檢測(cè)等。4.其他：紅外線探測(cè)器、紅外感溫器(探頭)、自動(dòng)報(bào)警監(jiān)視、產(chǎn)品記數(shù)等。§9激光測(cè)試傳感器了解，激光測(cè)試有很高的精度和較大的測(cè)量范圍，可進(jìn)行多種物理量（長(zhǎng)度、位移、速度、轉(zhuǎn)速、流量、形變、表面形狀等）測(cè)量

§10傳感器的選用原則1.靈敏度：高能測(cè)量微小變化的被測(cè)量量，對(duì)干擾信號(hào)、橫向靈敏度、交叉靈敏度、測(cè)量范圍；2.響應(yīng)特性：頻率響應(yīng)特性、響應(yīng)延遲。緩變信號(hào)測(cè)量（電阻、電感、電容、磁電式等結(jié)構(gòu)型傳感器）、動(dòng)態(tài)測(cè)量（光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等物性傳感器）3.線性范圍：線性范圍越寬，工作量程越大，大部分傳感器都有一定的非線性，通過限制測(cè)量范圍，來達(dá)到近似線性范圍測(cè)試（電容式、電感式傳感器）。4.可靠性：傳感器工作環(huán)境、使用條件對(duì)傳感器可靠性的影響。5.精確度：精確度與經(jīng)濟(jì)性相關(guān)，與測(cè)量要求相關(guān)。6.測(cè)量方法：接觸與非接觸測(cè)量（方便，如電容、渦流傳感器）、在線（自動(dòng)控制）與非在線測(cè)量第四章信號(hào)的調(diào)理與記錄

傳感器信號(hào)需調(diào)理和轉(zhuǎn)換的原因§1電橋一、直流電橋1.結(jié)構(gòu)：電源端ac

輸出端bd

四個(gè)橋臂（電阻應(yīng)變片、熱敏電阻、電阻溫度計(jì)）2.原理：

1)平衡條件：R1R3=R2R42)等臂電橋：相鄰臂相等，或四個(gè)臂相等3)連接方式：電橋輸出電壓：

3.電橋的和差特性及應(yīng)用：二、交流電橋§2調(diào)制與解調(diào)

概述一、幅值調(diào)制和解調(diào)1.幅值調(diào)制概念：已調(diào)制信號(hào)為調(diào)制信號(hào)（被測(cè)信號(hào)）和高頻載波信號(hào)的乘積2.調(diào)幅的頻域分析：被測(cè)信號(hào)x(t)和載波信號(hào)y(t)相乘，頻域特征：x(t)的頻譜由坐標(biāo)原點(diǎn)平移至載波頻率±f0處，調(diào)幅相當(dāng)于頻率的遷移。調(diào)幅的實(shí)現(xiàn)與特點(diǎn)3.調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)1)同步解調(diào)：再一次頻率搬移：調(diào)幅波與載波信號(hào)相乘，然后進(jìn)行低通濾波。要求乘法器具有良好的線性。

2)包絡(luò)檢波（整流檢波）：調(diào)制信號(hào)＋整流偏置＝正電壓信號(hào)，調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)線與調(diào)制信號(hào)同形狀，濾去高頻，去掉偏置電壓解調(diào)。加偏置電壓合理足夠。3)相敏檢波：利用調(diào)幅波與載波信號(hào)的相位極性關(guān)系來解調(diào)，可重顯調(diào)制信號(hào)的變形。動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀二、信號(hào)的調(diào)頻與解調(diào)1.調(diào)頻概念：

2.調(diào)頻方法：LC振蕩電路、壓控振動(dòng)器（VCO）1)LC振蕩電路原理2)應(yīng)用：電容、電感、渦流等傳感器3.調(diào)頻信號(hào)的解頻：鑒頻方法：采用鑒頻器或鎖相環(huán)解調(diào)器鑒頻器利用LC電路的非振蕩f工作§3濾波器一、濾波器概述1.濾波：讓測(cè)量信號(hào)的有效成分通過，將不需要成分抑制或衰減。2.濾波器分類：低通、高通、帶通、帶阻(陷波)濾波器3.濾波器幅頻特性二、濾波器的性能1.理想濾波器：幅頻特性為矩形相頻特性為線性

需要頻率段信號(hào)無失真?zhèn)魉筒恍枰l率信號(hào)全部衰減2.實(shí)際濾波器的特性參數(shù)1)截止頻率：fc1fc22)帶寬：B=fc1－fc23)紋波幅度：δ4)中心頻率：5)品質(zhì)因子：Q=f0/B6)倍頻程選擇性：7)濾波器因數(shù)（小）三、實(shí)際濾波電路(一)RC濾波器1.低通和高通濾波器：2.高低通帶通濾波器(fc低>fc高）RC濾波器在過渡帶內(nèi)的衰減速率慢，通帶和阻帶之間沒有陡峭的界限，濾波性能差。（二）LC濾波器（三）有源濾波器（無源濾波器＋運(yùn)算放大器）具有60～80dB/倍頻程的下降帶四、帶通濾波器（多路并聯(lián)）的應(yīng)用應(yīng)用：用于信號(hào)的頻譜分析和特定頻率成分的提取形式：恒帶寬比濾波器、恒帶寬濾波器1.恒帶寬比濾波器：2.恒帶寬濾波器：恒帶寬比濾波器特點(diǎn)：

1.倍頻程濾波器；

2.低頻段分辨力好，高頻段分辨力低。恒帶寬濾波器特點(diǎn)：

1.絕對(duì)帶寬為常數(shù)；

2.高低頻段都具有較好的分辨力。

§4信號(hào)放大電路簡(jiǎn)介一、放大電路的要求1.足夠的放大倍數(shù)2.高輸入阻抗、低輸出阻抗3.高共模抑制能力4.（線性不失真）低溫漂、低噪聲、低失調(diào)電壓和電流二、基本放大電路的類型（4種）1.線性運(yùn)算放大器：3種2.射極跟隨器（阻抗變換器）：提高輸入阻抗輸入阻抗低輸入阻抗高共模抑制低輸入阻抗較低共模抑制較低三、常見放大電路1.儀器放大器高輸入阻抗，高共模抑制比2.可編程增益放大器（多量程）電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、譯碼器、運(yùn)算放大器§5測(cè)試信號(hào)的顯示與記錄一、信號(hào)的顯示裝置1.模擬示波器（CRT陰極射線管示波器）：模擬量顯示2.數(shù)字示波器：A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)字信號(hào)顯示

(LED、LCD、LCM)3.數(shù)字存儲(chǔ)示波器：數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)、模擬信號(hào)顯示二、信號(hào)的記錄裝置1.傳統(tǒng)記錄裝置：光線示波器、XY記錄儀、磁帶記錄儀。2.數(shù)據(jù)采集儀器（模擬輸入轉(zhuǎn)換模塊、采集卡、數(shù)據(jù)顯示記錄處理軟件）3.計(jì)算機(jī)內(nèi)插A/D卡（經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便）4.儀器前端直接采集記錄第五章信號(hào)處理簡(jiǎn)介一、信號(hào)處理的目的和方法1.信號(hào)處理的目的：

1)分離信噪，提高信噪比

2)提取有用的特征信息

3)修正測(cè)試誤差2.信號(hào)處理方法1)模擬信號(hào)處理：濾波、限幅、隔直、解調(diào)2)數(shù)字信號(hào)處理：計(jì)算機(jī)程序處理二、數(shù)字信號(hào)處理概述1.數(shù)字信號(hào)處理的基本步驟預(yù)處理：幅值調(diào)整、濾波（高頻）、隔直、解調(diào)2.模擬信號(hào)的數(shù)字離散化1)采樣、截?cái)?、DFT（離散傅里葉變換）信號(hào)x(t)

采樣（Ts、fs、采樣函數(shù)s(t)）采樣后信號(hào)x(t)s(t)

截?cái)啵ù昂瘮?shù)w(t)，窗寬T，序列寬度N）截?cái)嗪笥邢揲L(zhǎng)離散信號(hào)：x(t)s(t)w(t)離散2)采樣定理：fs>2fn（信號(hào)的最高頻率）三、信號(hào)的相關(guān)分析（一）兩變量的相關(guān)系數(shù)（二）信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)1.自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)5)周期函數(shù)的自相關(guān)函數(shù)仍為同頻率的周期函數(shù)2.自相關(guān)分析的應(yīng)用(區(qū)別信號(hào)類型)

只要信號(hào)中含周期成分，自相關(guān)函數(shù)在很大時(shí)不衰減，有明顯周期性；不含周期成分的隨機(jī)信號(hào)，自相關(guān)函數(shù)將趨于零。信號(hào)自相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用：機(jī)械加工表面粗糙度的波形自相關(guān)函數(shù)分析（三）信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)1.互相關(guān)函數(shù)定義2.互相關(guān)函數(shù)性質(zhì)3.互相關(guān)分析應(yīng)用（同頻相關(guān)，不同頻不相關(guān)）兩信號(hào)是同頻率的周期信號(hào)或包含同頻率的周期成分，互相關(guān)函數(shù)不收斂，出現(xiàn)該頻率周期成分；兩信號(hào)含有頻率不等的周期成分，兩者不相關(guān)?；ハ嚓P(guān)技術(shù)應(yīng)用舉例：相關(guān)濾波：線性系統(tǒng)激振后的相應(yīng)測(cè)試信號(hào)（含噪聲干擾）與激振信號(hào)進(jìn)行相關(guān)性分析可濾去噪聲。（四）功率譜分析及應(yīng)用（了解）頻域的相關(guān)性分析1.自功率譜密度函數(shù)（自相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換）及應(yīng)用2.互譜密度函數(shù)（互相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換）及應(yīng)用四、現(xiàn)代信號(hào)分析方法簡(jiǎn)介功率譜估計(jì)（非參數(shù)方法、參數(shù)方法）時(shí)域分析（短時(shí)傅立葉變換、小波變換、

Wigner－Ville發(fā)布）統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理（維納濾波器、卡爾曼濾波器等）第六章位移測(cè)量§1概述一、位移測(cè)量的意義位移是最基本的機(jī)電物理測(cè)量參數(shù)：速度、加速度、力、力矩、變形、溫度、流量、物位等機(jī)電參數(shù)都可以轉(zhuǎn)化為位移的測(cè)量。二、位移傳感器的種類及選用有多種形式的位移傳感器，主要依據(jù)位移測(cè)量的精度要求、量值特征（量程范圍）、頻率特征等?！?常用的位移傳感器一、滑線電阻式位移傳感器1.工作原理：如何保證傳感器的線性輸出？2.特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出大；有機(jī)械摩擦，壽命低、分辨率低、噪聲大、不宜高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。二、應(yīng)變片位移傳感器1.原理：通過彈性元件，把位移量轉(zhuǎn)化成應(yīng)變量，用應(yīng)變片、應(yīng)變儀測(cè)量。2.貼片、接橋：位移變形三、差動(dòng)變壓器式位移傳感器1.結(jié)構(gòu)原理：差動(dòng)變壓器是一個(gè)調(diào)幅器：載波、調(diào)制信號(hào)、已調(diào)制（調(diào)制輸出）信號(hào)2.測(cè)量電路：

檢測(cè)出位移的大小和方向差動(dòng)整流電路、相敏檢波電路3.測(cè)量特點(diǎn)1)測(cè)量范圍：0~5mm，0~10mm，0~300mm2)特點(diǎn)：精度高、線性范圍大、輸出大系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能較差四、光電式位移傳感器

光電脈沖編碼盤：輸出脈沖信號(hào)，測(cè)量范圍大（配計(jì)數(shù)器），精度低。

光電數(shù)字編碼盤：輸出數(shù)字信號(hào)，測(cè)量范圍大，精度適中?！?位移測(cè)量的應(yīng)用一、回轉(zhuǎn)軸徑向運(yùn)動(dòng)誤差的測(cè)量（了解）二、物位測(cè)量1.概述：液位的測(cè)量、固體料位的測(cè)量，將物位轉(zhuǎn)換為位移量測(cè)量2.沉筒式液位變送器3.電阻式液位計(jì)第七章振動(dòng)的測(cè)量簡(jiǎn)介§1振動(dòng)測(cè)試概述起動(dòng)時(shí)沖擊振動(dòng)、工作時(shí)的隨機(jī)振動(dòng)1.振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)振動(dòng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)：振動(dòng)位移、速度、加速度，振動(dòng)f；對(duì)象的振動(dòng)特性參數(shù)：固有頻率、阻尼、剛度等2.振動(dòng)測(cè)試目的

1)尋找振源，減少或消除振動(dòng)，故障檢測(cè)。（在線振動(dòng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)檢測(cè)）

2)測(cè)定結(jié)構(gòu)或部件的動(dòng)態(tài)特性以便改進(jìn)，提高抗振能力。（激振試驗(yàn)、機(jī)械模態(tài)試驗(yàn)，確定對(duì)象的振動(dòng)特性參數(shù)：固有頻率、阻尼比、剛度等）§2慣性式測(cè)振傳感器的力學(xué)模型一、慣性式測(cè)振傳感器的力學(xué)模型二、慣性式測(cè)振傳感器的特性分析1.w/wn》3~5，A（w）＝1，φ（w)＝－180o

傳感器的w下》wn2.w/wn＝1，ζ＝0.6～0.7，幅頻特性平坦，擴(kuò)大傳感器的下限頻率，ζ較小時(shí)，引起諧振，縮小下限頻率。3.w上受結(jié)構(gòu)和元件的限制（理論上無限大，實(shí)際上不能太大）；w下受特性元件的剛度、質(zhì)量、阻尼影響，wn不能太小。4.§3測(cè)振傳感器的類型一、渦流位移傳感器測(cè)量振動(dòng)的位移（振幅），線性范圍大，靈敏度高、頻率寬，測(cè)量范圍0.5～10mm。二、電容傳感器（測(cè)振動(dòng)位移）

非接觸式和接觸式兩種三、磁電式速度計(jì)（測(cè)振動(dòng)速度）四、壓電式加速度計(jì)（測(cè)振動(dòng)加速度）五、阻抗頭（測(cè)振動(dòng)加速度和激振力）壓電式力傳感器＋壓電式加速度傳感器的組合第二章、測(cè)試裝置的基本特性

§1概述測(cè)試裝置的基本特性

靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性、負(fù)載特性、抗干擾性不失真測(cè)量：語音片段1(Good)語音片段2(bad)

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。返回目錄§2測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)響應(yīng)特性

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（或低頻），則稱為靜態(tài)測(cè)量。

靜態(tài)測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置表現(xiàn)出的響應(yīng)特性稱為靜態(tài)響應(yīng)特性。a)靈敏度

當(dāng)測(cè)試裝置的輸入x有一增量△x,引起輸出y發(fā)生相應(yīng)變化△y時(shí),定義:S=△y/△xyx△x△yb)非線性度

標(biāo)定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。

非線性度=B/A×100%yxBc)回程誤差

測(cè)試裝置在輸入量由小增大和由大減小的測(cè)試過程中，對(duì)于同一個(gè)輸入量所得到的兩個(gè)數(shù)值不同的輸出量之間差值最大者為hmax，則定義回程誤差為:(hmax/A)×100%yxhmaxAd)靜態(tài)響應(yīng)特性的其他描述精度：是與評(píng)價(jià)測(cè)試裝置產(chǎn)生的測(cè)量誤差大小有關(guān)的指標(biāo)

靈敏閥：又稱為死區(qū)，用來衡量測(cè)量起始點(diǎn)不靈敏的程度。

分辨力：指能引起輸出量發(fā)生變化時(shí)輸入量的最小變化量，表明測(cè)試裝置分辨輸入量微小變化的能力。測(cè)量范圍：是指測(cè)試裝置能正常測(cè)量最小輸入量和最大輸入量之間的范圍。

可靠性：是與測(cè)試裝置無故障工作時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)的一種描述。

穩(wěn)定性：是指在一定工作條件下，當(dāng)輸入量不變時(shí)，輸出量隨時(shí)間變化的程度。案例：物料配重自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)測(cè)量

靈敏度=△y/△x非線性度=B/A×100%回程誤差=(hmax/A)×100%測(cè)量范圍：

無論復(fù)雜度如何，把測(cè)量裝置作為一個(gè)系統(tǒng)來看待。問題簡(jiǎn)化為處理輸入量x(t)、系統(tǒng)傳輸特性h(t)和輸出y(t)三者之間的關(guān)系。x(t)h(t)y(t)輸入量系統(tǒng)特性輸出