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1、题型：选择25、判断10、简答15、分析计算50,绪论掌握基本概念测试系统的组成及各部分作用,第一章,信号的分类给出一个信号的表达式能够判断属于哪一种信号。信号的描述方法周期信号非周期信号知道每种信号频谱的特点给出信号能够绘制频谱随机信号的描述傅立叶变换定义性质典型信号的频谱,一、信号的分类 (classification of signal),信号的分类方法很多，可以从不同的角度对信号进行分类。如数学表示、取值特征和能量功率。,1. 确定性信号与非确定性信号,要求：1.给出信号表达式能够判断出该信号属于什么信号。2.知道每一类信号的时域与频域特点。3.会每一种信号的描述方法。,两种不同形式傅
2、氏级数展开频谱比较：,n： 0 单边频谱,n： - + 双边频谱,三角函数展开,复指数函数展开,给出周期信号的时域表达式能够绘制出其单边和双边幅频谱。并能说出频谱的特点。,幅值谱,相位谱,特点：1、离散性2、收敛性3、谐波性,周期信号频谱及特点:,1.2.1 周期信号的描述,绘制如下信号频谱,1.周期信号的频谱具有离散性、收敛性、谐波性。（ ）2.非周期信号的频谱都是连续的。（ ）3.只有周期信号的频谱是离散的。（ ）4.任一周期信号都可看成是由多个乃至无穷多个谐波信号叠加而成。（ ）5.谐波信号具有多个频率成分。（ ）,傅里叶变换（FT）,傅里叶逆变换（IFT）,以,代入得,记为：,1.2.
3、2 非周期信号的描述,二、傅里叶变换及其主要性质,（一）均值、均方值、均方根值和方差 （参数的含义）,均值(mean)反映信号的静态分量，即常值分量：,均方值(mean square)反映信号的能量或强度：,均方根值(root of mean square)为均方值正的平方根：,三、随机信号的描述,方差(Variance)反映信号偏离均值的波动情况：,标准差(standard variance)为方差的正的平方根：,几种典型函数的频谱(频谱密度),四、几种典型信号的频谱,1.函数的频谱及其性质2.矩形窗函数和常值函数的频谱3.谐波函数频谱4.周期单位脉冲序列频谱。,第三章,3.1 测试系统及其
4、主要性质,3.2 测试系统的静态特性,3.3 测试系统的动态特性,3.4 测试系统在典型输入下的响应,3.5 实现不失真测试的条件,（1）线性系统的主要性质,叠加性,若x1(t)y1(t)，x2(t)y2(t)，则x1(t) x2(t)y1(t) y2(t)。,比例性,若x(t)y(t)，为常数，则x(t) y(t)。,微分特性,若x(t)y(t)，则dx(t)/dtdy(t)/dt。,积分特性,若系统的初始状态为0，则 。,是指若系统输入为简谐信号，则其稳态输出也为同频简谐信号。,频率保持性,3.1 测试系统及其主要性质,频率保持性,线性系统具有频率保持特性的含义是输入信号的频率成分通过线性
5、系统后仍保持原有的频率成分。如果发现输入和输出信号的频率成分不同，则该系统就不是线性系统。,描述测试系统静态特性的指标有哪些？,精度、非线性度、灵敏度、分辨力、回程误差、漂移等。,1.掌握传递函数、频率响应函数、脉冲响应函数的关系：,3.3 测试系统的动态特性,2.掌握一阶系统频率响应函数的幅频A(w)和相频特性。,频率响应函数：幅频特性和相频特性,例1:用一个时间常数为0.3s的一阶装置去测量周期为1s的正弦信号,问幅值误差将是多少?若周期为5s呢?结果如何?解:幅值误差:一阶系统:当装置的周期为1s,5s时:,所以,信号频率越小,幅值误差越小.,（2）二阶系统的特点,3.3 测试系统的动态
6、特性,3.5 实现不失真测试的条件 (Condition of Non-distorted Measurement),1. 不失真测试的条件,是指系统响应y(t)的波形和输入x(t)的波形完全相似，从而保留原信号的特征和全部信息。,信号不失真测试,波形不失真复现,y(t)= A0 x(t- t0),其中，A0、t0为常数。,上式表明，若输入与输出间仅幅值不同和存在时间滞后，则表明系统实现了不失真测试。,系统初态为0时，对上式进行傅里叶变换，可得不失真测试装置的频率响应函数为,即：A() = A0 ， () = t0。,该测试系统的输出y(t)应满足：,3.5 实现不失真测试的条件,不失真测试条
7、件：,幅频特性A()在x(t)的频谱范围内为常数；,相频特性()与成线性关系，为一经过原点的直线。,3.5 实现不失真测试的条件,第四章,电阻应变传感器电阻应变效应压阻式传感器压阻效应变阻式传感器,以金属材料为敏感元件的应变片测量试件应变的原理是基于金属丝的应变效应。,掌握每种传感器的原理、特点和应用。,自感传感器,根据上述公式可以形成三种类型的自感式传感器：(1)改变气隙厚度；(2)改变导磁面积A0；(3)利用铁芯在螺管线圈中的直线位移改变总的磁阻。也可认为改变有效线圈匝数N。三种传感器均可用来测量变换为直线位移的物理参量。,电感传感器：自感式传感器、互感式传感器、压磁式传感器,特点、灵敏度
8、、适用范围。,2.涡流传感器,当金属板置于变化磁场中或在磁场中运动时，在金属板中产生感应电流，这种电流在金属板体内是闭合的，称为涡流。,涡流的大小与金属板的电阻率、磁导率、厚度以及金属板与线圈距离、激励电流、角频率等参数有关。,集肤效应：涡流在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为集肤效应。,集肤效应与激励源频率f、工件的电阻率和相对磁导率有关。频率越高，电涡流的渗透深度就越浅，集肤效应越严重。,涡流传感器可分为高频反射式和低频透射式。（两种工作原理有何不同？各有什么优点？）,1）高频反射式涡流传感器,金属板置于线圈附近，相互间距为 。高频交变电流i - 磁通 （
9、集肤效应）“旋涡状”闭合感应电流 i1 （涡电流或涡流） 交变磁通1 反作用于线圈。根据楞次定律，涡流的交变磁场变化方向与线圈磁场变化方向相反，1总是抵抗的变化，从而导致原线圈等效阻抗发生变化。,工作原理,通常线圈尺寸、激励电流i及其频率一定，若金属板材料一定，变化可以用来测量位移、振动等参量。若一定，变化或可实现材质鉴别或无损探伤。,等效阻抗的变化程度与线圈尺寸、距离、金属板电阻率和磁导率、线圈激励电流 i 及其频率有关。,2）低频透射式涡流传感器,L1 和L2分别为发射线圈和接收线圈。 L1通低频（音频）交流电流。 在L2中产生感应电压u2 。金属板产生的涡流消耗了一部分磁场能量，使u2有
10、所降低，板越厚，u2越低。,工作原理,因而按u2的变化便可测得材料的厚度。测量厚度时，激励频率应选得较低。频率太高，贯穿深度小于被测厚度，不利于进行厚度的测量，通常选激励频率为1KHz左右。,4.5 电容式传感器,1.工作原理及分类,电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种传感器。,电容式传感器实质是一具有可变参数的电容器。,电容量为, 介质相对真空的介电常数，空气 1。0 真空的介电常数，0=8.8510-12F/m。 极板间距。A 极板面积。,、A或 发生变化都会引起C变化。,实际使用中，通常仅改变一个参数，根据变化参数的不同，可分为三类：,改变极板间距的极距变化型；,改变极板相
11、互遮盖面积的面积变化型；,改变极板间介质的介质变化型（改变）。,磁电传感器：磁电感应式、霍尔传感器等。,掌握原理和应用。会解释课本中相应磁电传感器的工作原理。掌握霍尔效应及霍尔传感器测速原理。,光电传感器测速原理,压电传感器：压电效应、逆压电效应。,第五章 信号的调理与记录,电桥调制与解调滤波器,直流电桥的连接方式,(a) 半桥单臂 (b) 半桥双臂 (c) 全桥,R,3,R,4,R,2,u,i,u,o,I,1,I,2,a,b,d,c,R,3,R,4,u,i,u,o,I,1,I,2,a,b,d,c,u,i,u,o,I,1,I,2,a,b,d,c,3,4,2,u,u,1,2,3,4,u,u,1,
12、2,u,1,2,R,3,R,4,R,2,u,i,u,o,I,1,I,2,a,b,d,c,3,4,2,u,1,2,半桥单臂连接方式中只有一个电阻阻值随被测量的变化而变化，此时的输出电压为,实际使用中，为了简化桥路设计，同时也为了得到电桥的最大灵敏度，往往取各桥臂阻值相等，即,(3) 电桥的灵敏度,则输出电压为,半桥双臂接法:,全桥接法 :,定义电桥的灵敏度,则三种接法的灵敏度比分别为1：2：4。,注意：相邻两臂电阻增量符号相反；相对两臂电阻增量符号相同。,经传感器后的信号需经过：调理、放大、滤波等一系列的加工处理,目的：将微弱电压信号放大 将非电信号转换为电压信号 抑制干扰噪声，提高信噪比 便于
13、传输及后续环节的处理, 5.2 调制与解调,调制就是使一个信号的某些参数在另一个信号的控制下而发生变化的过程。前一信号称为载波后一信号（控制信号）称为调制信号。,对应于信号的三要素：幅值、频率和相位，根据载波的幅值、频率和相位随调制信号而变化的过程，调制可以分为调幅、调频和调相，其波形分别称为调幅波、调频波和调相波。,1.幅值调制与解调,设调制信号为 ，其最高频率成分为 ，载波信号为 ， 。则有调幅波：,由傅里叶变换的卷积性质,调幅是将一个高频简谐信号（载波信号）与测试信号（调制信号）相乘，使载波信号的幅值随测试信号的变化而变化。,(1)幅值调制的工作原理,则,而,结合第一章的作业题,调幅过程
14、相当于“频谱”搬移过程。,调幅的目的是为了便于缓变信号的放大和传送。,如在电话电缆、有线电视电缆中，由于不同的信号被调制到不同的频段，因此在一根导线中可以传输多路信号。,为了减小放大电路可能引起的失真，信号的频宽相对于中心频率（载波频率）应越小越好，实际载波频率常至少数倍甚至数十倍于调制信号频率。,滤波器滤波器的分类、RC调谐式滤波器P149。高通、低通、带通与RC关系。,振动测量内容：测量机器或结构在工作状态下的振动，如振动位移、速度、加速度等掌握被测对象的运行状态状态监测、故障诊断环境控制、等级评定对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动获得被测对象的动态性能：固有频率、阻尼、响应、模
15、态等找出薄弱环节，通过改进设计提高其抗振能力,第七章 振动的测量,振动信号三要素：1） 幅值 振动体离开其平衡位置的最大位移。是振动强度大小的标志，可以用峰值、有效值、平均值等表示。2） 频率 周期的倒数。频谱分析 频率成分及其幅值大小 线性系统频率保持特性寻找振源3） 相位 确定共振频率、振型、动平衡、有源振动控制等,在振动测量时，应合理选择测量参数，如：振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。振动速度又与能量和功率有关，并决定了力的动量。,第九章 力的测量,1.力的测量方法可以归纳为利用力的静力效应和动力效应两种。掌握各自所依据的原理。,2.掌握电桥的和差特性，并能利用该性质根据测量量的不同进行合理布桥。,1.只测弯矩，消除拉力影响的布桥方式,2.只测拉力，消除弯矩影响的布桥方式,电桥和差特性：变化相同的需要消除的量放在相邻两臂，否则放在相对两臂。,
