1、11总复习总复习非电量非电量电量电量激励激励装置装置传传感感器器信信号号调调理理显显示示记记录录观察者观察者信信号号处处理理反馈、控制反馈、控制被测被测对象对象22第第1 1章章 绪绪 论论1.1 测试的基本概念测试的基本概念1.2 测试技术的内容和任务测试技术的内容和任务1.3 测试系统的组成测试系统的组成1.4 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势1.5 测试测试技术的应用技术的应用1.6 课程的学习要求课程的学习要求33测试技术的主要内容测试技术的主要内容 测量原理测量原理 ( (物理、化学、生物物理、化学、生物 ) )测量方法：直接与间接、测量方法：直接与间接、电测与非电测电测与非电测
2、等等测量系统测量系统数据处理数据处理 测试技术测试技术= =测量技术测量技术+ +试验技术试验技术44非电量电测法的优点：1、电信号处理手段成熟且丰富；2、有利于远程信号传输和控制；3、电子测量仪器便于小型化；4、测量仪器的灵敏度可用电子技术方便的调节；5、有利于转换为数字电信号，有利于分析存储；6、有助于实现无损检测。55非电量非电量电量电量激励激励装置装置传传感感器器信信号号调调理理显显示示记记录录观察者观察者信信号号处处理理反馈、控制反馈、控制被测被测对象对象测试系统的组成测试系统的组成66测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势 传感器：新型、微型、智能型传感器：新型、微型、智能型 测试仪
3、器：高精度、快速、多功能、小型化、在线监测试仪器：高精度、快速、多功能、小型化、在线监测、性能标准化和低价格测、性能标准化和低价格 参数测量与数据处理：计算机、自动化、集成化、网参数测量与数据处理：计算机、自动化、集成化、网络化络化 测试范围继续向两个极端发展：大尺度、小尺度测试范围继续向两个极端发展：大尺度、小尺度 视觉测试技术视觉测试技术77第第2 2章章 信号及其描述信号及其描述2.1 信号的分类信号的分类2.2 信号的信号的描述描述2.3 周期信号及其离散频谱周期信号及其离散频谱2.4 非非周期信号及其连续频谱周期信号及其连续频谱2.5 随机信号随机信号88信号的分类信号的分类非平稳随
4、机信号非各态历经信号各态历经信号平稳随机信号非确定性信号一般非周期信号准周期信号非周期信号一般周期信号谐波信号周期信号确定性信号 信号信号99信号时域与频域描述的关系信号时域与频域描述的关系W(f )T01T1Tf3T3T (f ) 01T2T3T1T2T3T2T2T1-T/2T/2tw(t)01010周期信号周期信号三角函数展开式三角函数展开式)sincos()(0010tnbtnaatxnnnttxTaTTd)(12/2/0000ttntxTaTTndcos)(202/2/000ttntxTbTTndsin)(202/2/000其中其中1111复指数展开式复指数展开式ntnnCtx0je)
5、(0221( )TjntTnCx t edtT其中，两种展开式中的系数关系见表24。1212周期信号的频谱特点： 离散性 谐波性 收敛性4A 24A92 4A2520A()03050003050 () A 221313非周期信号非周期信号ttxXtde)()(j傅里叶变换（傅里叶变换（FT） f 2以以代入得代入得ttxfXftde )()(2j1414 非周期信号频谱的特点非周期信号频谱的特点 l谐波性谐波性 l连续性连续性l收敛性收敛性1515积 分x(t t0) 时 移 频域微分x(kt) 尺度变换 时域微分x(-f) X(t) 对 称 性 X1(f)X2(f)x1(t) x2(t)频域
6、卷积AX(f)+bY(f) ax(t)+by(t) 线性叠加 X1(f) X2(f)x1(t)x2(t)时域卷积实奇函数虚奇函数X*(-f)x*(t)共 轭虚偶函数虚偶函数X(-f) x(-t) 翻 转 虚奇函数实奇函数X(f f0) 频 移 实偶函数实偶函数函数的奇偶虚实性频 域时 域性 质频 域时 域性 质0,1kkfXk02je )(ftfXtftx02je )(nnttxd)(d)(2 jfXfn)(2 jtxtnnnffXd)(dtttxd)(存在ffXfXf)(),(2 j1傅里叶变换的主要性质傅里叶变换的主要性质 1616典型信号的频谱典型信号的频谱单位脉冲函数单位脉冲函数(函数
7、函数)0(0)0()(lim)(0tttt性质：采样性质、筛选性、性质：采样性质、筛选性、卷积性卷积性1717周期信号的强度指标： 峰值、均值、均方值等随机信号的主要统计参数： 均值、均方值、均方根值和方差 概率密度函数与相关系数计算公式一起记忆1818第第3章章 测试系统的基本特性测试系统的基本特性3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 测试系统的静态特性测试系统的静态特性3.3 3.3 测试系统的动态特性测试系统的动态特性3.4 3.4 典型测试系统的动态响应典型测试系统的动态响应3.5 3.5 实现不失真测试的条件实现不失真测试的条件1919测试系统的静态特性是指静态测量情况下，描述实际
8、测试装置与理想定常线性系统的接近程度。灵敏度、非线性度、回程误差、重复性、分辨力（分辨率）、漂移（点漂、零漂）、信噪比测试系统的动态特性是指输入量随时间变化时，其输出随输入而变化的关系。一般地，在所考虑的测量范围内，测试系统可以认为是线性系统。基本方法： 传递函数拉普拉斯变换（Laplace transform） 频率响应函数傅里叶变换（Fourier transform）202001110111)()()(asasasabsbsbsbsXsYsHnnnnmmmm（nm）传递函数频率响应函数频率特性)(je )()(j)()(AQPH式中：)()()j()(22QPHA)()(arctan)j
9、()(PQH频率特性、幅频特性、相频特性、实频特性、虚频特性11101110(j )(j )(j )( )( )|(j )(j )(j )mmmmsjnnnnbbbbHH saaaa2121（1）一阶系统的特点传递函数： 11)(ssH频率特性： jarctan2e)(11j11)(H实频特性： 2)(11)(P虚频特性： 2)(1)(Q2222一阶系统的单位阶跃响应) 1(1)()()(sssXsHsYttye1)(（t0）2323（2）二阶系统的特点 传递函数2nn22n2)(sssH式中：n 为系统固有频率， 为系统阻尼比。频率特性n2n2nn22n2 j11)j (2)j ()(H幅频
10、特性 2n222n411)()( HA相频特性2nn12arctan)(2424二阶系统的单位阶跃响应) 10()sin(1e1)(d2nttyt22nd1arctan,1式中： 5101500.20.40.60.811.21.41.61.82tpxo(t)=0.2=0.4=0.6=0.8t2525根据一阶、二阶测试系统的响应特点，如何选择合适的相应的参数？测试系统动态特性的测定（1）频率响应法（2）阶跃响应法 2626不失真测试的条件y(t)= A0 x(t- t0)其中，A0、t0为常数。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00j0j0e)()(e)()
11、()(ttAXXAXYH即：A() = A0 ， () = t0。 假设x(t)为输入，该测试系统的输出y(t)应满足：2727 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。A(), ()A0A() = A0 () = -t0- c c0不失真测试系统的频率特性图（|c时，A()=0） 2828第第4 4章章 常用传感器常用传感器1概述 2电阻式传感器3电感式传感器 4电容式传感器5电涡流传感器 6压电传感器7热电式传感器 8磁电式传感器 9霍尔传感器 10光电式传感器11光纤传感器 12传感器的选用2929应变式应变式金属的电阻应变效应金属的电
12、阻应变效应电阻式传感器电阻式传感器半导体的压阻效应半导体的压阻效应0d /12constantd /R RSEl l 变阻器式变阻器式阶梯特性阶梯特性和和负载效应负载效应3030电感式传感器电感式传感器工作原理：电磁感应原理 互感型互感型 自感型自感型2002AWL i1L1L2e12可变磁阻式差动变压器式可用于相敏检波RLeie2L2e1L1R1R2eoM1M23131电容式传感器电容式传感器AC0电容量电容量电涡流式传感器电涡流式传感器原理：涡流效应1）高频反射式涡流传感器：）高频反射式涡流传感器：集肤效应2）低频透射式涡流传感器）低频透射式涡流传感器压电式传感器压电式传感器原理： 压电效
13、应前置放大器作用：阻抗变换；放大压电信号。3232热电式传感器热电式传感器工作原理：热电效应热电偶基本定律：中间温度定律、中间导体定律、参考电极定律1. 热电偶传感器2. 热电阻传感器工作原理：热电阻效应磁电式传感器磁电式传感器工作原理：电磁感应效应dtdWe3333霍尔霍尔传感器传感器工作原理：霍耳效应IBKdIBRUHHH霍尔电势光电式传感器光电式传感器工作原理：光电效应外光电效应内光电效应光电导效应光生伏特效应光纤传感器光纤传感器物性型、结构型传感器选用原则传感器选用原则灵敏度、线性范围、响应特性、稳定性、精确度3434第第5 5章章 信号变换及调理信号变换及调理5.1 5.1 电桥电桥
14、5.2 5.2 调幅与解调调幅与解调5.3 5.3 调频与解调调频与解调5.4 5.4 滤波器滤波器3535非电量非电量电量电量激励激励装置装置传传感感器器信信号号调调理理显显示示记记录录观察者观察者信信号号处处理理反馈、控制反馈、控制被测被测对象对象3636直流电桥直流电桥和和交流电桥交流电桥4231RRRRR1R3R4R2uiuoI1I2abdc半桥单臂、半桥双臂、全桥接法：灵敏度比分别为1：2：4。42314231ZZZZ3737调幅与解调调幅与解调3838解调解调同步解调、整流检波解调 、相敏检波解调 调幅应用调幅应用动态电阻应变仪动态电阻应变仪 电桥电桥放大器放大器相敏检波相敏检波低
15、通滤波低通滤波显示记录显示记录载波振荡器载波振荡器x(t)x(t)0t0ty(t)电阻应变片电阻应变片0txm(t)0tx(t)0txm(t)3939调频与解调调频与解调调频波与调制信号幅值的关系图调频波与调制信号幅值的关系图 4040(a) 鉴频器鉴频器 (b) 频率频率-电压特性曲线电压特性曲线 ufC1L1L2C2CRu0ua频率电压线性变换部分频率电压线性变换部分幅值检波幅值检波ua0 ntua0uat0调频波的解调调频波的解调4141滤波器滤波器理想滤波器：无过渡带且在通频带内满足不失真测试条件的滤波器。 （为什么是不存在的？）实际滤波器基本参数恒带宽比与恒带宽滤波器 4242第第6
16、 6章章 显示与记录仪器显示与记录仪器6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 笔式记录仪笔式记录仪6.3 6.3 光线示波器光线示波器6.4 6.4 磁带记录仪磁带记录仪6.5 6.5 新型记录仪新型记录仪6.6 6.6 虚拟仪器虚拟仪器4343第第7 7章章 信号的处理与分析信号的处理与分析7.1 概述概述7.2 信号的信号的数字化处理数字化处理7.3 信号的相关分析信号的相关分析4444混叠和采样定理混叠和采样定理 sc2ff截断、泄漏和窗函数截断、泄漏和窗函数量化与量化误差量化与量化误差 信号的数字化处理信号的数字化处理4545信号的相关分析信号的相关分析自相关分析自相关分析220d)(
17、)(1lim)(xxTTxttxtxT相关系数相关系数 TxttxtxTR0d)()(1)(周期信号：周期信号： 非周期信号：非周期信号： ttxtxRxd)()()(自相关函数自相关函数自相关函数的性质自相关函数的性质 4646互相关分析互相关分析yxyxxyxyR)()(互相关系数互相关系数 TTxyttytxTR0d)()(1lim)(互相关函数互相关函数 互相关函数的性质互相关函数的性质 4747自相关测转速自相关测转速理想信号理想信号干扰信号干扰信号实测信号实测信号自相关系数自相关系数4848地下输油管道漏损位置的探测地下输油管道漏损位置的探测tX1X24949第第8 8章章 机械振
18、动的测试机械振动的测试8.1 概概述述8.2 单自由度系统的受迫振动单自由度系统的受迫振动8.3 机械振动机械振动的的激励激励8.4 测振传感器测振传感器8.5 振动信号分析仪器振动信号分析仪器8.6 振动测量的实施振动测量的实施8.7 固有频率和阻尼比的测试固有频率和阻尼比的测试8.8 振动的控制振动的控制5050振动测试系统的组成振动测试系统的组成振动测试系统一般由激振器、放大器、测振传感器、振动分析仪和显示记录仪组成。单自由度系统的受迫振动单自由度系统的受迫振动质量块受力所产生的受迫振动质量块受力所产生的受迫振动 基础运动产生的受迫振动基础运动产生的受迫振动 激励方式激励方式：稳态正弦激
19、振稳态正弦激振 、瞬态激振瞬态激振和随机激振随机激振。 振动的控制振动的控制消振、隔振、吸振、阻振、结构修改、加强机械设备的基础5151第第9 9章章 噪声的测量噪声的测量Noise Measurement9.1 概述概述9.2 噪声的度量噪声的度量9.3 噪声测量常用仪器及测量方法噪声测量常用仪器及测量方法9.4 噪声的控制及利用噪声的控制及利用5252噪声的度量噪声的度量声压与声压级声强与声强级声功率及声功率级响度及响度级噪声测量常用仪器噪声测量常用仪器一套声压级测量仪器包括一套声压级测量仪器包括传声器、声级计、频率分析仪、传声器、声级计、频率分析仪、校准器校准器等。等。噪声的控制及利用噪声的控制及利用控制噪声控制噪声：抑制噪声源、噪声传播途径的衰减、在人耳处减弱噪声。噪声的隔离噪声的隔离：弹簧减振、阻尼材料减振、混合减振。
