测试技术 ppt课件PPT文档格式.ppt

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一个被测对象有多个属性，首先要确定以它的哪个属性作为定以它的哪个属性作为被测量被测量n被测量：

可以是电量，也可以是非电量。

被测量：

对于非对于非电量，通常是把被测的非电量，通过传感器变换电量，通常是把被测的非电量，通过传感器变换成电信号再进行测量成电信号再进行测量-非电量的电测技术。

非电量的电测技术。

n激励装置：

有些被测量（待测试的信息）无法显激励装置：

有些被测量（待测试的信息）无法显现或显现不明显，需要通过激励装置来作用于被现或显现不明显，需要通过激励装置来作用于被测对象。

测对象。

n传感器：

将被测信息转换成某种电信号的器件。

传感器：

由敏感器和转换器两部分组成。

n信号的调理环节及处理环节：

对传感器输出的信信号的调理环节及处理环节：

对传感器输出的信号进行一系列的处理。

号进行一系列的处理。

n反馈控制环节：

主要用于闭环控制系统中。

反馈控制环节：

n一个简化的测试系统：

一个简化的测试系统：

n一个简化的闭环控制系统：

一个简化的闭环控制系统：

n可以看出，在闭环控制系统中，测试被控量的可以看出，在闭环控制系统中，测试被控量的量值，是实现闭环控制的关键。

量值，是实现闭环控制的关键。

n3、测试技术的发展动向（就机械工程而言）、测试技术的发展动向（就机械工程而言）测量方式的多样化测量方式的多样化视觉测试技术视觉测试技术测量尺寸向两个极端发展测量尺寸向两个极端发展第第1章章信号及其表述信号及其表述n信息：

是事物存在的方式和运动状态的特信息：

是事物存在的方式和运动状态的特征。

征。

n信号：

工程测试信息总是通过某些物理量信号：

工程测试信息总是通过某些物理量的形式表现出来，这些物理量就是信号。

的形式表现出来，这些物理量就是信号。

n信号是信息的载体，信息是信号所载的内信号是信息的载体，信息是信号所载的内容。

容。

n信号是物体内部信息的外部表现。

信号是物体内部信息的外部表现。

1.1信号的分类信号的分类n按数学关系：

确定性信号和非确定性信号（随按数学关系：

确定性信号和非确定性信号（随机信号）机信号）n按取值特征：

连续信号和离散信号按取值特征：

连续信号和离散信号n按能量功率：

能量信号和功率信号按能量功率：

能量信号和功率信号n按分析处理方法：

时域信号和频域信号按分析处理方法：

时域信号和频域信号1.1.1确定性信号和非确定性信号确定性信号和非确定性信号n具体分类如下图示：

具体分类如下图示：

1）确定性信号）确定性信号：

能用明确的数学关系式表达的：

能用明确的数学关系式表达的信号。

信号。

n当信号按一定时间间隔周而复始重复出现时称当信号按一定时间间隔周而复始重复出现时称为为周期信号周期信号，否则称为，否则称为非周期信号非周期信号。

n周期信号的数学表达式：

周期信号的数学表达式：

n式中式中n=1，2，3，T0称为周期。

称为周期。

n,00为角频率，为角频率，ff00为频率为频率n正弦或余弦信号称为谐波信号（或简谐信号）正弦或余弦信号称为谐波信号（或简谐信号）n周期方波、周期三角波等称为一般周期信号，他周期方波、周期三角波等称为一般周期信号，他们都可以看成是由几个或无穷多个频率不同的谐们都可以看成是由几个或无穷多个频率不同的谐波信号叠加组成。

波信号叠加组成。

n准周期信号也由多个频率成分（谐波分量）叠加准周期信号也由多个频率成分（谐波分量）叠加组成，但是组成，但是叠加后不存在公共周期叠加后不存在公共周期。

比如：

。

它们的周期没有最小公倍数（或者说它们的角频它们的周期没有最小公倍数（或者说它们的角频率的比值为无理数）。

率的比值为无理数）。

n周期信号举例周期信号举例n例一：

50Hz正弦波信号10sin（2*50*t）的波形n例二：

机械系统中，回转体不平衡引起的振动，往往也例二：

机械系统中，回转体不平衡引起的振动，往往也是一种周期性运动。

例如，下图是某钢厂减速机上测得是一种周期性运动。

例如，下图是某钢厂减速机上测得的振动信号波形的振动信号波形（测点测点3），可以近似地看作为周期信号。

，可以近似地看作为周期信号。

n测点测点3的振动波形的振动波形准周期信号举例准周期信号举例n这种信号往往出现于通信、振动系统，应用于这种信号往往出现于通信、振动系统，应用于机械转子振动分析、齿轮噪声分析、语音分析机械转子振动分析、齿轮噪声分析、语音分析等场合。

等场合。

n一般非周期信号：

在有限时间段存在，或随时一般非周期信号：

在有限时间段存在，或随时间的增加而幅值衰减至间的增加而幅值衰减至0的信号。

又称为瞬变非的信号。

又称为瞬变非周期信号或瞬态信号。

周期信号或瞬态信号。

n比如：

脉冲信号，矩形窗信号比如：

脉冲信号，矩形窗信号n单自由度振动模型在脉冲力作用下的响应如图单自由度振动模型在脉冲力作用下的响应如图n非确定性信号：

又叫随机信号，无法用明确的非确定性信号：

又叫随机信号，无法用明确的数学关系式表达。

需要用数理统计理论来近似数学关系式表达。

需要用数理统计理论来近似描述它，这种信号的数学模型又叫描述它，这种信号的数学模型又叫统计模型统计模型。

加工过程中螺纹车床主轴受环境影响的振动信号波形加工过程中螺纹车床主轴受环境影响的振动信号波形1.1.2连续信号和离散信号连续信号和离散信号n连续信号：

信号的独立变量（自变量，一般指时连续信号：

信号的独立变量（自变量，一般指时间）取值连续。

间）取值连续。

n离散信号：

信号的独立变量取值离散。

离散信号：

n模拟信号：

信号的幅值与自变量均连续模拟信号：

信号的幅值与自变量均连续n数字信号：

信号的幅值与自变量均离散数字信号：

信号的幅值与自变量均离散每天中午记录一次室温，则测量记录的温度信号就是离每天中午记录一次室温，则测量记录的温度信号就是离散信号。

散信号。

每隔每隔1小时记录一次停留在一棵树上的小鸟的数量。

小时记录一次停留在一棵树上的小鸟的数量。

不间断（时间连续）地记录停留在一棵树上的小鸟的数不间断（时间连续）地记录停留在一棵树上的小鸟的数量。

量。

1.1.3能量信号和功率信号能量信号和功率信号n对于非电量信号，我们都是把它转化成电压或对于非电量信号，我们都是把它转化成电压或电流信号来处理电流信号来处理-非电量电测技术。

非电量电测技术。

n设电压信号为设电压信号为x（t），则加在单位电阻（），则加在单位电阻（R=1）上的瞬时功率及信号的能量为：

上的瞬时功率及信号的能量为：

n若若x（t）满足：

满足：

则信号的能量有限，称为能量有限信号，简称能则信号的能量有限，称为能量有限信号，简称能量信号。

如各类瞬变信号。

量信号。

n假如不满足该式（能量无限），但是它在区间假如不满足该式（能量无限），但是它在区间（-T/2，T/2）内满足：

）内满足：

称称x（t）为功率信号。

如周期信号，常值信号，为功率信号。

如周期信号，常值信号，阶跃信号等。

阶跃信号等。

1.2信号的表述信号的表述n信号的时域表述：

直接检测或记录到的信号是信号的时域表述：

直接检测或记录到的信号是随时间变化的物理量随时间变化的物理量n信号的频域表述：

把时域表述的信号进行变换，信号的频域表述：

把时域表述的信号进行变换，以频率作为独立变量的方式来表示信号。

以频率作为独立变量的方式来表示信号。

n时域：

反映信号幅值随时间变化的关系。

时域：

n频域：

揭示信号的频率结构特征。

频域：

n时域表述和频域表述是一个信号在不同域中的时域表述和频域表述是一个信号在不同域中的两种表示方法。

两种表示方法。

n频谱分析：

频谱分析：

将信号时域表述的数学表达式转换将信号时域表述的数学表达式转换成频域表达式称为频谱分析。

成频域表达式称为频谱分析。

n幅频谱图：

以信号的频率（幅频谱图：

以信号的频率（或或f）为横坐标，）为横坐标，信号的幅值为纵坐标作出的图。

信号的幅值为纵坐标作出的图。

n相频谱图：

以信号的频率（相频谱图：

以信号的频率（或或f）为横坐标，）为横坐标，信号的相位为纵坐标作出的图。

信号的相位为纵坐标作出的图。

n举例：

举例：

1.周期信号的表述周期信号的表述n周期信号分析的理论基础：

傅立叶级数周期信号分析的理论基础：

傅立叶级数1.三角傅立叶级数三角傅立叶级数n对于满足狄里赫利条件的周期信号，可展开成：

对于满足狄里赫利条件的周期信号，可展开成：

n式中常值分量式中常值分量n余弦分量幅值余弦分量幅值n正弦分量幅值正弦分量幅值n式中式中a0、an、bn为傅立叶系数；

为傅立叶系数；

T0为信号周期。

为信号周期。

n00=2/T=2/T00为信号的基频，为信号的基频，为信号的谐频。

为信号的谐频。

n由三角函数变换，将前式的正弦、余弦频率相同由三角函数变换，将前式的正弦、余弦频率相同项合并，得：

项合并，得：

n式中：

式中：

n也可以合并成余弦形式：

也可以合并成余弦形式：

n例见书例见书P9例例1.12.复数傅立叶级数复数傅立叶级数n欧拉公式：

欧拉公式：

n式中式中，改写（，改写（1.5）式：

）式：

n=0,1,2n式中：

n一般一般Cn是复数，可表示成：

是复数，可表示成：

n例见书例见书P12例例1.2n三角傅立叶级数的频谱是三角傅立叶级数的频谱是单边谱单边谱，而复数傅立，而复数傅立叶级数是叶级数是双边谱双边谱。

双边幅频谱是偶函数，双边。

双边幅频谱是偶函数，双边相频谱为奇函数。

相频谱为奇函数。

n周期信号频谱的特点：

周期信号频谱的特点：

离散性、谐波性、收敛性离散性、谐波性、收敛性即：

各谐波分量频率为基频的整倍数，离散分即：

各谐波分量频率为基频的整倍数，离散分布，且幅值随频率的增加而减小。

布，且幅值随频率的增加而减小。

n诱导公式诱导公式sin（-a）=-sin（a）cos（-a）=cos（a）sin（/2-a）=cos（a）cos（/2-a）=sin（a）sin（/2+a）=cos（a）cos（/2+a）=-sin（a）sin（-a）=sin（a）cos（-a）=-cos（a）sin（+a）=-sin（a）cos（+a）=-cos（a）n积化和差公式积化和差公式sinacosb=（1/2）（sin（a+b）+sin（a-b）cosasinb=（1/2）（sin（a+b）-sin（a-b）cosacosb=（1/2）（cos（a+b）+cos（a-b）sinasinb=-（1/2）（cos（a+b）-cos（a-b）n两角和与差的三角函数两角和与差的三角函数sin（+）=sincos+cossincos（-）=coscos+sinsin1.2.2非周期信号的表述非周期信号的表述n准周期信号：

为谐波信号的合成，但由于信号准周期信号：

为谐波信号的合成，但由于信号中频率比不是有理数，信号叠加后没有公共周中频率比不是有理数，信号叠加后没有公共周期。

期。

n准周期信号的频谱仍具有离散性。

比如信号：

准周期信号的频谱仍具有离散性。

n一