机械工程测试技术基础第三版第四章
机械工程测试技术基础_第三版_
第三节 滤波器
四、带通滤波器在信号频率分析中的应用
1.多路滤波器的并联形式 多路带通滤波器并联常用于信号的频谱分析和信号中特定频率成分
的提取。为使各带通滤波器的带宽覆盖整个分析的频带，它们的中心频 率能使相邻的带宽恰好互相衔接。
带通滤波器并联的频带分配，如图 4-32所示。
33
第三节 滤波器
图4-14
17
第二节 调制与解调
一、 幅值调制与解调
3.调幅信号的解调方法 （2）包络检波 包络检波亦称整流检波。
调制信号加足够直流偏置 的的调幅波如图4-15所示。
图4-15
18
第二节 调制与解调
一、 幅值调制与解调
3.调幅信号的解调方法 （2）包络检波 包络检波亦称整流检波。
若所加的偏置电压未能使信号电压都位于零位的同一侧： 那么对调 幅的波形只进行简单的整流滤波便不能回复原调制信号，而会造成失真。
2.中心频率可调试 扫描式频率分析仪采用一个中心频率可调的带通滤波器。通过改变
中心频率使该滤波器的带通跟所要分析的信号频率范围要求来变化。调 节方式可以是手调或者外信号调节。
图4-35 扫描式频率分析仪框图
36
第四节 信号的放大
一、基本放大电路
图4-36示出了反相放大器、同相放大器和差分放大器三种基本放大电路成本的普通放大器。其电路结构与基本接法如图439所示。
图4-39
40
第四节 信号的放大
二、仪器放大器
图4-40a是一种典型的拾音传感器输入放大器。
图4-40
41
第四节 信号的放大
二、仪器放大器
图4-40b为热电偶信号的放大电路。
图4-40
42
第四节 信号的放大
综合的答案 机械工程测试技术基础(第三版)课后答案1到6章 熊诗波 黄长艺主编 章.
机械工程测试技术基础习题解答6-1互感型（差动变压器式）传感器图解分析互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。
由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。
6-2电容式位移传感器测量原理的基础在于理想平板电容的构成, 两个平板电极由传感器和相对应的被测体组成, 当恒定的交流电加在传感器电容上时, 传感器产生的交流电压与电容电极之间的距离成正比,交流电压经检波器,与一个可设置的补偿电压叠加,经放大,作为模拟信号输出。
6-3．图示为某电位计式位移传感器的检测电路。
E=10V，R0=10KΩ，AB为线性电位计，总长度为150mm，总电阻为30K Ω，C点为电刷位置。
（1）计算输出电压U0=0V时的位移x；（2）当位移x的变化范围为10～140mm时，计算输出电压U0的变化范围。
U 0=0V 时：32E x l E AB=⨯ x=100mm6-37-2二.惯性传感器作用原理1. 角速率陀螺的作用原理(1)．科里奥利(Coriolis)原理：也称科氏效应（科氏力正比于输入角速率）。
(2)．萨格纳（Sagnac ）原理：也称萨氏效应（相位差正比于输入角速率）。
该现以MEMS 硅（硅微）角速率陀螺为例，介绍角速率陀螺的科里奥利(Coriolis)工作原理：MEMS 硅角速率陀螺依据谐振器陀螺原理工作。
陀螺内有两个多晶硅敏感结构，每一个含有一个高频振动的框架，该框架被静电式地驱动而谐振，形成了必要的速率元件，使在正交于谐振运动的方向有角速率时就会产生科里奥利力（由科氏加速度产生），这个科里奥利力与输入角速率成比例。
框架的两个外端就是可动的指状机械手，并被安置在固定的指状机械手之间组成一个电容式敏感结构，以敏感有输入角速率时按科里奥利原理运动产生的电信号，该电信号被输送到放大解调滤波等信号处理电路，从而输出正比于角速率的直流电压信号。
7-6 1.一定要确定你所测对象振动过程中可能出现的最大过载是多少，传感器的最大过载必须大于这个值，否则传感器会出现不可逆的损坏。
机械工程测试技术基础(张军)第四章.ppt
Uy
1 2
R0 R0
U0
1 2
S
U0
半桥双臂的特点：（与半桥单臂比较） •输出电压高1倍 • 没有线性误差 • 具有消除拉压力干扰的作用
⑶全桥四臂
R1 、R2 、R3 、R4为工作应变片，且R1 =R2 =R3 =R4 =R0 ，工作应变片的电阻增量 |ΔR1|=|ΔR2|=|ΔR3|=|ΔR4|， 电桥输出电压：
弹性轴截面最常用的是圆 柱形，如图9-15所示。
图9-16 传感器的工作原理图。
电阻应变片的接桥与布片
电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化变为电压或
电流输出的一种测量电路。 •按激励电压分：直流和交流 •按输出分：不平衡桥式电路和平衡桥式电路
1、直流电桥
U y Uab Uad I1R1 I2R4
U0 R1 R2
R1
U0 R3 R4
R4
U
0
R1
(
R3 R4 ) (R1 R2
R4 )(R3
(R1 R4 )
R2
)
U
0
R1R3 (R1 R2
R2 )(R3
R4 R4
)
当R1 = R2 =R3 =R4 时，Uy =0 R1 * R3 =R2 *R4 为电桥平衡条件
电阻应变片与接入电桥的方法
余弦信号频率域图形是一对脉冲谱线，一个函数与脉 冲卷积的结果，就是将其图形由坐标原点平移至该脉 冲函数（频率f0）处，其幅值减半。 调幅过程相当于频谱“搬移”过程。
若把调幅波与原载波信号相乘，则频域图形将再
次进行“搬移”，如果用一个低通滤波器滤去中心频率
为2f0的高频成分，那么将可以复现原信号的频谱
机械工程测试技术基础(第三版)段富海-第四章
习题
4-1 以阻值R=120Ω、灵敏度Sg=2的电阻丝应变片与阻值为120 Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V，并假定负载电阻为无 穷大，当应变片的应变为2με和2000με时，分别求出单臂、双 臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的电桥灵敏度。
要点:a.电桥灵敏度S=Uo/ΔR/R和应变片dR/R=Sgε。 b.电桥接法不同，灵敏度不同：单臂灵敏度Ue/4,双臂灵 敏度Ue/4，全桥灵敏度Ue（可获得最大灵敏度）。 解：（1）单臂电桥的输出电压 当ε=2με时，
解：1）xa (t ) 所包含的各分量的频率及幅值：
xa (t ) (100 30 cos t 20 cos 3t )(cos c t ) 100 cos c t 30 cos t cos c t 20 cos 3t cos c t 30 30 100 cos c t cos(c )t cos(c )t 2 2 20 20 cos(c 3)t cos(c 3)t 2 2
其频谱图如下： （设A>B，对全桥K=1)
4-5 已知调幅波 xa (t ) (100 30cost 20cos3t )(cosc t ) 其中 f c 10kHz, f 500Hz
试求：1）xa (t ) 所包含的各分量的频率及幅值； 2）绘出调制信号与调幅波的频谱。
调幅波的频率与幅值 调幅波频率成分Hz fc fc+fΩ fc-fΩ fc+3fΩ fc-3fΩ 10000 10500 9500 11500 8500 幅值 100 15 15 10 10
2）调制信号与调幅波的频谱图
调制信号： 调制信号频谱：
100 ( f ) 15[ ( f 500) ( f 500)] 10[ ( f 1500 ) ( f 1500 )]
机械工程测试技术基础知识点总结
第一章 信号及其描述（一）填空题1、 测试的基本任务是获取有用的信息,而信息总是蕴涵在某些物理量之中,并依靠它们来传输的。
这些物理量就是 信号 ，其中目前应用最广泛的是电信号.2、 信号的时域描述,以 时间t 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率f 为独立变量。
3、 周期信号的频谱具有三个特点: 离散性 ， 谐波性 , 收敛性 。
4、 非周期信号包括 准周期 信号和 瞬态非周期 信号。
5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值 、 均方值 、 方差 。
6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 偶 对称，虚频谱（相频谱）总是 奇对称。
（二)判断对错题(用√或×表示）1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。
（ Y )2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
（ Y ）3、 非周期信号的频谱一定是连续的。
（ X ）4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
（ X )5、 随机信号的频域描述为功率谱。
（ Y ）（三）简答和计算题1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms .2、 求正弦信号)sin()(0ϕω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ,和概率密度函数p(x)。
3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。
4、 求被截断的余弦函数⎩⎨⎧≥<=T t T t t t x ||0||cos )(0ω的傅立叶变换。
5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t et x at ω的频谱. 第二章 测试装置的基本特性 (一)填空题1、 某一阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输入信号2sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。
2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。
机械工程测试技术基础(第3版)
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机械工程测试技术是指利用各种测试设备和方法对机械产品进行性能、结构、可靠性等方面的测试，以验证产品设计和制造过程中的合理性和准确性。
机械工程测试技术基础(第三版)课后答案全集
机械工程测试技术基础习题解答第一章信号的分类与描述1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出| c n| –ω和φn –ω图，并与表1-1 对比。
x(t)A⋯T0T0 ⋯22T 00 tT-A图1-4 周期方波信号波形图解答：在一个周期的表达式为x(t )TA ( t 0)2TA (0 t )2.积分区间取（-T/2 ，T/2 ）T T0 01 1 1jn t jn t jn t2 20 0 0c x(t)e dt = Ae dt +Ae dtn TTT T T0 2 0 02A= j (cos n -1) ( n=0, 1, 2, 3, )n所以复指数函数形式的傅里叶级数为0 A 1 0jn t jn t x (t ) c e j (1 cos n ) enn nn ，n =0, 1, 2, 3, 。
Ac (1 cos n ) nIn (n =0, 1, 2, 3, )cnR2 An 1, 3, , A2 2c c c (1 cos n ) nn nR nIn0 n 0, 2, 4, 6,π2n 1, 3, 5,c πnIφarctan n 1, 3, 5,nc 2nR0 n 0, 2, 4, 6,没有偶次谐波。
其频谱图如下图所示。
|c n|φn2A/π2A/ππ/22A/ 3π2A/ 3π2A/ 5π-5ω0 -3ω0 -ω0ω03ω0 5ω02A/ 5πω-π/2-5ω0 -3ω0 -ω0 ω0 3ω0 5ω0ω幅频图相频图周期方波复指数函数形式频谱图1-2 求正弦信号x (t) x sin ωt 的绝对均值0 μ和均方根值x rm s 。
x解答：T T1 12 x x x x 2T T0 2 2 0 μx(t )dt x sin ωt dt sin ωtdt cos ωtx 0 0T T T TωTωπ0 021 T 1 T x T 1 cos 2ωt x2 2 2 0 0x x (t )d t x sin ωtdt dtrms 0T T T 2 20 0 0at1-3 求指数函数( ) ( 0, 0)x t Ae a t 的频谱。
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机械工程测试技术基础绪论0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V的0.5级电压表和量程为30V的1.5级电压表分别测量25V电压，请问哪一个测量准确度高？解答：(1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为0.2级的电表，其引用误差为0.2%），而引用误差=绝对误差/引用值其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。
量程越大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。
(2)从(1)中可知，电表测量所带来的绝对误差=精度等级×量程/100，即电表所带来的绝对误差是一定的，这样，当被测量值越大，测量结果的相对误差就越小，测量准确度就越高，所以用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用。
(3)150V的0.5级电压表所带来的绝对误差=0.5×150/100=0.75V；30V的1.5级电压表所带来的绝对误差=1.5×30/100=0.45V。
所以30V的1.5级电压表测量精度高。
0-7 如何表达测量结果？对某量进行8次测量，测得值分别为：802.40，802.50，802.38，802.48，802.42，802.46，802.45，802.43。
求其测量结果。
解答：(1)测量结果=样本平均值±不确定度或(2)所以测量结果=802.44+0.0142680-8 用米尺逐段丈量一段10m的距离，设丈量1m距离的标准差为0.2mm。
如何表示此项间接测量的函数式？求测此10m距离的标准差。
解答：(1)(2)第一章信号的分类与描述1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|c n|–ω和φn–ω图，并与表1-1对比。
机械工程测试技术基础(第三版)段富海-第四章 信号调理与记录
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DATE: 2019/2/1
PAGE: 2
§4-1 电桥
一、直流电桥
U y U ab U ad I 1 R1 I 2 R4 R1 R4 U o R1 R2 R3 R4 R1 R3 R2 R4 U o ( R1 R2 )(R3 R4 )
当某一桥臂随被测量变化时， 电桥失去平衡，调节电位器H，改 变电阻R5触电位置，可使电桥重新 平衡，电表G指针回零。
电位器H上的标度与桥臂电阻 值的变化成比例，故H的指示值可 以直接表达被测量的数值。
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Uy
灵敏度：
R0 U0 R0
U0
S
Uy R / R
全桥输出电压高，有补偿作用
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§4-1 电桥
电桥的和差特性： 若相邻两桥臂电阻同向变化（两电阻同时增大或同时 减小），所产生的输出电压的变化将相互抵消； 若相邻两桥臂电阻反向变化（两电阻一个增大一个减 小），所产生的输出电压的变化将相互叠加。
x(t ) cos 2 f 0t cos 2 f 0t x(t ) 1 x(t ) cos 4 f 0t 2 2
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§4-2 调制与解调
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DATE: 2019/2/1
机械工程测试技术基础试题及答案
《机械工程测试技术基础》课后答案章节测试题第一章信号及其描述（一)填空题1、测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中,并依靠它们来传输的。
这些物理量就是,其中目前应用最广泛的是电信号。
2、信号的时域描述，以为独立变量；而信号的频域描述，以为独立变量。
3、周期信号的频谱具有三个特点：，，。
4、非周期信号包括信号和信号。
5、描述随机信号的时域特征参数有、、 .6、对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是对称,虚频谱（相频谱)总是对称。
(二）判断对错题（用√或×表示）1、各态历经随机过程一定是平稳随机过程.（）2、信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量.（）3、非周期信号的频谱一定是连续的。
（）4、非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
( ）5、随机信号的频域描述为功率谱。
（）(三）简答和计算题1、求正弦信号的绝对均值μ|x｜和均方根值x rms。
2、求正弦信号的均值，均方值,和概率密度函数p（x)。
3、求指数函数的频谱。
4、求被截断的余弦函数的傅立叶变换。
5、求指数衰减振荡信号的频谱。
第二章测试装置的基本特性（一）填空题1、某一阶系统的频率响应函数为，输入信号，则输出信号的频率为，幅值,相位。
2、试求传递函数分别为和的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度.3、为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有、和 .4、当测试系统的输出与输入之间的关系为时,该系统能实现测试。
此时，系统的频率特性为.5、传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的越小。
6、一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有关系为最佳.(二)选择题1、不属于测试系统的静特性。
（1)灵敏度（2）线性度（3）回程误差(4）阻尼系数2、从时域上看，系统的输出是输入与该系统响应的卷积。
（1）正弦(2）阶跃（3）脉冲（4)斜坡3、两环节的相频特性各为和,则两环节串联组成的测试系统,其相频特性为。
（1）（2) （3）（4）4、一阶系统的阶跃响应中，超调量。
机械工程测试技术-第四章
C4 R4 d
R2 c Uy
R3
U0 图4-4 电容电桥
令上式实部、虚部分别相等，则有下面两个平衡条件
R1R3R2R4
（4-11）
R3 R2 C1 C4
（4-12）
要使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电容两个参数，达
到电阻和电容都平衡。
2019年11月21日星期四
机械工程测试技术基础
17
图4-5是一种电感电桥，两相邻桥臂为电感L1, L4与电阻R2，
所产生的输出电压的变化将相互抵消；
2) 若相邻两桥臂电阻反向变化或相对两桥臂电阻同向变化， 所产生的输出电压的变化将相互叠加。
2019年11月21日星期四
机械工程测试技术基础
6
传感器可以三种形式接入电桥。
■ 半桥单臂连接
当 RR 时， 电桥的输出电压为
U R E 4R
R R1
R2 U
R1 R2
R4 R3
2019年11月21日星期四
机械工程测试技术基础
（4-4）
2
在实际测试中，桥臂分为半桥式与全桥式联接，见4-2图，
b R2
a
c
Uy
R4 d R3
b
a
c
Uy
R4 d R3
b
a
c
Uy
d
U0
U0
U0
a)
b)
c)
图4-2 直流电桥的连接方式 a)半桥单臂 b)半桥双臂 c)全桥
2019年11月21日星期四
U0 图4-3 平衡电桥
态测量，以手工调平衡。
2019年11月21日星期四
机械工程测试技术基础
11
R1
机械工程测试技术基础(第三版)课后答案全集(1)
问此时的振幅误差和相角差是多少？ 解：设该一阶系统的频响函数为 ，是时间常数 则 稳态响应相对幅值误差 令≤5%，f=100Hz，解得≤523s。 如果f=50Hz，则 相对幅值误差： 相角差： 2-6 试说明二阶装置阻尼比多采用0.6~0.8的原因。 解答：从不失真条件出发分析。在0.707左右时，幅频特性近似常数 的频率范围最宽，而相频特性曲线最接近直线。 2-7 将信号cost输入一个传递函数为H(s)=1/(s+1)的一阶装置后， 试求其包括瞬态过程在内的输出y(t)的表达式。 解答：令x(t)=cost，则，所以 利用部分分式法可得到 利用逆拉普拉斯变换得到 2-8 求频率响应函数为3155072 / (1 + 0.01j)(1577536 + 1760j 2)的系统对正弦输入x(t)=10sin(62.8t)的稳态响应的均值显示。 解：该系统可以看成是一个一阶线性定常系统和一个二阶线性定常 系统的串联，串联后仍然为线性定常系统。根据线性定常系统的频率保 持性可知，当输入为正弦信号时，其稳态响应仍然为同频率的正弦信 号，而正弦信号的平均值为0，所以稳态响应的均值显示为0。 2-9 试求传递函数分别为1.5/(3.5s + 0.5)和41n2/(s2 + 1.4ns + 2 n )的两环节串联后组成的系统的总灵敏度（不考虑负载效应）。 解： ，即静态灵敏度K1=3 ，即静态灵敏度K2=41 因为两者串联无负载效应，所以 总静态灵敏度K = K1 K2 = 3 41 = 123 2-10 设某力传感器可作为二阶振荡系统处理。已知传感器的固有频 率为800Hz，阻尼比=0.14，问使用该传感器作频率为400Hz的正弦力测 试时，其幅值比A()和相角差()各为多少？若该装置的阻尼比改为 =0.7，问A()和()又将如何变化？ 解：设，则 ，，即
机械工程测试技术基础知识点
机械工程测试技术基础知识点第一章绪论1. 测试技术是测量和试验技术的统称。
2. 工程测量可分为静态测量和动态测量。
3. 测量过程的四要素分别是被测对象、计量单位、测量方法和测量误差。
4. 基准是用来保存、复现计量单位的计量器具5. 基准通常分为国家基准、副基准和工作基准三种等级。
6. 测量方法包括直接测量、间接测量、组合测量。
7. 测量结果与被测量真值之差称为测量误差。
8. 误差的分类:系统误差、随机误差、粗大误差。
第二章信号及其描述1. 由多个乃至无穷多个不同频率的简单周期信号叠加而成，叠加后存在公共周期的信号称为一般周期信号。
2. 周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是连续的。
1．信号的时域描述，以时间为独立变量。
4．两个信号在时域中的卷积对应于频域中这两个信号的傅里叶变换的乘积。
5信息传输的载体是信号。
6一个信息，有多个与其对应的信号；一个信号，包含许多信息。
7从信号描述上：确定性信号与非确定性信号。
8从信号幅值和能量：能量信号与功率信号。
9从分析域：时域信号与频域信号。
10从连续性：连续时间信号与离散时间信号。
11从可实现性：物理可实现信号与物理不可实现信号。
12可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。
13不能用数学关系式描述的信号称为随机信号。
14周期信号。
按一定时间间隔周而复始出现的信号15一般周期信号:由多个乃至无穷多个不同频率的简单周期信号叠加而成，叠加后存在公共周期的信号。
16准周期信号:由多个简单周期信号合成，但其组成分量间无法找到公共周期。
或多个周期信号中至少有一对频率比不是有理数。
17瞬态信号（瞬变非周期信号）:在一定时间区间内存在，或随着时间的增加而幅值衰减至零的信号。
18非确定性信号：不能用数学式描述，其幅值、相位变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。
19一般持续时间无限的信号都属于功率信号。
20一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号（可以理解成能量衰减的过程）。
机械工程测试技术基础课后答案全集
机械工程测试技术基础习题解答第一章 信号的分类与描述1-1 求周期方波（见图1-4）的xx 级数（复指数函数形式），划出|cn|–ω和φn–ω图，并与表1-1对比。
解答：在一个周期的表达式为 .积分区间取（-T/2，T/2）000000002202002111()d =d +d =(cos -1) (=0, 1, 2, 3, )T T jn tjn tjn t T T n c x t et Aet Ae tT T T Ajn n n ωωωππ-----=-±±±⎰⎰⎰所以复指数函数形式的xx 级数为 ，。
(1cos ) (=0, 1, 2, 3, )0nInR A c n n n c ⎧=--⎪±±±⎨⎪=⎩ππ图1-4 周期方波信号波形图21,3,,(1cos)00,2,4,6,nAnAc n nnn⎧=±±±⎪==-=⎨⎪=±±±⎩πππ1,3,5,2arctan1,3,5,200,2,4,6,nInnRπncπφncn⎧-=+++⎪⎪⎪===---⎨⎪=±±±⎪⎪⎩没有偶次谐波。
其频谱图如下图所示。
1-2 求正弦信号的绝对均值和均方根值。
解答：rmsx====1-3 求指数函数的频谱。
解答：(2)22022(2) ()()(2)2(2)a j f tj f t at j f te A A a jf X f x t e dt Ae e dt Aa j f a j f a f-+∞∞---∞-∞-=====-+++⎰⎰πππππππ幅频图相频图周期方波复指数函数形式频谱图22()(2)k X f a f π=+Im ()2()arctanarctan Re ()X f ff X f a==-πϕ1-4 求符号函数(见图1)和单位阶跃函数(见图1-25b)的频谱。
机械工程测试技术基础(第三版)课后答案全集
A x(t ) A
(
T0 t 0) 2 . T0 (0 t ) 2
积分区间取（-T/2，T/2）
1 cn T0 =j
T0 2 T 0 2
x(t )e
jn0t
1 dt = T0
0 T0 2
Ae
jn0t
1 dt + T0
T0
0
x0 sin(ωt φ)dt 0 ，式中 T0
2π —正弦信号周期 ω
1 T 2 1 x (t )dt T T 0 T0
T0
0
x0 2 sin 2 (ωt φ)dt
x0 2 T0
T0
0
x2 1 cos 2(ωt φ) dt 0 2 2
(3)在一个周期内
1 T 2 1 T 2 2 x (t )dt x0 sin ωtdt T 0 T 0
0
x 1 cos 2ωt dt 0 2 2
1-3 求指数函数 x(t ) Ae at (a 0, t 0) 的频谱。 解答：
X ( f ) x(t )e j 2 f t dt Ae at e j 2 f t dt A
Δt Δt
x(t)
x+2-1 进行某动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为 90.9nC/MPa，将它 与增益为 0.005V/nC 的电荷放大器相连， 而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上， 记录 仪的灵敏度为 20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度。当压力变化为 3.5MPa 时，记录笔 在记录纸上的偏移量是多少？ 解：若不考虑负载效应，则各装置串联后总的灵敏度等于各装置灵敏度相乘，即 S=90.9(nC/MPa)0.005(V/nC)20(mm/V)=9.09mm/MPa。 偏移量：y=S3.5=9.093.5=31.815mm。 2-2 用一个时间常数为 0.35s 的一阶装置去测量周期分别为 1s、2s 和 5s 的正弦信号， 问稳态响应幅值误差将是多少？ 解：设一阶系统 H ( s )
机械工程测试技术基础教学PPT
#2022
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测量的基础知识
基本量和导出量 基本量： 长度、质量、时间、温度、电流、发 光强度、物质的量 导出量：由基本量按一定函数关系来定义的
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测量的基础知识
3、基准与标准
基准：用来保存、复现计量单位的计量器具，是最高准确度的计量器具。 国家基准、副基准和工作基准 计量标准：用于检定工作计量器具的计量器具 工作计量器具是指用于现场测量而不用检定工作的计量器具。
物质所固有，客观存在或运动状态的特征 非物质，不具有能量，传输依靠物质和能量
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四、测试技术的内容
测试技术的内容 测量原理：实现测量所依据的物理、化 学、生物等现象及有关定律。 测量方法：分为直接或间接测量、接触 或非接触测量、破坏或非破坏测量 测量系统 数据处理
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测试过程：首先利用酒精（敏感元件）检测出被测对象温度变化并将其转换成自身体积的变化（热胀冷缩），然后经过等截面的中空玻璃管（中间变换器）再转换成高度的变化（分析处理），最后由外面的刻度线显示出测试结果（显示、记录）并提供给观察者或输入后续的控制系统。
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教材、参考书与课时安排 教材 机械工程测试技术基础(第3版) 熊诗波 黄长艺编著 机械工业出版社 测试技术与信号处理 郭迎福，焦锋，李曼主编 中国矿业大学出版社 课时安排 授课 ：36学时 实验 ：4学时
教材、参考书与课时安排
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教学目的和要求 测试技术是工科院校机械类各专业本科生一门重要的技术基础课，内容包括传感器、测量电路、测试系统的特性，信号分析与数据处理 。 通过本课程的学习： 掌握传感器的原理、特点及应用，常用测试系统和测量电路以及信号分析的基本原理和分析方法。为后续课程打好基础。
领域：工业、农业、航天、军事等
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同步解调，如图4-14所示。
图4-14
第二节 调制与解调
一、 幅值调制与解调
3.调幅信号的解调方法 （2）包络检波 包络检波亦称整流检波。
调制信号加足够直流偏置 的的调幅波如图4-15所示。
图4-15
第二节 调制与解调
一、 幅ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ调制与解调
3.调幅信号的解调方法 （2）包络检波 包络检波亦称整流检波。
3.调频信号的解调 调频信号的解调亦称鉴频，一般采用鉴频器和锁相环解调器。
图4-21 调频器工作原理
第三节 滤波器
一、概述
滤波是指让被测信号中的有效成分通过： 而将其中不需要的成 分抑制或衰减掉的一种过程。
图4-22 四种滤波器的幅频特性如图4-22所示。
第三节 滤波器
二、滤波器性能分析
1.理想滤波器 所谓理想滤波器：就是将滤波器的一些特性理想化 而定义的滤波器。
机械工程测试技术基础第三 版第四章
第一节 电桥
一、直流电桥换
电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化转换为电压或电流输出的一种 测量电路，由于桥式测量电路简单可靠，而且具有很高的精度和灵敏度 ，因此在测量装置中被广泛采用。 电桥按其所采用的激励电源的类型可分为直流电桥与交流电桥；按其工 作原理可分为偏值法和归零法两种，其中偏值法的应用更为广泛。
第二节 调制与解调
二、频率调制与解调
1.频率调制的基本概念 频率调制是指利用调制信号控制高频载波信号频率变化的过程。
图4-19 调制信号为三角波时的调频信号波形。
第二节 调制与解调
二、频率调制与解调
2.频率调制方法 频率调制一般用振荡电路来实现，如图4-20所示，
图4-20
第二节 调制与解调
二、频率调制与解调
图4-11
第二节 调制与解调
调制是指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的某个参数（ 幅值、频率或相位）的过程。当被控制的量是高频振荡信号的幅值时， 称为幅值调制或调幅；当被控制的量是高频振荡信号的频率时，称为频 率调制或调频；当被控制的量是高频振荡信号的相位时，称为相位调制 或调相。（高频振荡信号为载波，控制高频振荡的低频信号为调制信号 ，调制后的高频振荡信号为已调制信号）
图4-23 理想低通滤波器特性如图4-23所示。
第三节 滤波器
三、实际滤波电路
最简单的低通和高通滤波器可由一个电阻和一个电容组成，图 4-25a和b中分别示出了RC低通和高通滤波器。
图4-25
第三节 滤波器
三、实际滤波电路
一阶RC滤波器在过渡带内的衰减速率非常慢，每个倍频只有6dB，如图4-27 所示。
图4-1是直流电桥的基本结构。
第一节 电桥
一、直流电桥换
在测试中常用的电桥连接形式有：单臂电桥连接、半桥连接与全桥连接 。
直流电桥的连接方式，如图4-2所示。
图4-2
第一节 电桥
一、直流电桥换
在测试中常用的电桥连接形式有：单臂电桥连接、半桥连接与全桥连接 。
悬臂梁测力的电桥接法如图4-3所示
图4-3
解调是指从已调制信号中恢复出原低频调制信号的过程。调制与解调是 一对相反的信号变换过程，在工程上经常结合在一起使用。
第二节 调制与解调
一、 幅值调制与解调
1.幅值调制 幅值调制是将一个高频载波信号（此处采用余弦波）与被测信号（
调制信号）相乘，使高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。
幅值调制如图4-12所示。
图4-27
第三节 滤波器
三、实际滤波电路
图4-28中给出了一 些LC滤波器的构成方法 。
第三节 滤波器
三、实际滤波电路
通过采用多个RC环节或LC环节级联方式，可以使滤波器的性能有 显著的提高，如图4-29所示。
第三节 滤波器
三、实际滤波电路
将滤波器网络与远算放大器结合时构造有源滤波器电路的基本方法 。如图4-30所示。
若所加的偏置电压未能使信号电压都位于零位的同一侧： 那么对调 幅的波形只进行简单的整流滤波便不能回复原调制信号，而会造成失真 。
图4-16
调制信号直流偏置不够时，如图4-16所示 。
第二节 调制与解调
一、 幅值调制与解调
3.调幅信号的解调方法 （3） 相敏检波 相敏检波是利用二极管的单向导通作用将电路输 出极性互换。其特点是可以鉴别调制信号的极性，所以采用相敏检 波时，对调制信号不必再直流偏置。
第一节 电桥
一、直流电桥换
在测试中常用的电桥连接形式有：单臂电桥连接、半桥连接与全桥连接 。
柱形梁测力的电桥接法如图4-4所示。
图4-4
第一节 电桥
一、直流电桥换
在测试中常用的电桥连接形式有：单臂电桥连接、半桥连接与全桥连接 。
使用电桥电路时，还需要调节零位平衡，如图4-5所示。
图4-5
第一节 电桥
二、 交流电桥换
具有电阻电容平衡的交流电阻电桥如图4-10所示。
图4-10
第一节 电桥
三、 带感应耦合臂的电桥
带感应耦合臂的电桥：是将感应耦合的两个绕组作为桥臂而组成的电桥， 一般有两种形式。
图4-11
用于电感比较仪中的电桥如图4-11a所示。
第一节 电桥
三、 带感应耦合臂的电桥
另一种电桥形式如图4-11b所示。
第二节 调制与解调
一、 幅值调制与解调
3.调幅信号的解调方法 如图4-17为一种典型的二极管相敏检波电路。图中还示出了相
敏检波器解调的波形转换过程。
图4-17
第二节 调制与解调
一、 幅值调制与解调
3.调幅信号的解调方法 动态电阻应变仪可作为电桥调幅与相敏检波的典型实例，如图
4-18所示。
图4-18
二、 交流电桥换
交流电桥的电路结构与直流电桥完全一样，如图4-6所示。
图4-6
第一节 电桥
二、 交流电桥换
图4-7是一种常用电容电桥。
图4-7
第一节 电桥
二、 交流电桥换
图4-8是一种常用的电感电桥。
图4-8
第一节 电桥
二、 交流电桥换
电阻交流电桥的分布电容如图4-9所示。
图4-9
第一节 电桥
图4-12
第二节 调制与解调
一、 幅值调制与解调
2.调幅信号的频域分析 一个函数与单位脉冲函数卷积的结果是：将这个函数的波形由坐标
原点平移至该脉冲函数处。
调频信号的频谱如图4-13所示。
图4-13
第二节 调制与解调
一、 幅值调制与解调
3.调幅信号的解调方法 （1） 同步调节 若把调幅波 再次与原载波信号相乘，则频域 的频谱图形将再一次进行 “搬 家”，气息结果是使原信号的频 谱图形平移到0和±2f0的频率处 。