机械工程测试技讲义术课件
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机械工程测试技术基础PDF版课件1
第四章、测试信号调理技术
4.2 信号放大
分类
直流放大器 交流放大器 放大器 直流电桥 交流电桥 电荷放大器 特点 低频保留,高频截止 高频保留,低频截止
4.2 信号放大电路
1 直流放大电路
1) 反相放大器 电压增益:
RF Av = − R1
反馈电阻RF值不能太大，否则会产生较大的 噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1的 取值应远大于信号源Ui的内阻。
4.3调制与解调
3 幅度调制
调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与 测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变 化而变化．
y (t ) = [ A0 * x(t )] cos(2πft + φ )
调制
放大
缓变信号
高频信号
放大高 频信号
解调
放大缓 变信号
4.3调制与解调 幅度调制与解调过程（波形分析）
z(t)
0 t
4.3调制与解调 a) 幅度凋制(AM)
y (t ) = [ A * x(t )] cos(2πft + φ )
b) 频率调制(FM)
y(t) = Acos(2π[ f0 + x(t)]*t + φ)
c) 相位调制(PM)
y (t ) = A cos(2πft + [φ0 + x(t )])
y (t ) = A cos(2π [ f 0 + x(t )] * t + φ )
4.3调制与解调
4.3调制与解调
鉴频：
T2
T4
T1 F
T3
4.3调制与解调
优点：抗干扰能力强。
因为调频信号所携带的信息包含在频率变化 之中，并非振幅之中，而干ຫໍສະໝຸດ 波的干扰作用则主 要表现在振幅之中．
机械工程测试技术课件整理版
机械工程测试技术课件 整理版
,
汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题 03 机 械 工 程 测 试 系 统
组成
05 机 械 工 程 测 试 技 术 实例分析
02 机 械 工 程 测 试 技 术 概述
04 机 械 工 程 测 试 技 术 原理
06 机 械 工 程 测 试 技 术 发展趋势与展望
压力测试原理
压力测试的定义：通过施加压力来 检测机械设备的性能和稳定性
压力测试的方法：包括静态压力测 试和动态压力测试
添加标题
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添加标题
压力测试的目的：确保机械设备在 正常工作条件下能够承受压力避免 故障和损坏
压力域
流量测试原理
传感器是机械工程测试系统 的重要组成部分
传感器的种类繁多包括温度 传感器、压力传感器、流量
传感器等
传感器的性能直接影响测试 系统的精度和稳定性
信号处理装置
功能：对采集到的信号进行处理和分析 组成：包括信号放大器、滤波器、/D转换器等 工作原理：将模拟信号转换为数字信号并进行滤波、放大等处理 应用：广泛应用于各种机械工程测试系统中如振动测试、噪声测试等
新型传感器技术发展与应用
传感器技术发展 趋势：智能化、 微型化、集成化
新型传感器技术 应用领域：汽车 电子、医疗电子、 工业自动化等
新型传感器技术 特点：高精度、 高灵敏度、高可 靠性
新型传感器技术发 展趋势：无线传感 器网络、物联网、 大数据分析等
虚拟仪器技术在机械工程测试中的应用与展望
虚拟仪器技术：利用计算机软件和硬件模拟真实仪器的功能 应用领域：机械工程测试、控制系统设计、数据分析等 发展趋势：智能化、网络化、集成化 展望：未来将更加广泛应用于机械工程测试提高测试效率和准确性
,
汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题 03 机 械 工 程 测 试 系 统
组成
05 机 械 工 程 测 试 技 术 实例分析
02 机 械 工 程 测 试 技 术 概述
04 机 械 工 程 测 试 技 术 原理
06 机 械 工 程 测 试 技 术 发展趋势与展望
压力测试原理
压力测试的定义：通过施加压力来 检测机械设备的性能和稳定性
压力测试的方法：包括静态压力测 试和动态压力测试
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压力测试的目的：确保机械设备在 正常工作条件下能够承受压力避免 故障和损坏
压力域
流量测试原理
传感器是机械工程测试系统 的重要组成部分
传感器的种类繁多包括温度 传感器、压力传感器、流量
传感器等
传感器的性能直接影响测试 系统的精度和稳定性
信号处理装置
功能：对采集到的信号进行处理和分析 组成：包括信号放大器、滤波器、/D转换器等 工作原理：将模拟信号转换为数字信号并进行滤波、放大等处理 应用：广泛应用于各种机械工程测试系统中如振动测试、噪声测试等
新型传感器技术发展与应用
传感器技术发展 趋势：智能化、 微型化、集成化
新型传感器技术 应用领域：汽车 电子、医疗电子、 工业自动化等
新型传感器技术 特点：高精度、 高灵敏度、高可 靠性
新型传感器技术发 展趋势：无线传感 器网络、物联网、 大数据分析等
虚拟仪器技术在机械工程测试中的应用与展望
虚拟仪器技术：利用计算机软件和硬件模拟真实仪器的功能 应用领域：机械工程测试、控制系统设计、数据分析等 发展趋势：智能化、网络化、集成化 展望：未来将更加广泛应用于机械工程测试提高测试效率和准确性
机械工程测试技术基础ppt(共70张PPT)
瞬时功率对时间的积分即为能量。
定义：当x〔t〕满足x2(关t)d系t式
那么称信号x〔t〕为有限能量信号 ，简称能量信号 。
矩形脉冲、衰减指数信号等均属这类信号。
• 功率信号：
• 假设信号在区间〔－∞，＋ ∞〕的能量是无限的
x2(t)dt
•
但它在有限区间〔t1,t2)的平均功率有限，即
1 t2 x2(t)dt
令
Cn
C n
C0
1 2
(an
1 2
(an
a0
jbn ) jbn )
n 1,2,3
那么
x (t) C 0 C n e j n 0 t C n ej n 0 t n 1 ,2 ,3
n 1
n 1
或
x(t)
Cejn 0t n
n0,1,2,(1-
n
15)
这就是傅里叶级数的复指数展开形式。
若 x(t) X (f )
则有
d n x (t) dt n
( j2 f )n X （ f )
( j2 t)n x (t)
d nX (f ) df n
t
1
x ( t ) dt X ( f )
j2 f
三、几种典型信号的频谱
1. 矩形窗函数的频谱
结论：
➢矩形窗函数在时域中有限区间取值，但频域中频谱在频率 轴上连续且无限延伸。 ➢实际工程测试总是时域中截取有限长度(窗宽范围)的信号，其本 质是被测信号与矩形窗函数在时域中相乘，因而所得到的频谱必 然是被测信号频谱与矩形窗函数频谱在频域中的卷积，所以实际 工程测试得到的频谱也将是在频率轴上连续且无限延伸。
★周期信号的频谱是离散的!
n
例题1－1，求图1－6中周期三角波的傅里叶级数。
机械工程测试技术ppt
x(t )
n
C e
n
jn0t
n 0,1,2,3,
1 1 T2 Cn an jbn x(t )e jn0t dt 2 T T 2
Cn Cn e
jn
1 2 2 Cn an bn 2
bn n arctan an
n 各阶谐波分量的初相角。
1.2 周期信号与离散频谱
1.2.2 几点说明 1）满足狄里赫利条件的任何周期信号可分解成直流 分量及许多简谐分量的叠加，且这些简谐分量的角 频率必定是基波角频率的整数倍。各次谐波频率之 比必定是有理数。 信号的频率组成： {0 ,20 ,30 ,......} 例如： xt sin 2t sin 2t 准周期信号
x(t ) a0 an cos n0t bn sin n0t bn jn0t an jn0t jn0t jn0 t a0 ( e e ) j (e e ) 2 n 1 2 an jbn jn0t an jbn jn0t a0 e e 2 2 n 1
1.2 周期信号与离散频谱 4）物理意义：
A0、A1、…… An均为常数，称为谐波系数 n为从１到∞的正整数，称为谐波阶数 n ＝１时， A1为基波分量的幅值 为基波或一次谐波分量 A1 cos0t 1 n ＝2 时， A2为二次谐波分量的幅值 为二次谐波分量 A2 cos20t 2 2 0 为基波圆频率 0 2f 0 T f 0 为基波频率 T 为周期信号的周期
An
● ● ● ● ● ●
0 ω0(f0) 2ω0
(2f0)
ω(f)
1.2 周期信号与离散频谱
机械工程测试技术基础ppt
机械工程测试技术基础引言机械工程领域的发展需要依赖于有效的测试技术来保证产品的质量和性能。
机械工程测试技术基础是机械工程师必备的知识之一。
本文将介绍机械工程测试技术的基础知识，包括测试方法、测试设备、测试流程等方面的内容。
测试方法测试方法是机械工程测试的核心。
它包括了对产品的性能、质量和可靠性进行定量和定性的评估。
常用的机械工程测试方法有静态测试和动态测试两种。
静态测试静态测试是通过对物体的外部形态、尺寸、质量等特征进行测试。
这种测试方法一般可以通过目测、测量仪器等手段进行。
静态测试的目的是评估产品的静态性能，如刚度、强度、硬度等。
例如，在机械设计过程中，可以通过有限元分析等静态测试方法来评估产品的刚性和强度。
动态测试动态测试是通过给予物体外部力或运动状态下对其进行测试。
这种测试方法可以评估产品在不同运动状态下的性能和可靠性。
动态测试常用的方法有冲击测试、振动测试等。
例如，在机械工程领域中，可以通过振动台等设备对产品进行振动测试，以评估产品在振动环境下的可靠性和耐久性。
测试设备机械工程中常用的测试设备有很多种，根据不同的测试方法和需求，选择适合的测试设备非常重要。
传感器传感器是机械工程测试中常用的设备之一。
它们可以用来测量物体的尺寸、形态、力量、速度等各种参数。
常见的传感器包括压力传感器、温度传感器、加速度传感器等。
传感器可以通过物理或电子方式将测试对象的特征转换为可读取的信号，进而进行数据分析和判读。
试验台试验台是机械工程测试中的另一个重要设备。
它可以提供稳定的工作台面和固定测试物体的能力。
试验台的设计要考虑到测试对象的大小、稳定性和安全性等因素。
试验台的种类很多，例如万能材料试验机、振动台、冲击试验台等。
根据具体的测试需求和要求，选择适用的试验台非常关键。
数据采集装置数据采集装置是机械工程测试中必不可少的设备。
它可以将传感器采集到的数据转化为数字信号，并保存或传输到计算机进行分析。
数据采集装置的功能包括数据采集、数据存储和数据传输等。
机械工程测试技术基础PPT(共41页)
！！！
x t a 0 n 1 1 2 a n jn b e j n 0 t 1 2 a n jn b e j n 0 t
实频谱、虚频谱 余弦函数
正弦函数
！！！
！！！
由于
0
2
T0
当 T 0 趋于无穷 时，频率间隔 成为 d，
离散谱中相邻的谱线紧靠在一起，n0 成为连续变
量，求和符号 就变为积分符号 ，则
且有
A na n 2 b n 2
tg n
an bn
*
xta0 A nco n s0tn
0
注意此二 式的区别
且有
A na n 2 b n 2
tg n
bn an
P 22-23
算例：求右图周期性三角波的傅立叶级数
解：在x(t)的一个周期中可表示为X(t)
xt
A A
2A T0 2A
t t
T0 t 0 2
xt d x t ejtdtejt
2
1 x t ejtdtejtd
2
这就是傅立叶积分
二、傅立叶变换的主要性质(P 30) 熟悉傅立叶变换的性质的重要意义 简化作用,推广于复杂复杂情况！！！
第2章 测试装置的基本特性
§2.1 概述 §2.2 测试装置的静态特性 §2.3 测试装置动态特性的数学描述 §2.4 测试装置对任意输入的响应 §2.5 实现不失真测试的条件 §2.6 测试装置动态特性的测试
0 t T0
t
T 0
2
常值分量
1 T0
a0
T0
x 2
T0
t
dt
2
2 T0
T0 2
0
A
机械工程测试技术基础课件第六章
dz dt
频特性 ( )如下：
图 7 1 单自由度系统在质量块 受力所引起的受迫振动
Байду номын сангаас
k H(ω) 1( ω )2 2 j ξ ω ω ωn n
1
A(ω)
(其中c为粘性阻尼系数，k为 弹性刚度，激 振力f(t)为系 统的输入，振 动位移z为系统 的输出)
1
1(
ω ωn
)2
( 2 ξ
小结：⑴在激振频率远小于固有频率时,输出位移随激振
频率的变化非常小;⑵当激振频率大于固有频率时 输出位移为零,质量块近于静止;⑶当激振频率接近 固有频率时,系统的响应特性取决于系统阻尼,并随 频率的变化而剧烈的变化.
二、由基础运动引起的受迫振动
设基础的绝对位移Z1，质量块m的绝对位移为Z0如图示：
§第二节
单由度系统的受迫振动
一、质量块受力引起的受迫振动 如图所示的单自由度系统，其质量块m在外力 f(t)作用下的运动方程为： f (t) f(t)
m
k
z
c
d2t m 2 dt 求系统频率响应H(ω )和幅频特性A(ω )、相
d 2t dz m c kz f (t ) 2 dt dt
kz c
1 2 D 3 n 1 2 D 2
2 D 2
2 2 D 2
2
表7-1 单自由度振动系统 的频率响应
2
§第三节 振动的激励 激振方式的分类 稳态正弦激振
稳态正弦激振是最普 遍的激振方法，主要 优点：激振功率大、 信噪比高能保证测试 的精确度； 缺点是：测试周期长。
随机激振
随机激振是宽带 激振方法.优点可 以实现快速甚 “实时”测试.缺 点：所需设备复 杂而且价格昂贵。
机械工程测试技术第四章优秀课件
而变化，即
R1 R1 R2 R2
根据式（4-3），当R1= R2 = R3= R4= R0；ΔR1=ΔR2=ΔR
时电桥输出为
Uy
R1 2R0
U
0
（4-6）
图4-2c为全桥接法，工作中四个桥臂阻值随被测量而变化，
即
R1 R1 R2 R2 R3 R3 R4 R4
同理当R1= R2 = R3= R4= R0，ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4=ΔR
机械工程测试技术第四章
当电桥输出端后接较大输入电阻的仪表或放大器时，可视 为开路，电流输出为零，此时桥路电流为
I1
U0 R1 R2
I2
U0 R3 R4
a, b之间电位差为
UabI1R1 R1R1R2U0
a, d之间电位差为 输出电压为
UadI2R4 R3R4R4U0
（4-1） （4-2）
U y U a b U a d R 1 R 1 R 2 U 0 R 3 R 4 R 4 U 0 (R 1 R 1 R R 3 2 ) R R 3 2 ( R 4 R 4 )U 0（4-3）
R5
R2
G
表达被测量，这种测法特
点是 G 始终为零，因此 为“零位测量法”测量精
R4
R3
度取决于可调电位器的精
确度，与电源电压无关。 一般平衡电桥测量适用于
U0 图4-3 平衡电桥
静态测量，以手工调平衡。
二．交流电桥
交流电桥采用 交流激励电压。电桥的四个臂可为电感、电
容或电阻。因为除了阻抗外还包含电抗。如果阻抗、电流
为了简化桥路设计，令 R1= R2 = R3= R4= R0 ，则输出电压为
Uy 4R0R21R1U0
机械工程测试技术基础PPT幻灯片PPT
2、机器人导航
“手-眼〞定位： 两个摄像机 --- 两幅平面图像 --- 三维场景信息
用于：目标识别、道路识别、障碍物判断、主动导航、自动视觉导航 无人驾驶汽车、无人驾驶飞机、无人战车、探测机器人
(1) 零件的识别与定位
■ 自动连接引线、对准芯片和封装；
■ 自动安装部件，自动焊接或自动切割加工、自动浇注系统等。
(2) 零件尺寸的在线测量 钢板厚度的在线测量
(3) 零件外观及内部缺陷检测 (4) 产品分类、分组
苹果分级、分色、配色
七、测试技术在工程技术领域中的应用
(5) 产品标识、编码识别 商品条码、印鉴、标签
美国勇气号和机遇号火星探测移动机器人
“勇气”号火星 车发回的彩色照
“机遇”号火星车拍摄
片
火星土壤的显微照片 检测手段水平决定科学研究的深度和广度
一、 测试的重要作用和意义
生物医学图像分析
医学临床诊断 ： X射线、B超、CT、核磁共振〔MRI〕
CT图像
医学影像融合分析
自动检测：染色体切片、癌细胞切片、超声波图象
五、测试系统的组成
2、信号变换局部
检出信号 适合于分析和处理的信号 信号调理电路
阻抗变换 ---- 输出阻抗很高时； 信号放大 ---- 输出信号微弱时； 噪声抑制 ---- 信号淹没在噪声中； 电压/电流〔V/A〕转换 ---- 需要电流输出时； 模拟/数字〔A/D〕转换 ---- 需要输出数字信号时
五、测试系统的组成
五、测试系统的组成
1、信号检出局部
传感器〔Sensor〕---- 执行检出功能的器件 信号提取〔被测量〕、传输〔信号变换局部〕
选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件 以及对传感器体积和整个检测系统的本钱等的限制
“手-眼〞定位： 两个摄像机 --- 两幅平面图像 --- 三维场景信息
用于：目标识别、道路识别、障碍物判断、主动导航、自动视觉导航 无人驾驶汽车、无人驾驶飞机、无人战车、探测机器人
(1) 零件的识别与定位
■ 自动连接引线、对准芯片和封装；
■ 自动安装部件，自动焊接或自动切割加工、自动浇注系统等。
(2) 零件尺寸的在线测量 钢板厚度的在线测量
(3) 零件外观及内部缺陷检测 (4) 产品分类、分组
苹果分级、分色、配色
七、测试技术在工程技术领域中的应用
(5) 产品标识、编码识别 商品条码、印鉴、标签
美国勇气号和机遇号火星探测移动机器人
“勇气”号火星 车发回的彩色照
“机遇”号火星车拍摄
片
火星土壤的显微照片 检测手段水平决定科学研究的深度和广度
一、 测试的重要作用和意义
生物医学图像分析
医学临床诊断 ： X射线、B超、CT、核磁共振〔MRI〕
CT图像
医学影像融合分析
自动检测：染色体切片、癌细胞切片、超声波图象
五、测试系统的组成
2、信号变换局部
检出信号 适合于分析和处理的信号 信号调理电路
阻抗变换 ---- 输出阻抗很高时； 信号放大 ---- 输出信号微弱时； 噪声抑制 ---- 信号淹没在噪声中； 电压/电流〔V/A〕转换 ---- 需要电流输出时； 模拟/数字〔A/D〕转换 ---- 需要输出数字信号时
五、测试系统的组成
五、测试系统的组成
1、信号检出局部
传感器〔Sensor〕---- 执行检出功能的器件 信号提取〔被测量〕、传输〔信号变换局部〕
选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件 以及对传感器体积和整个检测系统的本钱等的限制
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Description of Signal
信号的分类
Category of Signal
信号：反映被测系统的状态
及特性。通过研究 信号的内在 的规律，可充分认识被测系统 的相互关系 。
静态信号:指
幅值不随时间变 化或变化极缓慢 的信号。
动态信号:指
瞬时幅值随时间 变化的信号。
信号
动画演示
确定性信号确定性
方值
周期信号的强度
峰值 xmax：指信号可 能出现的最大瞬时 幅值
均值 xav ：动态信
号在整个时域的积分 平均
周期信号的频谱特性
Frequency spectrum characteristic of periodic signal
频谱是离散的。 每条谱线只出现在基波频率的 整倍数上。 谐波幅值是随谐波频率的增加 而减少，谐波的幅值与频率是成 反比的。
在工程测试中，频率响应函数是输出信 号（频域）对输入信号（频域）之比。
输入
x(t)
X()
测试装置 h (t ) H ( )
输出
y(t)
Y ()
h(t) y(t) x(t)
H(j) Y(j) X(j)
幅频特性和相频特性
Amplitude and Phase Frequency Characteristic
周期信号是按一定的间隔时间T（周期）不断重复的信号， 可用数学关系式表示： x(t)=x(tnt) 周期信号有很多表示形式，如周期性方波、锯齿波（三角 波）……等最简单的是正弦信号。
信号功 率的大小。
均方值：表示信号的平均 功率。
方差
：2 信号相对
x
于其均值变化的均
瞬变信号是确定性非周期性信号，如机械冲击、碰撞等。 随机过程有平稳随机过程和非平稳随机过程之分。
思考题
信号的分类。 周期信号的频谱特征。
第二章
Testing System and Principal Characteristic
测量
装置
试验 装置
组 成
数据 处理 装置
记录 显示
测试装置的静态特性
信号的波形随时间重复变 化，可以用数学关系式或 图表来明确描述其随时间 的变化关系。
非确定性信号
亦称作随机信号。不能 用确定的数学关系式表 达，用概率和统计方法 描述。
周期性信号是幅值随时 非周期信号又
平
非
稳
平
间作周期性重复变化，即按一 称作瞬变信号。
随
稳
定的间隔时间T不断重复的信 是短暂的，可用
机
随
号，数学关系式表示：
数学关系式表示。
x(t)x(tnT )
信 号
机 信 号
动态信号的描述
Description of Dynamic Signal
根据描述信号的自变量不同可分为 时域信号和频域信号
定义：
时域表述：描述信号的幅
值随时间的变化规律，可 直 接检测或记录到的信号。
特点：
频域表述：以频率作为独
频率响应函数H（jw）可以用复指数来表示，复数的模为测试装置 的幅频特性，复数的相角为相频特性。
动 画 演 示
频率响应法测量系统特性
一阶测试装置的频率响应
一阶测试的微分方程
a1dd(yt)ta0y(t)b0y(t)
动态信号的瞬时幅值是随时间变化的。 确定性信号的特点是信号的波形随时间重复变化。可用数 学关系式或图表来明确描述其随时间的变化关系。
其位移信号X（t）可
写为：x(t)Acos(m kt0 )
式中：A为振幅(最大值)；k为弹簧
刚度；m为质量；φ0为初始相位。 在此图中，φ0=0。
瞬变信号
Transient signal
灵敏度：当测试装置的输入信号有微小变化时，引起 输出
信号发生微变量，则称它们的比值为灵敏度。
线性度：是指测试装置的输入和输出是否保持线性关系 线性
度=｜输出的标定值-输出的理论值｜/输出信号的变化范围 100%
回程误差： 在实际测试中，在同样的条件下，当输入信号大和
由大减小的过程中，测试装置会出现输入同一个信号，而得到不同 的两个输出信号,其最大差值称为回程误差。
测量方法的分类
机械测量 法
光测法 电测法等 等
测试系统的组成
课程的目的
通过测试技术的基础理论学习 和实验，培养学生能正确地选用 测试装置,进行各种物理量的测 量；
初步掌握进行动态测试的方法 和技能，为以后的生产实验和科 学研究打下一定的基础。
思考题
简述测量参数的种类。 简述测量方法有哪些？
第一章
测试是具有试验性质的测量， 或者可以理解为测量和试 验的综合。
测量参数
力学参数：表明机器工作负荷状况的参数，力、
力矩、应力、电压等；
运动参数：表明机械运动规律的参数，位移、速
度、加速度等；
电参数：表明机器工作负荷状况的参数，电流、
电压、功率等；
工艺参数：表明加工工艺条件的有关参数，如加
工对象的加工量、温度、几何形状等。
测试系统误差与灵敏度
理想测试装置的特性
叠加性 superpositionality 比例性 proportionality 频率保持性 frequency retentivity
传递函数: (Transfer function) 在工程测试中，传
递函数是输出信号(时域)与输入信号(时域)之比。
频率响应函数：(Frequency response function)
静态信号
Static Signal
使被测物体与传感器电极之间的极距产生变化， 从而形成电容量的变化，实现位移的测量。是指不 随时间变化或变化极缓慢的信号。静态不变的信号 只要在被测端接上某种形式的显示仪表，由仪表指 针可直接反映信号的幅值。可用数学关系式或图表 来表示。
动态信号
Dynamic Signal
立变量的方式，也就是所谓 信号的频谱分析。
不能揭示信号的频率结构特 征。
可以反映信号的各频率成分 的幅值和相位特征。
周期信号
periodic signal
周期信号的幅值可以用峰值、均值、有效值以及方差值来表示。 峰值是指信号可能出现的最大瞬时幅值；均值是动态信号在整个时 域的积分平均；方差是信号x(t)相对于其均值变化的均方值。
精品
机械工程测试技术课件
目录
❖绪论 ❖信号的描述 ❖测试装置的基本特性 ❖电阻应变片 ❖测量电桥 ❖电阻应变仪 ❖记录仪器
❖零件应力的测量 ❖力参数的测量 ❖运动参数的测量 ❖机械振动的测量 ❖电动机电参数的测量 ❖误差分析与数据处理
测试的基本概念
测量是指确定被测对象属性量 值为目的的全部操作。
信号的分类
Category of Signal
信号：反映被测系统的状态
及特性。通过研究 信号的内在 的规律，可充分认识被测系统 的相互关系 。
静态信号:指
幅值不随时间变 化或变化极缓慢 的信号。
动态信号:指
瞬时幅值随时间 变化的信号。
信号
动画演示
确定性信号确定性
方值
周期信号的强度
峰值 xmax：指信号可 能出现的最大瞬时 幅值
均值 xav ：动态信
号在整个时域的积分 平均
周期信号的频谱特性
Frequency spectrum characteristic of periodic signal
频谱是离散的。 每条谱线只出现在基波频率的 整倍数上。 谐波幅值是随谐波频率的增加 而减少，谐波的幅值与频率是成 反比的。
在工程测试中，频率响应函数是输出信 号（频域）对输入信号（频域）之比。
输入
x(t)
X()
测试装置 h (t ) H ( )
输出
y(t)
Y ()
h(t) y(t) x(t)
H(j) Y(j) X(j)
幅频特性和相频特性
Amplitude and Phase Frequency Characteristic
周期信号是按一定的间隔时间T（周期）不断重复的信号， 可用数学关系式表示： x(t)=x(tnt) 周期信号有很多表示形式，如周期性方波、锯齿波（三角 波）……等最简单的是正弦信号。
信号功 率的大小。
均方值：表示信号的平均 功率。
方差
：2 信号相对
x
于其均值变化的均
瞬变信号是确定性非周期性信号，如机械冲击、碰撞等。 随机过程有平稳随机过程和非平稳随机过程之分。
思考题
信号的分类。 周期信号的频谱特征。
第二章
Testing System and Principal Characteristic
测量
装置
试验 装置
组 成
数据 处理 装置
记录 显示
测试装置的静态特性
信号的波形随时间重复变 化，可以用数学关系式或 图表来明确描述其随时间 的变化关系。
非确定性信号
亦称作随机信号。不能 用确定的数学关系式表 达，用概率和统计方法 描述。
周期性信号是幅值随时 非周期信号又
平
非
稳
平
间作周期性重复变化，即按一 称作瞬变信号。
随
稳
定的间隔时间T不断重复的信 是短暂的，可用
机
随
号，数学关系式表示：
数学关系式表示。
x(t)x(tnT )
信 号
机 信 号
动态信号的描述
Description of Dynamic Signal
根据描述信号的自变量不同可分为 时域信号和频域信号
定义：
时域表述：描述信号的幅
值随时间的变化规律，可 直 接检测或记录到的信号。
特点：
频域表述：以频率作为独
频率响应函数H（jw）可以用复指数来表示，复数的模为测试装置 的幅频特性，复数的相角为相频特性。
动 画 演 示
频率响应法测量系统特性
一阶测试装置的频率响应
一阶测试的微分方程
a1dd(yt)ta0y(t)b0y(t)
动态信号的瞬时幅值是随时间变化的。 确定性信号的特点是信号的波形随时间重复变化。可用数 学关系式或图表来明确描述其随时间的变化关系。
其位移信号X（t）可
写为：x(t)Acos(m kt0 )
式中：A为振幅(最大值)；k为弹簧
刚度；m为质量；φ0为初始相位。 在此图中，φ0=0。
瞬变信号
Transient signal
灵敏度：当测试装置的输入信号有微小变化时，引起 输出
信号发生微变量，则称它们的比值为灵敏度。
线性度：是指测试装置的输入和输出是否保持线性关系 线性
度=｜输出的标定值-输出的理论值｜/输出信号的变化范围 100%
回程误差： 在实际测试中，在同样的条件下，当输入信号大和
由大减小的过程中，测试装置会出现输入同一个信号，而得到不同 的两个输出信号,其最大差值称为回程误差。
测量方法的分类
机械测量 法
光测法 电测法等 等
测试系统的组成
课程的目的
通过测试技术的基础理论学习 和实验，培养学生能正确地选用 测试装置,进行各种物理量的测 量；
初步掌握进行动态测试的方法 和技能，为以后的生产实验和科 学研究打下一定的基础。
思考题
简述测量参数的种类。 简述测量方法有哪些？
第一章
测试是具有试验性质的测量， 或者可以理解为测量和试 验的综合。
测量参数
力学参数：表明机器工作负荷状况的参数，力、
力矩、应力、电压等；
运动参数：表明机械运动规律的参数，位移、速
度、加速度等；
电参数：表明机器工作负荷状况的参数，电流、
电压、功率等；
工艺参数：表明加工工艺条件的有关参数，如加
工对象的加工量、温度、几何形状等。
测试系统误差与灵敏度
理想测试装置的特性
叠加性 superpositionality 比例性 proportionality 频率保持性 frequency retentivity
传递函数: (Transfer function) 在工程测试中，传
递函数是输出信号(时域)与输入信号(时域)之比。
频率响应函数：(Frequency response function)
静态信号
Static Signal
使被测物体与传感器电极之间的极距产生变化， 从而形成电容量的变化，实现位移的测量。是指不 随时间变化或变化极缓慢的信号。静态不变的信号 只要在被测端接上某种形式的显示仪表，由仪表指 针可直接反映信号的幅值。可用数学关系式或图表 来表示。
动态信号
Dynamic Signal
立变量的方式，也就是所谓 信号的频谱分析。
不能揭示信号的频率结构特 征。
可以反映信号的各频率成分 的幅值和相位特征。
周期信号
periodic signal
周期信号的幅值可以用峰值、均值、有效值以及方差值来表示。 峰值是指信号可能出现的最大瞬时幅值；均值是动态信号在整个时 域的积分平均；方差是信号x(t)相对于其均值变化的均方值。
精品
机械工程测试技术课件
目录
❖绪论 ❖信号的描述 ❖测试装置的基本特性 ❖电阻应变片 ❖测量电桥 ❖电阻应变仪 ❖记录仪器
❖零件应力的测量 ❖力参数的测量 ❖运动参数的测量 ❖机械振动的测量 ❖电动机电参数的测量 ❖误差分析与数据处理
测试的基本概念
测量是指确定被测对象属性量 值为目的的全部操作。