《机械工程测试技术基础(第4版)》基本课件 第1章 绪论
机械工程测试技术基础知识点
第一章绪论1、测试的概念目的：获取被测对象的有用信息。
测试是测量和试验的综合。
测试技术是测量和试验技术的统称。
2、静态测量及动态测量静态测量：是指不随时间变化的物理量的测量。
动态测量：是指随时间变化的物理量的测量。
3、课程的主要研究对象研究机械工程中动态参数的测量4、测试系统的组成5、量纲及量值的传递6、测量误差系统误差、随机误差、粗大误差7、测量精度和不确定度8、测量结果的表达第二章信号分析及处理一、信号的分类及其描述1、分类2、描述时域描述：幅值随时间的变化频域描述：频率组成及幅值、相位大小二、求信号频谱的方法及频谱的特点1、周期信号数学工具：傅里叶级数方法：求信号傅里叶级数的系数频谱特点：离散性谐波性收敛性（见表1-2）周期的确定：各谐波周期的最小公倍数基频的确定：各谐波频率的最大公约数2、瞬变信号（不含准周期信号）数学工具：傅里叶变换方法：求信号傅里叶变换频谱特点：连续性、收敛性3、随机信号数学工具：傅里叶变换方法：求信号自相关函数的傅里叶变换频谱特点：连续性三、典型信号的频谱1、δ(t)函数的频谱及性质△(f)=1 频率无限，强度相等，称为“均匀谱”采样性质：积分特性：卷积特性：2、正、余弦信号的频谱（双边谱）欧拉公式把正、余弦实变量转变成复指数形式，即一对反向旋转失量的合成。
解决了周期信号的傅里叶变换问题，得到了周期信号的双边谱，使信号的频谱分析得到了统一。
3、截断后信号的频谱频谱连续、频带变宽（无限）四、信号的特征参数1、均值：静态分量（常值分量）正弦、余弦信号的均值？2、均方值：强度（平均功率）均方根值：有效值3、方差：波动分量4、概率密度函数：在幅值域描述信号幅值分布规律五、自相关函数的定义及其特点1、定义：2、特点3、自相关图六、互相关函数的定义及其特点1、定义2、特点3、互相关图七、相关分析的应用八、相关系数及相干函数相关系数、相关函数在时域描述两变量之间的相关关系；相干函数在频域描述两变量之间的相关关系。
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．
机械工程测试技术基础ppt
欢迎来到《机械工程测试技术基础ppt》。通过本课程，您将了解机械工程测 试技术的重要性以及其在实际应用中的作用。
什么是机械工程测试技术
机械工程测试技术是一种应用于机械领域的测试方法和技术，旨在评估和验 证机械系统的性能、可靠性和安全性。
Hale Waihona Puke 机械工程测试技术的重要性机械工程测试技术对于确保产品质量、提高系统可靠性以及减少故障率至关重要。它帮助工程师们识别问题并 提供解决方案。
疲劳寿命测试
使用疲劳试验台，评估材料和构件在长期应力作用 下的寿命。
振动测试
使用振动试验台，评估产品在振动环境下的可靠性 和耐久性。
机械工程测试技术的未来发展方向
未来，机械工程测试技术将继续发展，更加注重自动化、智能化和可持续性，以适应不断变化的工程需求和环 境要求。
总结和要点
机械工程测试技术是评估机械系统性能的重要工具，它可以帮助我们提高产 品质量、确保系统可靠性，并推动创新和发展。
动态测试
通过施加实际工作条件下的力和负载，评估系 统的响应和稳定性。
可靠性测试
通过长时间运行和负载测试，评估系统的可靠 性和寿命。
机械工程测试技术在实际应用中的案例
汽车发动机测试
结构性能测试
使用动力测功机和传感器，评估汽车发动机的性能、 燃油效率和排放。
使用载荷和弯曲测试机，评估建筑物、桥梁等结构 的强度和耐久性。
机械工程测试技术的基本原理
机械工程测试技术基于物理和工程原理，利用传感器、仪器和数据分析方法 来监测和评估机械系统的性能和行为。
常见的机械工程测试技术方法
非破坏性测试
使用无损检测方法，如超声波、磁粉检测等， 评估材料和构件的质量和完整性。
机械工程测试技术ppt
1.1.1 信号的分类 2、功率信号 在所分析的区间（-∞，∞），能量不是有限 值．而信号的平均功率是有限的。
1 lim T 2T
T
T
x (t )dt
2
一般持续时间无限的信号都属于功率信号:
1.1.1 信号的分类
三、 时限与频限信号 1、 时域有限信号 在时间段 (t1，t2)内有定义，其外恒等于零．
k
x(t ) x 0cos(
k m
t 0 )
1.1.1 信号的分类
2、特点： 给定一个时间值就可得到一个确定的函数 值。 3、分类： 根据信号的波形是否重复再现可分为： ●周期信号 ●非周期信号
1.1.1 信号的分类
1）周期信号（定义） ●按一定周期重复的信号。 周期T：重复间隔时间。 2 f 频率（f=1/T ）、圆频率（ 2 ） T 分类： 简单周期信号： x(t ) A0sin(t 0 )
１ x（t） x（t） x（t）
t
t
t
（瞬变量例２）（瞬变量例３） （瞬变量例１）
1.1.1 信号的分类
（二） 不确定信号（随机信号）
1、定义 不能用精确的数学关系式来表达，也无法 确切地预测未来任何瞬间精确值的信号，也可 以称之为随机信号。 例如：环境噪声、温度、股市行情 ２、统计特点 对于随机信号同样可以用某一量纲（dB、 温度℃、股市指数）来表示某一时刻的大小， 也可建立某些数学模型进行分析和预测，但只 能是在概率统计意义上的近似描述，这种数学 模型称为统计模型。
机械工程测试技术基础
第一章 信号及其描述
本章学习要求：
1.了解信号分类方法
2.掌握周期信号强度表示方法
3.掌握周期信号频分析方法及其特点
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共19页word资料
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。
解答：在一个周期的表达式为 积分区间取（-T/2，T/2）所以复指数函数形式的傅里叶级数为 没有偶次谐波。
其频谱图如下图所示。
1-2 求正弦信号0()sin x t x ωt =的绝对均值x μ和均方根值rms x 。
解答：00002200000224211()d sin d sin d cos TTT Tx x x x x μx t t x ωt t ωt t ωt T T TT ωT ωπ====-==⎰⎰⎰1-3 求指数函数()(0,0)atx t Ae a t -=>≥的频谱。
解答：1-4 求符号函数(见图1-25a)和单位阶跃函数(见图1-25b)的频谱。
单边指数衰减信号频谱图A /aπ/2-π/2幅频图相频图周期方波复指数函数形式频谱图图1-4 周期方波信号波形图a)符号函数的频谱t =0处可不予定义，或规定sgn(0)=0。
该信号不满足绝对可积条件，不能直接求解，但傅里叶变换存在。
可以借助于双边指数衰减信号与符号函数相乘，这样便满足傅里叶变换的条件。
先求此乘积信号x 1(t)的频谱，然后取极限得出符号函数x (t )的频谱。
b)阶跃函数频谱在跳变点t =0处函数值未定义，或规定u (0)=1/2。
阶跃信号不满足绝对可积条件，但却存在傅里叶变换。
由于不满足绝对可积条件，不能直接求其傅里叶变换，可采用如下方法求解。
解法1：利用符号函数结果表明，单位阶跃信号u (t )的频谱在f =0处存在一个冲激分量，这是因为u (t )含有直流分量，在预料之中。
同时，由于u (t )不是纯直流信号，在t =0处有跳变，因此在频谱中还包含其它频率分量。
解法2：利用冲激函数 根据傅里叶变换的积分特性单位阶跃信号频谱f|U (f )|(1/2)1()sgn()at x t e t -=符号函数tx 1(t ) 01-1符号函数频谱图1-25 题1-4图a)符号函数b)阶跃函数1-5 求被截断的余弦函数0cos ωt (见图1-26)的傅里叶变换。
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1 1 x( t ) (sin 0t sin 30t sin 50t ) 3 5 2 0 T0
4A
式中ω0=2π/T0。ω0称为基波频率，简称基频。 上式可改写为：
x( t ) 4A
(
n0
1 sin t ) n 1 n n 1,3,5
•
例如某大型水电站在某一发电工况下，其厂 房产生强烈振动。按理论分析和经验估计，振源 可能来自水轮机或发电机的机械振动，或来自流 道某一部份（如引水管、涡壳、导叶、尾水管） 的水体振动。为查找振源及振源向厂房传递的路 径，在水轮发电机组和厂房的多处安置拾振器， 在流道多处安置压力传感器。试验时，用多台磁 带记录仪同步记录近百个测点的振动及压力波动。 试验完后，对记录的信号进行频谱分析，查找出 强振振源来自导叶与尾水管间的局部水体共振。
为什么要对信号进行频域描述：
信号的时域描述反映了信号瞬时值随时间变化的情况， 频域描述反映了信号的频率组成及其幅值、相角的大 小。 为解决不同问题，需掌握信号不同方面的特征，因而 可采用不同的描述方式。例如：评定机器振动烈度 （时域描述）和寻找振源（频域描述）。 两种描述方法能互相转换，而且包含同样的信息量。
X( f )
x (t )
x ( t ) e j 2 ft dt
(1-28) (1-29)
X ( f ) e j 2 ft df
这样就避免了傅里叶变换中出现1/2π,简化了公式，且有
X ( f ) 2X ( )
非周期函数x（t）存在傅里叶变换的充 分条件是x（t）在区间(-∞, ∞)上绝对 可积，即
则
x ( t ) C 0 C n e
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图8-19
图8-20
机械工程测试技术基础
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/18
机械工程测试技术基础
图8-14
机械工程测试技术基础
•第四节 声发射测量传感器与仪器
•三、声发射测量仪器
1 、传感器 2、前置放大器 3、主放大器 4、门槛值检测器 5、振铃计数器 6、事件计数器 7、能量处理器 8、振幅分析器 9、频率分析器
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机械工程测试技术基础
•第四节 声发射测量传感器与仪器
•四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用
•第一节 概述
•二、工程声学测量的有关概念
1.声音的波长、频率和声速
声源完成一周的振动，声波所传播的距离，称为声波的波长。或者是具 有相同运动状态的两相邻空气层之间的距离，称为声波的波长。 频率是每秒振动的次数。 声音传播的速度随温度的升高而增大。
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机械工程测试技术基础
•第一节 概述
5.非接触式光纤声发射传感器
目前常用的AE传感器大都采用：压电陶瓷晶体(PZT)来实现,利用PZT 的压电效应把机械量变为电量后进行检测。
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机械工程测试技术基础
•第四节 声发射测量传感器与仪器
•三、声发射测量仪器
声发射测量常用仪器如图8-14所示，包括以下几个部分。
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单端谐振式传感器结构简单，如上所示。
机械工程测试技术基础
•第四节 声发射测量传感器与仪器
•二、声发射测量传感器
2.宽频带传感器
机械工程测试技术基础
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六、测试、信息处理的发展状况
测试技术 重要手段 科学研究
相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等 形成 推动实验研究和发展
新的检测理论、方法和技术手段
测试信息处理技术的发展具体体现在：
传感器：新型、微型、智能化 测试：多功能、集成化、智能化；静态测试向动态测试
发展 信息处理：高在线实时能力、高精度、专用功能、小型
领域：工业、农业、航天、军事等 1、工业检测
(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
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五、测试系统的组成
2、信号变换部分
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
量
2.信号 信息的载体。信息蕴含于信号之中。 信号是物质具有能量。
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四、测试技术的内容
1.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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七、测试技术在工程技术领域中的应用
3、遥感图像分析：
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1.1 测试技术概况
工程测量可分为静态测量和动态测量。 静态测量是指不随时间变化的物理量的测量， 例如机械制造中通过被加工零件的尺寸测量， 试图得到制成品的尺寸和形位误差。动态测 量是指随时间变化的物理量的测量。
图１-２中被测物理量（或信号）作为测 量系统的输入，它经传感器变成可做进一步 处理的电量，经信号调理（放大、滤波、调 制解调等）后，可以通过模数转换变成数字 信号，从而得到数字化的测量值，将其送入 计算机（或仪器控制系统）进行分析与存储， 用于各种用途。
1.1 测试技术概况
1.1.2测试技术发展概况
现代生产的发展和工程科学研究对测试及其相关技术的需求极大地推动 了测试技术的发展，而现代物理学、信息科学、计算机科学、电子与微机械 电子科学与技术的迅速发展又为测试技术的发展提供了知识和技术支持，从 而促使测试技术在近３０年来得到极大的发展和广泛应用。例如工程创新设 计，特别是动态设计对振动分析的需求促使振动测量方法、传感器和动态分 析技术与软件的迅速发展；对汽车性能和安全性要求的不断提高，使得“汽 车电子”技术得到迅速发展，这种发展是以基于总线技术的传感器网络的发 展为基础的。现代工程测试技术与仪器的发展主要表现在以下方面：
图1-1
1.1 测试技术概况
在产品开发或其他目的的试验中，一般要在被测对象运行过程中或试验激励 下，测量或记录各种随时间变化的物理量，通过随后的进一步处理或分析，得到 所要求的定量的试验结果。在运行监测或控制系统中，实时测量的各种时间变量 则用于过程参数监视、故障诊断或者作为控制系统的控制、反馈变量。不同的用 途对测量过程和结果的要求也不同，例如在反馈控制系统中，可能要求测量系统 的输出以很小的滞后（理想的情况是没有滞后）不失真地跟踪以一定速率变化的 被测物理量。如果只要求不失真地测量和显示物理量的变化过程，则对滞后就没 有要求。因此，用途和要求不同，测量系统的组成环节及其构成方式也不同。
图１-２
1.1 测试理信号（各种随时间变化的物理量）， 经传感器变换后成为电信号，但同样还是模拟信号。这种信号在时间上是连续 的，可以取任意时间值；在幅值（大小）上也是连续的，即可以得到任意的合 理值。数字量虽然也表示随时间变化的物理量，但在时间和幅值上都是离散的， 亦即只能得到一定间隔的离散的时间和物理序列，而幅值的变化也不是连续的， 而是以某个最小量（最小量化电平）的个数来表示。一般传感器的输出（经或 未经信号调理）是模拟量，而只有数字量才能被计算机所接收，才能进行各种 数字计算或处理。由模拟量到数字量必须通过图中所示的“数字化”处理，即 “模数转换”。
1.2 测试的基础知识
在机械（或机电）系统试验、控制和运行监测中，需要测量各种物理 量（或其他工程参量）及其随时间变化的特性。这种测量需通过各种测量 装置和测量过程来实现。于是，测量装置和过程在总体上需满足什么样的 要求，才能准确测量到这些物理量及其随时间的变化是我们关心的问题。 为使测量结果具有普遍的科学意义需具备一定的条件：首先，测量过程是 被测量的量与标准或相对标准量的比较过程。作为比较用的标准量值必须 是已知的，且是合法的，才能确保测量值的可信度及保证测量值的溯源性。 其次，进行比较的测量系统必须进行定期检查、标定，以保证测量的有效 性、可靠性，这样的测量才有意义。
1.1 测试技术概况
（2）新型传感器的出现 随着人造晶体、电磁、光电、半导体与其他功能新材料的出现，微电子 和精密、微细加工技术的发展，作为工程测量技术基础的传感器技术得到迅 速发展。这种发展包括新型传感器的出现、传感器性能的提高及功能的增强、 集成化程度的提高以及小型、微型化等。微电子技术的发展有可能把某些电 路乃至微处理器和传感测量部分集成为一体，而使传感器具有放大、校正、 判断和某些信号处理功能，组成所谓的“智能传感器”。 （3）计算机测试系统与虚拟仪器的应用 传感器网络及仪器总线技术、互联网与远程测试、测试过程与仪器控制 技术，以及虚拟仪器及其编程语言等的发展都是现代工程测试技术发展的重 要方面。
1.1 测试技术概况
1.1.1测试和测量系统 测试技术是测量和试验技术 （MeasurementandTestTechnique)的统称。试验是机械 工程基础研究、产品设计（特别是创新设计、动态设计 和控制系统设计）和研发的重要环节。在现代机电设备 的研发和创新设计、老产品改造以及机电产品全寿命的 各个过程的研究中，试验研究是不可缺少的环节。在工 程试验中，需要进行各种物理量的测量，以得到准确的 定量结果。当然，不仅是各类工程试验需要测量，机器 和生产过程的运行监测、控制和故障诊断也需要在线测 量。这时，测量系统大多就是机器和生产线的重要组成 部分。一般来说，测量系统的用途如图１-１所示，实 验及各种过程中的物理量真值、变量或测量值，若随时 间变化，通常称为信号。
1.2 测试技术概况
（1）新原理新技术在测试技术中的应用 近３０年来，随着基础理论和技术科学的研究进展，各种物理效应、化 学效应、微电子技术，甚至生物学原理在工程测量中得到广泛应用，使得可 测量的范围不断扩大，测量精度和效率得到很大提高。例如在振动速度测量 中，激光多普勒原理的应用，使得不可能安装传感器进行测量的计算机硬盘 读写臂与磁盘片等轻小构件的振动测量成为可能；使用自动定位扫描激光束， 使得大型客机机翼、轿车本身等大型物体的多点振动测量达到很高的效率， 只需几分钟时间就可完成数百点的振动速度测量；高达１０ＭＨｚ以上采样 频率的数据采集系统可实现伴随金属构件裂纹发生与发展的脉冲声发射信号 的采集。类似的例子不胜枚举。
机械制造基础
绪论
现代机器制造业的发展对工程材料性能的要求不断提高。由原材料的原 始性能来满足这些要求往往是不经济的,甚至是不可能的。采用各种改性工艺 来改善工程材料的性能,可以充分发挥其潜力,延长机件的使用寿命,节约工程 材料,因此,具有极为重要的意义。
目录
1.1 测试技术概况 1.2 测量的基础知识