机械工程测试技术基础大作业哈工大
哈工大机械工程测试技术基础大作业
Harbin Institute of Technology机械工程测试技术基础大作业课程名称：机械工程测试技术基础设计题目：信号的分析与系统特性院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：题目一信号的分析与系统特性题目：写出下列信号中的一种信号的数学表达通式，求取其信号的幅频谱图（单边谱和双边谱）和相频谱图，若将此信号输入给特性为传递函数为)H的系统，试讨(s论信号参数的取值，使得输出信号的失真小。
（1）要求学生利用第1章所学知识，求解信号的幅频谱和相频谱，并画图表示出来。
T及幅值A，每个学生的（2）分析其频率成分分布情况。
教师可以设定信号周期取值不同，避免重复。
（3）利用第2章所学内容，画出表中所给出的系统)H的伯德图，教师设定时间(s常数τ或阻尼比ζ和固有频率nω的取值，每个同学取值不同，避免重复。
（4）对比2、3图分析将2所分析的信号作为输入)(tx，输入给3所分析的系统)(sH，求解其输出)(ty的表达式，并且讨论信号的失真情况（幅值失真与相位失真）若想减小失真，应如何调整系统)(sH的参数。
一、题目要求二、设计过程1) 写出波形图所示信号的数学表达通式；在一个周期内三角波可表示为x(t)={4AT0t −T04≤t≤T042A−4AT0t T04≤t≤3T04;其傅里叶级数展开式为x(t)=8π2(sinω0t−19sin3ω0t+125sin5ω0t+⋯)2）求取其信号的幅频谱图（单边谱和双边谱）和相频谱图；1、单边谱幅频谱函数A(n)=8An2π2，n=1,3,5,⋯相频谱函数φ(n)={π2,n=1,5,9,⋯−π2,n=3,7,11,⋯幅频谱、相频谱图如下图示：φ2、双边谱傅里叶级数的复指数展开为：x(t)=4A π2[(e −j π2e −jω0t +e j π2e jω0t )−132(e j π2e −j3ω0t +e −j π2e j3ω0t )+⋯则|C n |=12√a n 2+b n 2=12A n =4A π2∙1n 2φn =−arctan b na n则幅频谱、相频谱图如下图所示：3）画出表中所给出的系统H (s )的伯德图；1、一阶系统的传递函数为1()0.251H s s =+，则Bode 图为：ω ω3ω 5ω ω ω3ω5ω7ω 8A π2π2−π24A π2Aωω −ω −3ω −5ω 3ω 5ωφ ω−5ω−3ω−ωω3ω 5ω7ω−7ω−π2π22、二阶系统的传递函数为228000()980490000H s s s =++，则Bode 图为：3）若将此信号输入给特性为传递函数为H (s )的系统中，求其响应； 1、一阶响应对于该输入信号可以对每一项单独计算系统输出相应，然后相加即可。
哈工大_测试技术与仪器_大作业_传感器的综合应用
哈尔滨工业大学测试技术与仪器大作业二——传感器的综合应用姓名：学号：10908104xx班级：0908104学院：机电学院专业：机械设计制造及其自动化日期：2011.6.23录*设计指导书 (3)一、厚度检测 (3)1、光强位移传感器测量厚度原理 (3)2、方案分析 (3)3、元器件选择 (3)二、计数器 (5)1、计数器 (5)2、设计方案 (5)3、系统组成 (5)参考文献 (8)*设计指导书：题目：如图所示的工件，根据图中所示测量要求（1）选用适合的传感器（需要分析其工作原理），并提供实际产品型号（最好有产品照片）、选型参数；（2）设计相应的测量方案，要求为计算机控制的测试系统；（3）绘制方案示意图；（4）绘制测量装置系统框图。
（5）如图所示工件，在生产线的30°滑道上自上而下滑落，要求在滑动过程中检测工件厚度，并且计数。
图中4mm尺寸公差带为10μm。
一、厚度检测1、光强位移传感器测量厚度原理：通过传感器接收受到光强随传感器探头到反光面距离的改变而变化，经光电变换器件转变为直流电压或电流信号后由电路输出。
该仪器受到,α，ε,η,Ζ），σ为反的电压为U=f（σ,Ι光表面的反射率；Ι为电源发光强度；α为光电转换效率；ε为电路增益；η为光路效率；Ζ为,反射面到传感器探头端口的距离。
假设当σ,Ια，ε,η,Ζ一定时，电压就是Z的函数。
2、方案分析该方案实现测量结果的前提依赖于其传感器在线性度、重复性、滞缓、灵敏度、分辨力、静态误差、稳定性、漂移等。
3、元器件选择①芯片avrmega16l选择avr作为MCU处理的芯片具有比89c51有如下几个优点，工作电压范围为2.7~6.0V，电源抗干扰性能强；片内集成16位指令的程序存储器，总线采用哈佛结构，程序存储器和数据存储器分开组织和寻址；采用CMOS工艺技术，精简指令RISC结构，用32个通用工作寄存器代替了累加器，具有较高的MIPS/MHZ 的能力，具有高速度，低功耗，休眠功能，指令执行速度可达50ns；自带8路复用的单端输入通道的AD转换，具有10位精度，65~260微妙的转换时间，7路差分输入通道，具有可选的2.56VADC的参考电压，连续转换或单次转换模式，ADC转换结束中断。
机械工程测试技术基础大作业哈工大
哈尔滨工业大学·机电工程学院机械工程测试技术基础Ⅰ课程大作业设计人：段泽军学号：10院系：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：1208108：目录目录................................................................................ 错误!未定义书签。
题目一：信号的分析与系统特性 ............................... 错误!未定义书签。
机械工程测试技术基础课程大作业任务书............................................... 错误!未定义书签。
一，方波信号的数学表达式......................................................................... 错误!未定义书签。
1，方波信号的时域表达式 ........................................................................................ 错误!未定义书签。
2，时域信号的傅里叶变换 ........................................................................................ 错误!未定义书签。
二，频率成分分布情况................................................................................. 错误!未定义书签。
三，系统分析................................................................................................. 错误!未定义书签。
机械工程测试技术大作业
振动测试在机械设备的故障诊断、预防性维护和优化设计等方面具有广泛应用。
压力测试
压力测试是评估机械设备承受压力能 力的重要手段，主要用于气瓶、压力 容器、管道等高压系统的检测。
压力测试对于保障机械设备的安全运 行和防止事故发生具有重要意义。
质量满足要求。
对未来研究的建议
进一步研发先进的测试技术
随着机械工程领域的不断发展和技术的不断创新，需要进一步研发更高效、准确和智能的 测试技术，以满足更高的测试需求。
加强测试技术的标准化和规范化
为了提高测试结果的可靠性和可比性，需要加强测试技术的标准化和规范化工作，制定统 一的测试标准和方法。
加强测试技术在实践中的应用研究
通过测试技术对生产过程中的各个 环节进行监控和评估，可以及时发 现和解决生产过程中的瓶颈和问题， 从而提高生产效率。
降低成本
通过测试技术对产品进行早期检测 和评估，可以减少后期维修和返工 的成本，从而降低整体成本。
测试技术的发展历程
传统测试技术
未来测试技术
传统的测试技术主要依靠人工操作和 经验判断，测试精度和效率相对较低。
意义。
位置和速度测试
位置和速度测试是机械工程测 试中用于评估机械设备运动性 能的方法。
位置和速度测试采用传感器进 设备的运动 特性和精度。
位置和速度测试在机械设备的 运动控制、精度检测和故障诊 断等方面具有广泛应用。
04
测试技术在机械工程中的应用
发动机测试
测试技术的作用
测试技术在机械工程中发挥着至关重要的作用，它能够确保产品、设备或系统 的性能和质量满足设计要求，同时也能为改进和优化提供数据支持和反馈。
哈工大精密机械基础 大作业
应用C 语言实现滚子从动件盘状凸轮的轮廓描绘（哈尔滨工业大学 航天学院英才班 ）滚子从动件的轮廓与从动件运动方程有关系，本文就一种运动方程描绘了滚子从动件的轮廓。
若有给定的从动件方程，则需要将代码中从动件的运动方程和方程的一阶导改变。
滚子从动件盘状凸轮的几个重要参数：E ：从动件的偏心距，OCR ：凸轮的基圆半径，OA0S ：0S ，CKJ ：凸轮的转角S: S=f J （），从动件运动方程，KB0BC=CK+KB=S +S凸轮的理论轮廓线上的某一点坐标（X,Y ）0X ()()*()OE EF Cos J S S Sin J =+=++0()*()*()Y BD FD S S Cos J E Sin J =-=+-从动件规律：推程1J ：11(1cos())2H S J J π=-； 远休止2J ：2S H =；回程3J ：33(1cos())2H S H J J π=--； 近休止4J ：40S =编程思想:凸轮的代码用了一个循环，当角度变化的时候S 也在变化，然后根据变化的S 计算出凸轮的坐标。
在平面上建立坐标系，计算出滚子内轮廓和外轮廓的坐标，再将横纵坐标取平均，得到滚子滚动的圆心，然后以滚子半径做圆。
滚子半径不能太大。
运行结果如下：图一为运行界面，图二为凸轮图形图一图二附：凸轮代码：#include<graphics.h>#include<stdio.h>#include<conio.h>#include<stdlib.h>#include<math.h>main(){float x[361],y[361];float x1[361],y1[361];float x2[361],y2[361];float n1[361];float n2[361];int E=10;int H=50;int j1=90;int j2=90;int j3=90;int j4=90;int r1=1;float s0=38.726;float s[360];int R,j,m=360,gmode,gdriver,gerror;printf("请输入基圆半径R和滚子半径");printf("R=");scanf("%d",&R);printf("\t%d",R);printf("r1=");scanf("%d",&r1);printf("\t%d",r1);gdriver=VGA;gmode=VGAHI;initgraph (&gdriver,&gmode,"");setbkcolor(BLACK);line(10,240,630,240);line(320,20,320,450); circle(320,240,R);for(j=0;j<=360;j++){if(j>360-j4&&j<=360){s[j]=0;n1[j]=-E*sin(j*3.141592/j1)+(s0+s[j])*cos(j*3.141592/j1); n2[j]=-E*cos(j*3.141592/j1)-(s0+s[j])*sin(j*3.14159/j1);}if(j>360-j3-j4&&j<=360-j4){s[j]=(H-H/2*(1-cos(3.1415926/j3*j)));n1[j]=(100*(-H/2*3.14159/j3*sin(3.14159/j3*j))-E)*sin(j*3.141592/j1)+ (s0+s[j])*cos(j*3.141592/j1);n2[j]=(100*(-H/2*3.14159/j3*sin(3.14159/j3*j))-E)*cos(j*3.141592/j1)-(s0+s[j])*sin(j*3.14159/j1);}if(j>360-j4-j3-j2&&j<=360-j3-j4){s[j]=H;n1[j]=-E*sin(j*3.141592/j1)+(s0+s[j])*cos(j*3.141592/j1); n2[j]=-E*cos(j*3.141592/j1)-(s0+s[j])*sin(j*3.14159/j1);}if(j>=0&&j<=360-j4-j3-j2){s[j]=(H/2*(1-cos(3.1415926/j1*j)));n1[j]=(100*(3.14159*H/j1/2*sin(3.14159/j1*j))-E)*sin(j*3.141592/j1)+( s0+s[j])*cos(j*3.141592/j1);n2[j]=(100*(3.14159*H/j1/2*sin(3.14159/j1*j))-E)*cos(j*3.141592/j1)-( s0+s[j])*sin(j*3.14159/j1);}x[j]=(E*cos(3.14159/180*j)+(s0+s[j])*sin(3.14159/180*j));y[j]=((s0+s[j])*cos(3.141592/180*j)-E*sin(3.141592/180*j)); x1[j]=x[j]-r1*n2[j]/(sqrt(n1[j]*n1[j]+n2[j]*n2[j]));y1[j]=y[j]+r1*n1[j]/(sqrt(n1[j]*n1[j]+n2[j]*n2[j]));x2[j]=x[j]+r1*n2[j]/(sqrt(n1[j]*n1[j]+n2[j]*n2[j]));y2[j]=y[j]-r1*n1[j]/(sqrt(n1[j]*n1[j]+n2[j]*n2[j]));x[j]=320+x[j];y[j]=240-y[j];x1[j]=320+x1[j];x2[j]=320+x2[j];y1[j]=240-y1[j];y2[j]=240-y2[j];circle((x1[j]+x2[j])/2,(y1[j]+y2[j])/2,r1); }getch();closegraph();}。
哈工大-测试技术大作业一-三角波
哈工大-测试技术大作业一-三角波本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March一、设计题目二、求解信号的幅频谱和相频谱三角波的信号数学表达式为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧<<-<<-=4/34/,4244/,4)(000000T t T t T A A T t T t T At x其傅里叶级数展开式为)5sin 2513sin 91(sin 8)(0002⋯++-=t t t At x ωωωπ 由此可以写出其信号的幅频谱图和相频谱图： 1.单边谱 幅频谱函数⋯==,5,3,1,822n n AA n π 相频谱函数⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⋯=-⋯==,11,7,3,2,9,5,1,2n n n ππϕ 幅频谱、相频谱图如下所示：2.双边谱信号的傅里叶级数的复指数展开为：])(31[4)(00002322222⋯++-+=----t j j tj j tj jtj je e e e ee eeA t x ωπωπωπωππ则2222142121nA A b a C n n n n ⋅==+=π nnn a b arctan-=ϕ 可以画出幅频谱及相频谱如下图所示：三、画出系统H(s)的Bode 图 1.一阶系统使用MATLAB 程序，输入：num=[1]; den=[0.01,1]; bode(num,den);得一阶系统的Bode 图如下：2.二阶系统取n ω=150rad/s ，ζ=0.5，在MATLAB程序，输入：num=[6000]; den=[1,150,22500];bode(num,den);得二阶系统的Bode 图如下：四、分析输出信号 1.一阶系统对于该输入信号可以根据其傅里叶级数对每一项单独的计算系统输出响应，然后相加即可。
)5sin 2513sin 91(sin 8)(0002⋯++-=t t t At x ωωωπ 取t A t x 021sin 8)(ωπ=，将其输入至一阶系统101.01)(+=s s H ，可得：)]01.0arctan(sin[)01.0(18)()(002221ωωωπ-+==t At x t y o]5729.0sin[5654.810︒-=t 同理将t A t x 0233sin 98)(ωπ-=、t At x 0255sin 258)(ωπ=…代入，将各项响应相加即可求解输出该信号对一阶系统的响应。
哈工大机械精度大作业参考资料
机械零件的精度设计1内容提要1. 机械零件精度设计的内容及选用；2. 圆柱齿轮精度设计的内容及选用：（1）单个齿轮的精度设计内容及选用；（2）齿轮坯的精度设计内容及选用；（3) 齿轮副的精度设计内容及选用。
3. 轴的精度设计内容及选用；4. 齿轮减速器箱体的精度设计内容及选用；5. 装配图上标注的尺寸和配合代号。
计算齿轮圆周线速度，确定其平稳性精度。
运动精度要求不高，故也选8级；载荷分布均匀性精度一般不低于平稳性精度，我们选7级。
2008)8 2008)2008)= 0.155mm。
用插入法得jbnminr0.1450.1151.26IT926.1r =×==b 1.10r =F 得由表15根据E sns =-0.110、E sni =-0.223和F r=0.056代入式（10.8），可得公法线长度上、下偏差为sin 72.0cos n n sns bns αα−=E Esin 72.0cos n n sni bni αα+=E E 按计算结果，在图样上的标注为117.0196.0551.87−−=k W 117.020sin 056.072.020cos 110.0 00−=×−−=196.020sin 056.072.020cos 223.000−=×+−=即Φ58H7 =E E03.00 58+φ072.039.2458h 39.245 −==φφa d 即20(3) 基准端面的圆跳动公差由式（10.14）得基准端面对基准孔轴线的圆跳动公差为()/2.0βd i F b D t ×=5. 确定齿轮副精度（1）齿轮副中心距极限偏差由表10.8查得f a =±0.0315则在图样上标注为0315.0150±=a ()016.0021.0232/600.2=×=21（2）轴线平行度偏差由式（10.11）得垂直平面上的平行度偏差最大值为()/βF b L f =∑δ由式（10.10）得轴线平面上的平行度偏差最大值为()/5.0βF b L f =∑β()035.0021.060/100=×=()018.0021.060/1005.0=×=表4.16齿面表面粗糙度为Ra≤1.25μmRa的上限值为1.25~2.5μm 取2 μm。
机械工程测试技术基础 大作业 哈工大剖析
哈尔滨工业大学·机电工程学院机械工程测试技术基础Ⅰ课程大作业设计人：段泽军学号：1120810810院系：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：1208108指导教师：王慧峰机械工程测试技术基础Ⅰ·课程大作业——段泽军目录目录 (II)题目一：信号的分析与系统特性 (1)机械工程测试技术基础课程大作业任务书 (1)一，方波信号的数学表达式 (2)1，方波信号的时域表达式 (2)2，时域信号的傅里叶变换 (2)二，频率成分分布情况 (3)三，系统分析 (3)1，一阶系统 (3)2，二阶系统 (3)四，系统响应分析 (5)1，一阶系统响应 (5)2，二阶系统响应 (5)题目二：传感器综合运用 (7)机械工程测试技术基础课程大作业任务书 (7)一，基本原理 (8)1，变面积式电容传感器 (8)2，变极距式电容传感器 (9)3，所示为变介电常数式电容传感器 (9)二，电容传感器的设计 (10)三，测量电路 (10)四，测量方案简图 (11)题目一：信号的分析与系统特性机械工程测试技术基础课程大作业任务书题目要求：写出所给信号的数学表达通式，其信号的幅频谱图（单边谱和双边谱）和相频谱图，若将此信号输入给特性为传递函数为)H的系统，讨论系统参数的取值，使得输出信号的失真小。
(s1，利用第1章所学知识，求解信号的幅频谱和相频谱，并画图表示；2，分析其频率成分分布情况；3，利用第2章所学内容，画出表中所给出的系统)H的伯德图；(s4，对比2、3图分析将2所分析的信号作为输入)(t x，输入给3所分析的系统)H，求解其输(s出)y的表达式，并且讨论信号的失真情况（幅值失真与相位失真）若想减小失真，应如何调(t整系统)H的参数。
,(s信号与系统参数：一，方波信号的数学表达式1，方波信号的时域表达式{x (t )=x (t +nT 0) x (t )={A 0<t <T 02−A −T 02<t <0 2，时域信号的傅里叶变换常值分量a 0=2T 0∫x(t)dt T 02−T 02=0 余弦分量的幅值a n =20∫x (t )cos nω0t dt T 02−T 02=0 正弦分量的幅值b n =2T 0∫x (t )sin nω0t dt T 02−T 02=2A T 0(∫sin nω0t dt T 020+∫−sin nω0t dt 0−T 02) =4A 0(10−cos nπ0)={ 4A πn n 为奇数0 n 为偶数则方波信号可分解为：x (t )=4A (sin ω0t +1sin 3ω0t +1sin 5ω0t +⋯) 则可绘制频谱图如下图1.1 单边幅频谱图4A π图1.2 双边幅频谱图由服饰展开形式可知，各成分初相位均为0，故绘制相频谱图如下图1.3 方波的相频谱图二，频率成分分布情况有信号的傅里叶级数形式及其频谱图可以看出，方波是由一系列正弦波叠加而成的。
哈工大机械制造技术基础大作业
哈工大机械制造技术基础大作业一、零件加工图样在CA6140机床中，拨叉在变速箱中起到控制齿轮组的移动，改变啮合齿轮对，从而改变传动比实现变速功能。
零件材料采用200HT 灰铸铁，生产工艺简单、可铸性高，但材料脆性大不易磨削。
需要加工的部分及加工要求如下：1、0.0210Φ22+孔，还有与其相连的8M 螺纹孔和Φ8锥销孔；2、小孔的上端面，大孔的上下两端面；3、大头的半圆孔0.40Φ55+；4、Φ40上端面，表面粗5、糙度为 3.2Ra ，该面和Φ20孔中心线垂直度误差为0.05mm ；5、0.50Φ73+半圆形上下端面与Φ22孔中心线垂直度误差为0.07mm 。
二、零件加工工艺设计（一）确定毛坯的制造形式零件材料为HT200。
考虑到零件在机床运行时过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。
选用铸件尺寸公差等级CT9级。
（二）工艺初步安排零件的加工批量以大批量为主，用通用机床加工，工序适当集中，减少工件装夹次数以缩短生产周期、保证其位置精度。
（三）选择基准基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基准选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。
（1）粗基准的选择：以零件的底面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。
这样就能限制工件的五个自由度，再加上垂直的一个机械加紧，就可达到完全定位。
（2）精基准的选择：考虑到要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要定位基准，以两个小孔头内圆柱表面为辅助的定位精基准。
（四）制定工艺路线1.工艺方案分析此零件加工工艺大致可分为两个：方案一是先加工完与Φ22mm 的孔有垂直度要求的面再加工孔。
而方案二恰恰相反，先加工Φ22mm的孔，再以孔的中心线来定位加工完与之有垂直度要求的三个面。
方案一装夹次数较少，但在加工Φ22mm的时候最多只能保证一个面与定位面之间的垂直度要求。
哈工大机械制造基础大作业二
题目及要求(1) 机械加工工艺路线（工序安排）① 工艺方案分析 加工重点、难点② 工序编排 加工顺序、内容③ 加工设备和工艺装备(2) 关键问题分析① 加工工艺问题② 装夹问题③ 生产率问题④ 新技术(3) 解决关键问题的工艺措施（参阅资料)一、零 件 的 分 析零件的工艺分析:零件的材料为HT200,灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良,但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求需要加工的表面:1。
小孔的上端面、大孔的上下端面；2。
小头孔0.021022+-Φmm 以及与此孔相通的8Φmm 的锥孔、8M 螺纹孔;mm；3。
大头半圆孔55位置要求：小头孔上端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.05mm、大孔的上下端面与小头孔中心线的垂直度误差为0。
07mm.由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。
再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证.二、零件加工工艺设计（一)确定毛坯的制造形式零件材料为HT200.考虑到零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。
选用铸件尺寸公差等级CT9级，该拨叉生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为:工序适当分散；广泛采用专用设备，大量采用专用工装。
（二)基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证,生产效率得以提高。
（1) 粗基准的选择:以零件的底面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。
这样就可以达到限制五个自由度，再加上垂直的一个机械加紧，就可以达到完全定位。
（2）精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合"原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔内圆柱表面为辅助的定位精基准。
哈工大机械的测试技术基础大作业的2传感器综合的运用
"测试技术"课程大作业2作业题目：传感器综合运用学生姓名：评阅教师作业成绩2015年春季学期传感器综合运用一、设计题目如图所示工件，在生产线的30°滑道上自上而下滑落，要求在滑动过程中检测工件厚度，并且计数。
图中4mm尺寸公差带为10μm。
图1.测量工件二、厚度检测传感器的选择电容传感器是把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器（见图）。
若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA/δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。
δ、A、ε三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。
因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。
极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。
面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。
介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。
与电阻式或电感式传感器相比，电容传感器具有四大优点:(l)分辨力高，常用于精密测量;(2)动态响应速度快，可以直接用于某些生产线上的动态测量;(3)从信号源取得的能量少，有利于发挥其测量精度;(4)机械结构简单，易于实现非接触式测量。
因此电容传感器在精密测量中占有重要的地位。
此外，电容器传感器还具有结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等优点。
因此，在本题中选择电容传感器作为厚度检测传感器。
三、电容传感器的检测原理电容式传感器可分为面积变化型、极距变化型、介质变化型三类，下面将分述其检测原理。
1、面积变化型电容传感器这一类传感器输出特性是线性的，灵敏度是常数。
这一类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。
测量装置如图2所示。
哈工大机械工程测试基础大作业信号的分析与系统特性
"测试技术"课程大作业1作业题目：信号的分析与系统特性学生姓名：评阅教师作业成绩2015年春季学期信号的分析与系统特性一、设计题目写出下列信号中的一种信号的数学表达通式，求取其信号的幅频谱图（单边谱和双边谱）和相频谱图，若将此信号输入给特性为传递函数为)(s H 的系统，试讨论信号参数的取值，使得输出信号的失真小。
名称)(s H τ、n ω、ζ波形图三角波11)(+=s s H τ τ=0.02522240)(nn ns s s H ωζωω++= n ω=900，ζ=0.7二、求解信号的幅频谱和相频谱1、写出波形图所示信号的数学表达通式在一个周期中题中三角波可表示为如下所示：4T A ，4400T t T <<-=)(t x042T AA -，44400T t T <<其傅里叶级数展开式为...)5sin 2513sin 91(sin 8)(0002++-=t t t At x ωωωπ 2、求取其信号的幅频谱图和相频谱图 （1）单边谱幅频谱函数为228πn Aa n =，n=1,3,5… 2/π,n=1,5,9…相频谱函数为=n ϕ2/π-，n=3,7,11…则幅频图和相频图如下所示：)(t x t T 00 T 0/2A图1.单边幅频图图2.单边相频图（2）双边谱傅里叶级数的复指数展开为：]31[4)(000032322222⋯++-+=----t j j tj j tj jtj je e e e ee eeAt x ωπωπωπωππ则2222142121nA A b a C n n n n ⋅==+=π nnn a b arctan-=ϕ 则幅频谱、相频谱图如下图所示：图3.双边幅频图图4.双边相频图三、分析其频率成分分布由信号的傅里叶级数形式及其频谱图可以看出，三角波信号的频谱是离散的，其幅频谱只包含常值分量、基波和奇次谐波的频率分量，谐波的幅值以1/n 2的规律收敛，在其相频谱中基波和其各次谐波的相位为2π或-2π。
机械工程测试技术基础--机械测试大作业
Harbin Institute of Technology课程大作业说明书课程名称：机械工程测试技术基础设计题目：测试技术与仪器大作业院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2014/05/06哈尔滨工业大学题目一 信号的分析与系统特性题目：写出下列信号中的一种信号的数学表达通式，求取其信号的幅频谱图（单边谱和双边谱）和相频谱图，若将此信号输入给特性为传递函数为)(s H 的系统，试讨论信号参数的取作业要求（1）要求学生利用第1章所学知识，求解信号的幅频谱和相频谱，并画图表示出来。
（2）分析其频率成分分布情况。
教师可以设定信号周期0T 及幅值A ，每个学生的取值不同，避免重复。
（3）利用第2章所学内容，画出表中所给出的)(s H 系统的伯德图，教师设定时间常数τ或阻尼比ζ和固有频率n ω的取值，每个同学取值不同，避免重复。
（4）对比2、3图分析将2所分析的信号作为输入)(t x ，输入给3所分析的系统)(s H ，求解其输出)(t y 的表达式，并且讨论信号的失真情况（幅值失真与相位失真）若想减小失真，应如何调整系统)(s H 的参数。
解：求解周期性三角波的傅里叶函数。
在一个周期中，三角波可以表示为：x(t)={4AT0∙t 0≤t<T04−4AT0∙t+2AT04≤t≤3T04 4AT0∙t−4A3T04<t≤T0常值分量a0=1T0∫x(t)dt=0 T0余弦分量幅值：a n=2T0∫x(t)cos(n∙ω0∙t)dt=0 T0正弦分量幅值：b n=2T0∫x(t)sin(n∙ω0∙t)dtT0=2T0∫4AT0∙t ∙sin(n∙ω0∙t)dt +T042T0∫(−4AT0∙t+2A ) ∙sin(n∙ω0∙t)dt3T04T04+2T0∫(4AT0∙t−4A ) ∙sin(n∙ω0∙t)dtT03T04=8An2π2sinnπ2={(−1)n+1∙8An2π20 n=2,4,6,8 ,⋯n=1,3,5,7,⋯相频谱：φn ={π2n=1,5,9,⋯−π2n=3,7,11,⋯所以x(t)=8Aπ2(sinω0t− 19sin3ω0t+ 125sin5ω0t+ ⋯取：A= π2 ,T0=2π,则：ω0=1所以x(t)= 8(sin t− 19sin3t+125sin5t+ ⋯（1）利用matlab画出三角波函数的幅频谱如下：双边谱：单边谱：-利用matlab 画出三角波函数的相频谱如下：（2）由信号的傅里叶级数形式及其频谱图可以看出，三角波是由一系列正弦波叠加而成，正弦波的频率由0w 到30w ，50w ……，其幅值由8A π2,到8A 9π2,8A25π2，……依次减小，各频率成分的相位交替为π2 和 −π2。
哈工大机械工程测试技术基础大作业(企业管理)
HａｒbinＩnstitute of Technoｌoｇｙ课程大作业说明书课程名称：院系:班级:设计者：学号:指导教师:设计时间：哈尔滨工业大学目录信号的分析与系统特性........................ (3)一、设计题目……………………………………………………………………３二、求解信号的幅频谱和相频谱............ (3)三、频率成分分布情况 (5)四、H（s）伯德图 (6)五、将此信号输入给特征为传递函数为H（s）的系统 (7)传感器综合运用 (10)一、题目要求 (10)二、方案设计……………………………………………………………………１０三、传感器的选择………………………………………………………………１1四、总体测量方案 (12)五、参考文献 (12)信号的分析与系统特性一、设计题目写出下列方波信号的数学表达通式，求取其信号的幅频谱图(单边谱和双边谱）和相频谱图，若将此信号输入给特性为传递函数为)(s H 的系统，试讨论信号参数的取值,使得输出信号的失真小。
名称)(s H、、波形图 方波11)(+=s s H τ=0。
１,0。
5，0．70722240)(nn n s s s H ωζωω++= =0。
５,0.707 ＝10，500作业要求(1）要求学生利用第1章所学知识，求解信号的幅频谱和相频谱,并画图表示出来。
(2)分析其频率成分分布情况。
教师可以设定信号周期及幅值，每个学生的取值不同,避免重复.（3)利用第2章所学内容，画出表中所给出的系统)(s H 的伯德图，教师设定时间常数或阻尼比和固有频率的取值.（４)对比2、３图分析将2所分析的信号作为输入)(t x ，输入给3所分析的系统)(s H ，求解其输出)(t y 的表达式，并且讨论信号的失真情况（幅值失真与相位失真）若想减小失真，应如何调整系统)(s H 的参数。
二、求解信号的幅频谱和相频谱002200-200211=(t)=+-=0TT T T T a w dt Adt Adt T T ⎛⎫ ⎪⎝⎭⎰⎰⎰tTT 0/A00220000-200222()cos()cos()-cos()0TT T T T n a w t nw t dt A nw t dt A nw t dt T T ⎛⎫==+= ⎪⎝⎭⎰⎰⎰00220000-20020000000022()sin()sin()-sin()4 2 cos()-cos()200 2TTT T T n b w t nw t dt A nw t dt A nw t dt T T A T T n A A nw t nw t nT T nw nw n π⎛⎫==+ ⎪⎝⎭⎛⎫⎧⎪ ⎪==⎨ ⎪ ⎪⎪⎩⎝⎭⎰⎰⎰为奇数为偶数式中000411(t)=(sin(w t)+sin(3w t)+sin(5w t)+)35Aw π…转换为复指数展开式的傅里叶级数：()()0000000000002-j 000-2000000011=(t)e=e +-e 1121 =(e -e ) =e -e | =e -e = 2T jnw tnw tjnw t n T jnw t jnw t jnw t jnw t jnw jnw c w dt A dt A dt T T A A AA dt j T T jnw T nw j n ττττττπ-----⎛⎫ ⎪⎝⎭⎰⎰⎰⎰当0,2,4,...n =±±时,0n C =； 当1,3,5,...n =±±±时，2n A C j n π=-则幅频函数为：2,1,3,5,...n AC jn n π=-=±±±42||,1,3,5,...n n AA C n n π===相频函数为:arctanarctan(),1,3,5, (2)nI n nR C n C πϕ==-∞=-=arctanarctan(),1,3,5, (2)nI n nR C n C πϕ==+∞==---双边幅频图:单边幅频图：相频图：三、频率成分分布情况由信号的傅里叶级数形式及其频谱图可以看出,矩形波是由一系列正弦波叠加而成，正弦波的频率由到3,5……，其幅值由4Aπ到43Aπ，45Aπ,……依次减小,各频率成分的相位都为０。
机械工程测试技术基础大作业信号的分析与系统特性
Harbin Institute of Technology机械工程测试技术基础大作业题 目： 信号的分析与系统特性 班 级：作 者： 学 号：指导教师： 李跃峰 设计时间：哈尔滨工业大学一、题目要求11)(+=s s H τ；τ=0.035 22240)(nn ns s s H ωζωω++=；ωn =0.04,δ=0.08二、设计过程1) 写出波形图所示信号的数学表达通式；在一个周期内三角波可表示为x (t )={4AT 0t,−T 0/4<t <T 0/42A −4A T 0t,T 0/4<t <3T 0/4;其傅里叶级数展开式为x (t )=8Aπ2(sin ω0t −19sin3ω0t +125sin 5ω0t +?)2）求取其信号的幅频谱图（单边谱和双边谱）和相频谱图； 1、单边谱幅频谱函数A (n )=8An 2π2，n =1,3,5,?相频谱函数φ(n )={π2,n =1,5,9,?−π2,n =3,7,11,?幅频谱、相频谱图如下图示：2、双边谱傅里叶级数的复指数展开为：x(t)=4A π2[(e −j π2e −jω0t +e j π2e jω0t )−132(e j π2e −j3ω0t +e −j π2e j3ω0t )+?则|C n |=12√a n 2+b n 2=12A n =4Aπ2?1n 2φn =−arctan bn a n则幅频谱、相频谱图如下图所示：φ ω ω3ω 5ω ω ω3ω 5ω 7ω8A π2π2−π24A π2Aωω −ω−3ω −5ω 3ω 5ωφ ω−5ω−ω3ω7ω π3）画出表中所给出的系统H(s)的伯德图；1、一阶系统的传递函数为H(s)=10.035s+1，则Bode图为：2、二阶系统的传递函数为H(s)= 1.6s2+0.0064s+0.0016，则Bode图为：3）若将此信号输入给特性为传递函数为H(s)的系统中，求其响应；1、一阶响应对于该输入信号可以对每一项单独计算系统输出相应，然后相加即可。
机械测试技术基础大作业
第二章测试装置的基本特性主要内容静态特性—适用于静态测量，静态标定过程。
动态特性—适用于动态测量,并加上静态特性。
负载特性—系统后接环节吸收能量或产生干扰，影响测量。
抗干扰性—测量装置在测量中受到的各种干扰和信道干扰。
重点难点线性系统及其主要性质测量装置的误差和准确性测量装置的动态特性的数学描述幅频特性、相频特性和频率响应函数幅、相频特性及其图象描述．一阶、二阶系统的特性负载效应组织教学内容静态特性—适用于静态测量，静态标定过程。
定义：静态特性就是在静态测量情况下，描述实际测量装置与理想定常线性系统的接近程度。
静态特性…….线性度灵敏度分辨力、回程误差稳定度、漂移线性度：测量装置输出、输入之间保持常值比例关系的程度。
概述（1）对象+装置→系统（2）装置本身→定度（标定）（1）测量装置的静态特性测量装置的静态特性是通过某种意义的静态标定过程确定的。
静态标定是一个实验过程，在这一过程中，只改变一个输入量，而其他所有的可能输入保持不变，测量对应（2）标准和标准传递标准：用来定量输入和输出变量的仪器(或传感器)和技术的统称。
真值：一个变量的真值定义为用精度最高的最终标准得到的测量值。
标准传递：实际中，可能无法使用最终标准来测量该变量，但是可以使用中间的传递标准。
（3）测量装置的动态特性测量装置的动态特性：当被测量即输入量随时间快速变化时，测量输入与响应输出之间动态关系的数学描述。
在研究动态特性时，往往认为系统参数是不变的，并忽略诸如迟滞、死区等非线性因素，即用常系数线性微分方程描述测量装置输入与输出间的关系。
了解其所能实现的不失真测量的频率范围;反之，在确定了动态测量任务之后，则要选择满足这种测量要求的测量装置。
（4）测量装置的负载特性当传感器安装到被测物体上或进入被测介质，要从物体与介质中吸收能量或产生干扰，使被测物理量偏离原有的量值，从而不可能实现理想的测量，这种现象称为负载效应。
测量装置的负载特性是其固有特性，在进行测量或组成测量系统时，要考虑这种特性并将其影响降到最小。
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哈尔滨工业大学·机电工程学院
机械工程测试技术基础Ⅰ
课程大作业
设计人：段泽军
学号：10
院系：机电工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
班级：1208108
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目录
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题目一：信号的分析与系统特性 ............................... 错误!未定义书签。
机械工程测试技术基础课程大作业任务书............................................... 错误!未定义书签。
一，方波信号的数学表达式......................................................................... 错误!未定义书签。
1，方波信号的时域表达式 ........................................................................................ 错误!未定义书签。
2，时域信号的傅里叶变换 ........................................................................................ 错误!未定义书签。
二，频率成分分布情况................................................................................. 错误!未定义书签。
三，系统分析................................................................................................. 错误!未定义书签。
1，一阶系统 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。
2，二阶系统 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。
四，系统响应分析......................................................................................... 错误!未定义书签。
1，一阶系统响应 ........................................................................................................ 错误!未定义书签。
2，二阶系统响应 ........................................................................................................ 错误!未定义书签。
题目二：传感器综合运用 ........................................... 错误!未定义书签。
机械工程测试技术基础课程大作业任务书............................................... 错误!未定义书签。
一，基本原理................................................................................................. 错误!未定义书签。
1，变面积式电容传感器 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
2，变极距式电容传感器 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
3，所示为变介电常数式电容传感器......................................................................... 错误!未定义书签。
二，电容传感器的设计................................................................................. 错误!未定义书签。
三，测量电路................................................................................................. 错误!未定义书签。
四，测量方案简图......................................................................................... 错误!未定义书签。
题目一：信号的分析与系统特性
机械工程测试技术基础
课程大作业任务书
题目要求：
写出所给信号的数学表达通式，其信号的幅频谱图（单边谱和双边谱）和相频谱图，若将此信号输入给特性为传递函数为)
H的系统，讨论系统参数的取值，使得输出信号的失真小。
(s
1，利用第1章所学知识，求解信号的幅频谱和相频谱，并画图表示；
2，分析其频率成分分布情况；
3，利用第2章所学内容，画出表中所给出的系统)
H的伯德图；
(s
4，对比2、3图分析将2所分析的信号作为输入)(t x，输入给3所分析的系统)
H，求解其输
(s
出)
y的表达式，并且讨论信号的失真情况（幅值失真与相位失真）若想减小失真，应如何调(t
整系统)
H的参数。
,
(s
信号与系统参数：。