测试技术第5章
现代无损检测技术第5章：涡流检测技术
12×2—103—4—5—6—2×图1 涡流渗透深度与激励频率的关系图2 藕合线圈的互感电路a) 藕合线圈电路b)互感作用电路c) 藕合线圈等效感电路折合阻抗与一次线圈本身的阻抗之和称为图3 交流电路中电压和阻抗平面图线圈等效电路b)电压向量图c)阻抗向量图图4图5 阻抗平面图a)线圈阻抗平面b)归一化阻抗曲线图5 福斯特的假想物理模型表2 不同频率f/fg 的有效磁导率μeff的值表中：f为涡流检测的激励频率，也称之为工作频率，fg 为特征频率。
f/fg为频率比，它是涡流检测中的一个重要参数。
因此归一化电压为：数所决定，即：a)绝对式2－检测线圈3－管材在裂纹)时。
检测线圈就有信号输出，来实现检测目的。
标准的比较式1－参考线圈2－检测线圈4－棒材线圈感应输出急剧变化的信号。
c)自比较式1－参考线圈2－检测线圈3邻桥臂上。
用于管子检测的探头线圈在交流桥路中的位置电桥个参考线圈。
绝对式探头1 2线圈2 3－软定心导板4－接插件5探伤的材料进行检测。
差动式探头1 2线圈2 3－软定心导板4－接插件5－外壳二. 涡流检测的频率选择用于非铁磁性圆柱形棒料的检测频率选择图图中：IACS 为国际退火铜标准图的使用方法如下：1) 在A 线上取棒料电导率σ；2) 在B 线上取棒料直径d ；3) 将这两点间的连线延长使之与C 线相交；4) C 线上的交点垂直向上画直线，与所需的kr 值所对应的水平线相交得到一点；5) 根据交点在频率图(斜线)中的位置，即可读出所需的工作频率。
只要适当调节控制信号OT的相位，使θ2＝90º，那么，干扰信号的输出为零，而总的信号输出(OC＝OAcosθ1仅与缺陷信号有关，消除了不平衡电桥法工作原理在涡流检测中用作参考标准的人工缺陷的种类和形状检测线圈的阻抗特性表面探头以50Hz的频率检测厚铝板缺陷绝对式探头检测阻抗图b)差动式探头检测阻抗图1、2－裂纹3－表层下洞穴时处理，并将结果在CRT上进行实时显示。
材料分析测试技术第 5 章
四、成像原理 晶体对于电子束就是一个三维光栅 • 平行电子束与样品相互作用产生衍射束 经透镜聚焦后形成各级衍射谱 • 各级衍射谱发出的波相互干涉重新在像 平面上形成反映样品特点的像
五、三个光阑及其位置和作用 • 聚光镜光阑：放在第二聚光镜下方，限 聚光镜光阑：放在第二聚光镜下方， 制照明孔径角 • 物镜光阑（衬度光阑）：放后焦面上限 物镜光阑（衬度光阑）： ）：放后焦面上限 制孔径角大小，提高分辨率和衬度； 制孔径角大小，提高分辨率和衬度；形 成暗场像 • 选区光阑（视场光阑、场限光阑）：放 选区光阑（视场光阑、场限光阑）： ）：放 像平面上挡掉大角度散射电子， 像平面上挡掉大角度散射电子，提高衬 度，作选区衍射 • 样品室
成像原理： 成像原理： （1）物镜 : ） 作用：形成第一幅高分辨率的电子像或电子衍射谱， 作用：形成第一幅高分辨率的电子像或电子衍射谱， 透射电镜的分辨率很大程度上取决于物镜 （2）中间镜 ） 作用: 将物镜形成的一次电子像或衍射谱进行放大 将物镜形成的一次电子像或衍射谱进行放大， 作用 1.将物镜形成的一次电子像或衍射谱进行放大， 投射到投影镜物平面， 投射到投影镜物平面，形成第二幅电子像或衍射谱 2.调节总放大倍数 调节总放大倍数 (3) 投影镜 作用:将中间镜放大 或缩小)的像 或电子衍射花样)进 将中间镜放大(或缩小 的像(或电子衍射花样 作用 将中间镜放大 或缩小 的像 或电子衍射花样 进 一步放大,并投影到荧光屏上 并投影到荧光屏上。 一步放大 并投影到荧光屏上。
六、样品制备 七、TEM的分辨本领和放大倍数测定 TEM的分辨本领和放大倍数测定
一、电子光学系统 1.照明系统 照明系统 • 组成：电子枪、聚光镜、平移对中及倾 组成：电子枪、聚光镜、 斜调节装置 • 作用：提供亮度高、照明孔径角小、束 作用：提供亮度高、照明孔径角小、 流稳定的照明源 （1）电子枪 ） 作用： 作用：电子枪发射电子并使电子加速
第5章 常见免疫学检测技术-胶体金免疫层析
（三）胶体金免疫测定技术
§ （2）胶体金免疫层析
LA T E R A L FLO W T E S T S T R IP O F V E D A LA B
30
（三）胶体金免疫测定技术
§ （2）胶体金免疫层析
©①双抗体夹心法
• 固定于膜上的抗 体1＋标本中待测 抗原＋金标记的 抗体2显色
• 用于测抗原
原 • 是用胶体金标记技术和蛋白质层析技术 理 • 将结合各的种以反应微试孔剂滤分膜点为固载定体在的测快试速版的相固应相
• 通区膜域过免，毛疫检细分测析管标作技用术本加使在样试品纸溶条 液的 在一 层端析材料 上泳动，样本中的待测物与层析材料中 的反应试剂发生特异性结合反应，形成 的复合物被富集或固定在层析条上的特 定区域（检测线），通过标记抗体显色
§ 最初应用于免疫组化染色，随后发展到以膜为 载体的免疫测定技术
一、胶体金标记免疫检测应用现状
§ 胶体金标记技术具有简单、快速、灵敏等特 点，得到了广泛应用
§ 20世纪90年代兴起的胶体金免疫层析技术，特 别是试纸条的发展，使操作更加方便快捷
§ 胶体金标记免疫检测技术在临床医学检测、激 素检测、食品安全检测、药物残留和毒品快速 检测，以及抗原抗体分析等诸多领域迅速发展
食品 食品安全检测中心, 农兽药残留（磺胺类、瘦肉精
安全 各监管部门
等）,大肠杆菌,黄曲霉素
--
瘦 肉 精
沙 丁 胺 醇
--
瘦 肉 精
沙 丁 胺 醇
—
瘦 肉 精
克 伦 特 罗
瘦肉精—莱克多巴胺
瘦肉精—莱克多巴胺
瘦肉精—莱克多巴胺
—
兽 药
恩 诺 沙 星
致病菌--大肠杆菌O157
机械工程测试技术第5 章
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５. ４ 测量电路
• 环形二极管电容测量电路原理如图５－１４ 所示,输入方波加在电桥 的Ａ 点和地之间,Ｃｘ为被测电容,Ｃｄ为平衡电容传感器初始电容的 调零电容,Ｃ 为滤波电容,Ａ 为直流电流表。 在设计时,由于方波脉冲 宽度足以使电容器Ｃｘ和Ｃｄ充、放电过程在方波平顶部分结束,因此, 电桥将发生如下的过程。
的ΔＣ 可以增大,从而使传感器灵敏度提高。
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５. １ 工作原理和结构
• 但ｄ０ 过小,容易引起电容器击穿或短路。 因此,极板间可采用高介电 常数的材料(云母、塑料膜等)作为介质,如图５－４ 所示,此时电容变 为
• 云母片的相对介电常数是空气的７ 倍,其击穿电压不小于１ ０００ ｋ Ｖ/ ｍｍ,而空气仅为３ ｋＶ/ ｍｍ。 因此有了云母片,极板间起始距 离可大大减小。
• 一般变极板间距离电容式传感器的起始电容为２０~１００ ｐＦ,极板 间距离为２５~２００ μｍ。最大位移应小于间距的１/１０,故在微位 移测量中应用最广。
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５. １ 工作原理和结构
• ５. １. ２ 变面积型电容式传感器
• 图５－５ 所示为变面积型电容式传感器原理结构示意图。 被测量通 过动极板移动引起两极板有效覆盖面积Ｓ 改变,从而得到电容量的变 化。 当动极板相对于定极板沿长度方向平移Δｘ 时,则电容变化量为
薄膜等的厚度,也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体 介质的湿度。 图５－８ 所示为变介质型电容式传感器常用的结构形 式,图中两平行电极固定不动,极距为ｄ０,相对介电常数为εｒ２ 的电介 质以不同深度插入电容器中,从而改变两种介质的极板覆盖面积。 传 感器总电容量为
第5章-光纤光学ppt课件光纤的特征参数与测试技术
如果采用线宽为 300 MHz的DFB激光器，在1 Gbps 调制 速率下光谱被展宽 2 GHz，即光源谱宽为2,300 MHz 或 .02 nm (1500 nm波长). 则传输10 公里距离，色散脉冲展 宽值为 : D = 17ps/nm/km × .02 nm × 10 km = 3.4 ps
显然这种情形下， 1 Gbps速率光通信系统没有任何问题。
课堂测验(7)
1. 哪些因素限制光通信传输距离？ 2. 一光纤长220公里，已知光纤损耗为0.3dB/km，当输出光功率
为2.5 mW时，输入光功率为多少？ 3. 为什么光纤在1.55μm的波长损耗比1.3μm波长小? 4. 光纤的损耗能否降为零？为什么？ 5. 三角形折射率分布光纤与平方率折射率分布光纤哪种波导色散
光纤的损耗
§5.1.1 光纤材料的吸收损耗
光纤的损耗谱
不断拓展的光纤窗口波长
2004年
7
§5.1.2 散射损耗
特点：不可能消除的损耗
散射损耗
特点：非线性散射
产生新的频率分量
散射
机理： 光
新光波长+声子
§ 5.1.3 光纤的弯曲损耗
物理机制
光纤发生弯曲
全反射条件破坏
约束能力下降
导摸转化为辐射摸
大？为什么？ 6. 简述光纤中三种色散的机理。在什么条件下光纤的色散为零？
习题：5.4~5.11
第五章 汽车测试技术
5. 1 电桥
• φ1，φ2，φ3，φ4—各桥臂电压与电流之间的相位差，称为阻抗角 • 纯电阻时，电压与电流同相位，φ=0;电感性阻抗，电压超前于电流， φ>0(纯电感φ=90o);电容性阻抗，电压滞后于电流，φ<0(纯电容小 =φ90o)。因此交流电桥的平衡条件为
•
上式表明，交流电桥平衡必须满足上述两个条件。前者称为交流电 桥模的平衡条件，后者称为相位平衡条件 • 对于纯电阻交流电桥，由于分布电感的影响较小，可以不予考虑， 而导线分布电容的影响较大，相当于每个桥臂上都并联了一个电容， 因此需调节电阻平衡和电容平衡。
• 交流电桥采用交流电源，电桥的四个桥臂可为电感、电容、电阻或其 组合，因此除了电阻外还包括有阻抗。如果阻抗、电流及电压都用复 数表示，则关于直流电桥的平衡关系式在交流电桥中也可适用，如图 5一3所示 • 电桥达到平衡时必须满足:
• 把上式中各复数用指数式表示，则为
• 式中Z01、Z02、 Z03、 Z04—各阻抗的模;
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5. 1 电桥
•
• 4.温度补偿 在测量时，若被测构件和所粘贴的应变片的工作环境温度发生变化， 应变片本身将因温度变化产生应变ξt。显然，应变ξt在结构不承载时 仍然存在，因此，当结构承受载荷时，这个应变就会与由载荷作用而 产生的应变叠加在一起输出，使测量到的输出应变中包含了因环境温 度变化而引起的应变ξt，必然对测量结果产生影响。 利用电桥的加减特性，可以对应变片进行温度补偿，通常采用补偿 块补偿法或工作片补偿法。 (1)补偿块补偿法 使用两个同样的应变片，一片粘贴在试件上，另一片粘贴在与试件 同材料、同温度条件但不受力的补偿块上。根据电桥的加减特性，将 这两片应变片接入相邻桥臂上，由于温度的变化，工作片和补偿片上 产生相同的因温度引起的应变，在桥路中自动抵消，对电桥输出没有 影响，达到温度补偿的作用。
《工程测试技术》第五章电阻应变片
U0
R R
UI
1 4
U I S ( 1 2 3 4 )
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UI
传感器与测试技术
第5章 电阻应变式传感器
电桥的工作特性:
1）不同的接桥方式具有不同的电桥灵敏度，尽量采 用半桥双臂或全桥方式。
①提高灵敏度——半桥双臂或全桥联接 相对桥臂：同极性 相邻桥臂：反极性 ②实现温度补偿——全桥自动补偿 半桥双臂：邻臂(同一温度场) ③消除非测量载荷的干扰影响
传感器与测试技术
第5章 电阻应变式传感器
测量用应变片
1 1 p 1M ; 3 3 p 3M ;
2 0; 4 0;
传感器与测试技术
第5章 电阻应变式传感器
电阻应变片
传感器与测试技术
第5章 电阻应变式传感器
电阻应变片的选择、粘贴技术 1）目测电阻应变片有无折痕、断丝 等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。 2）用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥 中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆。
3）试件表面处理：贴片处用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。
又 1M 3 M ; 总 1 p 3 p 2
U 0 1 4 U IS 总 1 2
p
U IS p
补偿用应变片
测量P消除M的影响
传感器与测试技术
第5章 电阻应变式传感器
2、温度误差及补偿
温度误差——附加应变 1)电阻温度效应
R R t
对半导体材料，压阻效应为主：
dR R
被测量
工程测试技术基础第五章信号调理
5.3调制与解调
动手做： 用个人测试实验室中数字 信号发生器、波形运算器 等软件芯片，设计一个非 抑制调幅与解调系统。
5.3调制与解调
4 频率调制
调频是利用信号x(t)的幅值调制载波的频 率，或者说，调频波是一种随信号x(t)的电压 幅值而变化的疏密度不同的等幅波.
y (t) A c2 o[f0 s x ( (t)* t ])
y (t) [A 0* x (t)c ]o 2 fs t()
调制
缓变信号
放大
高频信号
放大高 频信号
解调
放大缓 变信号
5.3调制与解调 幅度调制与解调过程（波形分析）
x(t) z(t)
乘法器
x m(t)
放大器
z(t)
乘法器
滤波器
x(t)
5.3调制与解调 幅度调制与解调过程（频谱分析）
x(t) z(t)
3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要 对传感器测量信进行调制解调处理。
第五章、测试信号调理技术
5.2 信号放大
分类
直流放大器
特点 低频保留,高频截止
放大器
交流放大器 直流电桥 交流电桥
高频保留,低频截止
电荷放大器
5.2 信号放大电路
1 直流放大电路
1) 反相放大器
电压增益:
Av
RF R1
t
5.3调制与解调
a) 幅度凋制(AM)
y (t) [A * x (t)c ]o 2 fs t( )
b) 频率调制(FM)
y (t) A c2 o[fs 0 x ((t)* t])
c) 相位调制(PM)
y(t)A co 2 fs t[(0 x(t)])
材料成形测试技术 第5章 电机电参数测量
5.2.1交流电动机的结构和工作原理
当对定子三相绕组通入三相 对称交流电时，在电机气隙内产 生一个转速为 的旋转磁场。定子 旋转磁场切割转子绕组，在转子 绕组中产生感应电动势，由右手 螺旋定则可知其方向如图5-11所 示。由于转子绕组自行闭合，所 以在转子绕组中就有电流流过， 其电流方向与电动势方向相同。 根据左手螺旋定则，这些载流导 体在磁场中受力所形成的总电磁 力矩方向是顺时针的，因此，电 动机在电磁转矩的作用下，转子 沿着旋转磁场方向进行旋转，从 而拖动负载运动。
转子由转子铁心、转子绕组和转轴等构成。转子铁心也是电机磁路 的一部分，由0.5mm厚的硅钢片冲制叠压而成。转子铁心外圆上冲有均 匀分布的槽，槽内嵌放转子绕组，转子绕组可分为笼型和绕线型两种。 笼型异步电动机转子绕组有铜条和铝铸两种形式，其结构简单、运行可 靠、价格便宜，主要缺点是调速困难。绕线型异步电动机的转子绕组可 通过滑环、电刷与外部附加电阻器连接，从而控制电机的启动或转速。
（2）直流电流变送器 直流毫伏变送器工作原理如图5-9所示。
图5-9 直流毫伏变送器原理方框图
5.1.2.4 使用操作要点
（1）未了减少限流电阻的发热，应选用灵敏度较高 的振子，如FC6-1200型等。 （2）测量回路必须用测量电压大于电枢最高工作电 压的兆欧表（摇表）进行对地、参数间的绝缘测定 （将振子输入端短路），其绝缘电阻不应小于20兆 欧。 （3）为了保证电压振子与电流振子同电位，应按图 5-10所示接线，此时D、A、B同电位。 （4）标准毫伏表须按图接在 A、B两点，且连接线愈 短愈好。
在电机控制系统使用中往往需要了解电流或电压 的波形、副值、有效值或平均值；不仅需要了解电机 稳态运行时的情况，还常常需要了解电机电流、电压 随时间变化的动态过程。这些情况下的测量工作，一 般电工测量仪表是难以胜任的，此时采用示波器进行 测量。
《测试技术》(第二版)课后习题参考答案
《测试技术》(第二版)课后习题参考答案解：（1） 瞬变信号－指数衰减振荡信号，其频谱具有连续性和衰减性。
（2） 准周期信号，因为各简谐成分的频率比为无理数，其频谱仍具有离散性。
（3） 周期信号，因为各简谐成分的频率比为无理数，其频谱具有离散性、谐波性和收敛性。
解：x(t)=sin2t f 0π的有效值（均方根值）：2/1)4sin 41(21)4sin 41(21)4cos 1(212sin 1)(100000000000002020000=-=-=-===⎰⎰⎰T f f T T tf f T T dt t f T dt t f T dt t x T x T T T T rms ππππππ 解：周期三角波的时域数学描述如下：（1）傅里叶级数的三角函数展开：，式中由于x(t)是偶函数，t n 0sin ω是奇函数，则t n t x 0sin )(ω也是奇函数，而奇函数在上下限对称区间上的积分等于0。
故=n b 0。
因此，其三角函数展开式如下：其频谱如下图所示：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+≤≤-≤≤-+=)(202022)(0000nT t x T t t T AA t T t T A A t x 21)21(2)(12/0002/2/00000=-==⎰⎰-T T T dt t T T dt t x T a ⎰⎰-==-2/00002/2/00000cos )21(4cos )(2T T T n dt t n t T T dt t n t x T a ωω⎪⎩⎪⎨⎧==== ,6,4,20,5,3,142sin 422222n n n n n πππ⎰-=2/2/0000sin )(2T T n dtt n t x T b ω∑∞=+=1022cos 1421)(n t n nt x ωπ∑∞=++=1022)2sin(1421n t n nπωπ(n =1, 3, 5, …）（2）复指数展开式复指数与三角函数展开式之间的关系如下：)( 21=212121n 22000=-===+====nn n e n m n n n n n a barctg C R C I arctg a A b a C a A C φ A ϕ单边幅频谱 单边相频谱0 ωn φω0 3ω0 5ω0 -ω0 -3ω0 -5ω00 ωI m C nω0 3ω0 5ω0 -ω0 -3ω0 -5ω0虚频谱双边相频谱解：该三角形窗函数是一非周期函数，其时域数学描述如下：用傅里叶变换求频谱。
测试技术(第五章 调理电路)
2、交流电桥 交流电桥以交流电压激励， 四个桥臂可为电阻、电容和电 感，桥臂用阻抗来描述。 交流电桥的平衡关系式 可表示为：
z1 z3 z2 z4
z1 Z 01e j1 , z2 Z 02e j2 , z3 Z 03e j3 , z4 Z 04e j4
则有:
Z 01 Z 03 Z 02 Z 04 此即交流电桥平衡需满足 的两个条件。在电桥调平 2 4 1 3 衡时需要调节几个参数。
载波信号与已调波进行 相位比较。
这种检波方法利用了二极管的单向导通作用将电路的输出 极性换向。负载电阻Rf上的电压信号仍为高频信号，其包络线 就是原缓变信号，需要低通滤波才能恢复为原测量信号。 动态应变仪就是交流电桥调制和相敏检波的典型实例。
2、调频与鉴频 频率调制是用缓变信号控制高频信号的频率，输出的调制信号 是频率随调制信号变化的疏密不等的等幅波，其频率偏移量（相对 于中心频率）和调制信号电压成正比。
调频信号的频谱结构很复杂，但 信号抗干扰能力很强，便于 信号的传输和数字处理。
频率调制的方法很多，现简单介绍直接调频测量电路。 在被测量小范围变化时，以电容、电感作为自激振荡器的谐波 回路的一个调谐参数。如下图以电容为调谐参数，则电路的谐振频 率为 1 f0 df f 2 LC dC 2C
载波频率f0应 大于缓变信号 的最大频率fm， 一般应大于几 倍甚至数十倍。
调幅过程
调幅装置实为一乘法器
在测试上的应用： 交流电桥为调幅原理 以下测量电容的谐振电路也为调幅原理！
调幅式
测可变电感值也有同样原理！
（2）调幅波解调 ①同步解调 把已调制波与原载波信号再相乘，可得到原缓变 信号和倍频信号的迭加，后者可再由一低通滤波器除去。
测试技术 第五章 信号处理初步
自相关函数是区别信号类型的一个非常有效的手段。 只要信号中含有周期成分，其自相关函数在τ很大时都不衰减，并具有明显 的周期性。而不包含周期成分的随机信号，当τ稍大时自相关函数就将趋近 于零。 于零
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5.2.2 自相关函数 应用2：机械加工表面粗糙度的自相关分析
1 T R xy (τ ) = lim ∫0 x(t ) y (t + τ )dt T →∞T 1 T = ∫0 0 x0 sin(ωt + θ ) y 0 sin[ω (t + τ ) + θ − ϕ ]dt T0 1 ωt + θ = α sin α sin(α + ωτ − ϕ ) = − [cos(2α + ωτ − ϕ ) − cos(ϕ − ωτ )] 2 1 = x0 y 0 cos(ωτ − ϕ ) 结论：两个均值为零并具有相同频率的 2
第五章 信号处理初步
济南大学机械工程学院
5.1 信号处理概述
测试工作的目的：获取反映被测对象的状态和特征的信息。
但是有用的信号总是和各种噪声混杂在一起，很难识别，需要对其进 行必要的处理和分析、消除和修正系统误差。
信号处理的目的： 1）分离信号与噪声，提高信噪比； 2）从信号中提取有用的特征信号； 3）修正测试系统的某些误差，如线性误差等。
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5.2.3 互相关函数 互相关函数
1 T (τ ) = lim ∫0 x(t ) y (t + τ ) dt R xy T → ∞T
R xy (τ ) → µ x µ y
测试技术智慧树知到答案章节测试2023年济南大学
第一章测试1.测试技术是测量和试验技术的统称。
（）A:对B:错答案:A2.工程测量可分为静态测量和动态测量。
（）A:错B:对答案:B第二章测试1.所有周期信号都是功率信号。
（）A:对B:错答案:A2.各态历经随机过程是平稳随机过程。
（）A:错B:对答案:B3.瞬态非周期信号的幅值谱表示的是幅值谱密度与频率的函数关系。
（）A:错B:对答案:B4.信号在时域上波形有所变化，必然引起频谱的相应变化。
（）A:对B:错答案:A5.周期方波是简单周期信号。
（）A:错B:对答案:A第三章测试1.一个幅频特性为常数的线性系统，一定是不失真测量系统。
（）A:对B:错答案:B2.测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。
（）A:对B:错答案:B3.一阶低通测试装置适宜于测量缓变的信号。
（）A:对B:错答案:A4.测试装置传递函数H ( s )的分母与（）有关。
A:输出量y(t)B:输入点的位置C:装置结构D:输入量x(t)答案:C5.测试装置的频率响应函数H ( jω ) 是装置动态特性在（）中的描述。
A:幅值域B:时域C:复数域D:频域答案:D第四章测试1.压电式传感器的前置放大电路采用（）时，传感器的连接电缆可以达到百米以上，也不会影响其灵敏度。
A:比例运算放大器B:电荷放大器C:电桥D:电压放大器答案:B2.如果用电容传感器测电影胶片的厚度，那么可能是电容传感器的（）参数发生变化。
A:极距B:变化参数不定C:面积D:介质答案:D3.可以进行转速测量的传感器是（）。
A:光电式或霍尔式B:压电式或涡流式C:电阻式或霍尔式D:电阻式或涡流式答案:A4.在电容传感器的比例运算放大器电路中，传感器电容应接在（）回路中。
A:反馈B:电源C:输出D:输入答案:A5.在用涡电流传感器进行探伤时，是根据（）的变化。
A:物体的材质B:传感器线圈的激磁频率C:传感器与物体之间的间隙D:物体的磁导率答案:D第五章测试1.在使用电阻应变仪的时候，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片以提高灵敏度，下列方法（）可以提高电桥灵敏度。
测试技术基础答案 第五章 信号处理初步
第五章信号处理初步一、知识要点及要求(1)了解信号处理的目的和分类，及数字信号处理的基本步骤；(2)掌握模拟信号数字化出现的问题、原因和措施；(3)掌握信号的相关分析及其应用；(4)掌握信号的功率谱分析及其应用。
二、重点内容及难点(一)信号处理1、信号处理的目的(1)分离信号和噪声，提高信噪比；(2)从信号中提取有用的特征信号；(3)修正测试系统的某些误差，如传感器的线性误差、温度影响等。
2、信号处理的分类模拟信号处理：对模拟信号进行处理，由一系列能实现模拟运算的电路来实现。
数字信号处理：对数字信号进行处理，可以在通用计算机上借助程序来实现，或由专用数字信号处理机（DSP芯片）来实现。
(二)数字信号处理的基本步骤1、(1)电压幅值调整；(2)必要的滤波；(3)隔直；(4)解调。
2、A/D转换的作用：把模拟信号转换为数字信号，以便能用数字方法进行处理。
(1)采样：时间离散；(2)量化：幅值离散；(3)截断。
3、计算机或数字信号处理器的作用对数字化之后的信号进行处理。
(三)模拟信号的数字化1、时域采样和混叠时域采样，就是等时间间隔地取点。
从数学处理上看，就是乘以采样函数，时域相乘相当于频域作卷积，就相当于频谱的周期延拓，即频谱的搬移。
在频域中，如果频谱的搬移距离过小，搬移后的频谱就会有一部分相互交叠，从而使新合成的频谱与原频谱不一致，无法准确地恢复原时域信号，这种现象称为混叠。
2、时域截断和泄漏时域截断，就是取有限长的信号。
从数学处理上看，就是乘以有限宽矩形窗函数。
时域相乘相当于频域作卷积，就相当于频谱的周期延拓，即频谱的搬移。
在频域中，由于矩形窗函数的频谱是一个无限带宽的sinc函数，即使原模拟信号是有限带宽的，截断后也必然成为无限带宽的，这种信号的能量在频率轴分布扩展的现象称为泄漏。
3、频域采样和栅栏效应频域采样，就是在频率轴上等间隔地取点，使频率离散化。
从数学处理上看，就是乘以频率采样函数。
频域相乘相当于时域作卷积，就相当于时域波形的周期延拓，即频域波形的搬移。
大连理工大学测试技术第五章
一、两随机变量的相关系数
通常,两个变量之间若存在着一一对应的确定关系,则称两者 存在着函数关系。当两个随机变量之间具有某种关系时,随 着某一个变量数值的确定,另一变量却可能取许多不同值,但 取值有一定的概率统计规律,这时称两个随机变量存在着相 关关系。 图514表示由两个随机变量x和y组成的数据点的分布情况。 图514a中各点分布很散,可以说变量x和变量y之间是无关的。 图5,14b中x和y虽无确定关系,但从统计结果、从总体看,大 体上具有某种程度的线性关系,因此说它们之间有着相关关 系。
§5－1 随机信号的幅值域分析 －
一、随机信号的基本概念 随机信号是不能用确定的数学关系式来描述的，不能预 测其未来任何瞬时值，任何一次观测值只代表在其变动 范围中可能产生的结果之一，但其值的变动服从统计规 律。
样本函数： 样本函数 ： 对随机信号按时间历程所作的各次长时 间观测记录，记作x (t)。 间观测记录，记作xi(t)。 样本记录： 样本记录：样本函数在有限时间上的部分 随机过程： 相同试验条件下 ， 全部样本函数的集合 随机过程 ： 相同试验条件下， 总体） 记作{x(t)} （总体），记作{x(t)} (t),… (t),… 即{x(t)}={x1(t), x2(t),… xi(t),…}
σ x2
对各态历经随机信号及功率信 号可定义自相关函数Rx(τ)
1 Rx (τ ) = lim T →∞ T
则
∫
T
0
x(t ) x(t + τ )dt
ρ x (τ ) =
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重 新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。 无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然 后重新打开该文件。如果仍然显示红色“x” ，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
测试技术基础第五章NEW
1、频域采样
DFT后的频谱及其时域函数(t)p
计算机输出的频率序列X(f)p对应的时域函数x(t)p既不 是原来的时域函数x(t)，也不是x(t)s(t)，而是一个周期函 数。与原信号有一定的差别！但只要处理得当，还是可以 利用计算机处理测试信号，获取足够精确的信息。
2、栅栏效应、时域周期延拓
经频域采样后的频谱仅在各采样点上存在，而非采样
显然 x ( )和 R x ( )均随 而变化，且两者成线性关系。 自相关函数是信号在时域中的一种描述方法，它描述的是 信号在一个时刻的取值与另一时刻取值的依赖关系。
二、自相关函数的性质
1、自相关函数为偶函数 证明：
R x ( ) lim lim 1 T 1 T
T
R x ( ) R x ( )
3、减少栅栏效应的措施
（1）减小频率采样间隔，提高频率分辨力
频率采样间隔f决定了频率分辨力。f 越小，分辨力越高， 被挡住的频率成分越少。 由于DFT在频域的一个周期内（周期为：1/Ts）输出N个有 效谱值，故频率间隔为：
1 Ts fs 1 f N N T
显然，可以通过降低fs或提高N以减小f。但前者受采样定 理的限制，不可能随意降低，后者必然增加计算量。 为了解决上述矛盾，可以采用ZOOM-FFT（频率细化技术） 提高感兴趣的局部频段的分辨力；或采用其他的频谱分析 技术。
二 、 截断、泄漏和窗函数
1、截断 计算机处理的数据长度是有限的，进行数字信号处 理必须对过长时间历程的信号进行截断处理。截断 相当于对原信号进行加窗处理，如无特殊要求，通 常截断即是将信号乘以时域的有限宽矩形窗函数：
1 w (t ) 0 0t T 其他
即：采样后信号x(t)s(t)经截断成为x(t)s(t)w(t)。
测试技术章节习题(附答案)
各章节习题(后附答案)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b ，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⎩⎨⎧≥<=Tt 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 e t x atω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)(tt 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2224.141nn n s s ωωω++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 。
机械工程测试技术第5章 信号分析与处理1
2、量化
二、采样的频域表示：
为了导出理想A/D转换器输入和输出之间的频域关系， xa (t ) 首先考虑通过冲击串调制由模拟信号 到采样信号 ˆa (t ) 转换，调制信号是一个周期冲击串。 x
p (t )
n
(t nT )
ˆa (t ) xa (t ) p (t ) xa (nT ) (t nT ) x
f f s / N 1/ T
根据采样定理，若信号的最高频率为 fc ，最低 采样频率应大于 2 fc 。
第三节 随机信号
一、概述 • 随机信号属非确定性信号，是相对于确定信号而言的一种十分重要的 信号。这种信号不能用确定的数学解析式表达其变化历程，即不可能 预见其任一瞬时所应出现的数值，所以也无法用实验的方法再现，描 述方法只能用数理统计概率方法描述。 • 随机信号在自然界中随处可见，如在道路上行驶的车辆所受道路影响 的振动，气温的变化，海浪、地震以及机器振动的随机因素所产生的 信号等，在测试过程中对系统所产生的干扰，包括环境干扰以及内部 干扰，无论是机械性的或是电学性的，很多都是随机信号。在声学研 究中客观世界的噪音大多也都是随机性的信号。 • 随机信号的主要特征参数有均值，方差、均方值、概率密度函数、相 关函数和功率谱密度函数等关键参数描述术语。
1 T R x () lim x ( t ) x ( t )dt T T 0 1 T0 2 A sin( t ) sin[ ( t ) ]dt T0 0
令ωt+φ=θ,则dt=dθ/ω,由此得
A2 Rx ( ) 2
2
0
A2 sin sin( )d cos 2
自相关函数的应用 自相关函数可用来检测淹没在随机信号中 的周期分量。(均值为零的纯随机信号其自 相关函数当自变量很大时很快衰减为零)
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数字信号分析仪或计
显
算机
示
骤
(信号处理)
测试技术第5章5章
采样保持电路用于高频信号的采样
数
字
信
号
处
理
的
基
本
步
骤
s：场效应管，用做采样开关
返回
s闭合，C充电，s断开测试，技术C第放5章5电章 ，保持跟随器的输入值
5.2 信号数字化出现的问题及解决方法
1. 数字化过程
信 a. 时域原信号
号
数
字 b. 时域信号采样（离散化）
测试技术第5章5章
信 c. 频域信号采样
号
数
字
采样点
化
出
现
的
问 问题3：分析得到的频谱也需要离散化表示，这可能
题 会漏选频率成分，如何避免？
测试技术第5章5章
返回
3. 解决方法 1）时域采样信号的频谱分析
信 号 原信号 数 字 化 出 现 的 信号 问 采样 题 （离散
化）
原信号 采样函数 采样信号
第五章 信号处理初步
测试技术第5章5章
1) 信号处理目的
a. 分离信号和噪声，提高信噪比；
信
b. 从信号中提取有用的特征信号；
号
c. 修正测试系统的某些误差。
调 理
2) 信号处理系统有模拟信号处理系统和数字信号处理
处 系统
理
与
分
析
测试技术第5章5章
本章主要内容
信
5.1 数字信号处理的基本步骤
号
调
5.3 相关分析及其应用
相关指变量之间的线性关系，变量x，y之间的相关
程度常用相关系数ρxy来描述。在两个变量相关的情
况下，可以用其中一个可测量的变化来表示另一个
相
关 量的变化。
分
析
xy xy xy
E[(xx)(yy)] E[(xx)2]E[(yy)2]
测试技术第5章5章
原信号频谱 采样函数频谱
采样信号频谱 s 2
（1）时域信号 时域信号和频域信号的对应关系： x(t) X(f)
信 （2）信号时域采样（离散化）
号 数
a 采样函数为梳状函数， p(t) (xnTs)
字
n
1
化 出
设采样周期为Ts，则采样频率为 f s T s
现 的 问
b 梳状函数对应的频域信号为无数个间隔为 f s 的
序列中截取一段，即开一个窗口，设窗函数为w(t)，窗
信 号
宽为T，则所截取的时间序列数据点数N=T/Ts (Ts为
数 采样周期）
字
化 出
经截取后的信号为：xt•pt•w t
现
的
问 x ( t ) p ( t ) w ( t ) [ X ( f) * P ( f)* W ] ( f)
题
测试技术第5章5章
出
现 的
采样频率的讨论：采样频率高，在同样的截取时段的
问 采样点数多，计算量大；采样频率低，容易产生混叠
题 失真。通常取fs=3~4fh
测试技术第5章5章
2）时域信号截断后的频谱
（1） 采样截断、周期延拓、能量泄漏、皱波
信 号 数 字 化 出 现 的 问 题
周期延拓后的信号与真实信号是不同的。
测试技术第5章5章
5.2 信号数字化出现的问题及解决方法
理 处
5.3 相关分析及其应用
理
5.4 功率谱分析及其应用
与
分
5.5 现代信号分析方法简介
析
测试技术第5章5章
5.1 数字信号处理的基本步骤
数
字 信 号 处
x(t)
物理信号
传 感 器
电信号
信
离散化
号 电信号 采样电信号 A/D
调
保持
转换
理
理
数字信号
的
基 本 步
现 3）汉宁窗
的 问 题
测试技术第5章5章
常用的窗函数比较
信 号 数 字 化 出 现 的 问 题
测试技术第5章5章
3. 信号频域采样（离散化）
信 号 数 字 化 出 现 的 问 题
测试技术第5章5章
数字化的傅立叶变换通常采用DFT（离散傅立叶变换）
信 号
离散傅立叶变换的频域采样间隔Δf=fs/N=1/T，其 中fs为时域采样频率，N为时域采样点数，T为时
化
出 现
c. 时域信号截断
的
问
题
d. 频域信号采样
测试技术第5章5章
2. 问题提出
a. 时域信号采样
信
号
数
字
化
出
现
的
问 题
问题1：选用不同的采样频率，则采样数据不同，那
么，如何选择采样频率？
测试技术第5章5章
b. 时域信号截断
信 号 数 字 化 出 现 的
问 问题2：截取段信号不能完全反映原信号，那么，如 题 何才能减少两者的误差？
化 出
成分频率fh> fs/2时，出现频率成分混叠现象，即在
现 f=fs/2左右的频率成分失真。
的
问
题
测试技术第5章5章
为防止出现混频现象，采用的方法：
信 1）通过低通滤波等方法，使信号成为有限带宽的信号；
号 数
2）采样频率fs>2fh
字
化 fs>2fh 即为采样定理，也称为香农定理（Shannon）
号 数 字 化 出 现 的 问 题
测试技术第5章5章
能量泄漏分为主瓣能量泄漏和旁瓣能量泄漏。主瓣能量
泄漏与主瓣宽度有关，旁瓣能量泄漏与旁瓣幅值有关。
信 因此，能量泄漏较弱的窗函数的特点：a. 主瓣窄；b.
号 数
旁瓣幅度小
字
化 常用的窗函数
出 1）矩形窗
现
的
问
题
测试技术第5章5章
2）三角窗
信 号 数 字 化 出
函数
题 c 采样信号： x t• p t X f P f
d 函数的卷积特性
测试技术第5章5章
a b 采样信号的频谱为将X(f)的中心移动到无数
c 个间隔为 f s 的 函数处，再叠加
信d
号 数
混频现象：由采样信号频谱图可看出，两相邻波在
字 f=fs/2（称为折叠频率）处相交，当信号x(t)的最高子
信
号
数
字
化
出
现 的
由于W(f)有旁瓣，造成截断后信号的频谱包络线上
问 产生皱波（与能量泄漏的概念一样）
题
测试技术第5章5章
根据第一章知识，矩形窗函数的幅频谱为sinc函数，矩形窗函数在时间上的移 动不反映在幅频谱上，只反映在相位角的改变 上，因此窗函数的幅频谱为sinc 函数。
信 3）解决能量泄漏的方法：选择较好的窗函数
例：对余弦信号进行截断观察
信
号
数
字
化
出
现
的
问
题
将截断信号谱 XT(ω)与原始信号谱X(ω)相比较可知，它已
不是原来的两条谱线，而是两段振荡的连续谱. 原来集中在
f0处的能量被分散到两个较宽的频带中去了，这种现象称之
为频谱能量泄漏。 测试技术第5章5章
因为只能进行有限长序列的运算，所以要从采样时间
数
域采样时间
字
化 出
对于频率为f0的简谐信号，要在频域上采样到f0，
现
则要满足下式：
的
问
题 kf f0
k T f0
T
k•
1 f0
k T0
测试技术第5章5章
结论：时域采样时间为简谐信号周期的整数
信
倍，即为整周期截断，可避免频域信号
号
采样的漏频问题
数
字
化
出
从变换图中也可得上述结论
现
的
问
题
测试技术第5章5章