机械工程测试技术基础(1)
机械工程测试技术基础试题及答案
1、什么是测试装置的静态特性？常用哪几个特性参数来描述？答：测试装置的静态特性就是指在静态测量情况下描述实际测试装置及理想定常线性系统的接近程度。
常用的特性参数有灵敏度、线性度和回程误差等。
2、实现不失真测试的条件是什么？分别叙述一、二阶装置满足什么条件才能基本上保证不失真测试。
答：测试装置实现不失真测试的条件是A（ω）=A0=常数φ（ω）=-t0ω为满足上述条件，对于一阶装置，时间常数τ原则上越小越好，对于二阶装置一般选取ξ=0.6~0.8，ω=0~0.58ωn.3、调制波有哪几种？分别说明其含义，并指出常用的有哪两种。
答：调制波有调幅波、调频波和调相波三种。
载波信号的幅值受调制信号控制时，输出的已调波称为调幅波；载波信号的频率受调制信号控制时，输出的已调波称为调频波；载波信号的相位受调制信号控制时，输出的已调波称为调相波；常用的调制波有调幅波和调频波两种。
4、选用传感器时应考虑到哪些原则？答： 选用传感器时应考虑到以下原则：（1）灵敏度 （2）响应特性 （3）线性范围 （4）可靠性（5）精确度 （6）测量方法 （7）稳定性及其他5、电器式传感器包括哪几种，各自的工作原理如何？ 答：包括电阻式、电感式、电容式三种。
电阻式传感器工作原理：把被测量转换为电阻变化的一种装置；电感式传感器工作原理：把被测量如位移转换为电感量变化的一种装置；电容式传感器工作原理：把被测物理量转换为电容量变化的一种装置。
一、计算题1、求图中周期性三角波的傅里叶级数。
解：在x(t)的一个周期中可表示为x(t)={A +2A T 0t − T 02≤t ≤0 A −2A T 0t 0≤ t ≤T 02常值分量a 0=1T 0∫x (t )dt T 02−T 02 = 2T 0∫(A −2A T 0t )dt T020 = A 2 余弦分量的幅值a n =2T 0∫x (t )cosnω0tdt T 02−T 02 = 4T 0∫(A −2A T 0t )cosnω0tdt T020=4An2π2sin2nπ2= {4An2π2n=1,3,5,0n=2,4,6,正弦分量的幅值b n = 2T0∫x(t)sinnω0tdtT02−T02= 02、求传递函数为H（s）=51+0.001S的系统对正弦输入x(t)=10sin(62.8t)的稳态响应y(t)。
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(第4版)》基本课件 第1章 绪论
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。
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。
机械工程测试技术试卷及答案
机械工程测试技术试卷及答案Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-《机械工程测试技术基础》试题1一、 填空题（20分，每空1分）1.测试技术是测量和实验技术的统称。
工程测量可分为 静态测量 和 动态测量 。
2.测量结果与 被测真值 之差称为 测量误差 。
3.将电桥接成差动方式习以提高 ，改善非线性，进行 补偿。
4.为了 温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在 桥臂上。
5．调幅信号由载波的 携带信号的信息，而调频信号则由载波的 携带信号的信息。
6．绘制周期信号()x t 的单边频谱图，依据的数学表达式是 ，而双边频谱图的依据数学表达式是 。
7．信号的有效值又称为 ，有效值的平方称为 ，它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。
8．确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是 ，后者频谱特点是 。
9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是 和 。
10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= 。
其几何意义是 。
二、 选择题（20分，每题2分）1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将( )。
A ．增大B ．减少 C.不变 D.变化不定2．调制可以看成是调制信号与载波信号( )。
A 相乘B ．相加C ．相减 D.相除3．描述周期信号的数学工具是( )。
A ．相关函数B ．拉氏变换C ．傅氏变换 D.傅氏级数4．下列函数表达式中，( )是周期信号。
A ．5cos100()00t t x t t π⎧≥⎪=⎨⎪<⎩当当B ．()20cos20()at x t e t t π-=-∞<<+∞C ．()5sin 2010cos10()x t t tt ππ=+-∞<<+∞ 5．时域信号的时间尺度压缩时，则其频带的变化为( )。
A ．频带变窄、幅值增高B ．频带变宽、幅值压低C ．频带变窄、幅值压低D ．频带变宽、幅值增高6．非线性度是表示定度曲线( )的程度。
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(第三版)课后答案全集机械工程测试技术基础(第三版)课后答案全集第一章测试与测量基础知识1. 概述机械工程测试技术是机械工程领域中非常重要的一部分。
它涉及到测量、测试和控制等方面的知识，为机械设计和制造提供了重要的支撑。
本章将介绍测试与测量的基础知识，为后续章节的学习打下基础。
2. 测试与测量的概念测试是指根据一定的方法和程序对被测对象进行实验或观察，并获取数据以评价其性能、特性或状态的过程。
测量是指采用设备、仪器或传感器等工具对被测对象进行定量或定性分析的过程。
3. 测试与测量的分类测试与测量可按照被测量的对象、被测量的量理性质、测试方法等进行分类。
按照被测量的对象可分为机械测试、电气测试、化学测试等。
按照被测量的量理性质可分为温度、压力、力量、速度等。
按照测试方法可分为直接测量和间接测量等。
4. 测量数据的误差与精度在测量过程中，会存在着各种误差，如系统误差、随机误差和人为误差等。
误差的存在会影响到测量结果的准确性和可靠性。
精度是指测量结果与被测量真实值之间的接近程度，可以通过误差精度限制来描述。
5. 测量数据的处理在实际测试过程中，我们往往需要对测量数据进行处理和分析。
常用的方法包括平均值、标准差、方差、相关系数等。
这些方法可以帮助我们更好地理解和利用测量数据。
第二章机械测试技术基础知识1. 概述机械测试技术是机械工程中的一个重要分支，它主要涉及到各种机械性能的测试和测量。
本章将介绍机械测试技术的基础知识，包括机械测试的目的、方法和步骤等。
2. 机械测试的目的机械测试主要是为了评价机械产品的性能和质量，以指导机械设计和制造的改进。
通过对机械产品进行测试，可以了解其强度、刚度、疲劳寿命、噪声等性能指标，为产品的改进提供依据。
3. 机械测试的方法机械测试的方法包括静态测试和动态测试两种。
静态测试是指在静止状态下对机械产品进行测试，如材料的拉伸试验、硬度测试等。
动态测试是指在运动状态下对机械产品进行测试，如振动测试、冲击试验等。
《机械工程测试技术基础》-熊诗波-试卷集(共四套)含详细答案
x x x一、填空题机械工程测试技术基础试卷一１、周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是 的。
２、均方值Ψ 2表示的是信号的强度，它与均值μ 、方差σ 2的关系是 。
３、测试信号调理电路主要有 、、。
４、测试系统的静态特性指标有 、 、 。
５、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的。
６、传感器按信号变换特性可分为 、。
７、当时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度 S 趋于。
８、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合 、的变化，才能使输出有最大值。
９、信号分析的过程主要包括： 、。
10、系统动态特性在时域可用来描述，在复数域可用 来描述，在频域可用来描述。
11、高输入阻抗测量放大电路具有高的共模抑制比，即对共模信号有抑制作用，对 信号有放大作用。
12、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在 。
13、压控振荡器的输出电压是方波信号，其 与输入的控制电压成线性关系。
14、调频波的解调又称，其解调电路称为。
15、滤波器的通频带宽和响应时间成 关系。
16、滤波器的频率分辨力主要由其决定。
17、对于理想滤波器，滤波器因数λ＝ 。
18、带通滤波器可由低通滤波器（f c2）和高通滤波器（f c1） 而成（f c2> f c1）。
19、测试系统的线性度和滞后度是由 误差引起的；而重复性误差是由误差引起的。
二、问答题（共 30 分）１、 什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用。
（10 分）２、 说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10 分）３、 选用传感器的原则是什么？（10 分）三、计算题（共 55 分） １、 已知信号 x(t)=e -t(t≥0)，(1) 求 x(t)的频谱函数 X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。
(2)求 x(t)的自相关函数 R x (τ) 。
（15 分）２、二阶系统的阻尼比ξ=0.2，求ω=ωn 时的幅值误差和相位误差，如果使幅值误差不大于10％，应取多大阻尼比？。
机械工程测试技术基础试题1(含答案)
一、 填空（20分，每空1分）1.測試技術是測量和實驗技術の統稱。
工程測量可分為 靜態測量 和 動態測量 。
2.測量結果與 被測真值 之差稱為 測量誤差 。
3.將電橋接成差動方式習以提高 靈敏度 ，改善非線性，進行 溫度 補償。
4.為了 補償 溫度變化給應變測量帶來の誤差，工作應變片與溫度補償應變片應接在 相鄰 橋臂上。
5．調幅信號由載波の 幅值 攜帶信號の信息，而調頻信號則由載波の 頻率 攜帶信號の信息。
6．繪制周期信號()x t の單邊頻譜圖，依據の數學表達式是 傅氏三角級數中の各項系數 ，而雙邊頻譜圖の依據數學表達式是 傅氏複指數級數中の各項系數 。
7．信號の有效值又稱為 ，有效值の平方稱為 ，它描述測試信號の強度(信號の平均功率)。
8．確定性信號可分為周期信號和非周期信號兩類，前者頻譜特點是 ，後者頻譜特點是 。
9.為了求取測試裝置本身の動態特性，常用の實驗方法是 和 。
10.連續信號()x t 與0()t t δ-進行卷積其結果是：0()()x t t t δ*-= 。
其幾何意義是 。
二、 選擇題（20分，每題2分）1．直流電橋同一橋臂增加應變片數時，電橋靈敏度將(C)。
A ．增大 B ．減少 C.不變 D.變化不定 2．調制可以看成是調制信號與載波信號(A)。
A 相乘 B ．相加 C ．相減 D.相除 3．描述周期信號の數學工具是(D)。
A ．相關函數B ．拉氏變換C ．傅氏變換 D.傅氏級數 4．下列函數表達式中，(B)是周期信號。
A ．5cos100()0tt x t t π⎧≥⎪=⎨⎪<⎩当当B ．()20cos20()atx t et t π-=-∞<<+∞C ．()5sin 2010cos10()x t t tt ππ=+-∞<<+∞5．時域信號の時間尺度壓縮時，則其頻帶の變化為(B)。
A ．頻帶變窄、幅值增高 B ．頻帶變寬、幅值壓低 C ．頻帶變窄、幅值壓低 D ．頻帶變寬、幅值增高 6．非線性度是表示定度曲線(A)の程度。
机械工程测试技术基础-简答题
一、 信号及其描述1、周期信号频谱的特点：①离散性——周期信号的频谱是离散的；②谐波性——每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，基波频率是诸分量频率的公约数；③收敛性——谐波分量的幅值按各自不同的规律收敛。
2、傅里叶变换的性质：奇偶虚实性、对称性、线性叠加性、时间尺度改变特性、时移和频移特性、卷积特性、积分和微分特性。
3、非周期信号频谱的特点：①非周期信号可分解成许多不同频率的正弦、余弦分量之和，包含了从零到无穷大的所有频率分量；②非周期信号的频谱是连续的；③非周期信号的频谱由频谱密度函数来描述，表示单位频宽上的幅值和相位；④非周期信号频域描述的数学基础是傅里叶变换。
二、测试装置的基本特性1、测量装置的静态特性是在静态测量情况下描述实际测量装置与理想时不变线性系统的接近程度。
线性度——测量装置输入、输出之间的关系与理想比例关系的偏离程度。
灵敏度——单位输入变化所引起的输出变化。
回程误差——描述测量装置同输入变化方向有关的输出特性，在整个测量范围内，最大的差值称为回程误差。
分辨力——能引起输出量发生变化的最小输入量。
零点漂移——测量装置的输出零点偏离原始零点的距离，它是可以随时间缓慢变化的量。
灵敏度漂移——由于材料性质的变化所引起的输入与输出关系的变化。
2、传递函数的特点：①()s H 与输入()t x 及系统的初始状态无关，它只表达系统的传输特性；②()s H 是对物理系统的微分描述，只反映系统传输特性而不拘泥于系统的物理结构；③对于实际的物理系统，输入()t x 和输出()t y 都具备各自的量纲；④()s H 中的分母取决于系统的结构。
3、一阶测试系统和二阶测试系统主要涉及哪些动态特性参数，动态特性参数的取值对系统性能有何影响？一般采用怎样的取值原则？ 答：测试系统的动态性能指标：一阶系统的参数是时间常数τ；二阶系统的参数是固有频率n ω和阻尼比ξ。
对系统的影响：一阶系统的时间常数τ值越小，系统的工作频率范围越大，响应速度越快。
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
大学生《机械工程测试技术基础》期末试题及答案
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 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 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率 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 瞬变周期 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 关于Y 轴 （偶） 对称，虚频谱（相频谱）总是 关于原点（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。
（ √ ）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⎩⎨⎧≥<=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 e t 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。
最新1机械工程测试技术基础(第三版)试卷及答案集资料
机械工程测试技术基础(第三版)试卷集.一、填空题１、周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是的。
２、均方值Ψx 2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差σx2的关系是。
３、测试信号调理电路主要有、、。
４、测试系统的静态特性指标有、、。
５、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的。
６、传感器按信号变换特性可分为、。
７、当时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度S趋于。
８、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合、的变化，才能使输出有最大值。
９、信号分析的过程主要包括：、。
10、系统动态特性在时域可用来描述，在复数域可用来描述，在频域可用来描述。
11、高输入阻抗测量放大电路具有高的共模抑制比，即对共模信号有抑制作用，对信号有放大作用。
12、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在。
13、压控振荡器的输出电压是方波信号，其与输入的控制电压成线性关系。
14、调频波的解调又称，其解调电路称为。
15、滤波器的通频带宽和响应时间成关系。
16、滤波器的频率分辨力主要由其决定。
17、对于理想滤波器，滤波器因数λ＝。
18、带通滤波器可由低通滤波器（f c2）和高通滤波器（f c1）而成（f c2> f c1）。
19、测试系统的线性度和滞后度是由误差引起的；而重复性误差是由误差引起的。
二、问答题（共30分）１、什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用。
（10分）２、说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10分）３、选用传感器的原则是什么？（10分）三、计算题（共55分）１、已知信号x(t)=e-t (t≥0)，(1) 求x(t)的频谱函数X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。
(2) 求x(t)的自相关函数R x (τ) 。
（15分）２、二阶系统的阻尼比ξ=0.2，求ω=ωn时的幅值误差和相位误差，如果使幅值误差不大于10％，应取多大阻尼比？。
机械工程测试技术基础 _第三版_第一章
30
第四节 随机信号
二、随机信号的主要特征参数
1、 均值、方差和均方值 均值表示信号的常值分量
方差描述随机信号的波动分量。
均方值描述随机信号的强度。
31
第四节 随机信号
二、随机信号的主要特征参数
2、 概率密度函数 随机信号的概率密度函数是表示信号幅值落在指定区间的概率。如图1-22所示。
图1-22
一、概述
随机信号是不能用确定的数学关系式来描述的，不能预测其未来的任何瞬时值。 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。 随机过程与样本函数如图1-21所示。
图1-21
29
第四节 随机信号
二、随机信号的主要特征参数
1） 均值、方差和均方值 2） 概率密度函数 3） 自相关函数 4） 功率谱密度函数
图1-3
4
第一节 信号的分类与描述
一、信号的分类
3.能量信号和功率信号 当电压信号满足一定条件时：则认为信号的能量是有限的，并称之为能 量有限信号。简称能量信号。 若信号在区间（- ∞ ， ∞ ）的能量是无限的，但它在有限区间的平均功
率是有限的。这种信号称为功率有限信号，或功率信号。
x 2 (t )dt
通常所说的非周期信号是指瞬变非周期信号如图1-11所示。图1-11a为矩 形脉冲信号，图1-11b为指数衰减信号，图1-11c为衰减振荡，图1-11d为 单一脉冲。
图1-11
14
第三节 瞬变非周期信号与连续频谱
一、傅里叶变换
图1-11 非周期性信号
15
第三节 瞬变非周期信号与连续频谱
一、傅里叶变换
图1-7
9
机械工程测试技术基础
二、连续信号和离散信号 • 分类依据：
–自变量即时间t是连续的还是离散的 –信号的幅值是连续的还是离散的；
• 连续信号：
–自变量和幅值均为连续的信号称为模拟信号； –自变量是连续、但幅值为离散的信号则称为量化信号
• 离散信号：
–信号的自变量为离散值、但其幅值为连续值时则称该 信号为被采样信号
–信号的自变量及幅值均为离散的则称为数字信号；
Cn
C n
C0
1 2
(an
1 2
(an
a0
jbn ) jbn )
n 1,2,3
则
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Leabharlann x(t) Cnejn0t n0,1,2,一-一
n
五
这就是傅里叶级数的复指数展开形式
n0td e tj n0t
• 小结： – 从式一－二九可知一个非（ZHOU）期函数可分解成 频率f连续变化的谐波的叠加式中Xfdf的是谐波ej二πf 的系数决定着信号的振幅和相位 – Xf或Xω为xt的连续频谱 – 由于Xf一般为实变量f的复函数故可将其写为
X(f)X(f)ej(f)
将上式中的称X非(（f )ZHOU）期信号xt的连续幅值谱 称(xft)的连续相位谱 例题一－三求矩形窗函数的频谱
二、傅里叶级数的复指数函数展开式
由欧拉公式可知：
ejt cotsjsin t(j1) cso i n tts 1 2j((e e jj tt e ejj tt))
2
代入式一－七有：
x ( 令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
机械工程测试技术基础(机工社-熊诗波、黄长艺)(1)
•
3、越是没有本领的就越加自命不凡。 22.3.23 00:52:4 700:52 Mar-22 23-Mar-22
•
4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的 错儿。 00:52:4 700:52: 4700:5 2Wednesday, March 23, 2022
•
5、知人者智，自知者明。胜人者有力 ，自胜 者强。 22.3.23 22.3.23 00:52:4 700:52: 47Mar ch 23, 2022
23-Mar-2222.3.23
• 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自 己眷恋了。22.3.2300:52:4723 March 202200:52
•
6、意志坚强的人能把世界放在手中像 泥块一 样任意 揉捏。 2022年 3月23 日星期 三上午1 2时52 分47秒0 0:52:47 22.3.23
•
7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我 。。20 22年3 月上午1 2时52 分22.3.2 300:52 March 23, 2022
•
8、业余生活要有意义，不要越轨。20 22年3 月23日 星期三1 2时52 分47秒0 0:52:47 23 March 2022
6.响度和响度级 人耳对声音的主观感觉与客观量度不一样。
响度级与响度的关系如上所示。 9
第二节 声测量传感器与仪器
一、麦克风
1.电容器式 电容式麦克风是声测量中最常用的一种仪器。电容式麦克风结构如图8-7 所示。
图8-7 10
第二节 声测量传感器与仪器
一、麦克风
2.压电晶体式
压电晶体式麦克风使用压电类元件，一般通过弯曲作用来激活。
谢 谢 大 家 022 12:52 AM3/23/2022 12:52 AM22.3.2322.3.23
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试题及答案一、选择题1.机械工程测试技术是指通过什么手段对机械产品进行测试和评估？A. 理论研究B. 实验分析C. 数值仿真D. 生产制造答案：B. 实验分析2.机械工程测试技术的主要目的是什么？A. 验证理论模型B. 确保产品性能C. 降低成本D. 提高效率答案：B. 确保产品性能3.下列哪项不属于机械产品测试的主要指标？A. 功能性能B. 可靠性C. 经济性D. 操作性答案：C. 经济性4.机械工程测试技术中常用的测试方法有哪些？A. 静态测试和动态测试B. 理论模拟和数值分析C. 试验台架和原型测试D. 外部观察和内部检测答案：C. 试验台架和原型测试5.以下哪种测试技术可以模拟真实工作条件下的力学载荷？A. 外场测试B. 加速试验C. 静态测试D. 动态测试答案：D. 动态测试二、判断题1.模型试验是机械工程测试技术中常用的测试方法之一。
答案：正确2.机械工程测试技术只涉及实物试验，不包括数值评估。
答案：错误3.机械产品测试的主要指标包括功能性能、可靠性和经济性。
答案：正确4.机械工程测试技术可以通过外部观察和内部检测来进行。
答案：正确5.动态测试可以模拟真实工作条件下的力学载荷。
答案：正确三、简答题1.请简述机械产品功能性能测试的方法和步骤。
答：机械产品功能性能测试是对产品设计和制造过程中的关键性能进行验证的一项测试。
常用的方法包括静态测试和动态测试。
静态测试通过对机械产品进行外部观察、内部检测和可靠性分析来评估其功能性能；动态测试则通过在试验台架上对机械产品进行模拟工作条件下的运行，测量其参数并分析其响应来判断功能性能是否满足要求。
步骤包括确定测试目标和指标、选择合适的测试方法和工具、准备测试样机、执行测试并记录数据、分析测试结果并给出评估。
2.什么是机械产品可靠性测试？可靠性测试的目的是什么？答：机械产品可靠性测试是通过模拟实际工作环境和使用条件，对产品的性能进行定性和定量评估的一种测试方法。
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n0
n0
按上式，用计算机编程很容易计算出指定频率点的值：
f=？ //计算的频率点 Fs=5120 N=1024 dt=1.0/Fs pi=3.1415926 XR=0 XI=0
For n=0 To N-1 XR=XR+x(n)*cos(2*pi*f*n*dt)*dt XI=XI+x(n)*sin(2*pi*f*n*dt)*dt
算 机
显 示
制
D/A
控
转换
制
第6章 数字信号处理技术
中南大学机电工程学院
3) 数字信号处理的优势 (1)用数学计算和计算机显示代替复杂的电路和机械结构
(2)计算机软硬件技术发展的有力推动 a)多种多样的工业用计算机。
第6章 数字信号处理技术
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b)灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统
第6章 数字信号处理技术
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周期延拓后的信号与真实信号是不同的，下面我们 就从数学的角度来看这种处理带来的误差情况。
设有余弦信号x(t), 用矩形窗函数w(t)与其相乘，得 到截断信号: y(t) =x(t)w(t)
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。
第6章 数字信号处理技术 频混现象实验：
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第6章 数字信号处理技术 频混计算：
正常
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Fs
Fs
频混
Fs 工程处理：
混迭频率=Fs-信号频率
Fs Fs/2
第6章 数字信号处理技术
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A/D采样前的抗混迭滤波：
对象
物理信号 传 感 器
电信号 信 号 调
信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。 这是采样的基本法则，称为采样定理。
fs＞2fmax
需要注意的是，在对信号进行采样时，满足了采样定 理，只能保证不发生频率混叠，只能保证对信号的频 谱作逆傅立叶变换时，可以完全变换为原时域采样信 号xs(t)，而不能保证此时的采样信号能真实地反映原 信号x(t)。工程实际中采样频率通常大于信号中最高 频率成分的3到5倍。
如果信号中的频率
分量与频率取样点不重 合，则只能按四舍五入 的原则，取相邻的频率 取样点谱线值代替。
第6章 数字信号处理技术 栅栏效应误差实验：
中南大学机电工程学院
第6章 数字信号处理技术
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2) 能量泄漏与栅栏效应的关系
频谱的离散造成了栅栏效应，谱峰越尖锐，产生误差的可能性就越大。 例如，余弦信号的频谱为线谱。信号频率与频谱离散取样点不等时， 栅栏效应的误差为无穷大。
电信号
数字信号 计
A/D
算
转换
机
显 示
理
放大
展开
低通滤波(0-Fs/2)
第6章 数字信号处理技术
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4 信号的截断、能量泄漏
当运用计算机进行测试信号处理时，不可能对无限 长的信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进 行分析，这个信号截取过程成为信号的截断。
为便于数学处理，通常对截断的信号做周期延拓，得到虚拟的 无限长的信号。
第6章 数字信号处理技术
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学习要求: 1 数字信号处理概述 2 了解信号模数转换原理 3 掌握信号采样定理，能正确选择采样频率 4 了解信号截断、能量泄露、栅栏效应等现象 5 DFT与FFT 6 栅栏效应与窗函数 7 常用的数字信号处理算法
第6章 数字信号处理技术 1 数字信号处理概述
xT(t)
对周期信号xT(t)采样，将离散序列xT(n),将积分转为集合：
N1
H(f) x(n)ej2fntt
傅里叶变换公式
n0
第6章 数字信号处理技术
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展开，得连续傅立叶变换计算公式：
N1
H(f) x(n)ej2fntt
n0
N1
N1
[x(n)co2s(fnt)jx(n)si2 n(fnt) ]t
第6章 数字信号处理技术
3) 常用的窗函数
(1) 矩形窗
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(2) 三角窗
第6章 数字信号处理技术
(3) 汉宁窗
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常用窗函数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第6章 数字信号处理技术
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窗函数在减小栅栏效应误差中的作用实验：
第6章 数字信号处理技术 总结： 信号截断能量泄漏
FFT栅栏效应
If P1<data(k) Then P1=data(k)
End If
If P2>data(k) Then P2=data(k)
End If Next P=P1 P2P=P1-P2
第6章 数字信号处理技术
②
均值
E[x(t)] 1
N
x(n)
Nn0
A
0
U=0 For K = 0 To N
U=U+data(k) Next U=U/N
A
0
t
峰值/双峰值 均值 有效值 方差 周期
第6章 数字信号处理技术
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波形分析的应用
信号类型识别
信号基本参数识别
Pp-p
超门限报警
第6章 数字信号处理技术
① 峰值P，双峰值Pp-p A P
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Pp-p
t
P1=data(0) P2=data(0) For K = 0 To N
number=512 y=fft(x,number); k=0:length(y)-1; f=fs*k/length(y); subplot(713) plot(f,abs(y)); title('f1\f2的正弦信号的FFT（512点）') xlabel('频率Hz') grid on
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x=x+randn(1,length(x)); subplot(715) plot(x); title('原f1\f2的正弦信号(含随机噪声) ') xlabel(‘序列（n）’)
grid on
y=fft(x,number); k=0:length(y)-1; f=fs*k/length(y); subplot(717) plot(f,abs(y)); title('原f1\f2的正弦信号(含随机噪声)的FFT(512点)') xlabel('频率Hz') grid on
XR(1)=x(0).cos(2pi*0*1/N)+x(1).cos(2pi*1*1/N)+x(2).cos(2pi*2*1/N)….. XR(2)=x(0).cos(2pi*0*2/N)+x(1).cos(2pi*1*2/N)+x(2).cos(2pi*2*2 /N)…..
其中有大量cos、sin项的重复计算，FFT就是用技巧减少这些 重复计算。
当采样点数为1024点,DFT要 求一百万次以上计算量，而 FFT则只要求10240次。
第6章 数字信号处理技术
FFT的Matlab实现
fs=1000 t=0:1/fs:0.6; f1=100; f2=300; x=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t); subplot(711) plot(x); title(‘f1(100Hz)\f2(300Hz)的正弦信号，初相0’) xlabel(‘序列（n）’) grid on
Δf=fs/N 频率取样点为｛0, Δf, 2Δf, 3Δf, ....｝，有：
该公式就是离散傅立叶计算公式(DFT)
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2) 快速傅立叶变换 (FFT)
FFT是实施DFT的一种有效算法，通过仔细选择和重新 排列中间结果，速度上较DFT有明显的优点。
展开各点的DFT计算公式：
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1)数字信号处理的主要研究内容
数字信号处理主要研究用数字序列来表示测试 信号，并用数学公式和运算来对这些数字序列进行 处理。其主要内容包括数字波形分析、幅值分析、 频谱分析和数字滤波。
2)测试信号数字化处理的基本步骤
对象
物理信号
传 电信号 信 电信号
数字信号 计
感 器
号 调
A/D 转换
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从克服栅栏效应误差的角度看，能量泄漏是有利的。
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通过加窗加大能量泄漏，减小栅栏效应误差：
加矩形窗
加BlackMan窗
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动手做：
设计一个离散傅立叶计算 程序，计算方波的频谱。 观察栅栏效应带来的计算 误差。
第6章 数字信号处理技术
3 采样定理
1) 采样信号的频谱
采样过程是将采 样脉冲序列p(t)与信 号x(t)相乘来．
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第6章 数字信号处理技术 2) 频混现象
频域解释
时域解释
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第6章 数字信号处理技术
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3)采样定理 为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，
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6 栅栏效应与窗函数
1)栅栏效应
采样信号的频谱，常采用FFT算法进行计算，设数据点数为：
N = T/dt = T. fs 则计算得到的离散频率点为: