机械工程测试基础重点

1. 信号分类：连续信号和离散信号，能晕：信号和功率信号，随机性和确定性。确定信号分周期性(连续谱线)和非周期。非周期性分准周期信号和瞬变非周期信号。2. 时域分析：常用于用时间描述的信号分析；频域分析：常用于与频率或周期相关的信号的分析；相关分析：常用于对随机信号的分析周期信号与离散频谱(数学工具：傅立叶级数)周期信号频谱的三个特点：离散性：即周期信号的频谱是离散的。谐波性；即每条谱线只出现在基频的整数倍上。收敛性；即匚程中常见周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小。各频率分量的的漕线高度表示该谐波的幅值或相位角。3. 非周期信号与连续频谱(数学工具：傅立叶变换)准周期信号：频谱是离散的，但各频率分量与基频的比值不一？定都是有理数。4. 测试装置的基本要求：线性的，即输出与输入成线性关系。但实际测试装置只能在一定工作范围和一定误差允许范围内满足该要求。定常的(时不变的)，即系统的传输特性是不随时间变化的。但工程实际中，常把一些时变的线性系统当作时不变的线性系统。5. 频率保持性：若输入为某一频率的简谐信号，则系统的稳态输出也是同频率的简谐信号。*符合叠加原理和频率保持性，在测试工作中具有十分更要的作用。6. 测试装置的基本特性：静态与动态特性，负载特性，抗干扰性测试系统静态特性：就是在静态测量时描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度。包括灵敏度、线性度和分辨力。线性度：指测试装置输出与输入之间保持线性比例关系的程度。灵敏度：指测试装置输出与输入之间的比例因子，即测试装/：置.对输入晕变化的反应能力。分辨力：指测试装置有效地辨别紧密相邻输出量值的能力。7. 动态特性：就是在动态测量时描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度。8. 传递函数特点：H(s)与输入x(t)及系统的初始状态无关，它只表达系统的传输特性H(s)是对物理系统的微分方程，只反映系统传输特性而不拘泥于系统的物理结构。对于实际的物理系统输入x(t)和输出y(t)都具有各自的量纲。H(s)中的分母取决于系统的结构。9. 稳态响应动态误差：定长线性系统在简谐信号的激励下，其稳态输出信号和输入信号的幅值比被定义为该系统的幅频特性A(w),稳态输出对输入的相位差被评定为该系统的相频特性4)(w)o频率响应函数H(w)是在频率域中描述系统特性。传递函数H(s)是在复数域中来描述系统特性。脉冲响应函数h(t)可是为系统特性的时域描述。三者关系：h(t)和H(s)是一对拉普拉斯变换对，h(t)和H(w)是一对傅里叶变换对。10. 测试装置动态特性的测试方法主要有：频率响应法和阶跃响应法。11. ?阶系统特性：低通性质系统的工作频率范围取决于时间常数T3测试系统不失真幅频特性A(GJ)=K=常数，相频特性中(3)=-GJtoO二阶系统取阻尼。=0.60.7。动态不失真：理想的定常线性系统)，(!)=A(/(/(),A。为灵敏度，t。为时间延迟。静态不失真：理想的定常线性系统y=box/ao=sx,S为灵敏度。12. 传感器定义：工程上通常把宜接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。作用：传感嘴的作用就是将被测量转换为与之相对应的、容易检测、传输或处理的信号。分类：按被测量分类，可分为位移传感器、力传感器、温度传感器等；按传感器的工作原理分类，可分为机械式、电气式、光学式、流体式等；按信号变换特征分类，可概括分为物性型和结构型；根据敏感元件与被测对象之间的能量关系，町分为能量转换型与能量控制型；按输出信号分类，可分为模拟型和数字型。13. 电阻式传感器(变阻式传感器和电阻应变式传感器)电感式传感器(按照变换原理的不同电感式传感器可分为自感型与互感型。其中自感型主要包括可变磁阻式和涡电流式。)电容式传感器(根据电容器变化的参数，可？分为极距变化型、血积变化型、介质变化型)金属丝电阻应变片与半导体应变片主要区别在于前者利用导体变形引起电阻的变化，后者利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。电阻丝：性能稳定使用方便，灵敏度低横向效应大。半导体：灵敏度高横向效应小，温度稳定性差，灵敏度离散度大，极大应变作用下非线性误差大。14. 涡流效应：金屈板置于一只线圈附近，相互间距6。当线圈中有一高频交变电流i通过时，便产生磁通也。此交变磁通通过邻近的金属板，金属板表层上产生感应电流L。这种电流在金属体内是闭合的，称为涡电流或涡流。15. 压电式传感器的工作原理是压电效应。压电效应是指某些物质，如石英、钛酸根、错钛酸铅等，当受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，表面上有电荷出现，形成电场；当外力消失时，材料至新复到原来状态，这种现象称为压电效应。压电效应是可逆的，即将晶体置于外电场中，其儿何尺寸也会发生变化，称为逆压电效应。压阻效应:/单晶半导体材料受某一轴向力的作用，电阻率发生变化的现象霍尔效应：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。常用的有电桥型电路、宜流极化电路、谐振电路、调频电路、运算放大电路。压电式前置放大器，测量电路作用：1）将传感器的高阻抗输出转换为低阻抗输出；2）放大传感器输出的微弱电信号。类型：电压放大器和电荷放大器。23. 半导体传感器主要包括磁敏传感器、光敏传感器、固态固体传感器、热敏电阻、气敏传感器、湿敏传感器、集成传感器等。光纤传感器光纤传感器按光纤的作用可分为功能型和传光型两种。光纤导光的原理是光的全反射。光纤的数值孔径NA表示了光纤的收集光的能力，传感器的选用原则1）灵敏度2）响应特性3）线性范围4）可靠性5）精确度6）测量方式。灵敏度：一?般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。a）灵敏度过高引起的干扰问题b）量程范围c）交叉灵敏度问题。响应特性：传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。实际上传感器的响应总不可避免地有一？定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。线性范围：任何传感器都有一定线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。可靠度：稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。精确度：传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。测量方式：传感器工？作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。24. 调制：用低频信号来控制高频振荡信号（载波）的某个参数（幅值、频率或相位），使调波的这个参数随调制信号作有规律的变化，以利于实现信号的放大或传输。25. 解调：从已调波中恢复出调制信号的过程，称为解调。相敏检波的作用：恢复调制信号的幅值和极性调幅：调幅是将一个高频简谐信号（载波）与测试信号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值随测试信号的变化而变化28.调频：调频是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器的输出是等幅波，但其振荡频率偏移量和信号电压成正比从选频角度，可将滤波器分为：低通、高通、带通和带阻滤波器。其中低通滤波器是最根本的。29. 主要参数：滤波摇的截止频率。”。亦幅频特性曲线降为最大值的1/J2倍时对应的频率为截止频率。滤波器的带宽B表征带通滤波器的频率分辨能力，8越小分辨率越高。对带通滤波器有：Bn,。其中人2为上截止频率，4为下截止频率。中心频率兀：带通滤波器的中心频率九定义为上下截止频率的几何平均值fn品质因数Q:。表征带通滤波器的频率选择性，Q=fn/B滤波器组：恒带宽滤波器组恒带宽比滤波器组：每一-个通滤波瞬的上、下截止频率之间的关系为九2，两相邻带通滤波器的中心频率九，。+之间的关系为九由二2九，式中一倍频程数。30. 信号处理的目的分离信号和噪声，提高信噪比；从信号中提取有用的特征信号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。31. 信号处理的分类：模拟信号处理，数字信号处理。32. 数字信号处理步骤预处理A/D转换的作用计算机或数字信号处理器预处理的作用：把信号变成适于数字处理的形式，以减轻数字处理的困难。1）电压幅值调整；2）必要的滤波；3）隔直；4）解调。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。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。33. 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。混叠：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样，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。34. 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。采样的实质是摘取采样点上对应的函数值，其效果有如透过栅栏的缝隙观看外景，只有落在缝隙前的少数景象被看到，其余景象都被栅栏挡住，视为零，这种现象称为J栏效在频域中，栅栏效应的影响很大，丢失的频率成分有可能是至要的或具有特征的成分，以致于整个处理失去意义。而时域采样如满足采样定理，栅栏效应不会有太大的影响。35. 信号的|相关函数：周期函数的|相关函数仍为同频的周期函数，保留了原信号的幅值信息，丢失了原信号的初始相位信息。自相关函数是偶函数。36. 信号的互相关函数：同频相关，不同频不相关；即两同频的周期函数的互相关函数仍为同频的周期函数，保留各自的幅值信息和相位差信息，而不同频的两周期函数必定不相关。36.自相关函数保持了原信号中全部周期分量的频率信息。周期信号自相关函数为各周期分量自相关函数的叠加。40. 自功率谱为信号幅值的平方。自谱应用：检测信号中周期成分比幅值谱更明显的反应信号的频域结构。通过输入输出的自谱分析，可以得出系统幅值谱的平方。41. 互谱的应用：通过输入输出的互谱分析，可得出系统的频率响应函数，同时也包括了幅频特性和相频特性。在线测试，即在被测系统正常运行同时对它进行测试。评价系统的输入信号和输出信号之间的因果性。42. 磁阻式传感器，其工作原理为（如图b所示）：将将带有凹II或突起的旋转体与被测件同轴安装，磁阻式传感器置于旋转体一边，当凹口或突起转至传感器处时，改变磁路的磁阻引起磁力线减弱或增强，使线圈产生感应电动势，其频率即为被测件的频率，从而可得其转速涡流传感器，其工作原理为（如图所示）：将带有凹口或突起的旋转体与被测件同轴安装，涡流传感器置于一？边，传感器线圈接入LC振荡同路，以同路的振荡频率广作为输出量。当凹口或突起转至涡流传感器处时，由于间距A的变化，引起线圈电感变化，从而使振荡频率广发生变化，相当于原振荡频率广经被测频率调制，通过鉴频器后即可得被测频率，从而得到被测转速设计一台检测钢丝绳断丝的仪器利用霍尔元件来检测。其工作原理为：铁心对钢丝绳局部磁化，当有断丝时，在断口处出现漏磁场，霍尔元件经过此磁场时，将其转换为一个脉动的电压信号。对此信号作滤波、A/D转换后，进入计算机分析，识别出断丝根数及位置。/轧钢过程中，需检测薄板的厚度可采样涡流传感器，工作原理为：差动式测厚，将两涡流传感器分别置于被测钢板的上下两边，位置固定，间隔为II,设被测钢板厚度为h,两涡流传感器与被测钢板距离分别为启利*2,涡流传感器和电容C组成谐振回路，则PI路频率f将随间隙的变化而改变，使其输出电压幅值也随之变化，经放大、检波和滤波后，可得被测距离*1和成，将它们输入运算器中进行如下运算，即可实时监测钢板厚度：h=HTxi+xz）46.设计测量转速的装置/霍尔传感器，工作原理为：将带有凹口或突起的旋转体与被测件同轴安装，霍尔元件和旋转体同置于磁场中，当凹II或突起转至霍尔元件处时，引起磁场变化，霍尔元件将其转换为个脉动电压信号，此脉动信号的频率即为被测件的转动频率，用调频振荡器输出的频率作为调制信号对其进行调制，再经鉴频和放大后，可得被测件的频率，从而可得其转速。