《机械工程测试技术基础》知识点总结

机械工程测试技术基础知识点总结1. 测试是测量与试验的概括，是人们借助于一定的装置，获取被测对象有相关信息的过程。测试工作的目的是为了最大限度地不失真获取关于被测对象的有用信息。 分为：静态测试，被测量（参数）不随时间变化或随时间缓慢变化。 动态测试，被测量（参数）随时间（快速）变化。2. 基本的测试系统由传感器、 信号调理装置、 显示记录装置三部分组成。 传感器：感受被测量的变化并将其转换成为某种易于处理的形式，通常为电量（电压、电流、电荷）或电参数（电阻、电感、电容）。 信号调理装置：对传感器的输出做进一步处理（转换、放大、调制与解调、滤波、非线性校正等），以便于显示、记录、分析与处理等。 显示记录装置对传感器获取并经过各种调理后的测试信号进行显示、记录、存储，某些显示记录装置还可对信号进行分析、处理、数据通讯等。3. 测试技术的主要应用：1. 产品的质量检测 2.作为闭环测控系统的核心 3. 过程与设备的工况监测 4. 工程实验分析。4. 测试技术是信息技术的重要组成部分，它所研究的内容是信息的提取与处理的理论、方法和技术。 现代科学技术的三大支柱：能源技术 材料技术 信息技术。 信息技术的三个方面：计算机技术、传感技术、通信技术。5. 测试技术的发展趋势： (1) 1. 传感技术的迅速发展 智能化、可移动化、微型化、集成化、多样化。 （2）测试电路设计与制造技术的改进 （3）计算机辅助测试技术应用的普及 （4）极端条件下测试技术的研究。6. 信息：既不是物质也不具有能量，存在于某种形式的载体上。事物运动状态和运动方式的反映。 信号：通常是物理、可测的（如电信号、光信号等），通过对信号进行测试、分析，可从信号中提取出有用的信息。信息的载体。 噪声：由测试装置本身内部产生的无用部分称为噪声，信号中除有用信息之外的部分。 （1）信息和干扰是相对的。 （2）同一信号可以反映不同的信息，同一信息可以通过不同的信号来承载 。7.测试工作的实质（目的 任务）：通过传感器获取与被测参量相对应的测试信号，利用信号调理装置以及计算机分析处理技术，最大限度地排除信号中的各种干扰、噪声，最终不失真地获得关于被测对象的有关信息。8. 信号的分类：（一） 按信号随时间的变化规律分：（二）按信号的物理属性分：机械信号、电信号、光信号、其他（磁信号、声信号、超声波信号等）。（三）按信号的幅值是否随时间变化分：静态（直流）信号、动态（直流+交流）信号。（四）按自变量的变化范围分：时（间有） 限信号、频（率有） 限信号。（五）按信号是否满足绝对可积条件分：能量（有限） 信号、功率（有限） 信号。（六）按信号中变量的取值特点分：连续信号、离散信号。 时间和幅值均连续模拟信号时间和幅值均离散数字信号9. 各类信号的特征：1. 确定性信号 可以用确定的数学函数表示其随时间变化规律的信号，包括周期信号（简单周期信号（正弦信号）、复杂周期信号）和非周期信号（准周期信号、瞬变信号）两类。 周期信号：每隔一定的时间间隔精确重复其波形、无始无终的信号。 简单周期信号（正弦信号、简谐信号、谐波信号）：正弦信号是构成其他信号的基本成分。 非周期信号：除周期信号以外的确定性信号称为非周期信号 ， 它又分为准周期信号和瞬变信号两类。准周期信号：准周期信号由多个周期信号合成，但各周期信号的频率比为无理数（不具有公共周期），因此属于非周期信号。但由于其频谱具有周期信号频谱的特点，故称之为准周期信号。瞬变信号：现实中的瞬变信号一般均为能量有限信号。2. 非确定性信号 不能用确定的数学函数表示其随时间变化规律的信号，也称为随机信号或随机过程。随机信号一般用统计参数（数学期望、方差等）表示其特征，包括平稳随机信号（过程）和非平稳随机信号（过程）两类。10. 信号的描述方法是在不同变量域内对信号进行的各种数学描述，可以揭示信号的某些数据特征，是信号分析的基础。 “域”指的是描述信号时的自变量，即考察信号的着眼方面。信号的描述主要在以下几个变量域内进行： 时间域（简称时域）：以时间作为自变量的信号表达，反映信号的幅值随时间的变化过程。 频率域（简称频域）：以频率作为自变量的信号表达，可以揭示信号的频率结构（组成信号的各次谐波的幅值、初相位与频率的对应关系）。幅值域： 以信号的幅值作为自变量的信号表达，反映信号中的不同幅值（强度）的概率分布情况。时延域：以延时时间作为自变量的信号表达，反映信号在不同时刻的相互依赖关系或相近程度。信号的时域描述：1. 均值 在观测时间内，信号幅值的平均值。均值反映了信号变化的中心趋势，也称为信号的直流分量。 2. 绝对均值 在观测时间内，信号幅值绝对值的平均值。绝对均值相当于对信号进行全波整流后再滤波（平均）。 3. 均方值 在观测时间内，信号幅值平方的平均值。 4. 均方根值（有效值） 均方值的正平方根称为信号的均方根值（有效值）。 均方值可以看成是电信号（电流或电压）作用在单位电阻上的平均功率，因此也常称为信号的平均功率；均方根值也称为信号的有效值。 信号的均值、绝对均值、均方值和均方根值都可作为信号强度的量度。 5. 方差 在观测时间内，信号的瞬时幅值与均值之差的平方的平均值。方差反映了信号偏离均值的程度，即信号中交流（谐波）成分的大小。 6. 标准偏差 方差的正平方根称为信号的标准偏差（简称标准差）。 均值、方差、均方值三者之间具有如下关系： 信号的频域描述：频域描述的目的是要得到信号的频谱，即信号的频率构成。 了解信号的频谱，对设计动态测试方法、测试装置有着重要的意义，是实现不失真测试的技术保障。 要了解信号的频谱，通常是要根据信号的类别，借助于不同的数学工具来实现。 其中最基本的数学工具是傅立叶级数（FS） 和傅立叶变换（FT） 。 11. 周期信号的频谱：通过对周期信号的时域表达式进行傅立叶级数展开，可得到周期信号的频谱（频率构成）。傅立叶级数是进行周期信号频谱分析的数学工具。 周期信号频谱的数学表达有两种形式： 三角函数形式展开式（频谱情况直观明了）、复指数形式展开式（便于有关分析运算）。 任何周期信号都是由无穷多个频率、幅值、初相位互不相同的正弦谐波信号叠加而成的。 以直流分量及各次谐波的频率 为横坐标，以直流分量及各次谐波的幅值 、初相位 为纵坐标作图，得到如频谱图。周期信号频谱的特点：（1）离散性 周期信号的频谱是离散的，由一系列离散的谱线组成。（2）谐波性 每条谱线对应于一个谐波分量，只出现在基频的整数倍上。（3）收敛性 工程中常见的周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增加而减小。通常可忽略较高次谐波的影响。 12. 非周期信号的频谱：通过对非周期信号（瞬变信号）的时域表达式进行傅立叶变换，可得到非周期信号的频谱（频率构成）。傅立叶变换是进行非周期信号频谱分析的数学工具。 （非周期信号不包括准周期信号。准周期信号虽然属于非周期信号，但其频谱具有周期信号频谱的特点） 非周期信号频谱的特点；（1）非周期信号的频谱是连续的，其频谱中包含所有频率的谐波成分。（2）X( f )具有“单位频率宽度上的幅值、相位”的含义，故非周期信号的频谱严格上应称为频谱密度函数（简称频谱）。（3）非周期 信号的幅值谱密度为有限值，但各次谐波分量的幅值为无穷小能量有限。傅立叶变换的性质：傅里叶变换具有线性（比例）叠加、时移、频移、时间尺度改变、对称、微积分、卷积分等性质。13. 几种典型信号的频谱：1. 矩形窗函数及其频谱 矩形窗函数是一种在时域有限区间内幅值为常数的窗信号，它在信号分析处理中有着重要的应用，主要用于在时域内截取某信号的一段记录长度。矩形窗函数的频谱是连续的，频谱范围无限宽广。信号的截断相当于信号与窗函数相乘，截断后的信号的频谱等于二者的卷积分，因此也具有连续、无限宽广的频谱。 2. 单位脉冲函数（ 函数）及其频谱 函数的性质：（1）抽样性质（筛选性质） 函数可以把信号x（t）在脉冲发生时刻t0 时的函数值抽取出 来。 （2）卷积（分）性质 （3）函数的频谱 14. 周期单位脉冲序列 （comb(t,TS） 及其频谱： 周期单位脉冲序列的频谱也是一个周期脉冲序列。 周期单位脉冲序列的典型应用是等时间间隔采样控制。采样间隔（周期） 越小，其频谱谱线间隔1/TS越大，越有利于减小采样所造成的失真。15. 信号的幅值域描述：信号的幅值域描述用来表示信号关于幅值大小的分布情况，数学模型主要有概率密度函数和概率分布函数。1. 概率密度函数 概率密度函数是在观测时间 T 内，信号幅值落在指定区间内的概率的密度。 2. 概率分布函数 概率分布函数（累积概率）定义信号的瞬时幅值小于或等于给定值x的概率，其值在01之间。16. 信号的时延域描述。17.相关 相关系数。 1. 自相关函数 定义：自相关函数用来描述信号在某一时刻的瞬时值与该信号延时时间 以后的瞬时值之间的相似程度，是关于延时时间 的函数。 性质： 周期信号的自相关函数为同周期的周期函数。 周期信号的自相关函数中保留了原周期信号幅值和频率信息，但丢失了相位信息。 周期信号的自相关函数当t 时并不收敛。 对于不含有周期成分的随机信号，利用信号的自相关函数可以非常有效地区别信号的类型。只要信号中含有周期成分，其自相关函数当t 时也不衰减，并具有明显的周期性。 自相关函数的应用：1.表面粗糙度成因的自相关分析 2. 信号类型的判别 2. 互相关函数 互相关函数用来描述一个信号在某一时刻的瞬时值与另一个信号延时时间 以后的瞬时值之间的相似程度，是关于延时时间 的函数。 性质：1. 2. 3. 两频率相同的周期信号的互相关函数仍为同周期的周期函数。 同频周期信号的互相关函数中不仅保留了原周期信号的幅值和频率信息，也保留了相位（差）信息。 同频周期信号的互相关函数当t 时并不收敛。 4. 两频率不同的周期信号的互相关函数等于0（不同频不相关）。 5. 不含同频周期成分的两随机信号的互相关函数当t 时趋于零。若两随机信号中含有同频周期成分，即使t ，它们的互相关函数也不收敛并会出现该频率的周期性。 互相关函数的应用：1. 相关定位（确定管道破损位置） 2. 相关测速（在线测量钢带速度） 3. 利用互相关分析进行故障诊断（振动传递路径识别）18. 信息是事物运动状态和运动方式的反映。信号是信息的载体，其中包含着关于被测对象的有用信息。19. 信号的频谱指的是信号的频率构成，了解信号的频谱是实现不失真测试的重要技术保证。20. 进行非周期信号频谱分析的数学工具是傅立叶变换。非周期信号的频谱为频谱密度，主要特点是频谱的连续性，即频谱中包含着任何频率的谐波成分。21. 测试装置 对被测参量进行传感、转换、信号调理、显示记录的（机械、电子、光学等）装置的统称。 理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入/输出特性。其中以线性的输入/输出特性是最期望的。 测试装置的特性: 1. 静态特性 测试装置对不随时间变化或随时间缓慢变化的信号所呈现出来的传输特性 2. 动态特性 测试装置对随时间快速变化的信号所呈现出来的传输特性22. 线性时不变系统: 若线性系统微分方程中的各系数（取决于系统的结构参数）不随时间变化，则称之为时不变系统（定常系统） 。既是线性又是时不变的系统称为线性时不变系统。 线性时不变系统的主要性质: 1. 比例叠加性质 2. 时不变性质 在同样的初始条件下， 线性时不变系统的输出与系统输入的作用时刻无关。这是因为系统结构参数（特性）不随时间变化的原因。3. 频率保持性质 系统稳态输出信号的频谱中有且仅有与输入信号的频谱中频率相同的频率成分。 如果输出信号中包括有其它频率成分，则或是由系统的内部噪声、外部干扰所引起，或是由于系统的输入太大使系统工作在非线性区而导致，或是系统中存在明显的非线性环节。 频率保持性是线性时不变系统非常重要的性质之一，据此可通过信号分离技术排除各种干扰与噪声，最大限度地提取出信号中的有用信息。 4. 微分积分性质 据此性质，不仅可以大大简化某些信号分析、特性分析等计算问题，还可实现某些物理量的间接测量。例如，只要测得位移、速度、加速度信号中的一个，就可根据线性时不变系统的微分、积分性质确定出其他两个信号。23. 静态特性 测试装置对不随时间变化或随时间缓慢变化的信号所呈现出来的传输特性。 测试装置的主要静态特性指标通常是通过静态标定（校准、定度）来确定出来的。 静态特性的主要指标: 1. （静态）灵敏度 单位输入变化所引起的输出变化，即标定曲线上各点处的斜率。 2. 线性度 标定曲线接近拟合直线（理想直线）的程度。(线性度也称为线性误差、 非线性度、 非线性误差。 线性度是测试装置的精度指标之一，其值越小越好。 为保证测试的精度，实际的测试装置应工作在线性较好的区域。同时，应采取各种软、硬件方面的技术措施，最大限度地减小线性度。 线性度不超过规定数值的测量范围称为线性范围。) 3. 回程误差 测试装置沿正、反两个方向（输入从小到大、从大到小）工作时所呈现的实际输入/输出特性之间的最大差异与量程之比的百分数。（也称为迟滞）。24. 动态特性 测试装置对随时间快速变化的信号所呈现出来的传输特性。 机理: 测试装置中存在储能元件（电容、电感、弹性元件等）及惯性元件（质量），它们对频率（变化快慢）不同的信号的响应特性不同。 描述方法（数学模型）: 时（间）域 脉冲响应函数 h(t)、复频域 传递函数 H（s）、频（率）域 频率响应函数 H（jw） 动态特性的时域描述脉冲响应函数：1. 脉冲响应函数给测试装置输入一单位脉冲信号，所对应输出的时域表达函数称为单位脉冲响应函数（简称脉冲响应函数），用 h(t) 表示。 脉冲响应函数h(t)为测试装置在特定输入d (t)情况下的输出，实质反映的是测试装置的动态特性。 脉冲响应函数 h(t)由系统微分方程隐含。 2. 测试装置对任意输入的响应测试装置对任意输入的响应等于脉冲响应函数与输入的卷积分。 动态特性的复频域描述传递函数： 传递函数 H（s）的分母完全由系统的结构所决定，分子则取决于输入（激励）、输出（响应）的作用位置。 传递函数H（s）是一种描述测试装置动态特性的数学模型， 因此不同的测试装置可能具有相同形式的传递函数相似系统。 关于频响函数的说明：1.频率响应函数H（jw）虽然由输入、输出信号定义，但其反映的是测试装置的特性，与输入、输出信号无关。 2. 频率响应函数反映的是测试装置对不同频率正弦谐波信号的稳态响应特性。通过给测试装置输入不同频率的正弦谐波激励，测出测试装置对应的稳态输出，即可得到测试装置的频率响应。 3. 频率响应函数一般为关于频率w的复函数。频响曲线：包括奈魁斯特（ Nyquist）图（P(w) -w 图形称为实频特性曲线， Q(w) -w 图形称为虚频特性曲线。在复平面内， P(w) - Q(w) 图形） 和 波德（ Bode）图（A(w) -w 图形称为幅频特性曲线， j(w) -w 图形称为相频特性曲线。绘制幅、相频特性曲线时，通常将横坐标 w 取为对数刻度 ，将A(w)也取为对数刻度 （分贝， dB），这样绘出的幅、频特性曲线）一阶系统的动态特性只与时间常数t有关。 二阶系统的动态特性受固有频率 wn和阻尼比 x 的共同影响。阻尼比影响系统的工作状态：无阻尼（x=0）、过阻尼（x1）、欠阻尼（0x Rp 时， eo - x 才为线性比例关系 3. 传感器自身存在阶梯特性。受导线直径 d 的限制，其分辨力一般很难达到0.02mm。 4. 结构简单，性能稳定，受温度、湿度、电磁干扰等环境因素的影响小，输出信号大，成本低，精度较高。 5. 存在摩擦和磨损，噪声大，抗冲击、振动性能差，易受灰尘等因素的影响，要求大能量输入，动态特性差。 电阻应变式传感器（电阻应变片） 电阻应变片感受应变的部分称为敏感栅。 敏感栅的材料有金属导体材料和半导体材料两种，所制成的应变片分别称为金属应变片和半导体应变片。金属应变片敏感栅的结构型式有丝式和箔式两种。 电阻应变片的初始电阻有60 、 120 等多种。 应用：1. 直接测定结构的应力或应变 2. 将应变片贴于弹性元件上制成各种用途的应变传感器 性能特点： 34.电容式传感器 分类：1.变极距型电容传感器（为改善线性度、提高灵敏度等，电容式传感器常制成差动式 变极距型电容传感器的灵敏度高，缺点是量程小、线性差。） 2.变面积型电容传感器（变面积型电容传感器的量程大、线性好，缺点是灵敏度低。） 3. 变介质型电容传感器（测量电路 见图） 35.电感式传感器 分类：自感性、互感性、涡流型 自感传感器（可变磁阻式） 单线圈自感传感器多用于微小位移测量。 为改善线性度，扩大测量范围，实际的自感传感器多做成差动式。 差动连接的优点：1. 提高了灵敏度 2. 改善了线性度 3. 可实现对某些误差的补偿 互感传感器（差动变压器） 出于改善特性以及结构上的考虑，互感传感器通常都制成差动螺管型（差动变压器）。 可应用于表面粗糙度测量 涡流传感器 涡（电）流传感器是基于电磁感应中的涡流效应工 作的。 磁通的变化相当于线圈等效阻抗的变化。 36. 压电式传感器 压电式传感器是一种发电型的可逆换能器，它利用了某些物质材料所具有的压电效应，既可以把机械能（力、压力等）转换成电能（电荷、电压等），也可以把电能转换成机械能。 压电效应：某些物质（如石英），当受到外力作用时，不仅其几何尺寸发生变化产生变形，而且其内部还出现极化现象，某些表面上出现电荷，形成电场。当外力去掉时，又回到原来的状态。外力大小、方向改变时，电荷的多少、极性也随之改变。 这种现象称为（正）压电效应。 若将这些物质置于电场中，其几何尺寸也发生变化，这种由于外电场作用导致物质机械变形的现象，称为逆压电效应或电致伸缩效应。 压电材料：压电晶体、压电陶瓷、高分子压电材料 压电效应的种类：1.纵向压电效应 沿 x 方向施力，在 y-z 平面上产生电荷 2.横向压电效应 沿 y 方向施力，在 y-z 平面上产生电荷 3.切向压电效应 沿 y-z 平面或 x-z 平面施加剪切力，在 y-z 平面上产生电荷从信号变换角度看，压电传感器相当于一个电荷发生器。 从结构上看，它又是一个静电电容器。 等效电路 测量电路（前置放大器） 种类：电压放大器、电荷放大器 功用：1. 阻抗匹配 将传感器的高输出阻抗变换成低阻抗输出 2. 转换放大 对传感器输出的微弱电荷信号/电压信号进行转换放大 电压放大器适用于高频信号的测量而不适用于静态或低频信号的测量，但其线路简单、成本低。 电荷放大器不仅适用于高频信号的测量，也适用于低频信号乃至静态信号的测量，但其线路复杂、成本高。37. 磁电式传感器 磁电式传感器也称为电动力式传感器或电磁感应式传感器，其工作利用的是电磁感应原理线圈在磁场中切割磁力线产生感应电动势。磁电式传感器一般是将速度转换成感应电动势，属于发电型传感器。 磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，就会改变感应电动势。 分类：动圈式、动铁式、磁阻变化式38. 光栅传感器 特点：1. 对应关系 一个栅距变化对应一个莫尔条纹变化 2. 放大作用 K = BH /W 1/q 3.平均作用 莫尔条纹是多条刻线共同作用形成的 种类：长光栅与圆光栅、透射光栅与反射光栅 组成：光源、透镜、主光栅、指示光栅、光电元件 39. 角度编码器 角度编码器是一种将角位移 转换成电信号的旋转式角度位置传感器。 分为：增量式光电编码器、绝对式光电编码器 40光电传感器 . 光电传感器的转换原理是基于半导体材料的光电效应 分为：光敏电阻、光电池、光敏管、位置敏感元件PSD41. 霍尔元件 以霍尔元件为核心的传感器称为霍尔传感器。 应用：a) 线位移测量 b) 角位移测量 c) 信号相乘运算d) 零件计数 e) 转速测量 f) 压力测量 42. 热敏元件一般指的是热敏电阻 43. 磁敏元件 磁敏元件将磁场的变化转换为电量或电参数的变化，它们的工作原理基于磁电转换的霍尔效应和磁阻效应。当一载流导体置于外磁场中时，其电阻将随磁场的变化而变化。磁敏元件主要包括磁敏电阻、磁敏晶体管和霍尔元件等。44.超声波的特点：1. 频率高、波长短、能量大、穿透力强 2. 方向性好，遵循几何光学的基本规律 3. 在固体、液体介质中传播时的衰减小 45. 传感器的选用原则 选择传感器时，主要应考虑传感器的类型、灵敏度、频率响应特性、线性范围、可靠性与稳定性、精度、工作方式等几个方面的因素 1. 传感器的类型 为实现对某一参数的测试，可供选用的传感器类型可能会有很多。不同类型的传感器在原理、测量方式、信号输出方式、精度、动态特性等诸多方面有着很大的差异。 2. 灵敏度 一般来说，传感器的灵敏度越高越好。但应注意：灵敏度越高，外部干扰、噪声越容易混入。一般来说，灵敏度越高测量（线性）范围越小。如果被测参数为二维或三维向量，则各测量方向上的单向灵敏度越高越好、交叉灵敏度越低越好。 3. 频率响应特性 在被测参数的频带内，所选传感器应能实现近似的不失真测试；与幅频特性对应的灵敏度应尽可能高些，与相频特性对应的响应时间越短越好。物性型传感器的频响特性比结构型传感器要好；非接触式传感器的频响特性比接触式传感器要好。 4. 线性范围 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，是保证测试精度的基本条件。 5. 可靠性与稳定性 传感器的可靠性主要取决于设计、制造及使用时的工作环境条件等因素，特别是受后者的影响很大。稳定性指的是测试装置在长时间工作后或工作条件发生变化后保持其性能不变的能力。稳定性主要有时间稳定性和温度稳定性。稳定性是传感器可靠工作的条件和保证。 6. 精度 传感器是测试系统的前沿环节，其精度将直接影响整个系统的使用性能。选用传感器时，要综合考虑精度的使用要求与经济性。一般在满足精度使用要求的前提下，尽可能选用价廉的传感器。 7. 工作方式 接触测量与非接触测量 破坏性检验与非破坏性检验 在线测试与非在线测试 8. 其他 结构简单、体积小、重量轻、价廉、易于维护等。46. 某些传感器需要借助于测量电路才能将被测量转换成电信号。 一般来说，非接触式传感器的动态特性好于接触式传感器。 47. 电桥 电桥是一种常用的电子线路，用来将电桥某些参数的微小变化转换成较大的输出电压或输出电流的变化。用于测试系统中的电桥称为测量电桥（以下简称为电桥），它可将被测参数（传感器的电阻、电感、电容或传感器输出的电压等）的变化转换为电桥输出电压或输出电流的变化。 测量装置中最常用的电桥是惠斯登电桥。 分类：（一）按电桥供电电源的性质分： 直流电桥、交流电桥 （二）按桥臂元件的阻抗性质分：纯电阻电桥（阻抗角 j = 0）、纯电容电桥（j = -90）、纯电感电桥（j = +90）、容性电桥（- 90o j 0）、感性电桥（0 j 400）的阻尼主要由油阻尼产生，固有频率较低的振子（ =400）的阻尼主要由电磁阻尼产生。 记录方式：1. 模拟方式（直接记录方式（DR方式）、调频记录方式（FM方式）、脉宽调制方式（PDM方式） 2. 数字方式（特点：1. 工作频带宽，可记录直流信号及数 模拟方式 MHz的交流信号。 2. 所记录的信息可长久保存，必要时可实现信号的重放。 3. 能同时记录多路信号，在工作频带内可保证这些信号之间的时间和相位关系。 4. 具有变换信号时基（时间尺度）的能力 5. 既可记录模拟信号，也可记录数字信号。 6. 记录速度快，记录数字信号时可高达1MB/s 7. 可与计算机配合，进行大量复杂的数据处理、分析。） 数字存储示波器 工作方式：1. 模拟方式 2. 存储方式56. 信号的显示、记录是获取被测对象有用信息的基本方式，显示记录装置是测试系统的基本组成部分之一。57. 检流计式记录仪是主要的传统显示记录仪器，这类仪器为二阶系统，选用时其动态特性应满足二阶系统的不失真测试条件。58. 数字存储示波器除具备传统示波器的功能外，最主要的特点是可以将所要记录、显示的信号以数字的方式存储起来，既可以实时显示，也可以日后显示，还可以对信号进行数字信号处理与分析，因此已逐渐成为主流的显示记录装置。59. 机械振动 一种特殊的运动形式，指的是机械系统的某些运动学参数（如振幅、振动速度、振动加速度等）在一定数值附近随时间变化的振荡现象。 机械振动（以后简称振动）是工程技术中常见的物理现象。除了利用振动原理进行工作的机械以外， 一般情况下振动都是有害的。振动能破坏机械的正常工作，加快机械的失效，降低其寿命。振动本身以及由它引起的噪声，对人体的健康也是有害的。通过对机械设备振动的测试，可以对其工作状态进行实时监测，进行故障诊断，还可以为改进机械系统的动态特性提供依据。 分类：(一) 按产生振动的原因分：自由振动、受迫振动、自激振动 （二）按振动系统的自由度分：单自由度振动、多自由度振动、连续弹性体振动 （三）按振动系统结构参数的特征分：线性振动、非线性振动 （四）按振动参数随时间的变化规律分 常用测振传感器：压电式加速度计（使用时，将压电式加速度计刚性连接在振动物体上，传感器通常后接电荷放大器）、磁电式振动速度传感器、应变式加速度计、电容式加速度计、三向（轴）加速度传感器 在很多场合下，需要按一定的方法通过激振设备使特定的机械系统振动起来，然后通过振动测量获取该系统的有关信息。例如：1. 研究系统的动态特性，对机械结构进行模态分析（如固有频率、振型、动刚度、阻尼等）。 2. 产品环境试验，即一些机电产品在一定振动环境下进行的耐振试验，以便检验产品性能及寿命情况等。 3. 拾振器及测振系统的校准试验。 60. 测振传感器 也称为拾振器（pick up），是将被测振动参数（振幅、振动速度、振动加速度）转换为与之有对应关系的参量（如电荷、电压、电流、电阻、电容等）的传感装置。 分类: （一）按是否与被测物体接触分：接触式、非接触式 (二) 按所测振动的性质分：惯性式（绝对式）、相对式 惯性式测振传感器 常用激振方法：稳态正弦激振（属于窄带激振，应用普遍。分点频激振和扫频激振，常用磁电式激振器、电液式激振器实现。优点：激振功率大、信噪比高、能保证响应测试的精度。缺点：需要较长的测定时间）、随机激振（属于宽带激振，用白噪声信号、伪随机信号或在实际工况记录下来的随机信号作为激振的信号源。该方法具有快速实时的优点，但设备较复杂，价格昂贵）、瞬态激振（属于宽带激振，其测试设备简单，灵活性大，故常在生产现场使用。 快速正弦扫描激振 脉冲激振（最常用） 阶跃激振） 常用测振设备：脉冲锤（力锤）、激振器、阻抗头 机械系统振动的主要参数是其固有频率、阻尼比、振型等。实际上，任何机械系统的振动都是多自由度的，具有多个固有频率，任何一点处的振动响应都可以看成是多个单自由度振动响应的叠加。对于小阻尼系统，在某个固有频率附近对应的响应特别大，以致于可以忽略其他各阶的振动响应。因此，本节仅介绍单自由度振动参数（固有频率、阻尼比）的估计（模态分析）方法，它们可近似作为多自由度振动系统的参数。 这种情况可用分析方法：1. 自由振动法 2. 共振法（单自由度系统在受迫振动中，当激振频率接近固有频率时，因共振而导致振动响应显著增大。） 、 61. 机械振动是工程中最普遍的现象。机械系统的力学模型一般可近似视为二阶的“质量-弹簧-阻尼”系统。62. 单自由度振动系统的受迫振动是振动测试的基础，有两种形式： 由作用在质量上的力所引起的受迫振动其有关理论是振动系统动态特性测试、模态分析的理论基础 由基础运动所引起的受迫振动其有关理论是惯性式测振传感器测振的理论基础63. 惯性式测振传感器测量振幅、振动速度、振动加速度的工作条件分别为64. 计算机辅助测试（CAT） 一般指的是用微处理器、单片机、个人计算机、工控机等组成测试系统所进行的测试。通过充分利用计算机系统的软、硬件资源及网络资源，达到扩展测试系统的功能、提高测试系统的性能等目的。 工作内容：组成自动化测试 测控系统、智能仪器 仪器控制、虚拟仪器、网络化测试。数据采集系统（最后加 计算机系统） 计算机辅助测试系统组成（见下图） 数据采集过程一般包括三个阶段： 采样、保持、量化与编码65. 采样过程实质上是把一个周期性脉冲序列与被采信号相乘的过程。 混叠 不满足采样定理的要求时将会发生频率混叠，使信号的频谱发生变化而产生失真。 泄漏 时域截断会引起频域的能量发生泄漏，使信号的频谱发生畸变而产生失真。 减小泄漏的技术措施：对采集到的数据采用适当的加窗处理（加权处理）可以减小因时域截断而产生的泄漏误差（使主瓣的宽度尽可能地小、能量尽可能地大），常用的窗函数主要有：矩形窗、海明（Hamming）窗、三角窗、汉宁（Hanning）窗、高斯（Gauss）窗、其他：平顶窗、帕仁窗、布拉克曼窗、凯塞窗。 保持 在量化期间，使其输出“定格”在采样开始瞬间采样器的输入电压值上 ，以减小量化误差。 量化与编码 以一定的电压为基准（量化）电平，将采样、保持后的离散模拟电压转换成表示为基准（量化）电平整数倍的数字量。66. 数据采集系统的类型 数据采集系统的主要组成环节： 1. 前置放大器 将输入模拟电压信号放大（或衰减）到A/D转换器可接受的范围内，并实现阻抗匹配等预处理功能。 2. 采样保持器（S/H） 保证模拟输入信号的采样并保持A/D转换器的输入信号在一次A/D转换过程中保持不变。 控制信号为高电平期间， K 合上， C 充电采样 控制信号为低电平期间， K 打开， C 上电压不变保持 3. 多路选择开关（MUX） 为“多选一”模拟电子开关，有多个输入端和一个输出端，由计算机或逻辑电路控制将其输出端与某一输入端接通。 4. A/D转换器（ADC） 即模/数转换器，是把模拟电压转换成对应二进制数字量的装置，是数据采集系统的核心。 主要性能参数：分辨率、量程（单极性量程、双极性量程）、转换速率、转换精度（绝对精度、相对精度）、线性误差。 5. D/A转换器（DAC） 将数字量转换成模拟信号。D/A转换器所输出的模拟量大多为电流输出形式，有些D/A转换器内部设有运算放大器用来实现电流/电压转换（I/V转换） ，因此可以直接输出电压（单极性输出、双极性输出）。 67. 数字信号处理 数字信号处理的主要目的是为了使处理后的数字信号能真实地反映被测对象的相应状态，最大限度地减小各种测量转换误差；数字信号分析的主要目的则在于合理地从数字信号中提取关于被测对象的有关信息。 方法：1. 数字滤波 用软件实现，结果可靠性高 稳定性好、可以实现截止频率极低（例如0.01Hz）的低通滤波、数字滤波的方法多，使用灵活。 具体包括：算术平均值滤波、滑动（递推）平均值滤波、加权平均值滤波、防脉冲干扰平均值滤波、低通数字滤波。 2. 标度变换 将数字量转换成以特定单位表示的被测量的实际值。 3. 非线性校正 测试系统中的各个环节（包括ADC）所存在的非线性因素，使系统的输出与输入之间呈某种非线性关系，应通过适当的技术措施予以校正。常用的方法有： 硬件校正：使用某些非线性电路（如二极管电路），一般设置在信号调理电路的最后。 软件校正：利用计算机，通过对数字信号进行函数计算来实现。68.数字信号分析 分为：模拟分析法、数字分析法。 数字信号分析的理论基础：傅里叶变换FT（离散傅里叶变换DFT、快速傅里叶变换FFT）、概率论与数理统计。 数字信号分析的基本原理：首先对模拟信号进行采样、截断（有时还要人为地做加权（窗）、数字滤波等处理），将持续时间无限长的连续时间信号转换成有限长样本的离散时间序列，最后在计算机上按一定的算法进行各种信号分析。 数字信号分析的方法：谱分析（频谱分析（谐波分析）、功率谱分析、频率响应函数分析、相干函数分析、倒频谱分析）、相关分析（直接法（自相关函数、互相关函数）、间接法（自相关函数、互相关函数）、小波分析69. 将计算机引入测试系统，充分利用其软、硬件资源及网络资源，达到扩展测试系统的功能、提高测试系统的性能，是当今测试技术的主要发展趋势之一。70. 计算机辅助测试的核心基础是数据采集，其中所涉及的采样定理等是设计开发数据采集系统的基础理论依据。说明还有一些考点因内容繁多复杂本文档尚未列出，包括：测试动，静态特性相关计算、传递函数相关计算、信号调制相关计算、滤波部分相关计算等。这些内容请参考教科书和相关例题、习题进行学习掌握。另外，本文档中很多文字、图片并非记忆背诵内容，需要理解掌握，望君知晓。 补充内容