机械工程测试技术基础课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,*,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,2024/11/11,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复2023/9/27机,1,第一节,信号的分类与描述,第二节,周期信号与离散频谱,第三节,非周期信号与连续频谱瞬变,第四节,随机信号,第一章 信号及其描述,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,第一节 信号的分类与描述第二节 周期信号与离散频谱第三,2,可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。,一、信号的分类,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。不能用,3,2),非确定性信号,不能用数学式描述，其幅值、相位变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。,噪声信号,(,平稳,),统计特性变异,噪声信号,(,非平稳,),！,！,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,2)非确定性信号噪声信号(平稳)统计特性变异噪声信号(非平稳,4,信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。,时域分析与频域分析的关系,时间,幅值,频率,时域分析,频域分析,理论依据是傅里叶展开式,关于其它信号的频谱分布情况可以参看 P21的,表1-1,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的大小，,5,方波信号的时域和频域的描述,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,方波信号的时域和频域的描述机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主,6,一、傅立叶级数的三角函数展开式,在有限的区间上，凡满足狄里赫利条件的周期函数（信号）可以展开成傅立叶级数。,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,一、傅立叶级数的三角函数展开式机械工程测试技术基础熊诗波黄长,7,可以合并成两种样式,且有,注意此二式的区别,且有,*,*,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,可以合并成两种样式且有注意此二式的区别且有*机械工程测试技,8,算例：求右图周期性三角波的傅立叶级数,解：在x(t)的一个周期中可表示为,常值分量,P 22-23,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,算例：求右图周期性三角波的傅立叶级数常值分量P 22-23机,9,二、傅立叶级数的复指数函数展开式,在数学里可以有证明，也可以依据欧拉公式从（1-7）式变化过来，,P23,傅里叶级数的复数表达形式：,其中,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,二、傅立叶级数的复指数函数展开式在数学里可以有证明，也可以依,10,傅立叶级数 复指数函数形式,根据欧拉公式：,有,P23（1-10）,！,！,（1-7）式可改写成为,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,傅立叶级数 复指数函数形式,11,实频谱、虚频谱,余弦函数,正弦函数,！,！,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,实频谱、虚频谱余弦函数正弦函数！机械工程测试技术基,12,当 趋于无穷 时，频率间隔 成为 ，,离散谱中相邻的谱线紧靠在一起，成为连续变,量 ，求和符号 就变为积分符号 ，则,这就是傅立叶积分,由于,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,当 趋于无穷 时，频率间隔,13,二、傅立叶变换的主要性质(P 30),熟悉傅立叶变换的性质的重要意义,简化作用,推广于复杂复杂情况！,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,二、傅立叶变换的主要性质(P 30)熟悉傅立叶变换的性质的,14,第2章 测试装置的基本特性,2.1,概述,2.2,测试装置的静态特性,2.3,测试装置动态特性的数学描述,2.4,测试装置对任意输入的响应,2.5,实现不失真测试的条件,2.6,测试装置动态特性的测试,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,第2章 测试装置的基本特性2.1 概述2.2,15,设：输入量x(t)、装置（系统）的传输特性h(t)和输出量y(t)三者之间的关系。如图：,1）如果x(t)、y(t)可以观察(已知)，则可推断h(t)。,2）如果h(t)已知，y(t)可测，则可推断x(t)。,3）如果x(t)和h(t)已知，则可推断和估计y(t)。,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,16,3.测量装置的动态特性,可用微分方程,来描述,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,3.测量装置的动态特性 可用微分方程机械工程测,17,传递函数：,描述系统动态特性,传递函数的,定义：,x(t)、y(t)及其各阶导数的初始值为零，,系统输出信号的拉普拉斯变换(拉氏变换)与输入信号的拉氏变换之比,，记为,式中,s为拉氏变换算子:和 皆为实变量,复变数,拉氏变换,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,传递函数：描述系统动态特性传递函数的定义：x(t)、y(t,18,线性系统及其主要性质,如以x(t)y(t)表示上述系统的输入、输出的对应关系，则时不变线性系统具有以下一些主要,性质,。,1）,叠加原理,几个输入所产生的总输出是各个输入所产生的输出叠加的结果。即若,则,符合叠加原理，意味着作用于线性系统的各个输入所产生的输出是互不影响的。,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,线性系统及其主要性质 符合叠加原理，意味着作用于线性系统的各,19,（1）幅频特性、相频特性和频率响应函数,定常线性系统在简谐信号的激励下，系统的频率特性：,幅频特性：稳态输出信号和输入信号的幅值比。记为,A(,),。,相频特性：稳态输出对输入的相位差。记为 。,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,（1）幅频特性、相频特性和频率响应函数机械工程测试技术基础熊,20,频响函数的含义是一系统对输入与输出皆为正弦信号传递关系的描述。它反映了系统稳态输出与输入之间的关系，也称为正弦传递函数,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,频响函数的含义是一系统对输入与输出皆为正弦信号传递关系的描述,21,H(j,)一般为复数，写成实部和虚部的形式：,（3）幅、相频率特性和其图象描述,a.幅频、相频图,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,H(j)一般为复数，写成实部和虚部的形式：（3）幅、相频率,22,3、脉冲响应函数,若输入为单位脉冲，即 x(t)=,(t),则,X(s)=L,(t)=1,。,装置的相应输出 Y(s)=H(s)X(s)=H(s),其时域描述可通过对Y(s)的拉普拉斯反变换得到,h(t)常称为系统的脉冲响应函数或权函数。,拉普拉斯变换符号,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,3、脉冲响应函数拉普拉斯变换符号机械工程测试技术基础熊诗波黄,23,4、环节的串联和并联,两个传递函数各为 和 的环节，,串联时,系统的传递函数H(s),在初始条件为零时为：,对几个环节串联组成的系统，有,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,4、环节的串联和并联机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,24,二、一阶、二阶系统的特性,1.一阶系统,1）方程,如图，装置分属于力学、电学范畴，但均属于一阶系统，均可用一阶微分方程来描述。,一般形式的一阶微分方程为,电学,力学,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,二、一阶、二阶系统的特性一般形式的一阶微分方程为电学力学机械,25,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,26,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,27,j,2,=-1,二阶装置的动态特性,实部,虚部,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,j2=-1二阶装置的动态特性 实部虚部机械工程测试技术基础熊,28,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,29,第四章 信号调理和记录,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,第四章 信号调理和记录机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主,30,调制器,x(t),y(t),机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,调制器x(t)y(t)机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总,31,乘法器,低通,2、调幅信号的解调方法,（1）同步解调,把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域图形将再一次进行“偏移”。,若用一个低通滤波器滤去中心频率为 的高频成分，那么将可以复现原信号的频谱（幅值减小为一半），这一过程称为同步解调,“同步”指解调时所乘的信号与调制,时的载波信号具有相同的频率和相位,。,载波y(t),调幅波,x(t),机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,乘法器低通2、调幅信号的解调方法载波y(t)调幅波x(t)机,32,幅度调制与解调过程（频谱分析）,乘法器,放大器,x(t),y(t),x,m,(t),乘法器,y(t),Y(f),X(f),y,m,(t),2f,0,-2f,0,Y,m,(f),X,m,(f),Y(f),f,0,-f,0,X(f)/2,低通滤波,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,幅度调制与解调过程（频谱分析）乘法器放大器x(t)y(t)x,33,若对信号x(t)进行偏置，叠加一个直流分量D，使偏置后的信号都具有正电压。,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,若对信号x(t)进行偏置，叠加一个直流分量D，使偏置后,34,4.3 滤波器,一、概述,测量中我们经常会得到一些我们不想要的信号，这些信号和我们想要的信号混合在一起，非常令人头痛。要想去掉这些信号，必须使用滤波器,这个变化缓慢的信号就是我们不想要的,滤波之后,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,4.3 滤波器 测量中我们经常,35,滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分,1)作用,：,选频作用 进行频谱分析,滤除干扰噪声,2)分类,低通滤波器,按选频作用分 高通滤波器,带通滤波器,带阻滤波器,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分,36,1.理想滤波器,若滤波器的频率响应H(f)满足条件,则称为理想滤波器。,二、滤波器性能分析,符合？条件,f,0,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,1.理想滤波器二、滤波器性能分析符合？条件f0机械工程测试,37,三、实际滤波特性,（一）基本参数,1、纹波幅度d(或 ）,2、截止频率,幅频特性值 等于,或等于-3dB带宽所对应的频率,。,A(f),f,f,f,0,c1,c2,.,d,d,最大峰值与最小峰谷的中点,3、,中心频率,f,0,:,定义中心频率为带通滤波器两截止频率的几何平均，即：,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,三、实际滤波特性A(f)fff0c1c2.dd最大峰值与最小,38,A(f),f,f,f,0,c1,c2,.,d,d,最大峰值与最小峰谷的中点,4、带宽B和品质因数Q值,上下两截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽B。,中心频率 和带宽B之比称为滤波器的品质因数Q，即 Q=f,0,/B,5、倍频程选择性,倍频程选择性是指在上截止频率 与 之间，或者在下截止频率 与 之间幅频特性的衰减量。衰减快，倍频程选择性好。,常用,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,A(f)fff0c1c2.dd最大峰值与最小峰谷的中点,39,演讲完毕，谢谢听讲,!,再见，see you again,3rew,2024/11/11,机械工程测试技术基础熊诗波黄长艺主编总复,演讲完毕，谢谢听讲!再见，see you again3rew,40,