机电工程测试技术总结复习

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1、总 结 复 习,机电工程测试技术,2,第一章 信号分析基础,随机信号,傅立叶级数，频谱离散,傅立叶变换，频谱连续,统计参数：自相关与互相关,不能用确定的函数关系式描述,能用确定的函数关系式描述,3, 时域&频域的比较,时间,幅值,频率,信号频谱X()表达了信号不同频率分量的大小，为时域信号提供频谱结构，波形直观，丰富。,4,5,6,7,1、非周期信号的频谱一定是离散的。（ ） 2、瞬态信号是能量有限信号。（ ） 3、随机信号是确定性信号。（ ） 4、所有周期信号都是功率信号。（ ）1、描述非周期性信号的数学工具是（ ）。A.拉氏变换； B.付氏变换； C.付氏级数； D.三角函数 2、周期信号

2、截断后的频谱必是（ ）的。A. 连续 B. 离散 C. 连续非周期 D. 离散周期 （例，判断：直流信号被截断后的频谱是连续的。） 3、不能用确定的函数关系式描述的信号是（ ）A.复杂周期信号； B.瞬态信号； C. 周期信号； D. 随机信号 4、复杂周期信号的频谱是（ ）。A.离散谱； B. 连续谱； C.函数； D.采样函数 5、输出信号与输入信号的相位差随频率变化的关系称（ ）。A.幅频特性； B.相频特性； C.传递函数； D.权函数1、周期性信号4sin1.5t+2sin4.5t的周期为 。,8,周期信号的频谱,式中， 常值分量（直流量）； 余弦分量 ； 正弦分量, 三角函数傅立叶

3、级数展开式,9,各谐波分量的幅值,初相位角,三角函数变换，正余弦同项合并后：,周期信号的频谱, 三角函数傅立叶级数展开式,10,11,11, 复数傅立叶级数展开式,周期信号的频谱,一般情况下，Cn 是复数 可按实频谱和虚频谱形式表示； 或按幅频谱和相频谱形式表示。,12,幅频谱和相频谱形式,实频谱和虚频谱形式,周期信号的频谱, 复数傅立叶级数展开式,例：傅氏级数中各系数表示各谐波分量的（ ）A. 相位； B. 周期； C. 振幅； D. 频率,13,14,15, Fourier Transform,非周期信号的频谱,第三节 非周期信号的频谱分析,16,函数的波形：,矩形脉冲信号幅频谱图,矩形窗

4、信号 相频谱图,非周期信号的频谱,矩形脉冲信号频谱图,17, Fourier Transform,非周期信号的频谱,18,例，P9页例1-2计算出来后，再加一问，类似如下：,19,含义：指信号此时与彼时的依赖关系。,自相关分析,自相关函数的定义, 随机信号,自相关函数的主要性质：,（1）自相关函数是的偶函数；（2）自相关函数在 =0 处具有极大值；（3）周期信号的自相关函数仍是周期函数,自相关分析的应用 检测淹没于随机噪声信号中的周期成分,20,自相关函数是一个（ ）函数 A.三角函数； B.奇函数； C.偶函数； D.非奇非偶函数,21,作业,P19第1题第3题,22,3.解：,23,第二章

5、 测试系统的特性,静态特性：当被测量不随时间变化或变化缓慢时，输出量与输入量之间的关系成为静态特性，可以用代数方程表示。 动态特性：当被测量随时间迅速变化时，输出量与输入量之间的关系称为动态特性，可以用微分方程表示。,24,一、静态特性指标灵敏度 线性度 分辨力,S =y/x =dy/dx,LLm/A100,分辨率 （分辨力/满量程）- 是相对数值：,分辨力 （被测量的最小变化量）- 是绝对数值,灵敏度越高，测量范围往往越小，稳定性越差,25,串联系统的灵敏度,例1.把灵敏度为 的压电式力传感器与一台灵敏度调到 的电荷放大器相接，求其总灵敏度。若要将总灵敏度调到 ，电荷放大器的灵敏度应作如何调

6、整？ 解：,26,1、测试系统的灵敏度越高测量性能越好。（ ）1、测试系统所能检测输入信号的最小变化能力，称为（ ）。A.精度； B.灵敏度； C.精密度； D.分辨率,27,二、动态特性,常系数线性系统特性：叠加特性、比例特性、频率保持性 、微分性、积分性,当输入为简谐信号时：,稳定输出信号和输入信号的幅值比。,稳态输出信号对输入信号的相角差。,传递函数：,28,典型系统的频率响应,常见测试装置是一阶或二阶系统，也即当幂次n=1 或n=2 时，分别称为一阶系统或二阶系统。,1.一阶系统,微分方程：,时间常数特征参数,静态灵敏度,特征：测量滞后,29,频率响应函数：,幅值和相频特性分别为：,3

7、0,例：已知输入x(t)，经过一阶系统求输出y(t),根据线性系统的叠加性：,分析：,31,由一阶系统的幅频特性，计算输出信号幅值Y1，Y2：,可以看到高频信号通过系统时，幅值衰减多,32,计算输出信号的相位延迟,则系统响应的分量为：,则系统响应函数为：,33,蓝：输入，红：输出：1分量1，2分量2，3合成信号,34,2.二阶系统,微分方程：,固有频率特征参数,阻尼率特征参数,特征：震荡,35,1、二阶系统的动态特性指标通常用 和 来表征。,2、一阶系统的动态参数时间常数一般要求越小越好。（ ）,36,三、不失真测试的条件,不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别满足A()=常数 ()=-

8、t0,装置频率特性：,37,作 业,P354、7,38,39,第三章 电阻应变式传感器,电阻应变效应： 压阻效应电阻应变式传感器的测量电路多采用交流电桥，其原理与直流电桥电路相似。,40,电桥输出公式：,得出单臂电桥输出：,得出双臂电桥输出：,41,得出双臂电桥输出：,补偿片法 温度补偿,补偿片法温度补偿,应变片RB称为温度补偿片补偿片的工作条件：补偿片不受载荷作用；与工作片处于同一温度场；接在相邻桥臂上。,42,43,44,1、在直流电桥中，只要满足任意两相邻桥臂的阻值之乘积等于另外两相邻桥臂阻值的乘积， 则电桥一定处于平衡。（ ）2、半导体电阻应变片在测量某一构件应变时，其电阻的相对变化主

9、要是由（ ）引起。A.半导体电阻率的变化； B.半导体几何尺寸的变化； C.贴片位置的温度 3、一个相邻双臂工作的测力电桥，如果将两工作臂的一个应变片均改为两个应变片串联，则电桥的输出电压（ ）A. 加大一倍 B. 减小一倍 C. 不变 D. 加大两倍 4、测量弯曲应变时，通常在构件上下表面对称布置4片应变片，若在同载荷下单臂测量电桥输出为A、上下各取1应变片接成邻臂半桥的输出为2A，则取4应变片构成全桥时的输出可能是（ ）。A. 4A或0； B. 3A或0； C. 3A或A ； D. 2A或0 5、半导体应变片是根据（ ）原理工作的。A.电阻应变效应； B.压阻效应； C热阻效应； D.磁阻

10、效应 6、直流电桥中，通常（ ）接法灵敏度最高。A.半桥单臂； B.半桥双臂； C.全桥 D.无法确定,45,46,第四章 电感式传感器,图 闭磁路式自感传感器结构,47,例：已知如图所示电感传感器铁心的相对导磁系数为104，空气的相对导磁系数为1，真空中的磁导率,试对下述情况计算该传感器的输出电感： （1）气隙为0时 （2）气隙为2mm时,48,差动式自感传感器,优点（至少记3条）： 1、改善非线性； 2、提高灵敏度； 3、有电源电压、频率波动及温度变化等的补偿作用； 4、可提高测量的准确性。,49,记住,变气隙式自感传感器S最大、变面积式次之，螺线管式最小，但螺线管式应用最广。,50,调制

11、、调幅,调幅后：,与 分别称为上边频和下边频,调制信号,载波信号,51,52,电涡流效应,根据电磁感应定律，当金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内就会产生呈涡旋状的感应电流。 高频反射式，低频透射式,趋肤效应,交变磁场会在导体内部引起涡流，电流在导体横截面上的分布不再是均匀的，这时，电流将主要地集中到导体表面。或导体中的交变电流在趋近导体表面处电流密度增大的效应。,53,1、涡流传感器分为高频透射式和低频反射式两种类型。（ ）1、用电涡流传感器探测金属零件表面裂纹，则电涡流传感器是( )式的。A.互感和高频反射 B. 自感和低频投射 C. 互感和低频投射 D. 自感和高

12、频反射 2、不能用涡流式传感器进行测量的是( )。A.位移 B.材质鉴别 C. 探伤 D.非金属材料,54,第五章 电容式传感器,55,脉冲宽度调制电路75页,56,1、变面积型电容传感器的灵敏度不为常数。（ ）1、电容式传感器是（ ）的传感器。A.接触式； B.非接触式; C.结构型； D.物性型,57,作 业：P82：3,解:(1),(2),58,第六章 压电传感器,某些物质沿一定方向受到外力作用时，在其表面产生电荷，当外力去掉后，表面电荷随之消失，这种现象称为压电效应。,如果将这些物质 置于电场中，在电场作用下产生机械变形，当外电场去掉后，变形也随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电

13、致伸缩效应。,59,压电传感器本身的内阻抗很高，而输出能量较小，因此它的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器，其作用为：一是把它的高阻抗输出变换为低输出；二是放大传感器输出的微弱信号。 电荷放大器是以电容为反馈的，其输出电压与输入电荷成正比。由于电荷放大器电路的电缆长度变化的影响不大，电缆电容几乎可以忽略不计。,Ca：传感器漏电容 CL：电缆分布电容 Ci ：放大器输入电容 Cf ：反馈电容,60,61,1、根据压电效应，在压电材料的任何一个表面上施加力，均会在相应的表面产生电荷。（ ） 2、压电式传感器不一定要配接前置放大器。（ ） 3、电荷放大器的连接电缆越长，则输出电压就越低，

14、灵敏度也就越低。（ ） 4、动态力传感器中，两片压电片多采用（ ）接法，可增大输出电压量。电荷呢？A. 串联 B. 并联 C. 既串联又并联 D.不知道 5、压电式传感器后面的放大器的主要功能为（ ）。A.阻抗变换 B.信号放大 C. 阻抗变换和信号放大 D.不确定 6、为使电缆长短不影响压电式传感器的灵敏度应选用（ ）的放大器。A.电压； B.电荷； C.微分； D.积分,62,7、（ ）传感器是根据敏感元件材料本身的物理性质变化而工作的。A.差动变压器式； B.变间隙电容式；C.变阻器式； D. 压电式 8、压电式传感器最好采用电荷放大器的原因是（ ）A.使放大器的增益增大； B.非线性失

15、真小；C.可忽略导线电容和分布电容； D.频率特性特别好 9、压电式加速度计工作原理是基于（ ）。A.电阻应变效应； B.压阻效应； C.压电效应； D.电磁效应。 10、什么是正压电效应？什么是逆压电效应？能否用压电传感器测量静态压力？ 11 、画出压电传感器与电荷放大器相连的等效电路图，并说明电荷放大器的输出电压与传感器产生的电荷量及电荷放大电路反馈电容之间的关系。,63,第七章 光电式传感器,光电效应分类： 光电子发射效应。在光的照射下，使电子从物理表面逸出的现象。光电导效应。在光的照射下，使物理电阻率改变的现象。光伏效应。在光的照射下使物体在某一方向产生电动势的现象。 光电子发射效应在物体表面产生，所以也称外光电效应，通常使用的是金属材料；光电导效应和光伏效应发生在物体内部，所以也称内光电效应，一般使用的是半导体材料。,