机械工程测试技术基础知识点总结.doc
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1、. .?机械工程测试技术根底?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. 根本的测试系统由传感器、信号调理装置、显示记录装置三局部组成。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
2、经过各种调理后的测试信号进展显示、记录、存储,某些显示记录装置还可对信号进展分析、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局部,它所研究的容是信息的提取与处理的理论、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。信息技术的三个面:计算机技术、传感技术、通信技术。5. 测试技术的开展趋势: (1) 1. 传感技术的迅速开展智能化、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
3、。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,通过对信号进展测试、分析,可从信号中提取出有用的信息。信息的载体。噪声:由测试装置本身部产生的无用局部称为噪声,信号中除有用信息之外的局部。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
4、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,包括期信号简单期信号正弦信号、复杂期信号和非期信号准期信号、瞬变信号两类。期信号:每隔一定的时间间隔准确重复其波形、无始无终的信号。简单期信号正弦信号、简谐信号、谐波
5、信号:正弦信号是构成其他信号的根本成分。非期信号:除期信号以外确实定性信号称为非期信号,它又分为准期信号和瞬变信号两类。准期信号:准期信号由多个期信号合成,但各期信号的频率比为无理数不具有公共期,因此属于非期信号。但由于其频谱具有期信号频谱的特点,故称之为准期信号。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、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. 信号的描述法是在不同变量域对信号进展的各种数学描述,可以提醒信号的某些数据特征,是信号分析的
6、根底。“域指的是描述信号时的自变量,即考察信号的着眼面。信号的描述主要在以下几个变量域进展: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,可以提醒信号的频率构造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,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,信号幅值绝对值
7、的平均值。绝对均值相当于对信号进展全波整流后再滤波平均。 3. 均值在观测时间,信号幅值平的平均值。 4. 均根值有效值均值的正平根称为信号的均根值有效值。均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;均根值也称为信号的有效值。信号的均值、绝对均值、均值和均根值都可作为信号强度的量度。 5. 差在观测时间,信号的瞬时幅值与均值之差的平的平均值。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. 标准偏差差的正平根称为信号的标准偏差简称标准差。均值、差、均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
8、。了解信号的频谱,对设计动态测试法、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。其中最根本的数学工具是傅立叶级数FS和傅立叶变换FT。11. 期信号的频谱:通过对期信号的时域表达式进展傅立叶级数展开,可得到期信号的频谱频率构成。傅立叶级数是进展期信号频谱分析的数学工具。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。任期信号都是由无穷多个频率、幅值、初相位互不一样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
9、标作图,得到如频谱图。期信号频谱的特点:1离散性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. 非期信号的频谱:通过对非期信号瞬变信号的时域表达式进展傅立叶变换,可得到非期信号的频谱频率构成。傅立叶变换是进展非期信号频谱分析的数学工具。非期信号不包括准期信号。准期信号虽然属于非期信号,但其频谱具有期信号频谱的特点非期信号频谱的特点;1非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。2X( f )具有“单位频率宽度上的幅值、
10、相位的含义,故非期信号的频谱格上应称为频谱密度函数简称频谱。3非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
11、性质筛选性质函数可以把信号xt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. 期单位脉冲序列b(t,TS及其频谱:期单位脉冲序列的频谱也是一个期脉冲序列。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 ,信号幅值落在指定区间的概率的密度。 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
12、。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:期信号的自相关函数为同期的期函数。期信号的自相关函数中保存了原期信号幅值和频率信息,但丧失了相位信息。期信号的自相关函数当t时并不收敛。对于不含有期成分的随机信号,利用信号的自相关函数可以非常有效地区别信号的类型。只要信号中含有期成分,其自相关函数当t时也不衰减,并具有明显的期性。自相关函数的应用:1.外表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
13、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. 两频率一样的期信号的互相关函数仍为同期的期函数。同频期信号的互相关函数中不仅保存了原期信号的幅值和频率信息,也保存了相位差信息。同频期信号的互相关函数当t时并不收敛。 4. 两频率不同的期信号的互相关函数等于0不同频不相关。 5. 不含同频期成分的两随机信号的互相关函数当t时趋于零。假设两随机信号中含有同频期成分,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. 利用互相关分析进展故障诊断振动传递路径识别18. 信
14、息是事物运动状态和运动式的反映。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. 进展非期信号频谱分析的数学工具是傅立叶变换。非期信号的频谱为频谱密度,主要特点是频谱的连续性,即频谱中包含着任频率的谐波成分。21. 测试装置对被测参量进展传感、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
15、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: 假设线性系统微分程中的各系数取决于系统的构造参数不随时间变化,那么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。这是因为系统构造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一样的频率成分。如果输出信号中包括有其它频率成分,那么或是由系统的部噪声、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
16、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,据此可通过信号别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
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