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1、7310-印象工作室 編輯◎印制 ※印象出品 考試必勝※ 《機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》知識點總結(jié) 1. 測試是測量與試驗的概括，是人們借助于一定的裝置，獲取被測對象有相關(guān)信息的過程。測試工作的目的是為了最大限度地不失真獲取關(guān)于被測對象的有用信息。 分為：靜態(tài)測試，被測量（參數(shù)）不隨時間變化或隨時間緩慢變化。 動態(tài)測試，被測量（參數(shù)）隨時間（快速）變化。 2. 基本的測試系統(tǒng)由傳感器、 信號調(diào)理裝置、 顯示記錄裝置三部分組成。 傳感器：感受被測量的變化并將其轉(zhuǎn)換成為某種易于處理的形式，通常為電量（電壓、電流、電荷）或電參數(shù)（電阻、電感、電容）。 信號調(diào)理裝置：對傳感器的輸出做進一

2、步處理（轉(zhuǎn)換、放大、調(diào)制與解調(diào)、濾波、非線性校正等），以便于顯示、記錄、分析與處理等。 顯示記錄裝置對傳感器獲取并經(jīng)過各種調(diào)理后的測試信號進行顯示、記錄、存儲，某些顯示記錄裝置還可對信號進行分析、處理、數(shù)據(jù)通訊等。 3. 測試技術(shù)的主要應(yīng)用：1. 產(chǎn)品的質(zhì)量檢測 2.作為閉環(huán)測控系統(tǒng)的核心 3. 過程與設(shè)備的工況監(jiān)測 4. 工程實驗分析。 4. 測試技術(shù)是信息技術(shù)的重要組成部分，它所研究的內(nèi)容是信息的提取與處理的理論、方法和技術(shù)。 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱：能源技術(shù) 材料技術(shù) 信息技術(shù)。 信息技術(shù)的三個方面：計算機技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)。 5. 測試技術(shù)的發(fā)展趨勢： (1) 1. 傳

3、感技術(shù)的迅速發(fā)展 智能化、可移動化、微型化、集成化、多樣化。 （2）測試電路設(shè)計與制造技術(shù)的改進 （3）計算機輔助測試技術(shù)應(yīng)用的普及 （4）極端條件下測試技術(shù)的研究。 6. 信息：既不是物質(zhì)也不具有能量，存在于某種形式的載體上。事物運動狀態(tài)和運動方式的反映。 信號：通常是物理、可測的（如電信號、光信號等），通過對信號進行測試、分析，可從信號中提取出有用的信息。信息的載體。 噪聲：由測試裝置本身內(nèi)部產(chǎn)生的無用部分稱為噪聲，信號中除有用信息之外的部分。 （1）信息和干擾是相對的。 （2）同一信號可以反映不同的信息，同一信息可以通過不同的信號來承載 。 7.測試工作的實質(zhì)（目的

4、 任務(wù)）：通過傳感器獲取與被測參量相對應(yīng)的測試信號，利用信號調(diào)理裝置以及計算機分析處理技術(shù)，最大限度地排除信號中的各種干擾、噪聲，最終不失真地獲得關(guān)于被測對象的有關(guān)信息。 8. 信號的分類：（一） 按信號隨時間的變化規(guī)律分： （二）按信號的物理屬性分：機械信號、電信號、光信號、其他（磁信號、聲信號、超聲波信號等）。 （三）按信號的幅值是否隨時間變化分：靜態(tài)（直流）信號、動態(tài)（直流+交流）信號。 （四）按自變量的變化范圍分：時（間有） 限信號、頻（率有） 限信號。 （五）按信號是否滿足絕對可積條件分：能量（有限） 信號、功率（有限） 信號。

5、 （六）按信號中變量的取值特點分：連續(xù)信號、離散信號。 時間和幅值均連續(xù)——模擬信號 時間和幅值均離散——數(shù)字信號 9. 各類信號的特征：1. 確定性信號 可以用確定的數(shù)學(xué)函數(shù)表示其隨時間變化規(guī)律的信號，包括周期信號（簡單周期信號（正弦信號）、復(fù)雜周期信號）和非周期信號（準周期信號、瞬變信號）兩類。 周期信號：每隔一定的時間間隔精確重復(fù)其波形、無始無終的信號。 簡單周期信號（正弦信號、簡諧信號、諧波信號）：正弦信號是構(gòu)成其他信號的基本成分。 非周期信號：除周期信號以外的確定性信號稱為非周期信號 ， 它又分為準周期信號和瞬變信

6、號兩類。 準周期信號：準周期信號由多個周期信號合成，但各周期信號的頻率比為無理數(shù)（不具有公共周期），因此屬于非周期信號。但由于其頻譜具有周期信號頻譜的特點，故稱之為準周期信號。 瞬變信號：現(xiàn)實中的瞬變信號一般均為能量有限信號。 2. 非確定性信號 不能用確定的數(shù)學(xué)函數(shù)表示其隨時間變化規(guī)律的信號，也稱為隨機信號或隨機過程。隨機信號一般用統(tǒng)計參數(shù)（數(shù)學(xué)期望、方差等）表示其特征，包括平穩(wěn)隨機信號（過程）和非平穩(wěn)隨機信號（過程）兩類。 10. 信號的描述方法是在不同變量域內(nèi)對信號進行的各種數(shù)學(xué)描述，可以揭示信號的某些數(shù)據(jù)特征，是信號分析的基礎(chǔ)。 “域”指的是描述信號時的自變量，即考察信號的著眼

7、方面。信號的描述主要在以下幾個變量域內(nèi)進行： 時間域（簡稱時域）：以時間作為自變量的信號表達，反映信號的幅值隨時間的變化過程。 頻率域（簡稱頻域）：以頻率作為自變量的信號表達，可以揭示信號的頻率結(jié)構(gòu)（組成信號的各次諧波的幅值、 初相位與頻率的對應(yīng)關(guān)系）。 幅值域： 以信號的幅值作為自變量的信號表達，反映信號中的不同幅值（強度）的概率分布情況。 時延域：以延時時間作為自變量的信號表達，反映信號在不同時刻的相互依賴關(guān)系或相近程度。 信號的時域描述：1. 均值 在觀測時間內(nèi)，信號幅值的平均值。均值反映了信號變化的中心趨勢，也稱為信號的直流分量。 2. 絕對均值 在觀測

8、時間內(nèi)，信號幅值絕對值的平均值。絕對均值相當(dāng)于對信號進行全波整流后再濾波（平均）。 3. 均方值 在觀測時間內(nèi)，信號幅值平方的平均值。 4. 均方根值（有效值） 均方值的正平方根稱為信號的均方根值（有效值）。 均方值可以看成是電信號（電流或電壓）作用在單位電阻上的平均功率，因此也常稱為信號的平均功率；均方根值也稱為信號的有效值。 信號的均值、絕對均值、均方值和均方根值都可作為信號強度的量度。 5. 方差 在觀測時間內(nèi)，信號的瞬時幅值與均值之差的平方的平均值。方差反映了信號偏離均值的程度，即信號中交流（諧波）成分的大小。

9、 6. 標準偏差 方差的正平方根稱為信號的標準偏差（簡稱標準差）。 均值、方差、均方值三者之間具有如下關(guān)系： 信號的頻域描述：頻域描述的目的是要得到信號的頻譜，即信號的頻率構(gòu)成。 了解信號的頻譜，對設(shè)計動態(tài)測試方法、測試裝置有著重要的意義，是實現(xiàn)不失真測試的技術(shù)保障。 要了解信號的頻譜，通常是要根據(jù)信號的類別，借助于不同的數(shù)學(xué)工具來實現(xiàn)。 其中最基本的數(shù)學(xué)工具是傅立葉級數(shù)（FS） 和傅立葉變換（FT） 。 11. 周期信號的頻譜：通過對周期信號的時域表達式進行傅立葉級數(shù)展開，可得到周期信號的頻譜（頻率構(gòu)成）。 ——傅立葉級數(shù)是

10、進行周期信號頻譜分析的數(shù)學(xué)工具。 周期信號頻譜的數(shù)學(xué)表達有兩種形式： 三角函數(shù)形式展開式（頻譜情況直觀明了）、復(fù)指數(shù)形式展開式（便于有關(guān)分析運算）。 任何周期信號都是由無窮多個頻率、幅值、初相位互不相同的正弦諧波信號疊加而成的。 以直流分量及各次諧波的頻率 為橫坐標，以直流分量及各次諧波的幅值 、初相位 為縱坐標作圖，得到如頻譜圖。 周期信號頻譜的特點：（1）離散性 周期信號的頻譜是離散的，由一系列離散的譜線組成。（2）諧波性 每條譜線對應(yīng)于一個諧波分量，只出現(xiàn)在基頻的整數(shù)倍上。（3）收斂性 工程中常見的周期信號，其諧波幅值總的趨勢是隨諧波次數(shù)的增加而減

11、小。通?？珊雎暂^高次諧波的影響。 12. 非周期信號的頻譜：通過對非周期信號（瞬變信號）的時域表達式進行傅立葉變換，可得到非周期信號的頻譜（頻率構(gòu)成）?！盗⑷~變換是進行非周期信號頻譜分析的數(shù)學(xué)工具。 （非周期信號不包括準周期信號。準周期信號雖然屬于非周期信號，但其頻譜具有周期信號頻譜的特點） 非周期信號頻譜的特點；（1）非周期信號的頻譜是連續(xù)的，其頻譜中包含所有頻率的諧波成分。（2）X( f )具有“單位頻率寬度上的幅值、相位”的含義，故非周期信號的頻譜嚴格上應(yīng)稱為頻譜密度函數(shù)（簡稱頻譜）。（3）非周期 信號的幅值譜密度為有限值，但各次諧波分量的幅值為無窮小——能量有限。

12、傅立葉變換的性質(zhì)：傅里葉變換具有線性（比例）疊加、時移、頻移、時間尺度改變、對稱、微積分、卷積分等性質(zhì)。 13. 幾種典型信號的頻譜：1. 矩形窗函數(shù)及其頻譜 矩形窗函數(shù)是一種在時域有限區(qū)間內(nèi)幅值為常數(shù)的窗信號，它在信號分析處理中有著重要的應(yīng)用，主要用于在時域內(nèi)截取某信號的一段記錄長度。矩形窗函數(shù)的頻譜是連續(xù)的，頻譜范圍無限寬廣。信號的截斷相當(dāng)于信號與窗函數(shù)相乘，截斷后的信號的頻譜等于二者的卷積分，因此也具有連續(xù)、無限寬廣的頻譜。 2. 單位脈沖函數(shù)（δ 函數(shù)）及其頻譜 δ函數(shù)的性質(zhì)：（1）抽樣性質(zhì)（篩選性質(zhì)）δ 函數(shù)可以把信號x（t）在脈沖發(fā)生時刻t0 時的函數(shù)值抽取出 來。

13、 （2）卷積（分）性質(zhì) （3）函數(shù)的頻譜 14. 周期單位脈沖序列 （comb(t,TS） 及其頻譜： ⑴ 周期單位脈沖序列的頻譜也是一個周期脈沖序列。 ⑵ 周期單位脈沖序列的典型應(yīng)用是等時間間隔采樣控制。采樣間隔（周期） 越小，其頻譜譜線間隔1/TS 越大，越有利于減小采樣所造成的失真。 15. 信號的幅值域描述：信號的幅值域描述用來表示信號關(guān)于幅值大小的分布情況，數(shù)學(xué)模型主要有概率密度函數(shù)和概率分布函數(shù)。1. 概率密度函數(shù) 概率密度函數(shù)是在觀測時間 T 內(nèi)，信號幅值落在指定區(qū)間內(nèi)的概率的密度。 2. 概率分布函數(shù) 概率分布

14、函數(shù)（累積概率）定義信號的瞬時幅值小于或等于給定值x的概率，其值在0~1之間。 16. 信號的時延域描述。 17.相關(guān) 相關(guān)系數(shù)。 1. 自相關(guān)函數(shù) 定義：自相關(guān)函數(shù)用來描述信號在某一時刻的瞬時值與該信號延時時間τ 以后的瞬時值之間的相似程度，是關(guān)于延時時間τ 的函數(shù)。 性質(zhì)： 周期信號的自相關(guān)函數(shù)為同周期的周期函數(shù)。 ⑴ 周期信號的自相關(guān)函數(shù)中保留了原周期信號幅值和頻率信息，但丟失了相位信息。⑵ 周期信號的自相關(guān)函數(shù)當(dāng)t 時并不收斂。 對于不含有周期成分的隨機信號，利用信號的自相關(guān)函數(shù)可以非常有效地區(qū)別信號的類型。只要信號中含有周期成分，其自相關(guān)函數(shù)當(dāng)t 時也

15、不衰減，并具有明顯的周期性。 自相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用：1.表面粗糙度成因的自相關(guān)分析 2. 信號類型的判別 2. 互相關(guān)函數(shù) 互相關(guān)函數(shù)用來描述一個信號在某一時刻的瞬時值與另一個信號延時時間τ 以后的瞬時值之間的相似程度，是關(guān)于延時時間τ 的函數(shù)。 性質(zhì)：1. 2. 3. 兩頻率相同的周期信號的互相關(guān)函數(shù)仍為同周期的周期函數(shù)。 ⑴ 同頻周期信號的互相關(guān)函數(shù)中不僅保留了原周期信號的幅值和頻率信息，也保留了相位（差）信息。⑵ 同頻周期信號的互相關(guān)函數(shù)當(dāng)t 時并不收斂。 4. 兩頻率不同的周期信號的互相關(guān)函數(shù)等于0（不同頻不相關(guān)）。 5. 不含同頻周期成分的兩隨機信號的互相關(guān)函數(shù)

16、當(dāng)t 時趨于零。若兩隨機信號中含有同頻周期成分，即使t ，它們的互相關(guān)函數(shù)也不收斂并會出現(xiàn)該頻率的周期性。 互相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用：1. 相關(guān)定位（確定管道破損位置） 2. 相關(guān)測速（在線測量鋼帶速度） 3. 利用互相關(guān)分析進行故障診斷（振動傳遞路徑識別） 18. 信息是事物運動狀態(tài)和運動方式的反映。信號是信息的載體，其中包含著關(guān)于被測對象的有用信息。 19. 信號的頻譜指的是信號的頻率構(gòu)成，了解信號的頻譜是實現(xiàn)不失真測試的重要技術(shù)保證。 20. 進行非周期信號頻譜分析的數(shù)學(xué)工具是傅立葉變換。非周期信號的頻譜為頻譜密度，主要特點是頻譜的連續(xù)性，即頻譜中包含著任何頻率的諧波成分。

17、21. 測試裝置 對被測參量進行傳感、轉(zhuǎn)換、信號調(diào)理、顯示記錄的（機械、電子、光學(xué)等）裝置的統(tǒng)稱。 理想的測試裝置應(yīng)該具有單值的、確定的輸入/輸出特性。其中以線性的輸入/輸出特性是最期望的。 測試裝置的特性: 1. 靜態(tài)特性 測試裝置對不隨時間變化或隨時間緩慢變化的信號所呈現(xiàn)出來的傳輸特性 2. 動態(tài)特性 測試裝置對隨時間快速變化的信號所呈現(xiàn)出來的傳輸特性 22. 線性時不變系統(tǒng): 若線性系統(tǒng)微分方程中的各系數(shù)（取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)）不隨時間變化，則稱之為時不變系統(tǒng)（定常系統(tǒng)） 。既是線性又是時不變的系統(tǒng)稱為線性時不變系統(tǒng)。 線性時不變系統(tǒng)的主要性質(zhì): 1. 比例疊加性質(zhì)

18、 2. 時不變性質(zhì) 在同樣的初始條件下， 線性時不變系統(tǒng)的輸出與系統(tǒng)輸入的作用時刻無關(guān)。這是因為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)（特性）不隨時間變化的原因。3. 頻率保持性質(zhì) 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出信號的頻譜中有且僅有與輸入信號的頻譜中頻率相同的頻率成分。 如果輸出信號中包括有其它頻率成分，則或是由系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲、外部干擾所引起，或是由于系統(tǒng)的輸入太大使系統(tǒng)工作在非線性區(qū)而導(dǎo)致，或是系統(tǒng)中存在明顯的非線性環(huán)節(jié)。 頻率保持性是線性時不變系統(tǒng)非常重要的性質(zhì)之一，據(jù)此可通過信號分離技術(shù)排除各種干擾與噪聲，最大限度地提取出信號中的有用信息。 4. 微分積分性質(zhì) 據(jù)此性質(zhì)，不僅可以大大簡化某些信號分析、特性分析等計算問題，還可實現(xiàn)

19、某些物理量的間接測量。例如，只要測得位移、速度、加速度信號中的一個，就可根據(jù)線性時不變系統(tǒng)的微分、積分性質(zhì)確定出其他兩個信號。 23. 靜態(tài)特性 測試裝置對不隨時間變化或隨時間緩慢變化的信號所呈現(xiàn)出來的傳輸特性。 測試裝置的主要靜態(tài)特性指標通常是通過靜態(tài)標定（校準、定度）來確定出來的。 靜態(tài)特性的主要指標: 1. （靜態(tài)）靈敏度 單位輸入變化所引起的輸出變化，即標定曲線上各點處的斜率。 2. 線性度 標定曲線接近擬合直線（理想直線）的程度。(線性度也稱為線性誤差、 非線性度、 非線性誤差。 線性度是測試裝置的精度指標之一，其值越小越好。 為保證測試的精度，實際的測試裝置應(yīng)工

20、作在線性較好的區(qū)域。同時，應(yīng)采取各種軟、硬件方面的技術(shù)措施，最大限度地減小線性度。 線性度不超過規(guī)定數(shù)值的測量范圍稱為線性范圍。) 3. 回程誤差 測試裝置沿正、反兩個方向（輸入從小到大、從大到?。┕ぷ鲿r所呈現(xiàn)的實際輸入/輸出特性之間的最大差異與量程之比的百分數(shù)。（也稱為遲滯）。 24. 動態(tài)特性 測試裝置對隨時間快速變化的信號所呈現(xiàn)出來的傳輸特性。 機理: 測試裝置中存在儲能元件（電容、電感、彈性元件等）及慣性元件（質(zhì)量），它們對頻率（變化快慢）不同的信號的響應(yīng)特性不同。 描述方法（數(shù)學(xué)模型）: 時（間）域 脈沖響應(yīng)函數(shù) h(t)、復(fù)頻域 傳遞函數(shù) H（s）、頻（率）

21、域 頻率響應(yīng)函數(shù) H（jw） 動態(tài)特性的時域描述——脈沖響應(yīng)函數(shù)： 1. 脈沖響應(yīng)函數(shù)給測試裝置輸入一單位脈沖信號，所對應(yīng)輸出的時域表達函數(shù)稱為單位脈沖響應(yīng)函數(shù)（簡稱脈沖響應(yīng)函數(shù)），用 h(t) 表示。 脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)為測試裝置在特定輸入d (t)情況下的輸出，實質(zhì)反映的是測試裝置的動態(tài)特性。 脈沖響應(yīng)函數(shù) h(t)由系統(tǒng)微分方程隱含。 2. 測試裝置對任意輸入的響應(yīng)測試裝置對任意輸入的響應(yīng)等于脈沖響應(yīng)函數(shù)與輸入的卷積分。 動態(tài)特性的復(fù)頻域描述——傳遞函數(shù)： 傳遞函數(shù) H（s）的分母完全由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所決定，分子則取決于輸入（激勵）、輸出（響應(yīng)）的作用位置。

22、 傳遞函數(shù)H（s）是一種描述測試裝置動態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型， 因此不同的測試裝置可能具有相同形式的傳遞函數(shù)——相似系統(tǒng)。 關(guān)于頻響函數(shù)的說明：1.頻率響應(yīng)函數(shù)H（jw）雖然由輸入、輸出信號定義，但其反映的是測試裝置的特性，與輸入、輸出信號無關(guān)。 2. 頻率響應(yīng)函數(shù)反映的是測試裝置對不同頻率正弦諧波信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性。通過給測試裝置輸入不同頻率的正弦諧波激勵，測出測試裝置對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)輸出，即可得到測試裝置的頻率響應(yīng)。 3. 頻率響應(yīng)函數(shù)一般為關(guān)于頻率w的復(fù)函數(shù)。 頻響曲線：包括奈魁斯特（ Nyquist）圖（P(w) -w 圖形稱為實頻特性曲線， Q(w) -w 圖形稱

23、為虛頻特性曲線。在復(fù)平面內(nèi)， P(w) - Q(w) 圖形） 和 波德（ Bode）圖（A(w) -w 圖形稱為幅頻特性曲線， j(w) -w 圖形稱為相頻特性曲線。繪制幅、相頻特性曲線時，通常將橫坐標 w 取為對數(shù)刻度 ，將A(w)也取為對數(shù)刻度 （分貝， dB），這樣繪出的幅、頻特性曲線） 一階系統(tǒng)的動態(tài)特性只與時間常數(shù)t有關(guān)。 二階系統(tǒng)的動態(tài)特性受固有頻率 wn和阻尼比 x 的共同影響。阻尼比影響系統(tǒng)的工作狀態(tài)：無阻尼（x=0）、過阻尼（x>1）、欠阻尼（0

24、 高階系統(tǒng) 高階系統(tǒng)可以看成是由若干個一、二階系統(tǒng)經(jīng)過串聯(lián)、并聯(lián)或反饋組成的。 高階系統(tǒng)的動態(tài)特性可由組成該高階系統(tǒng)的一、二階系統(tǒng)的動態(tài)特性獲得。 25. 實現(xiàn)不失真測試 1. 實時測控 此時應(yīng)滿足 y(t) = A0 x(t) 2. 一般測試 此時應(yīng)滿足y(t) = A0 x(t - t0 )。 一、二階系統(tǒng)實現(xiàn)不失真測試的條件 1. 一階系統(tǒng) 2. 二階系統(tǒng) （上方圖） 26. 負載效應(yīng) 測試裝置與被測對象之間、測試裝置內(nèi)部各環(huán)節(jié)之間的相互聯(lián)接，必然產(chǎn)生相互作用而引起能量交換，使各自的

25、工作狀態(tài)發(fā)生改變。測試裝置是被測對象的負載，測試裝置中后接環(huán)節(jié)是前面環(huán)節(jié)的負載。由于負載的加入從而使被測對象或前面環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為負載效應(yīng)。 減小負載效應(yīng)的措施：1. 提高后接環(huán)節(jié)（負載）的輸入阻抗，降低本環(huán)節(jié)的輸出阻抗。 2. 使用高輸入阻抗、低輸出阻抗的有源放大器對兩個相連接的環(huán)節(jié)進行阻抗匹配，利用有源放大器的能量補充使前后兩個環(huán)節(jié)之間的相互影響盡可能地小。 3. 采用負反饋等技術(shù)，使后接環(huán)節(jié)幾乎不從前面環(huán)節(jié)吸取能量。 27. 頻響函數(shù)反映了測試裝置對不同頻率的正弦（諧波）輸入的穩(wěn) 態(tài)響應(yīng)特性。其中幅頻特性是測試裝置對不同頻率信號幅值的 影響；相頻特性

26、是測試裝置對不同頻率信號初相位的影響。 28. 實現(xiàn)不失真測試的條件是：在輸入信號的頻帶內(nèi)，測試裝置的 幅頻特性值應(yīng)為常數(shù)，相頻特性值與信號頻率保持比例關(guān)系。 這就需要測試信號的頻譜與測試裝置的動態(tài)特性一定要協(xié)調(diào)， 才能最大限度地實現(xiàn)不失真測試。 29. 傳感器的定義: 能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸 出信號的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 30. 傳感器的功能: 1.感受 2.轉(zhuǎn)換 可用輸出信號是指便于傳輸、轉(zhuǎn)換及處理的信號，主要包括電信號、光信號等。大部分傳感器是將被測參量轉(zhuǎn)換成電信號（電壓、電流、電荷）或電參數(shù)（電阻、電容、電感）。 傳感器的

27、轉(zhuǎn)換主要依賴于傳感器敏感元件所具有的某些物理效應(yīng)（如應(yīng)變效應(yīng)、光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)等）和某些物理原理（如電磁感應(yīng)定律、歐姆定律等）而實現(xiàn)的。 31.傳感器的組成： 32.傳感器的分類：（一）按被測參量屬性分：位移、速度、加速度、力與應(yīng)力、壓力、流量、溫度、濕度、濃度 （二）按工作原理分：電阻式、電感式、電容式、壓電式、磁電式、光電式、熱電式、半導(dǎo)體式、超聲波式 （三）按參量轉(zhuǎn)換特征分：結(jié)構(gòu)型傳感器（依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)（如形狀、尺寸等）的變化實現(xiàn)測量變換。）、物性型傳感器（利用某些功能材料本身所具有的內(nèi)在物理性質(zhì)及物理效應(yīng)實現(xiàn)測量變換。 物性型傳感器是未來傳感器的發(fā)展

28、方向。） （四）按能量轉(zhuǎn)換關(guān)系分：能量轉(zhuǎn)換型（發(fā)電型）、能量控制型（參量型） （五）按輸出信號狀態(tài)分：模擬傳感器、數(shù)字傳感器 33. 電阻式傳感器 電阻式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成傳感器電阻變化的傳感器。 分類：變阻器式、電阻應(yīng)變式、敏感電阻式 測量原理：直線位移型、角位移型、非線性函數(shù)型 主要特性：1. 理論上為零階系統(tǒng)，靜態(tài)靈敏度為常數(shù)（非線性函數(shù)型除外）。 2. 與后續(xù)電路相連時的負載特性為非線性的。 只有當(dāng) RL >> Rp 時， eo - x 才為線性比例關(guān)系 3. 傳感器自身存在階梯特性。受導(dǎo)線直徑 d 的限制，其分辨力一般很難達到0.02mm。 4. 結(jié)構(gòu)

29、簡單，性能穩(wěn)定，受溫度、濕度、電磁干擾等環(huán)境因素的影響小，輸出信號大，成本低，精度較高。 5. 存在摩擦和磨損，噪聲大，抗沖擊、振動性能差，易受灰塵等因素的影響，要求大能量輸入，動態(tài)特性差。 電阻應(yīng)變式傳感器（電阻應(yīng)變片） 電阻應(yīng)變片感受應(yīng)變的部分稱為敏感柵。 敏感柵的材料有金屬導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體材料兩種，所制成的應(yīng)變片分別稱為金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片。金屬應(yīng)變片敏感柵的結(jié)構(gòu)型式有絲式和箔式兩種。 電阻應(yīng)變片的初始電阻有60Ω 、 120Ω 等多種。 應(yīng)用：1. 直接測定結(jié)構(gòu)的應(yīng)力或應(yīng)變 2. 將應(yīng)變片貼于彈性元件上制成各種用途的應(yīng)變傳感器 性能特點：

30、34.電容式傳感器 分類：1.變極距型電容傳感器（為改善線性度、提高靈敏度等，電容式傳感器常制成差動式 變極距型電容傳感器的靈敏度高，缺點是量程小、線性差。） 2.變面積型電容傳感器（變面積型電容傳感器的量程大、線性好，缺點是靈敏度低。） 3. 變介質(zhì)型電容傳感器（測量電路 見圖） 35.電感式傳感器 分類：自感性、互感性、渦流型 自感傳感器（可變磁阻式） 單線圈自感傳感器多用于微小位移測量。 為改善線性度，擴大測量范圍，實際的自感傳感器多做成差動式。 差動連接的優(yōu)點：1. 提高了靈敏度 2. 改善了線性度 3. 可實現(xiàn)對某些誤差的補償 互感傳感器（差動

31、變壓器） 出于改善特性以及結(jié)構(gòu)上的考慮，互感傳感器通常都制成差動螺管型（差動變壓器）。 可應(yīng)用于表面粗糙度測量 渦流傳感器 渦（電）流傳感器是基于電磁感應(yīng)中的渦流效應(yīng)工 作的。 磁通的變化相當(dāng)于線圈等效阻抗的變化。 36. 壓電式傳感器 壓電式傳感器是一種發(fā)電型的可逆換能器，它利用了某些物質(zhì)材料所具有的壓電效應(yīng)，既可以把機械能（力、壓力等）轉(zhuǎn)換成電能（電荷、電壓等），也可以把電能轉(zhuǎn)換成機械能。 壓電效應(yīng)：某些物質(zhì)（如石英），當(dāng)受到外力作用時，不僅其幾何尺寸發(fā)生變化產(chǎn)生變形，而且其內(nèi)部還出現(xiàn)極化現(xiàn)象，某些表面上出現(xiàn)電荷，形成電場。當(dāng)外力去掉時，又回到原來的狀

32、態(tài)。外力大小、方向改變時，電荷的多少、極性也隨之改變。 這種現(xiàn)象稱為（正）壓電效應(yīng)。 若將這些物質(zhì)置于電場中，其幾何尺寸也發(fā)生變化，這種由于外電場作用導(dǎo)致物質(zhì)機械變形的現(xiàn)象，稱為逆壓電效應(yīng)或電致伸縮效應(yīng)。 壓電材料：壓電晶體、壓電陶瓷、高分子壓電材料 壓電效應(yīng)的種類：1.縱向壓電效應(yīng)—— 沿 x 方向施力，在 y-z 平面上產(chǎn)生電荷 2.橫向壓電效應(yīng)—— 沿 y 方向施力，在 y-z 平面上產(chǎn)生電荷 3.切向壓電效應(yīng)—— 沿 y-z 平面或 x-z 平面施加剪切力，在 y-z 平面上產(chǎn)生電荷 從信號變換角度看，壓電傳感器相當(dāng)于一個電荷發(fā)生器。 從結(jié)構(gòu)上看，它又是一個靜電電容器。 等

33、效電路 測量電路（前置放大器） 種類：電壓放大器、電荷放大器 功用：1. 阻抗匹配 將傳感器的高輸出阻抗變換成低阻抗輸出 2. 轉(zhuǎn)換放大 對傳感器輸出的微弱電荷信號/電壓信號進行轉(zhuǎn)換放大 電壓放大器適用于高頻信號的測量而不適用于靜態(tài)或低頻信號的測量，但其線路簡單、成本低。 電荷放大器不僅適用于高頻信號的測量，也適用于低頻信號乃至靜態(tài)信號的測量，但其線路復(fù)雜、成本高。 37. 磁電式傳感器 磁電式傳感器也稱為電動力式傳感器或電磁感應(yīng)式傳感器，其工作利用的是電磁感應(yīng)原理——線圈在磁場中切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。磁電式傳感器一般是將速度轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電動勢，屬

34、于發(fā)電型傳感器。 磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有關(guān)，改變其中一個因素，就會改變感應(yīng)電動勢。 分類：動圈式、動鐵式、磁阻變化式 38. 光柵傳感器 特點：1. 對應(yīng)關(guān)系 一個柵距變化對應(yīng)一個莫爾條紋變化 2. 放大作用 K = BH /W 1/q 3.平均作用 莫爾條紋是多條刻線共同作用形成的 種類：長光柵與圓光柵、透射光柵與反射光柵 組成：光源、透鏡、主光柵、指示光柵、光電元件 39. 角度編碼器 角度編碼器是一種將角位移 轉(zhuǎn)換成電信號的旋轉(zhuǎn)式角度位置傳感器。 分為：增量式光電編碼器、絕對式光電編碼器 40光電傳感器 . 光電傳感器的轉(zhuǎn)換原理是基于半

35、導(dǎo)體材料的光電效應(yīng) 分為：光敏電阻、光電池、光敏管、位置敏感元件PSD 41. 霍爾元件 以霍爾元件為核心的傳感器稱為霍爾傳感器。 應(yīng)用：a) 線位移測量 b) 角位移測量 c) 信號相乘運算d) 零件計數(shù) e) 轉(zhuǎn)速測量 f) 壓力測量 42. 熱敏元件一般指的是熱敏電阻 43. 磁敏元件 磁敏元件將磁場的變化轉(zhuǎn)換為電量或電參數(shù)的變化，它們的工作原理基于磁電轉(zhuǎn)換的霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)。當(dāng)一載流導(dǎo)體置于外磁場中時，其電阻將隨磁場的變化而變化。磁敏元件主要包括磁敏電阻、磁敏晶體管和霍爾元件等。 44.超聲波的特點：1. 頻率高、波長短、能量大、穿透力強 2. 方向性好，遵循幾何

36、光學(xué)的基本規(guī)律 3. 在固體、液體介質(zhì)中傳播時的衰減小 45. 傳感器的選用原則 選擇傳感器時，主要應(yīng)考慮傳感器的類型、靈敏度、頻率響應(yīng)特性、線性范圍、可靠性與穩(wěn)定性、精度、工作方式等幾個方面的因素 1. 傳感器的類型 為實現(xiàn)對某一參數(shù)的測試，可供選用的傳感器類型可能會有很多。不同類型的傳感器在原理、測量方式、信號輸出方式、精度、動態(tài)特性等諸多方面有著很大的差異。 2. 靈敏度 一般來說，傳感器的靈敏度越高越好。但應(yīng)注意：靈敏度越高，外部干擾、噪聲越容易混入。 一般來說，靈敏度越高測量（線性）范圍越小。如果被測參數(shù)為二維或三維向量，則各測量方向上的單向靈敏度越高越好、交叉靈敏度越

37、低越好。 3. 頻率響應(yīng)特性 在被測參數(shù)的頻帶內(nèi)，所選傳感器應(yīng)能實現(xiàn)近似的不失真測試；與幅頻特性對應(yīng)的靈敏度應(yīng)盡可能高些，與相頻特性對應(yīng)的響應(yīng)時間越短越好。物性型傳感器的頻響特性比結(jié)構(gòu)型傳感器要好；非接觸式傳感器的頻響特性比接觸式傳感器要好。 4. 線性范圍 何傳感器都有一定線性工作范圍。 在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。 傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測試精度的基本條件。 5. 可靠性與穩(wěn)定性 傳感器的可靠性主要取決于設(shè)計、制造及使用時的工作環(huán)境條件等因素，特別是受后者的影響很大。穩(wěn)定性指的是測試裝置在長時間工作后或工作條件發(fā)生變化后保持其性能不變

38、的能力。穩(wěn)定性主要有時間穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是傳感器可靠工作的條件和保證。 6. 精度 傳感器是測試系統(tǒng)的前沿環(huán)節(jié)，其精度將直接影響整個系統(tǒng)的使用性能。選用傳感器時，要綜合考慮精度的使用要求與經(jīng)濟性。一般在滿足精度使用要求的前提下，盡可能選用價廉的傳感器。 7. 工作方式 接觸測量與非接觸測量 破壞性檢驗與非破壞性檢驗 在線測試與非在線測試 8. 其他 結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價廉、易于維護等。 46. 某些傳感器需要借助于測量電路才能將被測量轉(zhuǎn)換成電信號。 一般來說，非接觸式傳感器的動態(tài)特性好于接觸式傳感器。 47. 電橋 電橋是一種常用的電子線路，用來將電橋某些參數(shù)的微小

39、變化轉(zhuǎn)換成較大的輸出電壓或輸出電流的變化。用于測試系統(tǒng)中的電橋稱為測量電橋（以下簡稱為電橋），它可將被測參數(shù)（傳感器的電阻、電感、電容或傳感器輸出的電壓等）的變化轉(zhuǎn)換為電橋輸出電壓或輸出電流的變化。 測量裝置中最常用的電橋是惠斯登電橋。 分類：（一）按電橋供電電源的性質(zhì)分： 直流電橋、交流電橋 （二）按橋臂元件的阻抗性質(zhì)分：純電阻電橋（阻抗角 j = 0）、純電容電橋（j = -90）、純電感電橋（j = +90）、容性電橋（- 90o< j < 0）、感性電橋（0< j < 90） （三）按電橋輸出的測量方式分：不平衡電橋（偏差法）、平衡電橋（零位法） (四) 傳感器接

40、入電橋形式：半橋單臂、半橋雙臂、全橋 差動連接的優(yōu)點：1. 提高了靈敏度 2. 改善了線性度 3. 可實現(xiàn)對某些誤差的補償 半橋雙臂接法的靈敏度比半橋單臂接法高一倍；全橋接法的靈敏度又比半橋雙臂接法高一倍。 直流電橋的特點：1. 所需的高穩(wěn)定度直流電源容易獲得。 2. 輸出可用直流儀表直接測量顯示。 3. 易于實現(xiàn)電橋的平衡調(diào)節(jié)。 4. 輸出需接直流放大器，易受零漂和接地電位的影響。 交流電橋的特點：1. 輸出為高頻調(diào)幅波，不易受外界工頻干擾 2. 轉(zhuǎn)換精度高 3. 易于實現(xiàn)不失真測試 4. 后接的交流放大器結(jié)構(gòu)簡單、零漂小 5. 輸出調(diào)幅波一般需經(jīng)相

41、敏檢波器進行解調(diào) 6. 供橋電源要具有較高的幅值、頻率穩(wěn)定性和良好的波形 帶感應(yīng)耦合臂交流電橋的特點：1. 克服了寄生參數(shù)（寄生電容、電感等）的影響 2. 使用變壓器可隔離直流干擾 3. 頻率范圍較寬，性能穩(wěn)定、靈敏度及轉(zhuǎn)換精度較高 48. 測量放大器（測量放大電路） 種類：基本運算放大電路、專用測量放大電路、可編程測量放大器、功率放大電路、隔離放大電路、增益調(diào)整放大電路 特點：1.廣泛使用各種集成放大器，其中以由集成運算放大器組成的基本運算電路、專用測量放大電路應(yīng)用最多。2.廣泛采用各種負反饋技術(shù)來改善放大器的性能 49. 調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制：用原始

42、緩變信號（通常為被測信號）控制高頻信號的某個特征參數(shù)（幅值、頻率、相位等），使所得已調(diào)波的相應(yīng)參數(shù)隨被測信號的變化而變化 解調(diào)：從處理后的已調(diào)波中將原始緩變信號還原出來 調(diào)制信號：用來控制高頻信號的緩變信號（通常為被測信號） 載波：被調(diào)制的高頻信號，其作用是承載被測信號的有關(guān)信息 已調(diào)波：調(diào)制后得到的高頻信號（調(diào)幅信號、調(diào)頻信號等，或稱為調(diào)幅波、調(diào)頻波等） 調(diào)制的方法：幅值調(diào)制 調(diào)幅（AM）、頻率調(diào)制 調(diào)頻（FM）、相位調(diào)制 調(diào)相（PM）、脈沖寬度調(diào)制 調(diào)寬（PWM） 調(diào)制的目的：1. 有利于提高信號傳輸中的抗干擾能力和信噪比，有利于信號的遠距離傳輸 2.

43、有利于實現(xiàn)不失真測試 3. 后續(xù)測試裝置的動態(tài)特性只需在此相對很窄的范圍內(nèi)滿足不失真測試條件即可，因此通過調(diào)制可降低對 后續(xù)測試裝置的要求 調(diào)幅原理：在時域內(nèi)，調(diào)幅就是將調(diào)制信號與高頻載波信號相乘的過程，用調(diào)制信號去控制已調(diào)波的幅值，使所得到的高頻已調(diào)波（稱為調(diào)幅波、調(diào)幅信號）的幅值隨調(diào)制信號的變化而變化。 在頻域內(nèi)，調(diào)幅過程是一個“頻譜搬移”過程 。 調(diào)幅過程中的載波不僅要保證幅值的高度穩(wěn)定，其頻率也要足夠高。一般應(yīng)保證 fc 10 f m 調(diào)幅波的頻譜分布在相對變化很窄的一個范圍內(nèi)，因此有利于信號的交流放大、有用信號與無用信號的鑒別，有利于保證不失真測

44、試條件的實現(xiàn)。 調(diào)幅裝置：凡是能實現(xiàn)信號相乘的裝置都可作為調(diào)幅裝置（例如：交流電橋、霍耳傳感器等） 調(diào)幅的解調(diào)——鑒幅 適用于任何形式調(diào)制信號的調(diào)幅信號的解調(diào)。 同步解調(diào)利用了單位脈沖函數(shù)的卷積分性，將處理后的調(diào)幅信號與載波信號在時域內(nèi)再乘一次，則在頻域內(nèi)實現(xiàn)“第二次頻譜搬移”，從而恢復(fù)、還原出調(diào)制信號原來的頻譜。 包絡(luò)檢波 適用于調(diào)制信號為單邊（單極性）變化的調(diào)幅信號的解調(diào)。通過獲取調(diào)幅信號的包絡(luò)線還原出調(diào)制信號。 實現(xiàn)過程：1. 全波整流（將雙邊變化的調(diào)幅信號調(diào)理成單邊變化的調(diào)幅信號） 2. 低通濾波（濾除單邊變化調(diào)幅信號中的高頻成分） 相敏檢波 對于調(diào)制信號為

45、雙邊（雙極性）變化的調(diào)幅信號的解調(diào)，必須使用相敏檢波，以檢出調(diào)制信號的極性變化。 最常用的相敏檢波電路是二極管環(huán)型相敏檢波電路。 調(diào)幅的應(yīng)用：電容式測微測振儀、動態(tài)電阻應(yīng)變儀、差動變壓器式電感測微儀 調(diào)頻原理：調(diào)頻是將調(diào)制信號的變化轉(zhuǎn)換成調(diào)頻波頻率的變化。例如，用調(diào)制信號控制一振蕩器，使振蕩器輸出振蕩信號的頻率隨調(diào)制信號的變化而變化。 調(diào)制信號為零時，振蕩器輸出的調(diào)頻波的頻率稱為中心頻率（即載波頻率 f0）。 調(diào)頻裝置：直接調(diào)頻、壓控振蕩器（VCO）調(diào)頻、單片集成壓控振蕩器芯片 調(diào)頻的解調(diào)——鑒頻 諧振式鑒頻器 50. 濾波器及其功用 濾波器是一種可以對信號中的頻

46、率成分進行篩選、過濾的裝置。它可以使信號中某些特定的頻率成分通過，極大地衰減不期望存在的其他頻率成分。 功用：信號分離（選頻）、干擾噪聲抑制、信號平滑處理 分類：（一）按工作原理分：電子濾波器、光學(xué)濾波器、機械濾波器 （二）按選頻范圍分：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器 51. 測量電橋是實現(xiàn)微弱參量測量轉(zhuǎn)換的主要裝置之一。將電橋接成差動式可以提高靈敏度、改善線性度，并可實現(xiàn)對某些同極性誤差的補償。 52. 信號調(diào)理裝置在測試系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，是測試系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)之一.

47、 53. 信號的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)可以提高測試系統(tǒng)的抗干擾能力和傳輸能力，有利于信號的交流放大，有利于不失真測試的實現(xiàn)。 54. 在測試系統(tǒng)的適當(dāng)位置上使用某些濾波器，可以實現(xiàn)信號的分離，從信號中排除各種干擾、噪聲，有利于有用信息的獲取。除模擬濾波外，數(shù)字濾波技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。 55. 顯示記錄裝置 功用：顯示記錄裝置用來顯示、記錄反映被測參量變化過程的信號，它是測試系統(tǒng)的最后輸出環(huán)節(jié)，其功用主要包括兩個方面：1對測試系統(tǒng)所獲取的信號進行顯示，使之變成人們能夠直接觀察的圖形。. 2. 對測試系統(tǒng)所獲取的信號進行記錄、保存，供日后用其他手段進行信號分析、處理和重放，某些顯示記錄裝置本身就具

48、有信號分析、處理和重放的功能。 分類：電位計式記錄儀和檢流計式記錄儀、顯式記錄儀和隱式記錄儀、模擬式記錄儀和數(shù)字式記錄儀 性能特點：1. 電位計式記錄儀記錄已轉(zhuǎn)換成電壓的測試信號，屬于零位平衡式伺服系統(tǒng)。 2. 記錄幅值的精度較高，誤差一般不超過滿量程的0.2%~0.5% 。 3. 因其運動部分的機械慣性較大，故只能記錄變化緩慢的低頻信號（一般在10Hz以下）。 檢流計式記錄儀（筆式記錄儀、光線示波器等）為二階系統(tǒng)。 性能特點：1. 檢流計式筆錄儀是一個二階系統(tǒng)。為實現(xiàn)信號的不失真記錄，應(yīng)滿足x = 0.707 且 fmax / fn 0.4 。 2. 靈敏度較高，記

49、錄精度也較高。3. 因轉(zhuǎn)動慣量較大及游絲剛度較小，故固有頻率較低，加上摩擦，因此其可記錄信號的頻率也較低， 通?！?00Hz。 光線示波器 性能特點：1. 光線示波器的動態(tài)特性由振子的動態(tài)特性決定。 2.振子是一個二階系統(tǒng)，其動態(tài)特性與檢流計式筆式記錄儀相似。為實現(xiàn)信號的不失真記錄，也應(yīng)滿足 x = 0.707且 fmax / fn 0.4 。 3. 使用光線示波器時，應(yīng)選用固有頻率適當(dāng)?shù)恼褡?，其固有頻率應(yīng)滿足上面的不失真記錄條件。 4. 固有頻率較高的振子（ >400）的阻尼主要由油阻尼產(chǎn)生，固有頻率較低的振子（ <=400）的阻尼主要由電磁阻尼產(chǎn)生。 記錄方式：1. 模擬

50、方式（直接記錄方式（DR方式）、調(diào)頻記錄方式（FM方式）、脈寬調(diào)制方式（PDM方式）） 2. 數(shù)字方式（特點：1. 工作頻帶寬，可記錄直流信號及數(shù) 模擬方式 MHz的交流信號。 2. 所記錄的信息可長久保存，必要時可實現(xiàn)信號的重放。 3. 能同時記錄多路信號，在工作頻帶內(nèi)可保證這些信號之間的時間和相位關(guān)系。 4. 具有變換信號時基（時間尺度）的能力 5. 既可記錄模擬信號，也可記錄數(shù)字信號。 6. 記錄速度快，記錄數(shù)字信號時可高達1MB/s 7. 可與計算機配合，進行大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理、分析。） 數(shù)字存儲示波器 工作方式：1. 模擬方式 2. 存儲方式 56. 信號的顯示、記錄是獲

51、取被測對象有用信息的基本方式，顯示記錄裝置是測試系統(tǒng)的基本組成部分之一。 57. 檢流計式記錄儀是主要的傳統(tǒng)顯示記錄儀器，這類儀器為二階系統(tǒng)，選用時其動態(tài)特性應(yīng)滿足二階系統(tǒng)的不失真測試條件。 58. 數(shù)字存儲示波器除具備傳統(tǒng)示波器的功能外，最主要的特點是可以將所要記錄、顯示的信號以數(shù)字的方式存儲起來，既可以實時顯示，也可以日后顯示，還可以對信號進行數(shù)字信號處理與分析，因此已逐漸成為主流的顯示記錄裝置。 59. 機械振動 一種特殊的運動形式，指的是機械系統(tǒng)的某些運動學(xué)參數(shù)（如振幅、振動速度、振動加速度等）在一定數(shù)值附近隨時間變化的振蕩現(xiàn)象。 機械振動（以后簡稱振動）是工程技術(shù)中常見的物理

52、現(xiàn)象。除了利用振動原理進行工作的機械以外， 一般情況下振動都是有害的。振動能破壞機械的正常工作，加快機械的失效，降低其壽命。振動本身以及由它引起的噪聲，對人體的健康也是有害的。通過對機械設(shè)備振動的測試，可以對其工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測，進行故障診斷，還可以為改進機械系統(tǒng)的動態(tài)特性提供依據(jù)。 分類：(一) 按產(chǎn)生振動的原因分：自由振動、受迫振動、自激振動 （二）按振動系統(tǒng)的自由度分：單自由度振動、多自由度振動、連續(xù)彈性體振動 （三）按振動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的特征分：線性振動、非線性振動 （四）按振動參數(shù)隨時間的變化規(guī)律分 常用測振傳感器：

53、壓電式加速度計（使用時，將壓電式加速度計剛性連接在振動物體上，傳感器通常后接電荷放大器）、磁電式振動速度傳感器、應(yīng)變式加速度計、電容式加速度計、三向（軸）加速度傳感器 在很多場合下，需要按一定的方法通過激振設(shè)備使特定的機械系統(tǒng)振動起來，然后通過振動測量獲取該系統(tǒng)的有關(guān)信息。例如：1. 研究系統(tǒng)的動態(tài)特性，對機械結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析（如固有頻率、振型、動剛度、阻尼等）。 2. 產(chǎn)品環(huán)境試驗，即一些機電產(chǎn)品在一定振動環(huán)境下進行的耐振試驗，以便檢驗產(chǎn)品性能及壽命情況等。 3. 拾振器及測振系統(tǒng)的校準試驗。 60. 測振傳感器 也稱為拾振器（pick up），是將被測振動參數(shù)（振

54、幅、振動速度、振動加速度）轉(zhuǎn)換為與之有對應(yīng)關(guān)系的參量（如電荷、電壓、電流、電阻、電容等）的傳感裝置。 分類: （一）按是否與被測物體接觸分：接觸式、非接觸式 (二) 按所測振動的性質(zhì)分：慣性式（絕對式）、相對式 慣性式測振傳感器 常用激振方法：穩(wěn)態(tài)正弦激振（屬于窄帶激振， 應(yīng)用普遍。分點頻激振和掃頻激振，常用磁電式激振器、電液式激振器實現(xiàn)。優(yōu)點：激振功率大、信噪比高、能保證響應(yīng)測試的精度。缺點：需要較長的測定時間）、隨機激振（屬于寬帶激振，用白噪聲信號、偽隨機信號或在實際工況記錄下來的隨機信號作為激振的信號源。該方法具有快速實時的優(yōu)點，但設(shè)備較復(fù)雜，價格昂

55、貴）、瞬態(tài)激振（屬于寬帶激振，其測試設(shè)備簡單，靈活性大，故常在生產(chǎn)現(xiàn)場使用。★ 快速正弦掃描 激振★ 脈沖激振（最常用）★ 階躍激振） 常用測振設(shè)備：脈沖錘（力錘）、激振器、阻抗頭 機械系統(tǒng)振動的主要參數(shù)是其固有頻率、阻尼比、振型等。實際上，任何機械系統(tǒng)的振動都是多自由度的，具有多個固有頻率，任何一點處的振動響應(yīng)都可以看成是多個單自由度振動響應(yīng)的疊加。對于小阻尼系統(tǒng)，在某個固有頻率附近對應(yīng)的響應(yīng)特別大，以致于可以忽略其他各階的振動響應(yīng)。因此，本節(jié)僅介紹單自由度振動參數(shù)（固有頻率、阻尼比）的估計（模態(tài)分析）方法，它們可近似作為多自由度振動系統(tǒng)的參數(shù)。 這種情況可用分析方法：1. 自由振

56、動法 2. 共振法（單自由度系統(tǒng)在受迫振動中，當(dāng)激振頻率接近固有頻率時，因共振而 導(dǎo)致振動響應(yīng)顯著增大。） 、 61. 機械振動是工程中最普遍的現(xiàn)象。機械系統(tǒng)的力學(xué)模型一般可近似視為二階的“質(zhì)量-彈簧-阻尼”系統(tǒng)。 62. 單自由度振動系統(tǒng)的受迫振動是振動測試的基礎(chǔ)，有兩種形式：◆ 由作用在質(zhì)量上的力所引起的受迫振動——其有關(guān)理論是振動系統(tǒng)動態(tài)特性測試、模態(tài)分析的理論基礎(chǔ) ◆ 由基礎(chǔ)運動所引起的受迫振動——其有關(guān)理論是慣性式測振傳感器測振的理論基礎(chǔ) 63. 慣性式測振傳感器測量振幅、振動速度、振動加速度的工作條件分別為 64. 計算機輔助測試（CAT） 一般指的是

57、用微處理器、單片機、個人計算機、工控機等組成測試系統(tǒng)所進行的測試。通過充分利用計算機系統(tǒng)的軟、硬件資源及網(wǎng)絡(luò)資源，達到擴展測試系統(tǒng)的功能、提高測試系統(tǒng)的性能等目的。 工作內(nèi)容：組成自動化測試 測控系統(tǒng)、智能儀器 儀器控制、虛擬儀器、網(wǎng)絡(luò)化測試。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（最后加 計算機系統(tǒng)） 計算機輔助測試系統(tǒng)組成（見下圖） 數(shù)據(jù)采集過程一般包括三個階段： 采樣、保持、量化與編碼 65. 采樣過程實質(zhì)上是把一個周期性脈沖序列與被采信號相乘的過程。 混疊 不滿足采樣定理的要求時將會發(fā)生頻率混疊，使信號的頻譜發(fā)生變化而產(chǎn)生失真。 泄漏 時域截斷會引起頻域的能量發(fā)

58、生泄漏，使信號的頻譜發(fā)生畸變而產(chǎn)生失真。 減小泄漏的技術(shù)措施：對采集到的數(shù)據(jù)采用適當(dāng)?shù)募哟疤幚恚訖?quán)處理）可以減小因時域截斷而產(chǎn)生的泄漏誤差（使主瓣的寬度盡可能地小、能量盡可能地大），常用的窗函數(shù)主要有：矩形窗、海明（Hamming）窗、三角窗、漢寧（Hanning）窗、高斯（Gauss）窗、其他：平頂窗、帕仁窗、布拉克曼窗、凱塞窗。 保持 在量化期間，使其輸出“定格”在采樣開始瞬間采樣器的輸入電壓值上 ，以減小量化誤差。 量化與編碼 以一定的電壓為基準（量化）電平，將采樣、保持后的離散模擬電壓轉(zhuǎn)換成表示為基準（量化）電平整數(shù)倍的數(shù)字量。 66. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的類型

59、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要組成環(huán)節(jié)： 1. 前置放大器 將輸入模擬電壓信號放大（或衰減）到A/D轉(zhuǎn)換器可接受的范圍內(nèi)，并實現(xiàn)阻抗匹配等預(yù)處理功能。 2. 采樣保持器（S/H） 保證模擬輸入信號的采樣并保持A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號在一次A/D轉(zhuǎn)換過程中保持不變。 控制信號為高電平期間， K 合上， C 充電——采樣 控制信號為低電平期間， K 打開， C 上電壓不變——保持 3. 多路選擇開關(guān)（MUX） 為“多選一”模擬電子開關(guān)，有多個輸入端和一個輸出端，由計算機或邏輯電路控制將其輸出端與某一輸入端接通。 4. A/D轉(zhuǎn)換器（ADC） 即模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，是把模擬電壓轉(zhuǎn)換成對應(yīng)二進制數(shù)字量

60、的裝置，是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心。 主要性能參數(shù)：分辨率、量程（單極性量程、雙極性量程）、轉(zhuǎn)換速率、轉(zhuǎn)換精度（絕對精度、相對精度）、線性誤差。 5. D/A轉(zhuǎn)換器（DAC） 將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬信號。D/A轉(zhuǎn)換器所輸出的模擬量大多為電流輸出形式，有些D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部設(shè)有運算放大器用來實現(xiàn)電流/電壓轉(zhuǎn)換（I/V轉(zhuǎn)換） ，因此可以直接輸出電壓（單極性輸出、雙極性輸出）。 67. 數(shù)字信號處理 數(shù)字信號處理的主要目的是為了使處理后的數(shù)字信號能真實地反映被測對象的相應(yīng)狀態(tài)，最大限度地減小各種測量轉(zhuǎn)換誤差；數(shù)字信號分析的主要目的則在于合理地從數(shù)字信號中提取關(guān)于被測對象的有關(guān)信息。 方法：1

61、. 數(shù)字濾波 用軟件實現(xiàn)，結(jié)果可靠性高 穩(wěn)定性好、可以實現(xiàn)截止頻率極低（例如0.01Hz）的低通濾波、數(shù)字濾波的方法多，使用靈活。 具體包括：算術(shù)平均值濾波、滑動（遞推）平均值濾波、加權(quán)平均值濾波、防脈沖干擾平均值濾波、低通數(shù)字濾波。 2. 標度變換 將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成以特定單位表示的被測量的實際值。 3. 非線性校正 測試系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)（包括ADC）所存在的非線性因素，使系統(tǒng)的輸出與輸入之間呈某種非線性關(guān)系，應(yīng)通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施予以校正。常用的方法有：● 硬件校正：使用某些非線性電路（如二極管電路），一般設(shè)置在信號調(diào)理電路的最后?！?軟件校正：利用計算機，通過對數(shù)字信號進行函數(shù)計算來實現(xiàn)。

62、 68.數(shù)字信號分析 分為：模擬分析法、數(shù)字分析法。 數(shù)字信號分析的理論基礎(chǔ)：傅里葉變換FT（離散傅里葉變換DFT、快速傅里葉變換FFT）、概率論與數(shù)理統(tǒng)計。 數(shù)字信號分析的基本原理：首先對模擬信號進行采樣、截斷（有時還要人為地做加權(quán)（窗）、數(shù)字濾波等處理），將持續(xù)時間無限長的連續(xù)時間信號轉(zhuǎn)換成有限長樣本的離散時間序列，最后在計算機上按一定的算法進行各種信號分析。 數(shù)字信號分析的方法：譜分析（頻譜分析（諧波分析）、功率譜分析、頻率響應(yīng)函數(shù)分析、相干函數(shù)分析、倒頻譜分析）、相關(guān)分析（直接法（自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)）、間接法（自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)））、小波分析 69. 將計算機引入測試系統(tǒng)，充分利用其軟、硬件資源及網(wǎng)絡(luò)資源，達到擴展測試系統(tǒng)的功能、提高測試系統(tǒng)的性能，是當(dāng)今測試技術(shù)的主要發(fā)展趨勢之一。 70. 計算機輔助測試的核心基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集，其中所涉及的采樣定理等是設(shè)計開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論依據(jù)。 [說明]還有一些考點因內(nèi)容繁多復(fù)雜本文檔尚未列出，包括：測試動，靜態(tài)特性相關(guān)計算、傳遞函數(shù)相關(guān)計算、信號調(diào)制相關(guān)計算、濾波部分相關(guān)計算等。這些內(nèi)容請參考教科書和相關(guān)例題、習(xí)題進行學(xué)習(xí)掌握。另外，本文檔中很多文字、圖片并非記憶背誦內(nèi)容，需要理解掌握，望君知曉。 [補充內(nèi)容] 25