《工程测试总结》PPT课件.ppt

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1、,工程测试技术,教材：王琨琦工程测试技术,机电工程测试技术,测试（Measurement and Test）是具有试验性质的测量，也可理解为测量和试验的综合。,测试的主要任务：是利用测量系统或者装置，精确地测量出各种被测物理量或者被测参量。,一、测试技术的基本概念,工程测试技术-前言,二、本课程主要内容,传感器信号处理测试方法,1.1 基本概念与研究内容,b.目的：,希望同学们通过本课程的学习，掌握各种常用传感器的基本工作原理、性能特点和适用范围；针对科研或工程中有关测试的问题选择适宜的测试方案；合理地选用传感器的敏感元件和基本测量电路，并提出对信号进行分析的有效方法。(即解决实际问题)。,1

2、.3 学习目的意义,绪论,信号分析基础,模拟量传感器,测试系统特性,模拟信号处理,数字信号处理,数字量传感器,测试方法,内容如下,1.1 基本概念与研究内容,2.1 信号的分类 2.2.信号的描述2.3.信号的频域描述2.4.傅立叶变换性质2.5.典型信号的频谱特性,工程测试技术基础,本章学习要求：,第二章、信号分析基础,工程测试技术基础,本章学习要求：,1.建立测试系统的概念 2.测试系统静态响应特性3.了解测试系统动态响应特性4、典型系统（零阶、一阶、二阶）5、测试系统不失真条件,第三章、测试系统特性,工程测试技术基础,1.电桥测量原理 2.信号调制解调原理3.滤波器工作原理,本章学习要求

3、：,第四章、模拟信号处理,了解信号的A/D转换原理掌握信号采样原理了解数字信号处理中信号截断、能量泄漏等现象。了解数字傅立叶变换的原理,工程测试技术基础,本章学习要求：,第五章、数字信号处理,了解传感器的分类掌握常用传感器测量原理了解传感器测量电路,工程测试技术基础,本章学习要求：,第六章、模拟量传感器,了解数字量传感器的基本原理、特点和应用掌握光栅传感器的工作原理和测量电路,工程测试技术基础,本章学习要求：,第七章、数字量传感器,工程测试技术基础,1 位移测量2 力、力矩测量3 压力的测量,本章学习要求：,第八章、测试方法,第二章、信号分析基础,本章学习要求：,2.1 信号的分类 2.2.信

4、号的描述2.3.信号的频域描述2.4.傅立叶变换性质2.5.典型信号的频谱特性,工程测试技术基础,2.1 信号的分类与描述,5 从可实现性-物理可实现信号与物理不可实现信号。,一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号,一般持续时间无限的信号都属于功率信号,2.1、信号的分类,第二章、信号分析基础,时域描述频域描述幅值域描述相关性描述,2.2、信号的描述,时域描述：以时间为独立变量，直接观测或记录信号，反映信号幅值随时间变化的关系。,频域描述：以频率为独立变量来表示信号，研究信号的频率结构，即组成信号的各频率分量的幅值及相位的信息。,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

5、信号波形更直观，丰富的信息,时域分析与频域分析的关系,2.3、频域描述,频域描述：以频率为独立变量来表示信号，研究信号的频率结构，即组成信号的各频率分量的幅值及相位的信息。,周期信号：傅立叶级数三角形式和复指数形式,非周期信号：傅立叶变换,2.4、傅立叶变换的性质,1.线性叠加性,2.对称性,3.比例性（时间尺度改变性）,4.时移与频移特性,5.积分与微分特性,6.卷积特性,2.4 傅立叶变换的性质,f,x(f),可推出：,若 x(t)X(f)，则 X(t)x(-f),对称性,t,x(t),X(f),f,T,-T,1/2T,-1/2T,t,x(t),X(f),f,T/4,-T/4,2/T,-2

6、/T,2.4 傅立叶变换的性质,时间尺度改变性,2.4 傅立叶变换的性质,2.4 傅立叶变换的性质,微分特性,积分特性,微分、积分特性可以用于解决位移、速度、加速度之间的特性推导；,2.5、典型信号的频谱,1）矩形窗函数与Sinc函数,结论：时域有限，其频谱无限。频域有限，则时域无限。,2）函数,函数卷积特性：,脉冲序列的频谱,函数频谱：1,3）余弦与正弦函数,工程测试技术基础,本章学习要求：,1.建立测试系统的概念 2.测试系统静态响应特性3.了解测试系统动态响应特性4、典型系统（零阶、一阶、二阶）5、测试系统不失真条件,第三章、测试系统特性,线性系统(时域描述),3.1 测试系统概论,也称

7、为时不变线性系统，即ana0,bmb0均为常数,3.1 测试系统基本要求：,1）理想测试系统应该具有单值的、确定的输入输出关系。2）理想测试系统应该为线性系统。,3.2 测试系统静态响应特性,3.2 静态响应三个基本参数：a)灵敏度（分辨力）b)非线性度 c)回程误差,动态特性指的是当输入信号随时间发生变化时，输出信号输入信号之间的关系，通常用微分方程来描述。,3.3 测试系统动态响应特性,3.3 测试系统动态响应特性,测试系统动态响应描述：,3 测试系统特性,时域(脉冲响应函数)：,频域(频率响应函数)：,复频域(传递函数)：,3.3 测试系统的动态响应特性,频率响应函数 H(),系统传递函

8、数 H(s),3.3 测试系统的动态响应特性,求法：频率响应函数(正弦波法),依次用不同频率fi的简谐信号去激励被测系统，同时测出激励和系统的稳态输出的幅值、相位，得到幅值比Ai、相位差i。全部的Ai，i 就可表达系统的频率响应函数,依据：频率保持性 若 x(t)=Acos(t+x)则 y(t)=Bcos(t+y),时域：,三者关系：,卷积分的傅立叶变换计算法：,频域,时域：,复数域,3.3 测试系统的动态响应特性,3.3.4 测试系统的串连和并联,3.3 测试系统的动态响应特性,定理：,任何一个系统均可表达成多个零阶系统，一阶系统，二阶系统的串联或者并联。,3.4 典型测试装置的动态特性,3

9、.4 典型测试装置的动态特性,典型系统：零阶系统 一阶系统 二阶系统,3.4 典型测试装置的动态特性,一.零阶系统,1）传递函数,频域响应函数：|H(j)|=A,3.4 典型测试装置的动态特性,静态灵敏度S,二一阶系统,3.4 典型测试装置的动态特性,传递函数:,幅频特性：,相频特性：,3.4 典型测试装置的动态特性,1,时间常数是反映一阶系统特性的重要参数。一阶测量装置适用用于测量缓变或低频的被测量。,案例：RC滤波电路,三.二阶系统,3.4 典型测试装置的动态特性,标准形式,3.4 典型测试装置的动态特性,二阶系统传递函数的标准形式：,3）频域表达式频率响应函数：令 s=jw,时域表达:y

10、(t)=A0 x(t-t0)；频域表达：A()=A0=常数()=-t0,3.5 系统不失真测量条件,3.5 系统不失真测量条件,工程测试技术基础,本章学习要求：,第四章、模拟信号处理,1.电桥测量原理 2.信号调制解调原理3.滤波器工作原理,4.1 电桥：,输出特性,电桥平衡条件：,4.2 电桥,4.2、幅值调制与解调,幅值调制：是将一个高频正弦信号（或称载波）与测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化 抑制调幅,4.3 信号调制与解调,同步解调：将已调制波与原载波信号再作一次乘法运算。,4.3 信号的滤波,滤波的目的：突出有用信号，抑制噪声干扰。,4.4 信号滤波,滤波的实质：就是

11、对信号进行频率选择，完成滤波功能的装置称为滤波器。,1)滤波器分类（根据滤波器的选频作用分）,低通,高通,4.4 信号滤波,2）理想滤波器,理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器。,-,4.4 信号滤波,问题：为什么理想滤波器是不能实现的？,第五章、数字信号处理,本章学习要求：,了解信号的A/D转换原理掌握信号采样原理了解数字信号处理中信号截断、能量泄漏等现象。了解数字傅立叶变换的原理,工程测试技术基础,5.1 数字信号处理步骤,数字信号处理,b.A/D转换：采样、保持、量化,c.计算机处理：截断、加权、数字滤波、信号处理,a.预处理：调制解调、滤

12、波、电平转换,采样定理：(采样频率)fS2fC(信号最高频率)，就不可能产生混叠。,5.2 采样、混叠和采样定理,5.2 采样定理,5.3 截断、泄漏,5.3 截断、泄漏和窗函数,a.截断：将无限长的信号截断成为有限长信号的过程,截断方法：用窗函数乘以（采样后的）信号,截断存在问题：存在泄漏,5.4 离散傅立叶变换,5.4 离散傅立叶变换,定义：适用于数字计算机的傅立叶变换,步骤：时域采样、时域截断、周期延拓、频域采样,第六章、模拟量传感器,本章学习要求：,了解传感器的分类掌握常用传感器测量原理了解传感器测量电路,工程测试技术基础,基本概念：传感器的定义、构成与分类传感器原理：电阻式、电容式、

13、电感式传感器特点：传感器测量电路：直流电桥、交流电桥(辨向电路)、变压器电桥、调频电路、谐振电路、运算放大式电路、脉宽调制电路,第七章、数字量传感器,本章学习要求：,了解数字量传感器的基本原理、特点和应用掌握光栅传感器的工作原理和测量电路,工程测试技术基础,7.1 光栅,光栅传感器结构与测量原理,光源标尺光栅指示光栅光电元件测量范围标尺光栅的有效长度,莫尔条纹的特点,对应关系,放大作用,平均效应,辨向电路,工程测试技术基础,第八章 测试方法,1 位移测量2 力、力矩测量3 压力的测量,8.1 力距的测量,应变计测量扭距,8.2 力、力矩、压力的测量,8.2 压力的测量,8.2 力、力矩、压力的测量,8.2 力、力矩、压力的测量,8.2 力、力矩、压力的测量,