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1、课程内容：本课程主要介绍测试信号的分析和处理，测试装置基本特性的评价方法，机械工程中常用传感器、信号调理电路的工作原理。内容如下：测试技术的概念、应用与发展。信号的时域和频域的描述方法，信号的频谱和谱分析的方法。测试系统传递特性的时、频域描述，一、二阶系统的动态特性描述，以及不失真测试的条件。各类传感器的原理、结构及性能参数，以及传感器的典型应用。电桥电路，信号的调制与解调，信号的滤波。数字处理的基本步骤及处理出现的问题。第1页/共39页 绪论 主要内容：主要内容：一一.测试技术的基本概念测试技术的基本概念 二二.测试系统的组成测试系统的组成 三三.测试技术的应用与发展测试技术的应用与发展 四
2、四.测量的基础知识测量的基础知识第2页/共39页 绪绪论论 一一.测试技术的基本概念测试技术的基本概念 测试，就是要对反映客观世界运动状态的一些物理量、几何量、化学量等进行测量与试验。测量是人类认识客观世界的手段，是科学研究的基本方法。测试技术是测量和试验技术的统称，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。测量的目的：获取有用的信息第3页/共39页 绪绪论论 根据被测的物理量随时间变化的特性，可将它们总体地分成静态量和动态量。动态量：随时间快速变化的物理量。静态量：静止的或缓慢变化的物理量；对静态量与动态量的测量分别称为静态测量与动态测量。第4页/共39页 绪绪论论 二.测试系统的
3、组成信号提取信号转换测试系统框图第5页/共39页 绪绪论论 简单的测试系统可以只有一个模块，如玻璃管温度计。它直接将温度变化转化液面示值。没有电量转换和分析电路，很简单，但精度底，无法实现测量自动化。为提高测量精度和自动化程度，以便于和其它环节一起构成自动化装置，通常先将被测物理量转换为电量，再对电信号进行处理和输出。如图所示的声级计。第6页/共39页 绪绪论论 三.测试技术的应用与发展在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。第7页/共39页 绪绪论论 思考：在实际工程领域中测试技术都有哪些应用？第8页/共39页 绪绪论论 工业自动化中：机械手、机器人中的传感器
4、 自动送货车机器狗第9页/共39页 绪绪论论 工业设备运行状态监控中：24小时在线监测系统。石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄漏检测第10页/共39页 绪绪论论 产品质量测量中：对零部件性能质量进行测量和出厂检验。安全防护中：安全监测、空气监测等烟雾传感器 亮度传感器红外人体探测器机床加工精度测量齿轮测量第11页/共39页 绪绪论论 家庭与办公自动化中：全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度)，电阻传感器(衣物烘干检测)。PC机中：鼠标:光电位移传感器摄象头:CCD传感器第12页/共39页 绪绪论论 测试技术的发展荧光材料制
5、作的电子鼻传感器2.新型传感器的开发1.新原理、新技术在测试技术中的应用1）利用新发现的材料开发出的新型传感器第13页/共39页 绪绪论论 2）集成、智能化传感器的开发振动网络传感器智能压力网络传感器第14页/共39页 绪绪论论 3.计算机测试系统与虚拟仪器的应用用PC机仪器板卡 代替传统仪器用计算机软件 代替硬件分析电路第15页/共39页 绪绪论论 四.测量的基础知识测量的前提：被测的量必须有明确的定义；测量标准必须事先通过协议确定。在国际度量衡大会上定义了七个基本标准：长度、质量、时间、温度、电流、光强和原子物理中的物质量。确定的七个基本单位的系统命名为“国际单位制”，国际上统一缩写为SI
6、。七个基本单位分别赋于七个基本量，经协议规定认为是彼此独立的。1.基本量与国际单位制第16页/共39页 绪绪论论 国际单位的基本量和基本单位第17页/共39页 绪绪论论 2.导出量与导出单位、辅助单位导出量：由基本量按一定函数关系定义的。辅助单位：弧度（rad）和球面度（sr）。导出单位：导出单位从基本单位出发，用乘、除符号以代数式表达。Pa W J N符号 ,公式名称帕斯卡压力，应力 瓦特功率 焦耳 能量 牛顿 力 SI单位 量SI导出单位及其符号第18页/共39页 绪绪论论 没有专门符号的导出单位第19页/共39页 绪绪论论 3.测量误差测量结果总是有误差的！1)定义测量结果与被测量的真值
7、之差称为测量误差，即测量误差=测量结果真值2)分类系统误差：在对同一被测量进行多次测量过程中，出现某种保持恒定或按确定的方式变化着的误差。随机误差：在对同一被测量进行多次测量过程中，误差的 正负号和绝对值以不可预知的方式变化着，此类误差称为随机误差。系统误差与随机误差第20页/共39页 绪绪论论 3)误差表示方法绝对误差：直接用“测量误差=测量结果真值”来表示，与被测量的量纲、单位相同。相对误差：相对误差=误差/真值，无量纲，常用百分数表示。引用误差：引用误差=误差/引用值。引用值为测量装置的量程或示值范围的最高值。分贝误差：分贝误差=20lg(测量结果/真值)，无量纲，单位为dB。粗大误差：
8、一种明显超出规定条件下预期范围的误差，是由于某种不正常原因造成的。第21页/共39页 绪绪论论 4.测量精度和不确定度描述测量结果可信程度的术语：1)测量精密度表示测量结果中随机误差大小的误差；也是指在一定条件下进行多次测量时所得结果彼此符合的程度。2)测量正确度表示测量结果中系统误差大小的程度；反映在规定条件下测量结果中所有系统误差的综合。3)测量准确度表示测量结果和被测量真值之间的一致程度；反映了在测量结果中系统误差和随机误差的综合。4)测量不确定度表示对被测量真值所处量值范围的评定；是测量误差量值分散性的指标，表示对测量值不能肯定的程度。第22页/共39页 绪绪论论 精密度好，正确度好精
9、密度好，正确度不好精密度不好，正确度也不好第23页/共39页 绪绪论论 5.测量结果的表达方式l样本平均值：对同一量进行多次测量，获得的一组测得值的算术平均值。l标准偏差：l样本平均值的标准偏差的估计值：l测量结果：第24页/共39页 第一章 信号及其描述 主要内容：主要内容：一一.测试信号的描述及分类测试信号的描述及分类 二二.周期信号与离散频谱周期信号与离散频谱 三三.瞬变非周期信号与连续频谱瞬变非周期信号与连续频谱 四四.典型信号的频谱典型信号的频谱 五五.随机信号的基本概念随机信号的基本概念 六六.相关、功率谱分析概念及应用相关、功率谱分析概念及应用第25页/共39页第第一一章章信信号
10、号及及其其描描述述 第一节 信号的分类与描述一.信号的分类信号的分类主要是依据信号波形特征来划分的。什么是信号波形？信号波形：被测信号信号幅度随时间的变化历程称为信号的波形。0At信号波形图第26页/共39页第第一一章章信信号号及及其其描描述述 从不同角度观察信号，可分为：1 从信号描述上分-确定性信号与非确定性信号；2 从信号数学表达式中的独立变量是否连续上分-连续信号与离散信号；3 从信号的幅值和能量上-能量信号与功率信号第27页/共39页第第一一章章信信号号及及其其描描述述 1 1 确定性信号与非确定性信号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
11、性信号。更细的划分如下：第28页/共39页第第一一章章信信号号及及其其描描述述 1 1）周期信号：按一定时间间隔周而复始重复出现，无始无终的信号。可表达为：单自由度振动系统例：是周期为 的周期信号第29页/共39页第第一一章章信信号号及及其其描描述述 简单周期信号简单周期信号复杂周期信号复杂周期信号第30页/共39页第第一一章章信信号号及及其其描描述述 例如：某钢厂减速机上测得的振动信号波形(测点3)测点振动信号波形 减速机振动测点布置图 第31页/共39页第第一一章章信信号号及及其其描描述述 2）非周期信号：确定信号中不具有周期重复性的信号称为非周期信号，又可分为准周期信号、瞬变非周期信号。
12、准周期信号：由多个具有不成比例周期的正弦波之和形成，或者称组成信号的正（余）弦信号的频率比不是有理数。如：准周期信号准周期信号第32页/共39页第第一一章章信信号号及及其其描描述述 瞬变非周期信号：是一些或在一定区间内存在或随着时间的增长而衰减至零的信号。例如：单自由度振动模型在脉冲力作用下的响应瞬变非周期信号瞬变非周期信号第33页/共39页第第一一章章信信号号及及其其描描述述 思考：判断下列每个信号是否是周期信号？（a）(b)(c)（d）周期信号周期信号非周期信号非周期信号第34页/共39页第第一一章章信信号号及及其其描描述述 3）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
13、描述物理现象是一种随机过程。可分为平稳随机信号和非平稳随机信号。噪声信号(平稳)统计特性变异噪声信号(非平稳)第35页/共39页第第一一章章信信号号及及其其描描述述 2 2 连续信号和离散信号若信号数学表达式中的独立变量的取值是连续的，称连续信号。若信号数学表达式中的独立变量的取值是离散的，称离散信号。注：连续信号的幅值可以是连续的，也可以是离散的。采样信号连续信号第36页/共39页第第一一章章信信号号及及其其描描述述 3 3 能量信号和功率信号1）能量信号能量信号能量信号在所分析的区间（-，），能量为有限值的信号称为能量信号，满足条件：第37页/共39页第第一一章章信信号号及及其其描描述述 3 3 能量信号和功率信号2)功率信号 在所分析的区间（-，），能量不是有限值此时，研究信号的平均功率更为合适，若满足下列条件则称为功率信号。功率信号功率信号第38页/共39页感谢您的观看！第39页/共39页