上海大学2015-2016秋测试技术考试复习提纲.

复习提纲(15-16学年秋机械工程测试、信息、信号处理）上海大学机自学院机自系15-16秋试卷试题类型（评分标准）一、判断题.(本大题共15小题，每小题1分；共15分)二、单项选择题(本大题共15小题,每小题1分,共15分)三．填空（本大题共15空，每空1分，共15分）四、问答题（本大题共5小题,每小题5分；共25分）五.计算题（本大共6小题,每题5分，共30分）（计算过程保留4位小数，结果保留2位小数）机械工程测试技术复习1)测试的基本任务是获取有用的信息，滤去无用信息（噪声）。2)信号是信息的载体。有用信号，无用信号，干扰信号。3)信号：电信号、光信号、机械信号4)传感器：作用于被测量，能按一定规律将被测量转换成同种或别种量值加以输出。第一章、信号及其描述第一节、信号的分类与描述测试信号可以分为确定性信号和非确定性信号（随机信号）两类确定性信号来加以表示。确定性信号可以分为周期信号与非周期信号。确定性信号（可以用明确数学关系式描述）非确定性信号（不能用数学关系式描述）周期信号非周期信号：1、准周期信号的频谱是离散的，无基频。特点：fn/fm为无理数。信号x(t)=5+coswt+cos1.41wt是属于非确定性信号中的准周期信号。2、瞬变信号0xtxtnT()1txte信号描述可采用时域描述、频域描述和幅值域描述三种方法。时域信号:反映幅值随时间变化的关系频域信号：将时域信号通过某种方法转换成频域描述信号。即以频率为独立变量来描述信号。以研究信号的频率结构和各频率成分的幅值、相位关系。时域描述x(t)Rx(τ)Rxy(τ)ρx(τ)ρxy(τ)频域描述X(f)(X(w))Y(f)(Y(w))Sx(f),Sxy(f)γ2y(f)γ2xy(f)幅值域描述μxσ2xφ2xρ(x)第二节、周期信号与离散频谱确定性周期信号时域描述可通过傅里叶级数展开转换为频域描述。其频谱的每条谱线只在基波频率的整数倍上出现，各频率分量的幅值表示该谐波的幅值。非周期瞬变信号时域描述可通过傅里叶变换转换为频域描述。傅立叶级数：三角函数展开式、指数函数描述一、周期信号的频谱的特点：p251、离散性：周期信号的频谱是离散的。2、基波性（谐波性）：每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，基波频率是诸分量频率的公约数。3、收敛性（有界性）：其频谱的大小是随着频率的增大而减小。各频率分量的谱线高度表示该谐波分量的幅值和相位角。周期信号的周期计算：1、如一周期信号有50HZ,150HZ,250HZ,300HZ.求该信号的周期。基频：50HZ,所以，周期T=1/50=0.02(s)2、如一周期信号有50HZ,75HZ,150HZ,250HZ,300HZ.求该信号的周期。最大公约数为25则基频频率：25HZ,所以，则信号周期T=1/25=0.04(s)三角函数展开式：0001()cossinnnxtaanwtbnwtx(t)时域信号周期与基频的关系为：T0=1/f1=2π/ω1常值分量0020021()TTaxtdtT(直流分量)0020022()cosTTnaxttdtT002022()sinnTTnbxttdtT001()sin()nnnxtaAnt22,nnnnnnaAabtgbnAn()nAf幅频谱图()nf表示n次谐波上的幅值，相角相频谱图100)cos()(nnntnAatxtgφn=bn/an0()jntnxtCe0,1,2njnnRnInCCjCCe22nnRnICCCnInnRCarctgC复指数函数表示（n=）(2)指数双频谱(－∞～+∞)，是复频谱幅频谱为偶函数，相谱为奇函数。复指数函数展开形式频谱为双边谱，双边幅频谱为偶函数，双边相频谱为奇函数。001,2nnCACa(3)三角和指数的关系：(1)三角单频谱（0～+∞）三角函数展开形式频谱为单边谱，频谱包含为幅频谱和相频谱。二、非周期信号（瞬变信号和准周期信号）()nAf幅频谱图()nf相频谱图非周期瞬态变化信号频谱特点：1、连续性2、基频无限小，3、表示单位频宽上的幅值()Xf周期信号傅立叶级数，非周期信号傅立叶变换2()()jftXfxtedt2()()jftxtXfedf正变换逆变换()xt()(())XXf()()2(),()()jfXfXXfxfe三、傅立叶变换的主要性质p301、奇偶虚实性2、对称性3、线性叠加性，4、时间尺度改变性(信号录制情况)(频谱问题）x(kt)[X(f/k)]/k时间压缩和扩展（快录慢放和慢录快放在频域的变化情况。32页图1－15）三、傅立叶变换的主要性质p30020)()(ftefXttx)()(020ffXetxtf5、时移7、卷积特性x(t)y(t)X(f)*Y(f)6、频移8.微分和积分特性(1)主要特征参数（单位）均值(常值分量)μx：均值表示信号的平均值。其性质反映了信号直流分量。方差σx2（波动分量）：其性质反映了信号绕均值的波动程度。标准差σx均方值ψx2（信号强度[信号平均功率]）：均方值表示信号的平方平均值。均方根值三者关系：Ψx2=μx2+σx2(2)概率密度函数p(x)概率密度函数－幅值在指定区间的概率。自、互相关函数,相关系数。自、互功率谱密度函数，相干函数。（3）精确度：包含精密度和准确度综合影响。精密度（评定随机误差）表示测试的重复性。准确度（评定系统误差）表示测试结果偏离真实值的程度。3σ原则可消失系统中的粗大误差。第二章、测试装置的基本特征1.静态测量系统输入输出可用代数方程式2.动态测量系统输入输出可用微分方程式【时域】（传递函数，频率响应函数【复频域】）静态特征评定指标：1.测量范围：一般而言测量范围愈大，其灵敏度低一些。2.线性度：标定曲线与拟合直线的偏离程度就是线性度δf。A-量程Bmax－标定曲线与拟合直线的最大偏离量δf=Bmax/A×100%3、灵敏度：当测试装置的输入x有一增量△x,引起输出y发生相应变化△y时,定义:S=△y/△x（线性：常数；非线性：变量）一般S不能太大，因为S，测量范围测量装置的灵敏度越高，其测量范围一般就越小。6、重复性：测试系统在输入量按同一方向作全量程多次测试时所得特性曲线不一致性程度。一台仪器的重复性很好，但测得的结果并不准确，这是由于存在系统误差的缘故。重复性差从产生误差而言，主要是由随机误差所产生7、回程误差：在正反行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度可用回程误差。8。分辨力：测试系统所能检测输入信号的最小变化能力。其他（p47-48）动态特征参数：一阶系统:时间常数τ(尽量取得小一些），二阶系统:固有频率ωn(尽量取得大一些）和阻尼比ξ（0.65～0.75)1、线性系统（线性不变系统）：0111)(...)()(atyatyatyannnn0111)(...)()(btxbtxbtxbmmmm(ansn+an-1sn-1+…+a1s+a0)Y(s)=(bmsm+bm-1sm-1+b1s+b0)X(s),n一阶线性测量系统（），二阶线性测量系统（）2、线性系统的特征：线性系统5项主要特性：叠加性频率保持性:任何线性测试装置的输出信号的频率总等于输入信号的频率。比例特性、微分特性、积分特性。其中叠加性、频率保持性两项是在测量工作中具有更为重要作用。x(t)x(t)系统1x(t)2y(t)1y(t)2y(t)3、传递函数，当初始条件为零，则()()()YsHsXs输出拉普拉氏变换输入拉普拉氏变换系统稳定条件，分母中s的幂次数（n）要大于分子中的s的幂次数（m）H(s)=Y(s)/X(s)，H(s)和输入无关，当输入减小时，输出和输入比不会改变。传递函数有以下几个特点（1）H(s)和输入x(t)的大小和具体表达式无关，二者拉普拉斯变换的。（2）不同的物理系统可以有相同的传递函数（3）传递函数与微分方程等价。(4)对于实际的物理系统，输入x(t)和输出y(t)都具有各自的量纲。（5）传递函数H（s)中的分母取决于系统的结构。分母中最高幂次n代表系统微分方程的阶数。()()()YHX输出信号的傅立叶变换输入信号的傅立叶变换()(),()()YAAX()()(),()yx()()()jHAe复频域描述。频率特征函数相频特征幅频特征4、频率响应函数。用频率域（复频域）来描述和考虑系统的特性。()()HjH5、频率响应特征：6、系统的串联和并联（对前、后系统的输入和输出阻值有一定要求）：串联11()()()()nniiiiHsHsHH并联11()()()()nniiiiHsHsHH)()()()()(4321AAAAA)()()()()(432121()1A()arctg7、一阶系统(τ)时间常数τ越小越好K8、二阶系统固有频率尽量取得大一些，阻尼系数0.65～0.75(0.6~0.8),n2222114nnA221nnarctgK`0sinyytXAt0sinxxtXtytxthth(t)－系数脉冲响应函数9、任一输入的响应10、不失真条件，00ytAxtt000AAt常数，当时00t()()(),()yxyxx0yxxt0AA常数当时00t，,,n11、，动态特性参数的测试：频率响应法，阶跃响应法。0)(t第三章常用传感器与敏感元件第四章信号调理与记录传感器：能将被测量变化按一定规律将其转化成同种或别种量值额器件。被测量分类：位移：大位移，光栅、容栅,磁栅,感应同步器。小位移：电容、电感、电阻应变片。力：压电、电阻应变片。温度：热电偶、铂电阻等。工作原理分类：机械式、电气式、光学式、光电式、流体式第一节常用传感器分类信号变换特征：物性型：敏感元件本身物理化学性质的变化来实现信号变化（压电式，热电偶，水银温度计等）。结构型：依靠传感器结构参量的变化而实现信号转换（电阻应变片、电容式、电感式等）能量关系：能量转换型：直接将被测量输入能量使其工作（无源传感器），（热电偶、光电池等）能量控制型：从外部供给辅助能量使传感器工作。（有源传感器）（如电阻应变片中电阻－电桥）涡流式传感器属于能量控制型传感器。输出信号分类：模拟式，数字式，开关式、脉冲式第三节电阻、电容、电感式传感器变阻器式（电位差计）原理：电位器原理不考虑负载时为线性关系，考虑负载时存在着非线性误差，电阻应变片式：半导体、金属：金属丝、箔式。电阻应变片灵敏度≈1+2γ+λE。γ---泊桑比（泊松比）λ---压阻系数金属电阻应变片由基片（基底）、电阻丝（敏感栅）、引线和覆盖层组成。金属：金属丝、箔式电阻应变片主要是几何尺寸的改变（机械应变效应）半导体电阻应变片：压阻效应（电阻率的变化和压阻系数变化）RRllRRK电桥1、按激励电压的性质：直流、交流：半桥单臂温度补偿，半桥双臂和全桥2、按输出形式：平衡桥式电桥，不平衡桥式电桥。电桥输出一般为电压大小。通式：，)(443210RRRRRRRRUUe)(443210eKUU（交流电桥，交流电源－载波，输出已调制信号）1324RRRR1324ZZZZ1324直流电桥平衡：交流电桥平衡：