text: 测试技术教案I
  测试--具有试验性质的测量， 测量和试验的综合。
  1.1 测试技术的任务① 在设计中， 通过模型试验或现场实测， 评价产品的质量和性能， 为优化技术参数和提高效率提供基础数据;② 在设备改造中， 实测载荷、 应力、 工艺参数和电机参数， 为强度校验和提高承载能力提供依据， 挖掘设备潜力， 提高产量和质量;
  ③在环境的净化及监测中， 测量振动和噪声的强度及频谱， 找出振源， 采取相应的减振、 防噪措施， 改善劳动条件与工作环境;④发现科学规律， 验证理论研究结果， 使实验与理论相互促进， 共同发展;⑤在...
  0 绪论1 测试技术的任务和内容测量——确定被测对象属性量值的全部操作。
  测试——具有试验性质的测量， 测量和试验的综合。
  ③在环境的净化及监测中， 测量振动和噪声的强度及频谱， 找出振源， 采取相应的减振、 防噪措施， 改善劳动条件与工作环境;④发现科学规律， 验证理论研究结果， 使实验与理论相互促进， 共同发展;⑤在工业自动化生产中， 通过工艺参数的测试和数据采集， 实现设备的状态监测、 质量控制和故障诊断。
  1.2 测试技术的内容• 测量原理物等现象及有关定律的总体。
  实现测量所依据的物理、 化学、 生• 测量方法或非电测法、 模拟量测量法或数字量测量法。
  直接测量法或间接测量法、 电测法• 测量系统设计或选用。
  静态特性、 动态特性， 测试系统的• 数据处理 从实测试数据提取状态信息。
  2 测试系统的组成测试的基本方法是电测法。
  被测非电量被转换成电量， 特指为信号。
  测试系统由转换环节组成。
  测试系统的组成非电量电测法
  (1) 传感器传感器是将被测量转换成某种电信号的装置， 包括敏感器和转换器。
  敏感器把温度、 压力、 位移、 振动、 噪声和流量等被测量转换成容易变换成电量的物理量。
  转换器把这些物理量转换成某种容易检测的电量， 例如电阻、 电容、 电感的变化。
  变送器， 包括变换电路， 可输出标准范围的电压或电流信号(例如4~20mA) 。
  (2) 信号调理把传感器的输出信号转换成适合于进一步传输和处理的形式。
  这种信号转换多数是电信号之间的转换， 例阻抗变化转换成电压变化， 滤波、 幅值放大幅值变化转换成频率变化等。
  将信号处理环节的输出即测试的结果以易于观察的形式显示或存贮。
  (4) 信号的显示、 记录主要用于闭环控制系统中的测试系统， 或者有目的地控制其它受控设备。
  (7) 输入、 输出、 传输特性任何测量结果都存在误差， 必须把误差限制在允许范围内。
  测试系统中每个环节的输出量与输入量之间必须具有对应关系， 要求输出的变化在给定的误差范围内反映其输入的变化， 即实现不失真的测试。
  系统的传输特性确定了 输出 与输入之间的关系， 工程测试问题都可以归结为输入、 输出和系统传输特性之间的关系问题。
  3.2 机械量测试技术的发展动向① 多传感器融合技术在制造现场中应用多传感器是以不同的方法或从不同的角度获取信息的， 因此可以通过信息融合去伪存真， 提高测量信息的准确性和测量精度。
  由于② 柔性测试系统法， 实现不同层次不同目标测试的目的。
  采用积木式、 组合式测量方③ 虚拟仪器技术拟成一台以计算机为硬件支撑的数字式的智能化测试仪器; 研究虚拟制造中的虚拟测量， 如虚拟量块、 虚拟坐标测量机等。
  将多种数字化的测试仪器虚
  ④ 智能结构智能技术、 传感技术、 信息技术、 仿生技术、材料科学等的交叉学科， 使监测的概念过渡到在线、 动态、 主动的实时监测与控制。
  用于结构检测与故障诊断， 融合⑤ 视觉测试技术上。
  重点研究物体的几何尺寸及位置测量， 例如三维面形的快速测量、 大型工件同轴度测量、 共面性测量等。
  广泛应用于在线测量、 逆向工程等主动、 实时测量过程。
  建立在计算机视觉研究基础
  ⑥ 大型设备的测试形、 大型设备关键部件、 高层建筑电梯导轨的校准、 油罐车的现场校准。
  大尺寸测量， 例如飞机外⑦ 微观系统的测试测试。
  微电子技术、 生物技术的快速发展对探索物质微观世界提出了 迫切的要求， 为了 提高测量精度， 要求进行微米、 纳米级的测试。
  另一个极端是对微机械的
  4 课程的学习要求① 掌握测试技术的基本理论， 包括信号的时域和频域的描述方法、 频谱分析和相关分析的原理和方法、 信号调理和信号处理的基本概念和方法;② 熟练掌握各类典型传感器、 记录仪器的基本原理和适用范围;③ 具有测试系统的机、 电、 计算机方面的总体设计能力;④ 具有实验数据处理和误差分析能力。
  在工程技术领域， 工程研究、 产品开发、 生产监督、 质量控制和性能实验等， 都离不开测试技术。
  特别是近代自动控制技术已越来越多地运用测试技术， 测试装置已成为控制系统的重要组成部分。
  在日常生活中， 随处可见测试技术的应用例子。
  例如， 空调、 电冰箱中的温度测量和压缩机起/停控制装置， 洗衣机中的液位测量和洗衣电机起/停控制装置。
  2013-2-41、 工业自动化中的应用在各种自动控制系统中， 测试环节起着系统感官的作用， 是其重要组成部分。
  2013-2-4c) 生产加工过程监测 切削力传感器， 加工噪声传感器， 超声波测距传感器、 红外接近开关传感器等。
  2013-2-42、 产品质量测量在汽车、 机床等设备， 电机、 发动机等零部件出厂时， 必须对其性能质量进行测量和出厂检验。
  2013-2-43、 楼宇控制与安全防护 为使建筑物成为安全、 健康、 舒适、 温馨的生活、 工作环境， 并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。
  2013-2-44、 家庭与办公自动化 在家电产品和办公自动化产品设计中， 人们大量的应用了 传感器和测试技术来提高产品性能和质量。
  2013-2-45、 其他应用航天交通农业医学
  (1) 确定性信号① 周期信号周期信号可以用明确的数学关系式或图象表达。
  )sin()(0n tAty式中振幅固有圆频率 初相角knm• 简谐信号简谐信号为单一频率的正弦信号。
  例如单自由度无阻尼质量-弹簧振动系统的位移信号:简谐振动
  • 复杂周期信号是由两种以上的频率比为有理数的简谐信号合成的。
  叠加后存在公共周期。
  例如周期方波、周期三角波等。
  例如一种周期方波:)sinπ4)(000tttAtx
  ② 非周期信号准周期信号由多个频率成分叠加， 频率之比不是有理数。
  tt2sin瞬变信号
  (2) 随机信号螺纹车床主轴受环境影响的振动波形不能用准确的数学关系式描述， 可以用概率统计方法估计参数。
  所描述的物理现象是一种随机过程。
  例如分子热运动， 环境的噪声， 随机相位正弦波等。
  信号幅值的连续和离散信号自变量的连续和离散
  • 频域描述以频率为自 变量， 描述信号所含频率成分的幅值和相角。
  平均值表示信号的常值分量:ttd )xTTx(1022Txttd )xT0(1TxttxT0d)(1绝对均值:均方值表示信号的平均功率:均方根值又称为信号的有效值:Tttd )xTx02rms(1
  ① 傅里叶级数的谐波形式n100)sin()(nntnAAtx各谐波分量的幅值和初相角分别为:2n2nnbaA)arctan(nnnba2 /2 /00000d )t(1TTtxTaA其中常值分量:
  ② 与谐波形式相应的频谱频谱图的纵坐标分别为An和φn， 横坐标为ω 。
  其中 幅值谱图，An—ω 图;相位谱图， φn—ω 图。
  各谐波成分的频率都是ω0的整数倍， 因此谱线是离散的。
  例 求周期方波的频谱， 并做出频谱图。
  2T020)(00t/A/TtAtx因为x(t)是奇函数，所以， 有:a0, 002 /n aA...
  0arctan)sinπ4)(000nnnbatttAtxωω
  周期方波前4个谐波成分的叠加000411( )x t(sinsin3sin5)π35Attt
  周期方波的时、 频域描述及其关系
  (2) 傅里叶级数的复指数展开式ttetjsinjcos)(211cosjjtteet)(2 jsinjjtteet欧拉公式:
  ])j(21)j(21[)(00jj10tnnntnnnnebaebaatx00aC )j(21nnnbaC)j(21nnnbaC)sincos()(0010tnbtnaatxnnn)()(1jj000ntnntnnececctx对于三角函数式代入欧拉公式， 有令，，，于是， 有
  ), 2, 1, 0()(0jnnectxtnn与傅里叶级数复指数展开式相应的频谱式中幅值谱相位谱necbannn j2 / )j(nnnnAbac2122nnnabarctantetxTctnTTnd)(1000j2/2/0
  nnnncc,• 复指数函数形式的频谱为双边谱(-,+)， 三角函数形式的频谱为单边谱(0,+)。
  周期方波的频谱
  (4) 周期信号频谱的特点• 周期信号的频谱是离散的;• 每个谱线只出现在基波频率的整数倍上;• 谐波幅值随谐波次数的增高而减小。
  因此， 可以忽略高次谐波分量。
  1.3 瞬变信号1.3.1 瞬变信号的频谱周期信号可以写成tntnTTnntnnTetetxTectx00000jj2 /2 /0j)d)(1()(djjnn]d)([π21)d)((1lim0T)(lim0T)(j2 /2 /j00000tttnTTtTetetxetetxTtxtx 瞬变信号可以看成周期无穷大的周期信号， 即
  djj]d)([π21)(ttetetxtxtetxXtd)()(j(d)π21)(jteXtx定义傅里叶变换傅里叶逆变换则为分别记为X(ω )=F, x(t)= F-1[X(ω ) ]。
  fπ2代入， 有tetxfXftd)()(π2 j fefXtxftd)()(π2 j一般X(f)是实变量的复函数， 可以写成)(jIR)()(j)()(fefXfXfXfX2I2R)](([)(fXfXfX)()(arctan)(RIfXfXf
  所以 |X(f)| 是频谱密度函数， 工程测试中仍称为频谱。
  周期信号与瞬变信号幅值谱的区别:
  2021)(TtTttw例 矩形窗函数的频谱)π ( csinπ)πsin(d )ftπ2cos(2d)]π2sin(j)π2[cos(d)()(2 /02 /2 /π2 jfTTfTfTTttftfttetwfWTTTft其中森克函数: sincx=sinx/x。
  矩形窗函数及其频谱瞬变信号频谱的特点:瞬变信号的频谱是连续的， 幅值随着频率的增加而衰减。
  1.3.2 傅里叶变换的主要性质(1) 奇偶虚实性tetxfXftd)()(π2 j)(j)(d )ftπ2sin()(jd )ftπ2cos()(IRfXfXttxttx显然， 可以根据函数的奇偶性判断实频谱和虚频谱的奇偶性。