《机械测试技术》
实验报告
学院：机械工程与自动化学院专业：机械设计制造及其自动化
学号：姓名
中北大学机械工程系
2012年5月15
实验一：用应变仪测量电阻应变片的灵敏度
一、实验目的
1．掌握电阻应变片的粘贴工艺技术；
2．掌握选择应变片的原则及粘贴质量的检查；
3. 掌握在静载荷下使用电阻应变仪测量方法；
1.掌握桥路连接和电阻应变仪工作原理；
5. 了解影响测量误差产生的因素；
6．为后续电阻应变测量的实验做好在试件上粘贴应变片、接线、防潮、检查等准备工作。
二、实验仪器及设备
常温用电阻应变片；等强度梁试件；
天平秤；砝码；INV1861应变调理器；
千分尺（0～25㎜）；INV3018C信号采集分析仪；
防潮用硅胶；游标卡尺；
电烙铁、镊子、砂纸等工具；小台钳、钢尺、划针；
502粘结剂（氰基丙烯酸酯粘结剂）；丙酮、乙醇、药棉等清洗器材等。
三、实验原理
电测法的基本原理是：将电阻应变片粘贴在被测构件的表面，当构件发生变形时，应变片随着构件一起变形（ΔL/L），应变片的电阻值将发生相应的变化，通过电阻应变仪，可测量出应变片中电阻值的变化（ΔR/R），并换算成应变值，或输出与应变成正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应变或应力值。电阻应变片的灵敏度是构件单位应变所引起应变片电阻值的变化量，用S来表示。
本实验中用到的是单臂电桥，即四分之一桥，工作中只有一个桥臂电阻随着被测量的变化而变化，设改电阻为R1，产生的电阻变化量为ΔR，原理如下图所示：
个
则输出电压0U 的值为： 01
4
e u u S =ε 式中, 0u 为输出电压，ε为应变值，e u 为供桥电压，0u 和ε可从分析仪中直接读出，
e u 在应变仪中读出，S 为实验所求。 四、实验方法与实验步骤
1.选片。目测电阻应变片有无折痕、断丝、霉点、锈点等缺陷，缺陷应变片不能粘贴，必须更换。
2.测片。用数字万用表或电桥精确测量应变片电阻值的大小。注意：不要用手或不干净的物品直接接触应变片基底。测量时应放在干净的书面上，不能使其受力，应保持平直。记录各个应变片的阻值，要求应变片阻值精确到小数点后一位数字。对于标称电阻为120Ω的应变片，测量时数字万用表必须打到200Ω档位上，所测电阻值为原始电阻。要求同一电桥中各应变片之间阻值相差均不得大于0.5Ω，否则需要更换。
3.试件表面处理。实验所用试件为等强度梁，为使粘贴牢固，必须对试件表面进行处理，处理过程如下：
（1）用细砂纸在等强度梁表面需贴片处打磨，打磨方向与贴片轴线位置成45度交叉。如等强度梁上有以前贴好的应变片，先用小刀铲掉。应变片为一次性消耗材料，粘贴后再起下来不能再用。
（2）用棉花球蘸丙酮、乙醇擦洗表面的油污和锈斑，直到干净再自行晾干。 （3）然后用划针在贴片处划出十字线，作为贴片坐标，再用棉球擦一下。 （4）打磨好的表面，如暂时不贴片，可涂以凡士林等防止氧化。 4.贴片。贴片过程如下：
R1+δR
R2
R4
R3
U e
B
D R2
A B C D
R1
R4
R3
C 0
（1）在应变片的纸基基底和等强度梁表面需贴片处，各涂上薄薄一层胶水，一手捏住应变片引出线，把应变片轴线对准坐标线贴到等强度梁表面上。
（2）垫上以一层塑料布，用手指在应变片的长度方向滚压，挤出片下汽泡和多余的胶水，直到应变片与被测物紧密粘合为止。
（3）手指保持不动约1分钟后再放开，按住时不要使应变片移动。注意粘结剂不要用得过多或过少，过多则胶层太厚影响应变片性能，过少则粘结不牢不能准确传递应变。
5．粘贴质量的检查。过程如下：
（1）目测或用放大镜检查应变片是否粘牢,有无气泡、翘起等现象。 （2）用万用表检查电阻值。正常情况下，阻值与未贴片前的相差无几。 6．焊线。用电烙铁将应变片的引线焊接到等强度梁上的引线焊点处，注意防止虚焊。
7．应变片保护。用704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮。
8.在悬臂梁上依次填加砝码，使电桥平衡后读取电压值，并记录之。
9．利用公式0e
u
u 4S=ε ，计算电桥灵敏度S 。
10．利用材料力学知识计算电阻应变片的实际灵敏度，验证实验结果，用到的公式为：
M=PL
，
M
=
W σ ， bh2W 6=，
E σε=
式中：M －弯矩； L －P 力至应变片中心距离300mm ；ζ－弯曲应力；b －等强度梁贴应变片处的宽度45.8mm ；h －等强度梁贴应变片处的厚度4mm ；ε－实际应变值；W －抗弯截面模量；E －弹性模量E=1.62*1011N ·m 2 五、数据处理与分析
载荷/g 0 挂钩
50 100 150 200 250 Ubd/V
0.0225
0.07
0.86
1.65
2.46
3.24
4.04
算出电桥输出端电压变化量的平均值为UBD=2.38V 将有关公式带入应变片灵敏度的计算公式，得出灵敏度
六、实验结果
电阻应变片的灵敏度为
电阻应变片的实际标称值为2.22，相对误差M=0.018
实验二：测量等强度梁的固有频率和阻尼率
一、实验目的
（1）学会机械系统的固有频率和阻尼率的测定方法 （2）识别悬臂梁的二阶固有频率和阻尼系数 （3）了解并学习东方所振动与噪声测试仪的使用 二、实验设备与仪器 （1）等强度梁
（2）东方所振动与噪声测试仪 （3）加速度传感器 三、实验原理
瞬态激励方法给被测系统提供的激励信号是一种瞬态信号，它属于一种宽频带激励，即一次同时给系统提供频带内各个频率成份的能量和使系统产生相应频带内的频率响应。因此，它是一种快速测试方法。同时由于测试设备简单，灵活性大，故常在生产现场使用。目前常用的瞬态激励方法有快速正弦扫描、脉冲锤击和阶跃松弛激励等方法，本实验中采用脉冲锤击产生瞬态信号。
脉冲锤击激励是用脉冲锤对被测系统进行敲击，给系统施加一个脉冲力，使之发生振动。由于锤击力脉冲在一定频率范围内具有平坦的频谱曲线，所以它是一种宽频带的快速激励方法。用脉冲锤敲击试件产生的近似于半正弦的脉冲信号有效频率取决于脉冲持续时间η，η越小则频率范围越大。 （1）固有频率，可根据分析仪直接读出固有频率的值。 （2）阻尼比的测定
本实验根据自由衰减法测定阻尼比：即在结构被激起自由振动时，由于存在阻尼，其振幅呈指数衰减波形，可算出阻尼比，下面具体论述。
由振动力学知，二阶系统的特征方程为：220n n ξωω++=2S ，对应的微分方
程为：220d x dx
c kx dt dt
++=m ，其中2n c ξω=。因为21d n ωωξ=-，当ξ很小时，
可以认为d n ωω≈。 减幅系数1n d T i i e A ξωη+=A ＝
，而1112........i j j i i i i j i i i j
A A A A η+-+++++=???=A A A A
，
则：ln i n d i j
T A δξω+=A 1
＝j 。
又因为n d ωω≈，所以2n d d d T T ωωπ＝＝，所以2δπξ＝， 可推出阻尼比公式为：δξπ
＝2 求解过程：
（1）根据1A ~7A 7个点的幅值，可求出17
1
6A IN A δ=，根据公式2δξπ=可求出阻尼比ξ。
（2）根据7个点对应的时间1T ~7T ，可用法求出d T ，再根据公式2
1n T ξ
=-d T ，
求出231d T ξ=-N T 。d T 为有阻尼的信号周期，n T 为无阻尼信号周期。
（3）从时域图中读出有阻尼固有频率ωd ，根据21n ωωξ=-d ，求得无阻尼固有频率2
1
1n ωωξ
=
-d
。
四、实验方法与实验步骤 实验原理图：
（1）按要求，把各实验仪器连接好接入电脑中，然后在悬臂梁孔处小心放好加速度传感器。
（2）打开计算机，启动计算机上的“振动测试及频谱分析”。 （3）设置适当的采样频率和采样点数以及硬件增益。
磁座
东方所分析仪
等强度梁
加速度传感器
敲击
（4）点击“采样”后开始敲击。
（5）敲击等强度梁。使用小榔头敲击时注意在敲击后里、榔头要迅速离开梁！避免产生不必要的干扰波形。
（6）数据分析，用东方所分析仪器进行数据分析，使用时域分析可以得到峰值点1A ~7A ，使用频域分析可以直接得到悬臂梁的固有频率f 固。 五、数据处理与分析
将得到的数据输入Matlab 中进行处理。计算1A ~7A 和1T ~7T ，然后计算阻尼比ξ，最后计算N T 和ωd 。
从悬臂梁振动信号的频域图上可以直观的看到悬臂梁的一阶固有频率为15.7Hz ，取频谱图上连续的7个峰值:
A 1=0.17056;A 2=0.13806;A 3=0.11365;;A 4=0.10632;A 5=0.09167;A 6=0.09045;A 7=0.08069;
δ
ξπ
＝
2=0.017026
六、实验结果
（1）等强度梁的固有频率f 固=15.5Hz 。 （2）阻尼比ξ=0.017。
实验三：振动信号测量与频谱分析
一、实验目的
1. 在熟练掌握周期信号幅频特性和相频特性内容的基础上，通过频谱仪对信号
的各组成谐波进行直观的、感性的认识和了解。
2. 通过对振动信号的测量及频谱分析，了解相关频谱特性和滤波的概念，由频谱图上特征频率寻找该机械设备的振源。 二、实验设备与仪器 1、计算机及MATLAB 软件； 2、等强度梁；
3、INV3020D 信号采集分析仪；
4、加速度传感器。 三、实验原理
使用傅立叶变换，将采集到的时域信号转换成频域信。
对于二维信号，二维Fourier 变换定义为： 二维离散傅立叶变换为： 四、实验内容
1、将振动与噪声测试仪与加速度传感器连接，观察信号产生的过程。
2、振动信号的测量与数据采集。
?
?
??∞∞-∞
∞
-+∞∞-∞
∞
-+-=
=
dudv e v u F y x f dxdy
e y x
f v u F vy ux j vy ux j )
(2)(2),(),(),(),(ππ逆变换：
∑∑∑∑-=-=-=-=-=
=
101
)*(2101
)*(2),(1
),(),(1
),(N m N n N
k n N i m
j N i N k N
k n N i m
j e
n m F N
k i f e
k i f N
n m F ππ逆变换：
连接振动测试实验台，记录通道2的数据并存盘，在分析仪上先观察原始时域信号及其傅里业变换。
3、振动信号分析，包括傅立叶分析和功率谱分析等。将数据装载到计算机上，
利用MATLAB软件进一步分析振动信号的频率成分，计算各个信号的功率谱、被测机械结构的前三阶特征频率，并计算两个信号之间的相关函数及传递率。
五、实验方法与实验步骤
1、将振动与噪声测试仪与加速度传感器连接，安装连接相应的传感器、、直流电源等，开机、设定参数、采集数据，分析处理数据；
2、观察振动信号产生过程，记录通道2产生的数据并存盘分析。
3、根据一组输入输出数据，利用Matlab软件进行时域信号转换成频域信号分析。figure(1);
plot(x);%作正弦信号的时域波形
title('时域波形');
grid;
%进行FFT变换并做频谱图
fs=500;
y=fft(x);%进行fft变换
mag=abs(y);%求幅值
f=(0:length(y)-1)'*fs/length(y);%进行对应的频率转换
figure(2);
plot(f,mag);%做频谱图
axis([0,100,0,80]);
xlabel('频率(Hz)');
ylabel('幅值');
title('幅频谱图');
grid;
%求功率谱
sq=abs(y);
power=sq.^2;
figure(3);
plot(f,power); xlabel('频率(Hz)'); ylabel('功率谱'); title('功率谱'); grid;
六、数据处理与分析
用matlab 软件分析测得的振动信号，得到悬臂梁振动信号的时域、频域及功率谱图，从图中可以直观的看出悬臂梁的一阶固有频率为15.7Hz
05001000150020002500
-6
-4
-2
2
4
6
时域波形
悬臂梁振动信号时域图
010203040
5060708090100
10
20
30
40
50
60
70
80
频率(Hz)
幅值
幅频谱图
悬臂梁振动信号频域图
050100150200
250300350400450500
1000
200030004000
5000
6000
7000
频率(Hz)
功率谱
功率谱
悬臂梁振动信号功率谱图
《机械工程测试技术基础》实验指导书实验一观测50Hz非正弦周期信号的分解与合成 一、实验目的 1、用同时分析法观测50Hz非正弦周期信号的频谱，并与其傅立叶级数各项的频率与系数作比较。 2、观测基波和其谐波的合成 二、实验设备 1、信号与系统实验箱：TKSS-A型或TKSS-B型或TKSS-C型： 2、双综示波器。 三、实验原理 1、一个非正弦周期函数可以用一系列频谱成整数倍的正弦函数来表示，其中与非正弦具有相同频率的成分称为基波或一次谐波，其它成分则根据其频率为基波频率的 2、 3、 4、。。。、n等倍数分别称二次、三次、四次、。。。、n次谐波，其幅度将随谐波次数的增加而减小，直至无穷小。 2、不同频率的谐波可以合成一个非正弦周期波，反过来，一个非正弦周期波也可以分解为无限个不同频率的谐波成分。 3、一个非正弦周期函数可用傅立叶级数来表示，级数各项系数之间的关系可用一个频谱来表示，不同的非正弦周期函数具有不同的频谱图，各种不同波形及其傅氏级数表达式如下，方波频谱图如图2-1表示 图2-1方波频谱图
1、方波 ()?? ? ??++++= t t t t u t u m ωωωωπ7sin 715sin 513sin 31sin 4 2、三角波 ()?? ? ??++-= t t t U t u m ωωωπ5sin 2513sin 91sin 82 3、半波 ()?? ? ??+--+= t t t U t u m ωωωππ4cos 151cos 31sin 4212 4、全波 ()?? ? ??+---= t t t U t u m ωωωπ6cos 3514cos 1512cos 31214 5、矩形波 ()?? ? ??++++= t T t T t T U T U t u m m ωτπωτπωτππτ3cos 3sin 312cos 2sin 21cos sin 2图中LPF 为低通滤波器，可分解出非正弦周期函数的直流分量。BPF 1～BPF 6为调谐在基波和 各次谐波上的带通滤波器，加法器用于信号的合成。 四、预习要求 在做实验前必须认真复习教材中关于周期性信号傅立叶级数分解的有关内容。 五、实验内容及步骤 1、调节函数信号发生器，使其输出50Hz 的方波信号，并将其接至信号分解实验模块 BPF 的输入端，然后细调函数信号发生器的输出频率，使该模块的基波50Hz 成分BPF
机械工程测试技术基础 实 验 报 告 姓名：*** 班级：***** 学号：******** 时间：2018-5-12
实验一金属箔式应变片――全桥性能实验 一、实验目的 了解全桥测量电路的优点。 二、实验仪器 应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表 三、实验原理 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。 图1-1
图1-2全桥面板接线图 通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示,全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出 Uo= E（1-1） E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值， 四、实验内容与步骤 1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。 2．差动放大器调零。从主控台接入±15V 电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui 短接并与地短接，输出端Uo2 接数显电压表（选择2V 档）。将电位器Rw4 调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw3 使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw3、Rw4 的位置确定后不能改动）。3．按图3-1 接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。 4．加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节Rw1 使电压表显示为零。
《机械工程测试技术基础》实验报告 专业 班级学号 姓名 成绩 沈阳理工大学机械工程学院 机械工程实验教学中心 2015年4月
目录 实验一金属箔式应变片——电桥性能实验1 1.1实验内容1 1.2实验目的1 1.3实验仪器、设备1 1.4简单原理1 1.5实验步骤2 1.6实验结果2 1.7思考题4 实验二状态滤波器动态特性实验4 2.1实验内容4 2.2实验目的4 2.3实验仪器、设备5 2.4简单原理5 2.5实验步骤5 2.6实验结果6 2.7思考题11 实验三电机动平衡综合测试实验11 3.1实验内容11 3.2实验目的11 3.3实验仪器、设备11 3.4简单原理12
3.5实验步骤12 3.6实验结果13 3.7思考题15 实验四光栅传感器测距实验15 4.1实验内容15 4.2实验目的16 4.3实验仪器、设备16 4.4简单原理16 4.5实验步骤16 4.6实验结果17 4.5思考题19 实验五 PSD位置传感器位置测量实验19 5.1实验内容19 5.2实验目的19 5.3实验仪器、设备19 5.4简单原理19 5.5实验步骤20 5.6实验结果20 5.7思考题23 -
实验一金属箔式应变片——电桥性能实验指导教师日期 1.1实验内容 1.2实验目的 1.3实验仪器、设备 1.4简单原理
1.5实验步骤 1.6实验结果 表1.1 应变片单臂电桥实验数据表
表1.2 应变片半桥实验数据表 根据实验结果计算单臂和半桥的灵敏度、线性误差、回程误差，在座标纸上分别画出单臂、板桥的输入及输出关系曲线，并在曲线上标出线性误差、回城误差位置：
实验心得体会 在做测试技术的实验前,我以为不会难做,就像以前做物理实验一样,做完实验,然后两下 子就将实验报告做完.直到做完测试实验时,我才知道其实并不容易做,但学到的知识与难度 成正比,使我受益匪浅. 在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就 会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.比如做光伏的实验,你要 清楚光伏的各种接法,如果你不清楚,在做实验时才去摸索,这将使你极大地浪费时间,使你事 倍功半.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白,实验后,还 要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还 不如不做.做实验时,老师还会根据自己的亲身体会,将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽 我们的眼界,使我们认识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛. 通过这次测试技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考 问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅. 实验心得体会 这个学期我们学习了测试技术这门课程，它是一门综合应用相关课程的知识和内容来解 决科研、生产、国防建设乃至人类生活所面临的测试问题的课程。测试技术是测量和实验的 技术，涉及到测试方法的分类和选择，传感器的选择、标定、安装及信号获取，信号调理、 变换、信号分析和特征识别、诊断等，涉及到测试系统静动态性能、测试动力学方面的考虑 和自动化程度的提高，涉及到计算机技术基础和基于labview的虚拟测试技术的运用等。 课程知识的实用性很强，因此实验就显得非常重要，我们做了金属箔式应变片：单臂、 半桥、全桥比较, 回转机构振动测量及谱分析, 悬臂梁一阶固有频率及阻尼系数测试三个实 验。刚开始做实验的时候，由于自己的理论知识基础不好，在实验过程遇到了许多的难题， 也使我感到理论知识的重要性。但是我并没有气垒，在实验中发现问题，自己看书，独立思 考，最终解决问题，从而也就加深我对课本理论知识的理解，达到了“双赢”的效果。 实验中我学会了单臂单桥、半桥、全桥的性能的验证；用振动测试的方法，识别一小阻 尼结构的（悬臂梁）一阶固有频率和阻尼系数；掌握压电加速度传感器的性能与使用方法； 了解并掌握机械振动信号测量的基本方法；掌握测试信号的频率域分析方法；还有了解虚拟 仪器的使用方法等等。实验过程中培养了我在实践中研究问题，分析问题和解决问 题的能力以及培养了良好的工程素质和科学道德，例如团队精神、交流能力、独立思考、 测试前沿信息的捕获能力等；提高了自己动手能力，培养理论联系实际的作风，增强创新意 识。 实验体会 这次的实验一共做了三个，包括：金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较；回转机构 振动测量及谱分析；悬臂梁一阶固有频率及阻尼系数测试。各有特点。 通过这次实验，我大开眼界，因为这次实验特别是回转机构振动测量及谱分析和悬臂梁 一阶固有频率及阻尼系数测试，需要用软件编程，并且用电脑显示输出。可以说是半自动化。 因此在实验过程中我受易非浅：它让我深刻体会到实验前的理论知识准备，也就是要事前了 解将要做的实验的有关质料，如：实验要求，实验内容，实验步骤，最重要的是要记录什么 数据和怎样做数据处理，等等。虽然做实验时，指导老师会讲解一下实验步骤和怎样记录数 据，但是如果自己没有一些基础知识，那时是很难作得下去的，惟有胡乱按老师指使做，其 实自己也不知道做什么。 在这次实验中，我学到很多东西，加强了我的动手能力，并且培养了我的独立思考能力。 特别是在做实验报告时，因为在做数据处理时出现很多问题，如果不解决的话，将会很难的 继续下去。例如：数据处理时，遇到要进行数据获取，这就要求懂得labview软件一些基本
机械工程测试技术基础(第三版)试卷集. 一、填空题 １、周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是连续的。 ２、均方值Ψx2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差ζx2的关系是￠x2=H x2+óx2。 ３、测试信号调理电路主要有电桥、放大、调制解调电路。 ４、测试系统的静态特性指标有、、。 ５、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的。 ６、传感器按信号变换特性可分为、。 ７、当时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度S趋于。 ８、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合、的变化，才能使输出有最大值。 ９、信号分析的过程主要包括：、。 10、系统动态特性在时域可用来描述，在复数域可用来描述，在频域可用来描述。 11、高输入阻抗测量放大电路具有高的共模抑制比，即对共模信号有抑制作用，对信号有放大作用。 12、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在。 13、压控振荡器的输出电压是方波信号，其与输入的控制电压成线性关系。 14、调频波的解调又称，其解调电路称为。 15、滤波器的通频带宽和响应时间成关系。 16、滤波器的频率分辨力主要由其决定。 17、对于理想滤波器，滤波器因数λ＝。 18、带通滤波器可由低通滤波器（f c2）和高通滤波器（f c1）而成（f c2> f c1）。 19、测试系统的线性度和滞后度是由误差引起的；而重复性误差是 由误差引起的。 二、问答题（共30分） １、什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用。（10分） ２、说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10分） ３、选用传感器的原则是什么？（10分） 三、计算题（共55分） １、已知信号x(t)=e-t (t≥0)， (1) 求x(t)的频谱函数X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。 (2) 求x(t)的自相关函数R x (η) 。（15分） ２、二阶系统的阻尼比ξ=0.2，求ω=ωn时的幅值误差和相位误差，如果使幅值误差不大于10％，应取多大阻尼比？。（10分）３、一电容传感器，其圆形极板r = 4mm，工作初始间隙δ0 =0.3mm， （1）工作时如果传感器的工作间隙变化Δδ=±2μm，求电容的变化量。 （2）如果测量电路灵敏度S1=100mv/pF，读数仪表灵敏度S2=5格/mv，在 Δδ=±2μm时，读数仪表的指示值变化多少格？ （ε0 = 8.85×10-12 F/m）(8分) ４、已知RC低通滤波器的R=1KΩ，C=1MF，当输入信号μx= 100sin1000t时， 求输出信号μy 。（7分） ５、（1）在下图中写出动态应变仪所包含的各个电路环节。 （2）如被测量x(t) = sinωt，载波y(t)=sin6ωt，画出各环节信号的波形图。 (15分 一、填空题： 1、连续 2、￠x2=H x2+óx2 3、电桥、放大、调制解调电路 4、非线性度、灵敏度、回程误差 5、斜率 6、组合型、一体化型 7、Δó〈〈ó0定位 8、相邻相反相对相同 9、信号分析、信号处理 10、传递函数、频率函数、脉冲响应函数11、差模12、分布电容 13、频率 14、鉴频、鉴频器 15、反比 16、带宽B 17、1 18、串联19、系统、随机 一、问答题 1、答：测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索型的、论证型的测量过程，也是获取信息的过程。 （1）测量对象
机械工程测试技术基础 实验报告 学号：0801130801 学生: 俞文龙 指导老师：邓春萍
实验一电阻应变片的粘贴及工艺 一、实验目的 通过电阻应变片的粘贴实验，了解电阻应变片的粘贴工艺和检查方法及应变片在测试中的作用，培养学生的动手能力。 二、实验原理 电阻应变片实质是一种传感器，它是被测试件粘贴应变片后在外载的作用下，其电阻丝栅发生变形阻值发生变化，通过阻桥与静动态应变仪相连接可测出应变大小，从而可计算出应力大小和变化的趋势，为分析受力试件提供科学的理论依据。 三、实验仪器及材料 QJ－24型电桥、万用表、兆欧表、电烙铁、焊锡、镊子、502胶、丙酮或酒精、连接导线、防潮材料、棉花、砂纸、应变片、连接片。 四、实验步骤 1、确定贴片位置 本实验是在一梁片上粘贴四块电阻应变片，如图所示： 2、选片 1）种类及规格选择 应变片有高温和常温之分，规格有3x5，2x4，基底有胶基箔式和纸基箔式。常用是3*5
胶基箔式。 2)阻值选择： 阻值有120欧，240欧，359欧，500欧等，常用的为120欧。 3)电阻应变片的检查 a.外观检查，用肉眼观察电阻应变是否断丝，表面是否损坏等。 b.阻值检查：用电桥测量各片的阻值为配组组桥准备。 4)配组 电桥平衡条件：R1*R3 = R2*R4 电桥的邻臂阻值小于0.2欧。 一组误差小于0.2% 。在测试中尽量选择相同阻值应变 片组桥。 3．试件表面处理 1) 打磨，先粗打磨，后精细打磨 a. 机械打磨，如砂轮机 b. 手工打磨，如砂纸 打磨面积应大于应变片面积2倍，表面质量为Ra = 3.2um 。应成45度交叉打磨。因为这样便于胶水的沉 积。 2)清洁表面 用棉花粘积丙酮先除去油污，后用酒精清洗，直到表面干净为止。 3)粘贴。涂上502胶后在电阻应变片上覆盖一薄塑料模并加压，注意电阻应变片的正反面。反面涂胶，而正面不涂胶。应变片贴好后接着贴连接片。 4)组桥：根据要求可组半桥或全桥。 5)检查。 用万用表量是否断路或开路，用兆欧表量应变片与被测试件的绝缘电阻，静态测试中应大于100M欧，动态测试中应大于50M欧。 6)密封 为了防止电阻应变被破坏和受潮，一般用AB胶覆盖在应变片上起到密封和保护作用，为将来长期监测做好准备。 五实验体会与心得 本次亲自动手做了应变片的的相关实验，对应变片有了进一步的认识，通过贴应变片组成电桥，认识并了解了应变片的粘贴工艺过程，以及对应变片在使用之前是否损坏的检查。通过实验，进一步了解了应变片在试验中的作用，同时也锻炼了自身的动手能力。
测试技术基础实验报告 2017年06月8日
实验一光栅传感器测位移实验 1、四倍频辨向电路的工作原理 四倍频电路是一种位置细分法，就是使正弦信号在0度、90度、180度、270度都有脉冲输出，可使测量精度提高四倍。 光栅传感器输出两路相位相差为90的方波信号A和B.如图l所示，用A，B 两相信号的脉冲数表示光栅走过的位移量，标志光栅分正向与反向移动．四倍频后的信号，经计数器计数后转化为相对位置.计数过程一般有两种实现方法：一是由微处理器内部定时计数器实现计数；二是由可逆计数器实现对正反向脉冲的计数． ①当光栅正向移动时，光栅输出的A相信号的相位超前B相90，则在一个周期内，两相信号共有4次相对变化：00→10→11→01→00．这样,如果每发生一次变化，可逆计数器便实现一次加计数,一个周期内共可实现4次加计数，从而实现正转状态的四倍频计数． ②当光栅反向移动时，光栅输出的A相信号的相位滞后于B相信号90，则一个周期内两相信号也有4次相对变化：00→01→11→10→00．同理，如果每发生一次变化，可逆计数器便实现一次减计数，在一个周期内，共可实现4次减计数，就实现了反转。 2、四倍频辨向电路波形图
实验二：电容式、涡流式传感器的特性及应用实验 一变面积传感器实验原理及电路 实验电路框图如图2所示。电容的变化通过电容转换电路转换成电压信号，经过差动放大器后，用数字电压表显示出来。 图2 电容式传感器实验电路框图 图3 电容转换电路原理图
图4 二极管环形电桥原理图 1、根据表1实测数据，画出输入/输出特性曲线Uo=f（X)，并且计算灵敏度和 非线性误差。 表1-1变面积电容传感器实测数据记录表 输入/输出特性曲线
机械工程测试技术 实验指导书 学院：机械与动力工程学院 专业：车辆工程 班级： 11010141 学号： 1101014125 姓名：赵艳峰
实验一 用应变仪测量电阻应变片的灵敏度 一 实验目的 1、掌握在静载荷下使用电阻应变仪测量方法； 2、掌握桥路连接和电阻应变仪工作原理； 3、了解影响测量误差产生的因素。 二、实验仪器及设备 等强度梁 编号；天平秤；砝码；yd-15型动态电阻应变仪； 游标卡尺；千分尺（0～25㎜）；DY-15型直流24伏电源； 三、实验原理 电测法的基本原理是：将电阻应变片粘贴在被测构件的表面，当构件发生变形时，应变片随着构件一起变形（ΔL/L ），应变片的电阻值将发生相应的变化，通过电阻应变仪，可测量出应变片中电阻值的变化（ΔR/R ），并换算成应变值，或输出与应变成正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应变或应力值。电阻应变片的灵敏度是构件单位应变所引起应变片电阻值的变化量，用K 来表示， K= L/L R/R ??=ε R/R ? yd-15动态电阻应变仪主要技术参数 1、测量点数：4点 8点 2、测量范围： 10000微应变 3、标定应变： 50， 100， 300， 1000， 3000微应变，标定误差不超过 1%，最小 1微应变 4、灵敏系数：k=2.00 5、灵敏度：0.25mA/με(12Ω及2Ω负载) 0.093 5mA/με(16Ω负载) 0.025mA/με(20Ω负载) 0.01mA/με(50Ω负载) 0.01伏/με(1k 负载) 6、电阻应变片：按120Ω设计，100～600Ω可用。 7、线性输出范围：0 30mA(12Ω及2Ω负载)
一、 填空题（20分，每空1分） 1.测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为 静态测量 和 动态测量 。 2.测量结果与 被测真值 之差称为 测量误差 。 3.将电桥接成差动方式习以提高 灵敏度 ，改善非线性，进行 温度 补偿。 4.为了 补偿 温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在 相邻 桥臂上。 5．调幅信号由载波的 幅值携带信号的信息，而调频信号则由载波的 频率 携带信号的信息。 6．绘制周期信号()x t 的单边频谱图，依据的数学表达式是 傅氏三角级数中的各项系数 ，而双边频谱图的依据数学表达式是 傅氏复指数级数中的各项系数 。 7．信号的有效值又称为 均方根值 ，有效值的平方称为 均方值2ψ ，它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。 8．确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是 离散的 ，后者频谱特点是 连续的 。 9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是 频率响应法 和 阶跃响应法 。 10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= 0()x t t - 。其几何意义是 把原函数图像平移至0t 位置处 。 二、 选择题（20分，每题2分） 1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将(C)。 A ．增大 B ．减少 C.不变 D.变化不定 2．调制可以看成是调制信号与载波信号(A)。
A 相乘 B ．相加 C ．相减 D.相除 3．描述周期信号的数学工具是(D)。 A ．相关函数 B ．拉氏变换 C ．傅氏变换 D.傅氏级数 4．下列函数表达式中，(B)是周期信号。 A ．5cos100()00 t t x t t π? ≥?=? ?
机械工程测试技术基础第三版熊诗波 绪论 0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。 解答：教材P4~5，二、法定计量单位。 0-2 如何保证量值的准确和一致？ 解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定） 1、对计量单位做出严格的定义； 2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备； 3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。 3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。 0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 解答：（教材P8~10，八、测量误差） 0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。 ①1.0182544V±7.8μV ②(25.04894±0.00003)g ③(5.482±0.026)g/cm2 解答： ① ② ③ 0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？ 解答： (1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。 (2)要点：见教材P11。 0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V的0.5级电压表和量程为30V的1.5级电压表分别测量25V电压，请问哪一个测量准确度高？ 解答： (1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为0.2级的电表，其引用误差为0.2%），而 引用误差=绝对误差/引用值 其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。量程越大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。
《机械工程测试技术基础》课后答案 章节测试题 第一章 信号及其描述 （一）填空题 1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来 传输的。这些物理量就是 ，其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述，以 为独立变量；而信号的频域描述，以 为独立变量。 3、 周期信号的频谱具有三个特 点： ， ， 。 4、 非周期信号包括 信号和 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数有 、 、 。 6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 对称，虚频谱（相频谱）总是 对 称。 （二）判断对错题（用√或×表示） 1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（ ） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（ ） 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。（ ） 4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（ ） 5、 随机信号的频域描述为功率谱。（ ） （三）简答和计算题 1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。 2、 求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。 3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。 4、 求被截断的余弦函数???≥<=T t T t t t x ||0 ||cos )(0ω的傅立叶变换。 5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。 第二章 测试装置的基本特性 （一）填空题 1、 某一阶系统的频率响应函数为121 )(+=ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。 2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和222 4.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的 总灵敏度。 3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 、 和 。 4、 当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y -=时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。 5、 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 越小。 6、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 关系为最佳。 （二）选择题 1、 不属于测试系统的静特性。 （1）灵敏度 （2）线性度 （3）回程误差 （4）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。 （1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡
武汉理工大学《机械工程测试技术》课程实验报告 专业：机械电子工程 姓名：大傻逼 年级：2019级 班级：测控1班 学号：201903704567
实验三等强度梁弯矩、拉力测试和标定实验 实验目的 学会制定梁的弯矩和拉力传感器制作方法；学会金属电阻应变片的标定方法；学会通过弯矩信号推导等强度梁的垂向结构参数（固有频率和阻尼比系数） 2实验原理 实验原理图： 应变片R1 R2 R3 R4接线图 （3）电桥的灵敏度 电桥的灵敏度Su是单位电阻变化率所对应的输出电压的大小
Su=U/(ΔR/R)=0.25UO(ΔR1/R1+ΔR2/R2+ ΔR3 / R3- ΔR4 / R4)/(ΔR/ R) n=(R1/R1- R2 / R2+ R3/R3- R4/R4)/(ΔR/ R) 则Su=0.25n U1 式中，n 为电桥的工作臂系数 利用最小二乘法计算单臂全桥的电压输出灵敏度S，S = ΔV/Δm，并做出V～m 关系 在载物平台上加标准砝码，每加一个记录一个放大器输出电压值，并列表： 灵敏度为直线的斜率为 =（1.35+0.81+0.28）-（1.09+0.54+0）/3*2=0.135 V/k 实验图片贴片
贴片一 贴片二 固有频率和阻尼比的计算 在这个实验中，我们使用的是自由衰减法，以下是实验应该得到的曲线样本及物理模型。 做震动减弱原理图
实验步骤及内容 1，按要求，把各实验仪器连接好接入电脑中，然后在悬臂梁上粘紧压电式加速度传感器打开计算机，。。 2，打开计算机，启动计算机上的“振动测试及谱分析.vi ”。 3，选择适当的采样频率和采样点数以及硬件增益。点击LabVIEW 上的运行按钮（Run ）观察由 脉冲信号引起梁自由衰减的曲线的波形和频谱。 4，尝试输入不同的滤波截止频率，观察振动信号的波形和频谱的变化。 5，尝试输入不同的采样频率和采样点数以及硬件增益，观察振动信号的波形变化。 6，根椐最合适的参数选择，显示最佳的结果。然后按下“结束按钮，完成信号采集。最后我选择的参数是：采样频率sf 为512HZ,采样点数N为512点。 7，记录数据，copy读到数据的程序，关闭计算机。
《机械故障诊断基础》教学大纲 课程类别：选修课(专业课) 适用专业；机械设计制造及其自动化 执行学时：24学时 一、本课程在培养计划中的作用 （一）本课程是一门专业课，研究的内容为机械系统动态信号处理与分析及以上内容在典型机械零部件运行过程中的状态分析与识别。在本课程中，培养学生利用所学知识正确分析与判断典型机械零部件运行过程中的状态的技能，并了解掌握故障诊断知识的更新及发展动向。 （二）基本要求 1 、从进行机械故障诊断所必备的基本知识与方法出发，学生学完本课程后应具备下列几方面的知识： （1）机械系统动态信号处理与分析方法 （2）转轴组件的振动特性的描述及故障分析方法。 （3）滚动轴承的振动特性的描述及故障分析方法。 （4）齿轮箱的振动特性的描述及故障分析方法。 （5）红外检测技术。 （6）润滑油样分析。 2 、本课程实践性很强，所以实验课是达到本课程教学要求和使学生经受工程技术训练必不可少的环节。开设实验应不少于6学时，重点为典型机械零部件运行过程中振动信号的测试与分析，典型故障信号的分析与故障判断。 （三）与其它课程的联系 在学习本课程之前应具有《机械工程测试技术基础》课程的知识。 讲课学时的分配： 概述 1 学时 信号分析方法及应用 3 学时 机械故障诊断依据的标准 2学时 转轴组件的振动特性描述及故障分析 2 学时 滚动轴承的振动特性的描述及故障分析 2学时
齿轮箱的振动特性的描述及故障分析 2 学时 红外检测技术 2学时 润滑油样分析 2 学时 实验 6学时 总讲课学时 22学时 考试 2 学时 二、课程内容的重点、先进性、实用性和特点 本课程属专业课，与前设课程《机械工程测试技术基础》课程衔接紧密，并直接应用于生产实践、科学研究与日常生活有关振动噪声、力、温度等参量的测试及状态判断中。 近年来，随着传感技术、电子技术、信号处理与计算机技术的突破性进展，《机械故障诊断基础》课程从理论、方法到应用领域都发生了很大的改变。要求本课程的讲授要知识面广、实践性强，结合新理论、新方法及新的使用领域，使学生了解前沿动态。 三、授课大纲 概述 课程的内容、方法。诊断信息的来源、获取，典型故障示例，学习方法。 第一章信号分析方法及应用 1、时域分析与频域分析。 2、时域与频域的转换。 3、时、频域信号中蕴涵的信息分析。 第二章机械故障诊断依据的标准 1、故障诊断的绝对判断标准 2、故障诊断的相对判断标准 3、故障诊断的类比判断标准 4、几种判断标准的选用及判断实例。 第三章转轴组件的振动特性描述及故障分析 1、转轴组件的振动机理 2、转轴组件的振动原因识别 3、现场平衡技术 第四章滚动轴承的振动特性的描述及故障分析 1、滚动轴承失效的基本形式 2、滚动轴承的振动机理 3、滚动轴承的振动监测及故障判别
实验一波形的合成与分解 一、实验目的 1、了解信号分析手段之一的傅里叶变换的基本思想和物理意义。 2、观察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形。 3、观察和分析频率、幅值相同，相位角不同的正弦波叠加的合成波形。 4、通过本实验熟悉信号合成、分解的操作方法，了解信号频谱的含义。 二、实验结果 图1.1方波 图1.2锯齿波 图1.3三角波 图1.4正弦整流波 实验二典型信号的频谱分析 一、实验目的 1、在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的频谱
特征，并能够从信号频谱中读取所需的信息。 2、了解信号频谱的基本原理和方法，掌握用频谱分析提取测量信号特征的方法。 二、实验原理 信号频谱分析是采用傅里叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。 工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以频率f为横坐标，X(f)的实部a(f)和虚部b(f)为纵坐标画图，称为时频—虚频谱图；以频率f为横坐标，X(f)的幅值A(f)和相位φ(f)为纵坐标画图，则称为幅值—相位谱；以f为横坐标，A(f)2为纵坐标画图，则称为功率谱。 频谱是构成信号的各频率分量的集合，它完整地表示了信号的频率结构，即信号由哪些谐波组成，各谐波分量的幅值大小及初始相位，揭示了信号的频率信息。 三、实验结果 实验结果如下图所示： 图2.1 白噪声信号幅值频谱特性
图2.2 正弦波信号幅值频谱特性 图2.3 方波信号幅值频谱特性 图2.4 三角波信号幅值频谱特性 图2.5 正弦波信号+白噪声信号幅值频谱特性 四、思考题 1、与波形分析相比，频谱分析的主要优点是什么？ 答：信号频谱() X f代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。 2、为何白噪声信号对信号的波形干扰很大，但对信号的频谱影响很小？ 答：白噪声是指在较宽的频率范围内，各等带宽的频带所含的噪声能量相等的噪声。在时域上，白噪声是完全随机的信号，叠加到波形上会把信号的波形完全搅乱，所以对信号的波形干扰很大。但在整个频带上，白噪声均匀分布，所以从频谱上看，只是把有用信号的频谱抬高了一点而已。 五、工程案例分析 频谱分析可用于识别信号中的周期分量，是信号分析中最常用的一种手段。例如，在机床齿轮箱故障诊断中，可以
《机械工程测试技术》 实验指导书 山东大学机械工程学院实验中心 2008年2月
目录 实验一信号分析实验——————2 实验二传感器的标定实验——————8 实验三测试装置特性实验——————————15 实验四静态应力应变测试实验——————23 实验五动态应力应变测试实验——————33 实验六机械振动测试梁的固有频率测定实验————42 实验七传感器应用---转速测量实验————48 实验八扭转振动测量实验————————38 实验九设计实验—————————————50
实验一信号分析 一、实验目的 1.掌握信号时域参数的识别方法，学会从信号时域波形中观察和获取信号信息。 2.加深理解傅立叶变换的基本思想和物理意义，熟悉典型信号的频谱特征，掌握使用频谱分析提取测量信号特征的方法。 3.理解信号的合成原理，观察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形。 4. 初步了解虚拟仪器的概念。 二、实验原理 1．信号时域分析 信号时域分析又称为波形分析或时域统计分析，它是通过信号的时域波形计算信号的均值、均方值、方差等统计参数。信号的时域分析很简单，用示波器、万用表等普通仪器就可以进行分析。通过本实验熟悉时域参数的识别方法，能够从信号波形中观测和读取所需的信息，也就是具备读波形图的能力。 2信号频谱分析 信号频谱分析是采用傅里叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。频谱是构成信号的各频率分量的集合，它完整地表示了信号的频率结构，即信号由哪些谐波组成，各谐波分量的幅值大小及初始相位，揭示了信号的频率信息。信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以频率f为横坐标，X(f)的实部和虚部 为纵坐标画图，称为时频－虚频谱图；以频率f为横坐标，X(f)的 幅值。和相位为纵坐标画图，则称为幅值－相位谱。
实验一波形的成与分解 一、实验目的 1、加深了解信号分析手段之一的傅里叶变换的基本思想和物理意义。 2、观察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形。 3、观察和分析频率、幅值相同，相位角不同的正弦波叠加的合成波形。 4. 通过本实验熟悉信号合成、分解的操作方法，了解信号频谱的含义。 二、实验结果 由傅里叶级数展开式，用一个频率为100hz、幅值为600正弦波的前五项谐波近似合成方波、三角波锯齿波、正弦整流波： 图1.1方波
图1.2锯齿波 图1.3三角波
图1.4正弦整流波
实验二典型信号的频谱分析 一、实验目的 1、在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的频谱特征，并能够从信号频谱中读取所需的信息。 2、了解信号频谱的基本原理和方法，掌握用频谱分析提取测量信号特征的方法。 二、实验原理 频谱分析可用于识别信号中的周期分量，是信号分析中最常用的一种手段。 信号频谱分析是采用傅里叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。 工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以频率f为横坐标，X(f)的实部a(f)和虚部b(f)为纵坐标画图，称为时频—虚频谱图；以频率f为横坐标，X(f)的幅值A(f)和相位φ(f)为纵坐标画图，则称为幅值—相位谱；以f为横坐标，A(f)2为纵坐标画图，则称为功率谱。 频谱是构成信号的各频率分量的集合，它完整地表示了信号的频率结构，即信号由哪些谐波组成，各谐波分量的幅值大小及初始相位，揭示了信号的频率信息。 三、实验结果 图2.1 白噪声信号幅值频谱特性
一、填空题(每空1分，共10分) 1.信号可分为____ _____两大类。 2.在平稳随机过程中，若任一单个样本函数的时间平均统计特性等于该过程的集合平均统计特性，则该过程叫_________。 3.对于线性系统，若输入为x(t)=x 0e j ω t ，则其稳态输出y(t)=y e j t 00()ω?+，这个性质称为 _________。 4.已知滤波器的带宽为B ，它对阶跃响应的建立时间为Te ，则B 和Te 的关系为_______。 5.若测试系统由两个环节并联而成，且各个环节的传递函数分别为H 1(S)和H 2(S)，则该系统的传递函数为_________。 6.若采样频率过低，不满足采样定理，则被采样的离散信号的频谱会发生_______现象。 7.频率不同的两个正弦信号，其互相关函数R xy (τ)=_________。 8.若信号满足y(t)=kx(t)关系，式中k 为常数，则互相关系数ρxy (τ)=________。 9.两个时域函数乘积的傅里叶变换等于这两个函数_________。 10.图1-10所示电桥的输出为_________。 图1-10 二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号 填在题干的括号内。每小题1分，共15分) 1.描述非周期信号的数学工具是( ) A.三角函数 B.拉氏变换 C.傅氏级数 D.傅氏变换 2.时域信号x(t)二阶导数的傅里叶变换是( ) A. 1 22 ()()j f X f π B. 122()()πf X f C. (j2πf)2X(f) D. (2πf)2X(f) 3.概率密度函数是在什么域上描述随机信号的分布规律( ) A.时间域 B.频率域 C.幅值域 D.复数域 4.测试装置的传递函数H(S)的分母与( )有关。 A.输入量x(t) B.输出量y(t) C.输入点的位置 D.装置的结构 5.无论二阶系统的阻尼比ξ如何变化，当它所受的激振力频率与系统固有频率相等时，该系统的位移响应与激振力之间的相位差必为( ) A. 0° B. 90° C. 180° D.不定值 6.差动式电感传感器和差动式电容传感器具有( )的特点。 A.灵敏度提高了一倍，非线性度降低了一倍 B.灵敏度和非线性度都降低了
第一章 信号及其描述 （一）填空题 1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来 传输的。这些物理量就是 信号 ，其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述，以 时间t 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率f 为独 立变量。 3、 周期信号的频谱具有三个特点： 离散性 ， 谐波性 ， 收敛 性 。 4、 非周期信号包括 准周期 信号和 瞬态非周期 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值 、 均方值 、 方 差 。 6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 偶 对称，虚频谱（相频谱）总是 奇 对称。 （二）判断对错题（用√或×表示） 1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（ Y ） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（ Y ） 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。（ X ） 4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（ X ） 5、 随机信号的频域描述为功率谱。（ Y ） （三）简答和计算题 1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。 2、 求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。 3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。 4、 求被截断的余弦函数?? ?≥<=T t T t t t x ||0||cos )(0ω的傅立叶变换。 5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。 第二章 测试装置的基本特性 （一）填空题 1、 某一阶系统的频率响应函数为121 )(+=ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。 2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的 总灵敏度。 3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 傅立叶变换法 、 和 滤波器法 。 4、 当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y -=时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。 5、 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 被测量 越小。 6、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 线性 关系为最佳。 （二）选择题 1、 不属于测试系统的静特性。 （1）灵敏度 （2）线性度 （3）回程误差 （4）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。 （1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡