机械工程测试技术-绪论

测试技术基础专业：机械工程授课学时数：36作者：王世军单位：西安理工大学机械及自动化系E-mail: wsjxaut@？本课程在培养计划中的地位（摘自培养计划）教学计划•计划学时40•讲课36•实验4•每周学时：4•考试时间：5月1日前教学要求•参考书–《工程测试技术及应用》郑建明班华主编，电子工业出版社–《机械工程测试技术基础》，第三版•熊诗波黄长艺主编，机械工业出版社–《测试技术与工程应用》•赵庆海主编化学工业出版社–《机械工程测试技术》•陈花玲主编，机械工业出版社–《工程测试技术基础》•何岭松，华中理工大学出版社–要求记笔记–成绩评定：–考试成绩（80%~85%）+ 平时成绩（15%~20%）–平时成绩：•日常考勤，一次不到扣一分，扣完为止•课堂提问，不到或者不会，扣一分，扣完为止•课堂练习，缺一次扣一分，扣完为止讲义的网上地址：reply2004@ Password: 205405•该信箱是用于教学的个人信箱；•请勿改动信箱的任何设置，只下载附件；•不会使用Email的同学，先。

•谢谢合作！我的信箱：wsjxaut@wsjxaut@上篇测试技术基础第一讲第一章绪论第一节测试技术概况第二节测量的基础知识？第一章绪论第一节测试技术概况一、测试技术的发展与重要性1. 测试是测量和试验的简称目的：获取被测对象基本属性与内在运行规律有用信息2.工程测量分为静态测量和动态测量静态测量是指对不随时间变化的物理量的测量动态测量是指对随时间变化的物理量的测量----本课的主要研究对象3.信息、信号、测试和测试系统之间的关系测试的目的是获取信息，信号是信息的载体，测试是通过测试系统得到被测参数信息并以信号的形式表现出来的技术手段。

4.测试技术的发展概况现代工程测试技术与仪器的发展主要表现在以下方面：（1）新原理新技术在测试技术中的应用激光多普勒效应----磁铁振动的测量激光扫描----大型结构的多点测振（2）新型传感器的出现MEMS技术进入，传感器与处理电路集成（3）计算机测试系统与虚拟仪器的应用测试系统引入计算机技术二、测试系统的一般组成三、测试技术的发展趋势1.测试仪器向高精度、高速度和多功能发展；2.传感器向新型、微型、智能型发展；3.测试范围向极端测量方向发展；4.参数测量与数据处理向自动化发展。

机械工程测试技术教案第一章绪论一、教学目的及要求使学生掌握测试系统的基本概念。

学生应了解测试系统的功能结构，静、动态测试的概念等。

二、主要内容测试技术的在机械工程中的意义；测试系统的组成；课程性质；基本内容及学习方法四、教学重点：静态测试与动态测试的概念。

测试系统的组成。

五、教学难点：动态测试概念的建立六、教学过程：(见讲义)八、思考题：根据日常观察，是建立一套结构应力测试系统，要求画出框图即可。

九、作业：静态测试与动态测试系统的构成有何不同十、教学参考书：黄长艺，严普强. 机械工程测试技术基础. 机械工业出版社. 1994年11第二章信号分析一、教学目的及要求使学生掌握确定性信号分析的基本理论和方法；二、主要内容信号的分类；信号的时域和频域描述；周期信号与离散频谱；瞬变非周期信号与连续频谱；脉冲信号及其频谱；正弦函数和余弦函数的频谱四、教学重点：周期信号的时域定义、傅立叶级数表达及其离散频谱λ瞬变非周期信号的傅立叶变换及其连续频谱λ傅里叶变换的主要性质λ五、教学难点：信号时域分析与频域表达的概念、方法及其相互关系六、教学过程：(见讲义)八、思考题与作业：1、什么是信号的频域描述2、周期信号的时域定义及其判断方法3、确定任意一个谐波的三个要素是什么4、周期信号频谱特点是什么5、周期信号双边频谱与单边频谱间的幅值、相位关系6、傅立叶变换的六个主要性质7、单位脉冲函数的描述（函数值、强度）；t0)，及A，t0的意义-(tδ8、一般脉冲函数的表示方法，即A9、叙述脉冲函数的采样性质、卷积性质、频谱10、写出正弦函数、余弦函数的傅立叶变换习题2-1~2-4第三章测量系统分析一、教学目的及要求使学生们掌握测试系统的静、动态特性分析基本概念、表达方法。

二、主要内容测试系统的误差表达方式，静态特性曲线与静态特性参数λ测试系统的动态特性：线性系统的时域描述、频域描述λ理想频向函数—测试系统实现不失真测试的条件λ四、教学重点：线性系统的时域描述、频域描述，二阶系统的频率特性五、教学难点：线性系统的频率保持特性及其应用；系统时域、频域响应的计算六、教学过程：(见讲义)八、思考题与作业：1、绝对误差、相对误差的表达式2、灵敏度、非线性度、回程误差的定义3、叙述线性系统的5个性质4、什么是系统的脉冲响应函数、频率响应函数，两者的关系是什么5、测试系统在时域和频域分别用什么描述6、输入信号、输出信号、测试装置三者关系的时域描述和频域描述7、测试装置实现不失真测试的时域条件和频域条件8、写出线性定常系统微分方程的一般形式（式3.8）9、根据已知二阶系统的微分方程，推导频率响应函数以及系统的固有频率及阻尼比第四章信号的获取一、教学目的及要求使学生们掌握常用传感器的转换原理、评价以及选用原则。

第一章绪论1、测试的概念目的：获取被测对象的有用信息。

测试是测量和试验的综合。

测试技术是测量和试验技术的统称。

2、静态测量及动态测量静态测量：是指不随时间变化的物理量的测量。

动态测量：是指随时间变化的物理量的测量。

3、课程的主要研究对象研究机械工程中动态参数的测量4、测试系统的组成5、量纲及量值的传递6、测量误差系统误差、随机误差、粗大误差7、测量精度和不确定度8、测量结果的表达第二章信号分析及处理一、信号的分类及其描述1、分类2、描述时域描述：幅值随时间的变化频域描述：频率组成及幅值、相位大小二、求信号频谱的方法及频谱的特点1、周期信号数学工具：傅里叶级数方法：求信号傅里叶级数的系数频谱特点：离散性谐波性收敛性（见表1-2）周期的确定：各谐波周期的最小公倍数基频的确定：各谐波频率的最大公约数2、瞬变信号（不含准周期信号）数学工具：傅里叶变换方法：求信号傅里叶变换频谱特点：连续性、收敛性3、随机信号数学工具：傅里叶变换方法：求信号自相关函数的傅里叶变换频谱特点：连续性三、典型信号的频谱1、δ(t)函数的频谱及性质△(f)=1 频率无限，强度相等，称为“均匀谱”采样性质：积分特性：卷积特性：2、正、余弦信号的频谱（双边谱）欧拉公式把正、余弦实变量转变成复指数形式，即一对反向旋转失量的合成。

解决了周期信号的傅里叶变换问题，得到了周期信号的双边谱，使信号的频谱分析得到了统一。

3、截断后信号的频谱频谱连续、频带变宽（无限）四、信号的特征参数1、均值：静态分量（常值分量）正弦、余弦信号的均值？2、均方值：强度（平均功率）均方根值：有效值3、方差：波动分量4、概率密度函数：在幅值域描述信号幅值分布规律五、自相关函数的定义及其特点1、定义：2、特点3、自相关图六、互相关函数的定义及其特点1、定义2、特点3、互相关图七、相关分析的应用八、相关系数及相干函数相关系数、相关函数在时域描述两变量之间的相关关系；相干函数在频域描述两变量之间的相关关系。

第0章绪论(本习题解答尚未及验正,如发现错误请告诉老师)0-1叙述我国法定计量单位的基本内容。

答：法定计量单位是强制性的，各行业、各组织都必须遵照执行，以确保单位的一致。

我国的法定计量单位是以国际单位制(SI)为基础并选用少数其他单位制的计量单位来组成的。

国际单位制的七个基本量的单位分别是：长度—米(m)、质量—千克(kg)、时间—秒(s)、温度—开尔文(K)、电流—安培(A)、发光强度—坎德拉(cd)、物质的量—摩尔(Mol)。

(余略)0-2如何保证量值的准确和一致?答：为了确保量值的统一和准确，除了对计量单位做出严格的定义外，还必须有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备。

主要是基准和标准。

基准是用来保存、复现计量单位的计量器具。

它是具有现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具。

基准通常分为国家基准、副基准和工作基准三种等级。

计量标准是指用于检定工作计量器具的计量器具。

工作计量器具是指用于现场测量而不用于检定工作的计量器具。

通过对计量器具实施检定或校准，将国家基准所复现的计量单位量值经过各级计量标准传递到工作计量器具，以保证被测对象量值的准确和一致。

这个过程就是所谓的“量值传递”。

在此过程中，按检定规程对计量器具实施检定的工作对量值的准确和一致起着最重要的保证作用，是量值传递的关键步骤。

(余略)0-3何谓测量误差?通常测量误差是如何分类、表示的?答：测量结果与被测量真值之差称为测量误差，即测量误差＝测量结果-真值根据误差的统计特征，可以将误差分为系统误差、随机误差、粗大误差。

常用的误差表示方法有绝对误差、相对误差、引用误差0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差：①1.01825447.8V V μ±②(25.048940.00003)g ± ③2(5.4820.026)g cm ±解： ① 测量结果1.0182544V ，测量误差67.87.810V V μ−=×，相对误差：67.8100.000766%1.0182544V V −×= ② 测量结果25.04894g ，测量误差0.00003g ，相对误差：0.000030.00012%25.04894g g= ③ 测量结果25.482g cm ，测量误差20.026g cm ，相对误差：0.0260.474%5.482= 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?答：测量不确定度是与测量结果相关联的参数，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。

第一章 绪论1、列举出一些农业工程中应用测试技术的例子。

2、写一篇关于位移、速度、温度、力或应变测量系统的构成和测量过程的简短报告。

3、何谓测量误差？通常测量误差是如何分类、表示的？4、为什么是用测量仪器时，不仅要考虑其准确度，而且要考虑其量程？第二章 测试装置基本特性1、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2sin)(tt x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。

2）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 。

3）传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 越小。

4）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。

2、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3）两环节的相频特性各为)(1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性为（ ）。

（1）)()(21ωωQ Q （2）)()(21ωωQ Q + （3）)()()()(2121ωωωωQ Q Q Q +（4）)()(21ωωQ Q -4）一阶系统的阶跃响应中，超调量（ ）。

（1）存在，但<5％ （2）存在，但<1 （3）在时间常数很小时存在 （4）不存在5）忽略质量的单自由度振动系统是 系统。

（1）零阶 （2）一阶 （3）二阶 （4）高阶 6）一阶系统的动态特性参数是（ ）。

固有频率 （2）线性度 (3)时间常数 （4）阻尼比7）用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数，可取输出值达到稳态值（ ）倍所经过的时间作为时间常数。

（1）0.632 （2）0.865 （3）0.950 （4）0.982 3、判断题1）在线性时不变系统中，当初始条件为零时，系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数。

机械工程测试技术试题库机械工程测试技术试题库绪论第一章一、选择题 1.描述周期信号的数学工具是（ B ）。

A.相关函数 B.傅氏级数 C.傅氏变换 D.拉氏变换 2.傅氏级数中的各项系数是表示各谐波分量的（ C ）。

A.相位 B.周期 C.振幅 D.频率 3.复杂的信号的周期频谱是（ A ）。

A.离散的 B.连续的 C.δ函数 D.sinc函数 4.如果一个信号的频谱是离散的。

则该信号的频率成分是（ C ）。

A.有限的 B.无限的 C.可能是有限的，也可能是无限的 D.不能确定 5.下列函数表达式中，（ B ）是周期信号。

A.B.， C.， D.， 6.多种信号之和的频谱是（ C ）。

A.离散的 B.连续的C.随机性的 D.周期性的 7.描述非周期信号的数学工具是（ C ）。

A.三角函数 B.拉氏变换 C.傅氏变换 D.傅氏级数 8.下列信号中，（ C ）信号的频谱是连续的。

A.B.C.D.9.连续非周期信号的频谱是（ C ）。

A.离散、周期的 B.离散、非周期的 C.连续非周期的 D.连续周期的 10.时域信号，当持续时间延长时，则频域中的高频成分（ C ）。

A.不变B.增加C.减少D.变化不定 11.将时域信号进行时移，则频域信号将会（ D ）。

A.扩展 B.压缩C.不变 D.仅有移项 12.已知，为单位脉冲函数，则积分的函数值为（ C ）。

A.6 B.0 C.12 D.任意值 13.如果信号分析^p 设备的通频带比磁带记录下的信号频带窄，将磁带记录仪的重放速度（ A ），则也可以满足分析^p 要求。

A.放快 B.放慢 C.反复多放几次 D.不能 14.如果，根据傅氏变换的（ A ）性质，则有。

A.时移 B.频移 C.相似 D.对称 15.瞬变信号_(t)，其频谱_(f)，则|_(f)|2表示（ B ）。

A.信号的一个频率分量的能量 B.信号沿频率轴的能量分布密度 C.信号的瞬变功率 D.信号的功率 16.不能用确定函数关系描述的信号是（ C ）。

(精编)机械工程测量与试验技术课后习题答案绪论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±7.8μV②(25.04894±0.00003)g③(5.482±0.026)g/cm2解答：①②③0-5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。

(2)从(1)中可知，电表测量所带来的绝对误差=精度等级×量程/100，即电表所带来的绝对误差是一定的，这样，当被测量值越大，测量结果的相对误差就越小，测量准确度就越高，所以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。

机械工程测试技术基础知识点第一章绪论1. 测试技术是测量和试验技术的统称。

2. 工程测量可分为静态测量和动态测量。

3. 测量过程的四要素分别是被测对象、计量单位、测量方法和测量误差。

4. 基准是用来保存、复现计量单位的计量器具5. 基准通常分为国家基准、副基准和工作基准三种等级。

6. 测量方法包括直接测量、间接测量、组合测量。

7. 测量结果与被测量真值之差称为测量误差。

8. 误差的分类:系统误差、随机误差、粗大误差。

第二章信号及其描述1. 由多个乃至无穷多个不同频率的简单周期信号叠加而成，叠加后存在公共周期的信号称为一般周期信号。

2. 周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是连续的。

1．信号的时域描述，以时间为独立变量。

4．两个信号在时域中的卷积对应于频域中这两个信号的傅里叶变换的乘积。

5信息传输的载体是信号。

6一个信息，有多个与其对应的信号；一个信号，包含许多信息。

7从信号描述上：确定性信号与非确定性信号。

8从信号幅值和能量：能量信号与功率信号。

9从分析域：时域信号与频域信号。

10从连续性：连续时间信号与离散时间信号。

11从可实现性：物理可实现信号与物理不可实现信号。

12可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。

13不能用数学关系式描述的信号称为随机信号。

14周期信号。

按一定时间间隔周而复始出现的信号15一般周期信号:由多个乃至无穷多个不同频率的简单周期信号叠加而成，叠加后存在公共周期的信号。

16准周期信号:由多个简单周期信号合成，但其组成分量间无法找到公共周期。

或多个周期信号中至少有一对频率比不是有理数。

17瞬态信号（瞬变非周期信号）:在一定时间区间内存在，或随着时间的增加而幅值衰减至零的信号。

18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，所描述物理现象是一种随机过程。

19一般持续时间无限的信号都属于功率信号。

20一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号（可以理解成能量衰减的过程）。

测试技术绪 论 1. 测试：测试是具有实验性质的测量，或者可以理解为测量和实验的综合。

2. 测试技术研究的主要内容为被测量的测量原理、测量方法、测量系统及数据处理四个方面。

3. 测试技术的组成及作用：1.传感器是将被测信息转换成 电信号的器件，包括敏感器和转换器两部分。

2.信号的调理环节是把来自传感器的信号转换成更适合进一步的传出和处理的形式。

3.信号处理环节是对来自信号调理环节的信号进行各种运算滤波和分析。

4.信号显示记录环节是将来自信号处理环节的信号以观察者易于观察的形式来显示或存储测试的结果。

5.反馈、控制环节主要用于闭环控制系统中的测试系统。

第1章 信号及其描述 1． 信号的分类 ⎧⎧⎧⎪⎪⎨⎪⎩⎪⎨⎪⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎨⎩⎩⎪⎧⎧⎪⎪⎨⎪⎨⎩⎪⎪⎪⎩⎩简谐信号周期信号复合周期信号确定性信号准周期信号非周期信号瞬变信号信号各态历经信号平稳随机信号随机信号非各态历经信号非平稳随机信号确定性信号：能用明确的数学关系式 或图像表达的信号。

2. 工程测试 就是信号的获取、加工、处理、显示记录及分析的过程。

平稳随机过程：统计特征量不随时间 变化 各态历经随机过程：样本特征量代替总体特征量 3. 信号的描述：时域描述（表达式、波形）和频域描述（频谱：相频谱、幅频谱） 周期信号的描述、非周期信号的描述、随机信号的描述：（1）周期信号与离散频谱 周期信号的频谱特点和求取方法1）周期信号的频谱特点是离散的，每条频谱线表示一个谐波分量。

2）每条频谱线只出现在基频整数倍的频率上。

3)各频率分量的谱线高度与对应谐波的振幅成正比，谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小。

求取方法:用三角函数展开式或是用负指数函数展开式求得。

4..欧拉公式： ：)e (e 2/sin )e (e 2/1cos jsin cos e 00jn t jn t jn t jn tjn t j t n t n tn t n ωωωωωωωωω-=+=±=0000-0-00±5.傅里叶变换的主要性质1）奇偶虚实性。

机械⼯程测试技术课后习题及答案机械⼯程测试技术基础习题解答教材：机械⼯程测试技术基础，熊诗波黄长艺主编，机械⼯业出版社，2006年9⽉第3版第⼆次印刷。

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±7.8µV②(25.04894±0.00003)g③(5.482±0.026)g/cm2解答：①-66±?≈±7.810/1.01825447.6601682/10②6±≈±0.00003/25.04894 1.197655/10③0.026/5.482 4.743±≈‰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。