1、測試技術與儀器測試技術與儀器主講教師：王玉魁主講教師：王玉魁哈爾濱工業大學機電工程學院哈爾濱工業大學機電工程學院機械制造及自動化系機械制造及自動化系辦公地點：制造樓辦公地點：制造樓322322室室聯系電話：聯系電話： 20142014年年5 5月月第六章第六章 信號分析與處理信號分析與處理第五節第五節 數字信號處理基本步驟數字信號處理基本步驟預處理預處理A/D轉換轉換數字信號處理器數字信號處理器或或計算機計算機結結果果顯顯示示x(t)預處理預處理A/D轉換轉換y(t)測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系1）電壓幅值調理）電壓幅值調理2）必要的濾波）必要的濾波3）有必要，隔離

2、直流分量）有必要，隔離直流分量4）解調）解調濾波器是一種選頻裝置，濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定的頻率可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大衰減其成分通過，而極大衰減其它頻率成分。它頻率成分。 根據濾波器的選頻作用，一般將濾波器分為四類，根據濾波器的選頻作用，一般將濾波器分為四類，即低通、高通、帶通和帶阻濾波器。即低通、高通、帶通和帶阻濾波器。 測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系低通低通高通高通測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系帶通帶通帶阻帶阻測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系1）截斷）截斷2）加權）加權3）剔除奇異點）

3、剔除奇異點4）分離趨勢項）分離趨勢項A/DA/D轉換是模擬信號經采樣、量化并轉化為二進制數的轉換是模擬信號經采樣、量化并轉化為二進制數的過程。過程。 測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系第六節第六節 信號數字化出現的問題信號數字化出現的問題 一、概述一、概述0tfx(t)X(f)0原模擬信號及其頻譜原模擬信號及其頻譜測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系采樣函數及其頻譜采樣函數及其頻譜0ts(t)Ts0fS(f)1/Ts-1/Ts1/Tsx(t) s(t)0tfX(f)*S(f)01/Ts-1/Ts-1/2Ts1/2TsTs采樣后信號及其頻譜采樣后信號及其

4、頻譜測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系有限長離散信號及其頻譜有限長離散信號及其頻譜w(t)0tfW(f)01/T-1/TT時窗函數及其頻譜時窗函數及其頻譜x(t) s(t) w(t)0tfX(f)* S(f) *W(f)0-1/2Ts1/2TsT測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系DFT后的頻譜及其時域函數后的頻譜及其時域函數頻域采樣函數及其時域函數頻域采樣函數及其時域函數0td(t)f0fD(f)T-T1x(t) s(t) w(t) d(t) 0tfX(f)*S(f)*W(f) D(f)0TsT測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系

5、二、時域采樣、混疊和采樣定理二、時域采樣、混疊和采樣定理連續時間信號連續時間信號離散時間序列離散時間序列采樣采樣等距單位脈沖序列等距單位脈沖序列采樣信號采樣信號測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系TS采樣間隔；采樣間隔；N序列長度，序列長度，N=T/TSfS采樣頻率，采樣頻率， fS =1/TS式式中中TSx(t)AB1234t0混疊現象混疊現象數據數據量大量大測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系卷卷積積定定理理測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系x(t) s(t)0tfX(f)

6、*S(f)0fs-fsfs/2Ts折疊折疊頻率頻率產生混疊的原因產生混疊的原因測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系fX(f)*S(f)0fhfh-fhfS不產生混疊的條件不產生混疊的條件條件一條件一帶限信號帶限信號條件二條件二抗混疊濾波預處理抗混疊濾波預處理采樣定理采樣定理測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系三、量化和量化誤差三、量化和量化誤差離散信號離散信號的電壓幅值的電壓幅值二進制數碼組二進制數碼組數字數字信號信號量化量化量化誤差量化誤差相鄰電平差相鄰電平差測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系四、截斷、泄漏和窗函數四、截斷、泄漏和

7、窗函數截截 斷斷w(t)0tfW(f)01/T-1/TT窗窗函函數數測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系泄泄 漏漏帶限信號在截斷后變成無限帶寬信號，能量在頻帶限信號在截斷后變成無限帶寬信號，能量在頻率軸上分布擴展的現象率軸上分布擴展的現象x(t) s(t) w(t)0tfX(f)* S(f) *W(f)0-1/2Ts1/2TsT泄泄 漏漏混混 疊疊測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系五、頻域采樣、時域周期延拓和柵欄效應五、頻域采樣、時域周期延拓和柵欄效應頻域采樣頻域采樣離散化離散化時時 域域周期函數周期函數周周期期延延拓拓柵欄效應柵欄效應 離散傅里葉變換

8、（離散傅里葉變換（DFT）測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系六、頻率分辨力、整周期截斷六、頻率分辨力、整周期截斷 頻率分辨率頻率分辨率 計算工作量計算工作量途徑：途徑：其一是在其一是在DFT的基礎上，采用的基礎上，采用“頻率細化技術（頻率細化技術（ZOOM）”，其基本思路是在處理過程中只提高感興趣的局部頻段中的頻率其基本思路是在處理過程中只提高感興趣的局部頻段中的頻率分辨力，以此來減少計算工作量。分辨力，以此來減少計算工作量。另一條途徑則是改用其他把時域序列變換成頻譜序列的方法。另一條途徑則是改用其他把時域序列變換成頻譜序列的方法。 測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院

9、機械制造及自動化系整數整數整周期截斷整周期截斷在分析簡諧信號的場合下，需要了解某特定頻率的譜值。在分析簡諧信號的場合下，需要了解某特定頻率的譜值。從從DFTDFT的原理來看，譜線落在處的條件是：的原理來看，譜線落在處的條件是： / = / =整數。考整數?？紤]到是慮到是 分析時長分析時長T T 的倒數，簡諧信號的周期是其頻率的的倒數，簡諧信號的周期是其頻率的倒數，因此只有截取的信號長度倒數，因此只有截取的信號長度T T 正好等于信號周期的整數正好等于信號周期的整數倍時，才可能使分析譜線落在簡諧信號的頻率上，才能獲得倍時，才可能使分析譜線落在簡諧信號的頻率上，才能獲得準確的頻譜。準確的頻譜。 測

10、試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系七、常用窗函數七、常用窗函數w(t)0tfW(f)01/T-1/TT主瓣寬度窄主瓣寬度窄提高頻率分辨能力提高頻率分辨能力評價指標評價指標最大旁瓣峰值與主瓣峰值比最大旁瓣峰值與主瓣峰值比最大旁瓣最大旁瓣10倍頻程衰減率倍頻程衰減率主瓣寬度主瓣寬度減小泄漏減小泄漏旁瓣幅度低旁瓣幅度低測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系w(t)0tfW(f)01/T-1/TT評價：評價：主瓣最窄，旁瓣較高，泄漏較大，適用于對峰值附近頻率主瓣最窄，旁瓣較高，泄漏較大，適用于對峰值附近頻率要求高而對幅值精度要求不高的場合要求高而對幅值精度要求不高

11、的場合（一）矩形窗（一）矩形窗T測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系（二）三角窗（二）三角窗w(t)0tfWT(f)02/T-2/TT/2-T/21T/2評價：評價：三角窗與矩形窗比較，主瓣寬度約為矩形窗的兩倍，但旁三角窗與矩形窗比較，主瓣寬度約為矩形窗的兩倍，但旁瓣低并且不會出現負值。瓣低并且不會出現負值。 測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系（三）漢寧窗（余弦窗）（三）漢寧窗（余弦窗）2.4%評價：評價：漢寧窗的旁瓣明顯降低，具有抑制泄漏的作用；但主瓣較寬，漢寧窗的旁瓣明顯降低，具有抑制泄漏的作用；但主瓣較寬，致使頻率分辨能力較差。致使頻率分辨能力較

12、差。測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系（四）指數窗（四）指數窗評價：評價：指數窗的特點是無旁瓣，但主瓣很寬，其頻率分辨能力低。指數窗的特點是無旁瓣，但主瓣很寬，其頻率分辨能力低。測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系第七章第七章 常用參量的測量常用參量的測量第一節第一節 位移的測量位移的測量一、氣動測量方法一、氣動測量方法 利用壓縮空氣作為介質，根據壓縮空氣在通過測量部位利用壓縮空氣作為介質，根據壓縮空氣在通過測量部位時而產生的流速、流量以及壓力的變化量，來間接測量被時而產生的流速、流量以及壓力的變化量，來間接測量被測對象的位移、變形等參量測對象的位移、

13、變形等參量 分分 類類流速式流速式壓力式壓力式流量式流量式測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系特點：特點：1) 非接觸、測量力小非接觸、測量力小(約為約為0.051N)，適宜于對容易發，適宜于對容易發生變形的薄壁件尺寸的測量；生變形的薄壁件尺寸的測量；2) 放大倍率高，如浮標式量儀可達數千倍，其刻度間隔放大倍率高，如浮標式量儀可達數千倍，其刻度間隔大，讀數方便；大，讀數方便；3) 氣動測量所采用的傳感器氣動測量所采用的傳感器(噴嘴噴嘴)結構簡單，尺寸極小，結構簡單，尺寸極小，適合于小孔、深槽等特殊尺寸測量；適合于小孔、深槽等特殊尺寸測量；4) 氣動測量穩定性好，不磨損，壽命

14、長，使用方便，維氣動測量穩定性好，不磨損，壽命長，使用方便，維修容易等等。修容易等等。 測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系 測量被加工零件的厚度、孔徑、軸徑、槽寬、槽深、配測量被加工零件的厚度、孔徑、軸徑、槽寬、槽深、配合間隙，以及圓度、平面度、孔的垂直度、平行度、錐度、合間隙，以及圓度、平面度、孔的垂直度、平行度、錐度、孔距等幾何尺寸和形位參數孔距等幾何尺寸和形位參數 測量高度測量高度測量厚度測量厚度測量圓錐孔測量圓錐孔測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系測量垂直度測量垂直度測量內孔測量內孔測量圓度、跳動測量圓度、跳動abab測量二尺寸和（測量二尺寸

15、和（a+b）測量二尺寸差（測量二尺寸差（a-b）測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系1、流速式氣動測量原理、流速式氣動測量原理sd氣泵氣泵穩壓器穩壓器流速計流速計測頭（噴嘴擋板）測頭（噴嘴擋板）測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系2、流量式氣動測量原理、流量式氣動測量原理測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系3、壓力式氣動測量原理、壓力式氣動測量原理Pc工作壓力工作壓力P

16、gx氣室氣室噴嘴擋板式噴嘴擋板式測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系噴嘴蓋板式噴嘴蓋板式xPcPg測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系PcPgPc*xx*壓力特性曲線壓力特性曲線測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系線線性性化化測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系差壓式水銀柱式氣動量儀差壓式水銀柱式氣動量儀4、氣動測量原理的典型應用、氣動測量原理的典型應用測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系二、回轉軸徑向運動誤差的測量二、回轉軸徑向運動誤差的測量 回轉軸運動誤差是指在回轉過程中回轉軸線偏離理想位回

17、轉軸運動誤差是指在回轉過程中回轉軸線偏離理想位置置(一條不動的直線一條不動的直線)而出現的附加運動而出現的附加運動 1. 回轉軸的運動誤差回轉軸的運動誤差端面跳動端面跳動端面運動誤差端面運動誤差 軸向竄動軸向竄動徑向運動誤差徑向運動誤差測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系2. 回轉軸的運動誤差的測量方法回轉軸的運動誤差的測量方法測量儀器測量儀器測量儀器測量儀器位移傳感器位移傳感器位移傳感器位移傳感器雙向測量法雙向測量法測量儀器測量儀器位移傳感器位移傳感器單向測量法單向測量法測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造

18、及自動化系第二節第二節 應變、力的測量應變、力的測量一、應變、應力的測量一、應變、應力的測量1. 應變儀的電橋特性應變儀的電橋特性UyU0abcdR1R2R4R3直流電橋直流電橋一般采用交流電橋一般采用交流電橋測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系應變儀工作方式和輸出電壓應變儀工作方式和輸出電壓工作方式工作方式單單 臂臂雙雙 臂臂四四 臂臂應變片所在橋臂應變片所在橋臂R1R1、R2R1、R2 、 R3、R4輸出電壓輸出電壓測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系2. 應變儀的布置和接橋方法應變儀的布置和接橋方法測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自

19、動化系測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系 3. 在平面應力狀態下主應力的測定在平面應力狀態下主應力的測定補償片補償片Rtuyu0abcdR1或或R2RtRR 1) 已知主應力方向已知主應力方向R1R212測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系 2) 主應力方向未知主應力方向未知90450090451356060060901200直角應變花直角應變花等邊三角形應變花等邊三角形應變花T-應變花應變花雙直角型應變花雙直角型應變花120測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系 4提高應變測量精度的措施提高應變測量精度的措施 1）選擇合適的儀器進行

20、準確的定度）選擇合適的儀器進行準確的定度 2）消除導線電阻引起的影響）消除導線電阻引起的影響測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系 3）減小讀數漂移）減小讀數漂移 4）補償溫度影響）補償溫度影響 5）減小貼片誤差）減小貼片誤差 6）力求應變片實際工作條件和額定條件一致）力求應變片實際工作條件和額定條件一致 7）排除測量現場的電磁干擾）排除測量現場的電磁干擾測試技術與儀器測試技術與儀器 機電學院機械制造及自動化系 5測點的選擇測點的選擇 1）預先對結構進行大致的分析，預測其變形）預先對結構進行大致的分析，預測其變形 2）截面尺寸急劇變化的部位、應力集中部位）截面尺寸急劇變化的部位、應力集中部位 3）均勻分布測點，了解應力分布規律）均勻分布測點，了解應力分布規律 4）利用結構與載荷的對稱性減少測點）利用結構與載荷的對稱性減少測點 5）在不受力的部位安排一個測點）在不受力的部位安排一個測點最少的測點達到足夠真實反映受力狀態的原則最少的測點達到足夠真實反映受力狀態的原則測試技術與儀器測試