由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。机械工程测试技术机械工程测试技术基础基础主讲：何柏由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。绪论了解测试的基本概念理解测试的基本内容与任务掌握信号和信息的关系理解测试系统的组成及各环节功能了解测试信息处理技术的发展方向由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第一节第一节测试技术概况测试技术概况1测试的基本概念测试的基本概念测量测量：是指确定被测对象属性量值为目的是指确定被测对象属性量值为目的的全部操作。的全部操作。试验：试验： 对未知事物探索性的认识过程对未知事物探索性的认识过程测试测试：是具有试验性质的测量，或者可以是具有试验性质的测量，或者可以理解为测量和试验的综合。理解为测量和试验的综合。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2、测试技术的内容和任务测试技术的内容和任务测试技术研究的主要内容为：被测量的测测试技术研究的主要内容为：被测量的测量原理、测量方法、量原理、测量方法、测量系统以及数据处测量系统以及数据处理理四个方面。四个方面。测试技术的基本任务测试技术的基本任务（1 1）设计时为产品质量和性能提供评价）设计时为产品质量和性能提供评价（2 2）设备改造时为提高质量和产量提供依据）设备改造时为提高质量和产量提供依据（3 3）振动和噪声测量）振动和噪声测量（4 4）故障诊断）故障诊断（5 5）设备监控、质量控制）设备监控、质量控制由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3、测试系统的组成测试系统的组成测试系统是指由相关的器件、仪器和测试测试系统是指由相关的器件、仪器和测试装置有机组合而成的具有获取某种信息之装置有机组合而成的具有获取某种信息之功能的整体。功能的整体。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。测试系统框图测试系统框图由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。传感器：直接用于被测量，并能按一定规律将被测传感器：直接用于被测量，并能按一定规律将被测量转换成同种或别种量值输出。这种输出通常是电量转换成同种或别种量值输出。这种输出通常是电信号。信号。信号调理：把来自传感器的信号转换成更适合于传信号调理：把来自传感器的信号转换成更适合于传输和处理的形式。如幅值放大、阻抗的变化转换成输和处理的形式。如幅值放大、阻抗的变化转换成电压的变化、或阻抗的变化转换成频率的变化。电压的变化、或阻抗的变化转换成频率的变化。信号处理：接受来自条理的信号，并进行各种运算、信号处理：接受来自条理的信号，并进行各种运算、滤波、分析，将结果输至显示记录或控制系统。滤波、分析，将结果输至显示记录或控制系统。信号显示、记录：以观察者易于识别的形式来显示信号显示、记录：以观察者易于识别的形式来显示测量的结果，或将结果进行存储，供必要时使用。测量的结果，或将结果进行存储，供必要时使用。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。工程测试问题总是处理输入量工程测试问题总是处理输入量x(t)x(t)、装置（系统）的传输特性装置（系统）的传输特性h(t)h(t)和输和输出量出量y(t)y(t)三者之间的关系。如图：三者之间的关系。如图：由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。信息信息信号信号信息的定义：事物运动的状态和方式信息的定义：事物运动的状态和方式 信息的基本性质信息的基本性质 1 1可识别可识别 通过各种探测与检测手段识别通过各种探测与检测手段识别2 2可以转换可以转换 可从一种形态转换成另一种形态可从一种形态转换成另一种形态 如：语言、文字、图象、图表，电信号，电压电流如：语言、文字、图象、图表，电信号，电压电流 3 3可以存贮可以存贮 如：计算机，内外存贮器，磁盘，光盘，录音带如：计算机，内外存贮器，磁盘，光盘，录音带4 4可以传输可以传输 如：电视，电话，手机如：电视，电话，手机信号：传输信息的载体信号：传输信息的载体 信息蕴含于信号之中信息蕴含于信号之中由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。4测试技术的发展动向测试技术的发展动向1）测量方式的多样化测量方式的多样化2）视觉测试技术视觉测试技术3)尺寸继续向尺寸继续向两个极端发展两个极端发展智能化智能化集成化集成化由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。1.1.测量方式多样化测量方式多样化1.1.测量方式多样化测量方式多样化 包括：包括：（1 1）动态测量）动态测量 （2 2）虚拟仪器）虚拟仪器 （3 3）便携式测量仪器）便携式测量仪器 （4 4）组合式测量方）组合式测量方 （5 5）多传感器融合技术在制造过程中的）多传感器融合技术在制造过程中的 应用应用由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2视觉测试技术视觉测试技术视觉测试技术是建立在计算机视觉研究视觉测试技术是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴测试技术。与计算机视基础上的一门新兴测试技术。与计算机视觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容不同，视觉测试技术重点研究物体的几何不同，视觉测试技术重点研究物体的几何尺寸及物体的位置测量，如三维面形的快尺寸及物体的位置测量，如三维面形的快速测量、大型工件同轴度测量、共面性测速测量、大型工件同轴度测量、共面性测量等。它可以广泛应用于在线测量、逆向量等。它可以广泛应用于在线测量、逆向工程等主动、实时测量过程。工程等主动、实时测量过程。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3两个极端发展两个极端发展两个极端就是指相对于现在测量尺寸的大尺寸和小尺寸。两个极端就是指相对于现在测量尺寸的大尺寸和小尺寸。通常尺寸的测量已被广为注意，也开发了多种多样的测试通常尺寸的测量已被广为注意，也开发了多种多样的测试方法。近年来，由于国民经济的快速发展和迫切需要，使方法。近年来，由于国民经济的快速发展和迫切需要，使得很多方面的生产和工程中测试的要求超过了我们所能测得很多方面的生产和工程中测试的要求超过了我们所能测试的范围，如飞机外形的测量、大型机械关键部件测量、试的范围，如飞机外形的测量、大型机械关键部件测量、高层建筑电梯导轨的准直测量、油罐车的现场校准等都要高层建筑电梯导轨的准直测量、油罐车的现场校准等都要求能进行大尺寸测量；微电子技术、生物技术的快速发展，求能进行大尺寸测量；微电子技术、生物技术的快速发展，探索物质微观世界的需求，测量精度的不断提高，又要求探索物质微观世界的需求，测量精度的不断提高，又要求进行微米、纳米测试。纳米测量也多种多样，有光干涉测进行微米、纳米测试。纳米测量也多种多样，有光干涉测量仪、量子干涉仪、电容测微仪、量仪、量子干涉仪、电容测微仪、X射线干涉仪、频率跟射线干涉仪、频率跟踪式法珀标准量具、扫描电子显微镜踪式法珀标准量具、扫描电子显微镜(SEM)、扫描隧道显、扫描隧道显微镜微镜(STM)、原子力显微镜、原子力显微镜(AFM)、分子测量机、分子测量机M3(molecularmeasuringmachine)等。等。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。课程的学习要求课程的学习要求掌握信号的分类及其在时域和频域内的描述方法，掌握信号的分类及其在时域和频域内的描述方法，建立明确的信号频谱的概念。建立明确的信号频谱的概念。掌握测试装置的静、动态特性。掌握测试装置的静、动态特性。掌握常用传感器的工作原理、基本特性、使用掌握常用传感器的工作原理、基本特性、使用范围和传感器的选用原则。范围和传感器的选用原则。了解了解机电工程中常见参量的测试方法。机电工程中常见参量的测试方法。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第二节第二节测量的基础知识测量的基础知识一、测量误差的基本概念一、测量误差的基本概念1真值：客观存在的量值。真值：客观存在的量值。测量的目的得到真值测量的目的得到真值2测量误差：测量误差：测量误差测量误差=测量值测量值-真值真值由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、测量误差产生的原因二、测量误差产生的原因1测量方法引起的误差测量方法引起的误差基准误差（基准不统一）方法误差，物理量转换基准误差（基准不统一）方法误差，物理量转换为电量转换误差，安装操作误差。为电量转换误差，安装操作误差。2设备引起的误差设备引起的误差测量器件的误差，如标准法码，量规，刻度尺，测量器件的误差，如标准法码，量规，刻度尺，电器电阻误差等。电器电阻误差等。如设计误差，零件误差，安装误差，系统老化等如设计误差，零件误差，安装误差，系统老化等3环境条件引起的误差环境条件引起的误差如：温度、湿度、气压、光照、电磁场，振动等。如：温度、湿度、气压、光照、电磁场，振动等。4测量人员引起的误差测量人员引起的误差由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。三、测量误差的分类三、测量误差的分类系统误差系统误差测量系统本身所有的误差测量系统本身所有的误差随机误差随机误差不可预知变化的误差不可预知变化的误差粗大误差粗大误差由读数，操作，记录，计算机失由读数，操作，记录，计算机失误引起，或设备突然故障，粗大误处理方误引起，或设备突然故障，粗大误处理方法易除。法易除。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。精度、精密度、精度、精密度、及及准确度准确度1.精密度：表示示值的分散程度，表现为示值在平均值精密度：表示示值的分散程度，表现为示值在平均值左右波动，反应了随机误差的大小和程度，精密度高则随机左右波动，反应了随机误差的大小和程度，精密度高则随机误差小。误差小。2.准确度：表示示值均值的准确程度，表现为均值与真准确度：表示示值均值的准确程度，表现为均值与真值的相差程度，反映了系统误差的大小和程度。准确度愈低值的相差程度，反映了系统误差的大小和程度。准确度愈低则系统误差愈大。则系统误差愈大。3.精确度（精度）：表示精密度和准确度的综合程度。精确度（精度）：表示精密度和准确度的综合程度。反映了随机误差和系统误差合成的大小和程度。反映了随机误差和系统误差合成的大小和程度。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。a）精密度）精密度b）正确度）正确度c）准确度）准确度. . .由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。不确定度不确定度：意味着对测量结果可信性、有效意味着对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测量结果的质量的一个参数。量结果的质量的一个参数。测量不确定度就是说明被测量之值分散性测量不确定度就是说明被测量之值分散性的参数，它不说明测量结果是否接近真值。的参数，它不说明测量结果是否接近真值。测量不确定度用标准偏差表示，测量不确定度用标准偏差表示，这时称其这时称其为标准不确定度。为标准不确定度。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第一章第一章信号及其描述信号及其描述了解信号的分类了解信号的分类掌握对周期性信号及非周期信号的描述掌握对周期性信号及非周期信号的描述了解随机信号了解随机信号由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第一节第一节信号的分类与描述信号的分类与描述一一信号的分类信号的分类1确定性信号确定性信号和和非确定性信号非确定性信号（随机信号）确定性信号确定性信号能用明确的数学关系式或图象表能用明确的数学关系式或图象表达的信号称为确定性信号。达的信号称为确定性信号。非确定性信号非确定性信号(随机信号随机信号)是无法用明确的数学是无法用明确的数学关系式表达的信号。关系式表达的信号。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。分类图由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。周周期期信信号号是是按按一一定定时时间间间间隔隔周周而而复复始始出出现现，无无始始无终的信号。无终的信号。x(t)=x(t+nT)式中，式中，n任意整数（任意整数（n=1.2）T周期周期非周期信号非周期信号是确定性信号中不具有周期重复性的是确定性信号中不具有周期重复性的信号。信号。T由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2连续信号和离散信号连续信号和离散信号连续信号连续信号是其数学表示式中的独立变量取值是连续的信号。离散信号离散信号是其数学表示式中的独立变量取值是离散的信号。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。能量信号当x(t)满足时，则信号的能量有限，称为能量有限信号，简称能量信号。满足能量有限条件，实际上就满足了绝对可积条件。功率信号若x(t)在区间(-,+)的能量无限，不满足上式条件，但在有限区间(-T/2,T/2)满足平均功率有限的条件则称为功率信号。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二二信号的时域和频域描述信号的时域和频域描述时域描述时域描述以时间以时间t为独立变量的，直接观测为独立变量的，直接观测或记录到的信号。信号时域描述直观地出或记录到的信号。信号时域描述直观地出信号瞬时值随时间变化的情况信号瞬时值随时间变化的情况。频域描述频域描述信号以频率信号以频率f为独立变量的，称为为独立变量的，称为信号的。频域描述则反映信号的频率组成信号的。频域描述则反映信号的频率组成及其幅值、相角之大小。及其幅值、相角之大小。时域描述和频域描述为从不同的角度观察、时域描述和频域描述为从不同的角度观察、分析信号提供了方便。运用傅里叶级数、分析信号提供了方便。运用傅里叶级数、傅里叶变换及其反变换，可以方便地实现傅里叶变换及其反变换，可以方便地实现信号的时、频域转换。信号的时、频域转换。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第二节第二节周期信号及其离散频谱周期信号及其离散频谱一一傅里叶级数的傅里叶级数的三角函数展开式三角函数展开式对于满足狄里赫勒条件：函数在对于满足狄里赫勒条件：函数在(-T/2，T/2)区间连续或只有有限个第一区间连续或只有有限个第一类间断点，且只有有限个极值点的周期信号，均可展开成：类间断点，且只有有限个极值点的周期信号，均可展开成：常值分量常值分量余弦分量幅值余弦分量幅值正弦分量幅值正弦分量幅值式中：式中：a0，an，bn为傅里叶系数；为傅里叶系数；T0为信号的周期为信号的周期由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。常值分量A0=a0幅值幅值相位相位An的关系称为幅值频谱图（幅值谱）的关系称为幅值频谱图（幅值谱）n的关系称相位频谱图的关系称相位频谱图（相位谱）（相位谱）频谱频谱由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二二傅里叶级数的傅里叶级数的复指数展开式复指数展开式幅值相位由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。1求周期方波的(幅值谱)(相位谱)频谱？解：(1)方波的时域描述为：由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。傅里叶级数由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。相位谱幅值谱由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。分析把周期函数把周期函数X（t）展开为傅立叶级数的复）展开为傅立叶级数的复指数函数形式后，可分别以和作幅频谱图指数函数形式后，可分别以和作幅频谱图和相频谱图；也可以的实部或虚部与频率和相频谱图；也可以的实部或虚部与频率的关系作幅频图，分别称为实频谱图和虚的关系作幅频图，分别称为实频谱图和虚频谱图频谱图.由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。时域时域相互转换数学工具相互转换数学工具频域频域周期信号周期信号傅里叶级数傅里叶级数离散频谱离散频谱周期信号周期信号傅里叶积分傅里叶积分离散频谱离散频谱周期信号频谱的三大特点周期信号频谱的三大特点周期信号频谱的三大特点周期信号频谱的三大特点1离散性离散性周期信号的频谱是离散的。周期信号的频谱是离散的。2谐波性谐波性每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，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。基波频率是诸分量频率的公约数。3收敛性收敛性各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。工程中常见的周期信号，其值或相位角。工程中常见的周期信号，其谐波幅值的总趋势是随谐拨次数的增高而谐波幅值的总趋势是随谐拨次数的增高而减少的。减少的。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。三、周期信号的强度表述三、周期信号的强度表述峰值峰值是信号可能出现的最大瞬时值是信号可能出现的最大瞬时值均值均值有效值有效值平均功率平均功率由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第三节、瞬变非周期信号与连续频谱第三节、瞬变非周期信号与连续频谱非周期信号通常解释为周期非周期信号通常解释为周期T因而不具因而不具周期性不满足傅氏级数的展开条件，所以周期性不满足傅氏级数的展开条件，所以分解需应用傅氏积分分解需应用傅氏积分非周期信号非周期信号x(t)，在任一有限区间满足狄氏，在任一有限区间满足狄氏条件，在无限区间绝对可积，则可进行到条件，在无限区间绝对可积，则可进行到频域中的转换，描述频谱，称为时频域中的转换，描述频谱，称为时x(t)的傅的傅氏变换。氏变换。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。一、傅里叶变换一、傅里叶变换X(）称为称为x(t)的傅里叶变换的傅里叶变换(FT)x(t)称为称为X(）的傅里叶逆变换的傅里叶逆变换(IFT)当以=2f符号简记由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。式中是频域函数的模，为信号x(t)的幅值谱（f）为相位谱由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、二、傅氏变换的基本性质傅氏变换的基本性质1奇偶虚实性2线性叠加性3对称性4.尺度改变5.时移表1.3傅里叶变换的主要性质由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。例求指数衰减信号x(t)的频谱。（0）幅值谱解：由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。当=0X()=A/()=0+X()+0()-/2-X()-0()+/2由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。三、几种典型信号的频谱三、几种典型信号的频谱1、矩形窗函数的频谱、矩形窗函数的频谱由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2函数及其频谱函数及其频谱1、定义在在时间内激发一个矩形脉冲时间内激发一个矩形脉冲，其面积为，其面积为1。当。当趋于趋于0时，时，的极限就称为的极限就称为函数，记做函数，记做(t)。函函数称为单位脉冲函数。数称为单位脉冲函数。(t)的特点有：的特点有：从面积的角度来看（也称为从面积的角度来看（也称为函数的强度）函数的强度）2、函数的采样性质函数的采样性质3、函数与其他函数的卷积特性函数与其他函数的卷积特性由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3、正、余弦函数的频谱密度函数、正、余弦函数的频谱密度函数正、余弦函数可以写成正、余弦函数可以写成正余弦函数的傅立叶变换如下正余弦函数的傅立叶变换如下：由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。4、周期单位脉冲序列的频谱、周期单位脉冲序列的频谱等间隔的周期单位脉冲序列常称为梳状函数等间隔的周期单位脉冲序列常称为梳状函数其傅立叶级数的复指数形式其傅立叶级数的复指数形式由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第四节第四节随机信号随机信号一、概述一、概述随机信号随机信号(非确定性信号非确定性信号)随机信号是不能用确定的数学关系式来描述的不能预测其未来随机信号是不能用确定的数学关系式来描述的不能预测其未来任何瞬时值，任何一次观测值只代表在其变动范围中可能产生任何瞬时值，任何一次观测值只代表在其变动范围中可能产生的结果之一，但其值的变动服从统计规律。的结果之一，但其值的变动服从统计规律。其特点其特点1）时间函数不能用精确的数学关系式来描述；）时间函数不能用精确的数学关系式来描述；2）不能预测它未来任何时刻的准确值；）不能预测它未来任何时刻的准确值；3）对这种信号的每次观测结果都不同，但大量地）对这种信号的每次观测结果都不同，但大量地重复试验可以看到它具有统计规律性。重复试验可以看到它具有统计规律性。描述方法只能用数理统计概率方法。描述方法只能用数理统计概率方法。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。各态历经随机过程各态历经随机过程平稳过程平稳过程随机过程随机过程非平稳过程非平稳过程表示随机信号的单个时间历程 称为样本函效，某随机现象可能产生的全部样本函数的集合 (也称总体)称为随机过程。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、随机信号的主要特征参数二、随机信号的主要特征参数1均值、方差和均方值均值、方差和均方值(1)均值为均值表示信号的常值分量。(2)方差描述随机信号的波动分量，它是偏离均值的平方的均值，即(3)均方差描述随机信号的强度，它是平方的均值，即均方值的正平方根称为均方根值均值、方差、和均方值的相互关系是由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2概率密度的函数概率密度的函数随机信号的概率密度函数表示信号幅值落在指定区域内的概率 概率密度函数概率密度函数提供了随机信号幅值分布的信息，是随机提供了随机信号幅值分布的信息，是随机信号的主要特征参数之一。信号的主要特征参数之一。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第二章第二章 测试装置的基本特性测试装置的基本特性第一节第一节概述概述通常的工程测试问题总是处理输入量通常的工程测试问题总是处理输入量x(t)、装置（系统）的传、装置（系统）的传输特性输特性h(t)和输出量和输出量y(t)三者之间的关系。三者之间的关系。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。理想的测试装置应该理想的测试装置应该输出和输入成线性关系。即具有单值的、确定输出和输入成线性关系。即具有单值的、确定的输入的输入-输出关系。输出关系。系统为时不变线性系统。系统为时不变线性系统。实际的测试装置实际的测试装置只能在工作范围内和在一定误差允许范围只能在工作范围内和在一定误差允许范围内满足线性要求。内满足线性要求。很多物理系统是时变的。在工程上，常可很多物理系统是时变的。在工程上，常可以以足够的精确度认为系统中的参数是时以以足够的精确度认为系统中的参数是时不变的常数。不变的常数。测试系统为线性系统测试系统为线性系统由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。线性系统及其主要性质线性系统及其主要性质当系统的输入x(t)和输出y(t)之间的关系可用常系数线性微分方程来描述，也称定常线性系统。式中t为时间自变量。系统的系数均为常数。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。如以x(t)y(t)表示上述系统的输入、输出的对 应关系，则时不变线性系统具有以下一些主要性质。1）叠加原理叠加原理几个输入所产生的总输出是各个输入所产生的输出叠加的结果。即若则符合叠加原理，意味着作用于线性系统的各个输入所产生的输出是互不影响的。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2)比例特性比例特性对于任意常数A，必有x(t)y(t)Ax(t)Ay(t)若线性系统的输入扩大 A倍，则其响应也将扩大A倍3) 3) 微分特性微分特性 系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数，即 x(t)y(t)由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。4）积分特性积分特性如系统的初始状态均为零，则系统对输入积分的响应等同于对原输入响应的积分，即x(t)y(t)5 5）频率保持性频率保持性 若输入为某一频率的简谐（正弦或余弦）信号， 则系统的稳态输出必是、也只是同频率的简谐信号；即输出y(t)唯一可能解只能是由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第二节第二节测试装置的静态特性测试装置的静态特性测试装置的静态特性就是在静态测试情况下描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度。用定量指标来研究实际测试系统的静态特性。用定量指标来研究实际测试系统的静态特性。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。一、线性度一、线性度(非线性度非线性度)是指在静态测量中输出与输入之间是否保持常值比例关系的一种量度。用实验方法测出的输入输出关系曲线称为“定度曲线”，定度曲线偏离拟合直线的程度称为线性度线性度=拟合直线的确定，常用的主要有两种：即端基直线和独立直线。端基直线是指通过测量范围的上下限点的直线。显然用基端直线来代替实际的输入、输出曲线，其求解过程比较简单，但是其非线性度较差。独立直线是指使输入与输出曲线上各点的线性误差Bi的平方和最小，即 （ 最小二乘法）输入输出曲线与理想直线的偏离程度输入输出曲线与理想直线的偏离程度B:输出值与理想直线的最大偏差值输出值与理想直线的最大偏差值A:理论满量程输出值理论满量程输出值由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、灵敏度二、灵敏度当装置的输入x有一个变化量x，它引起输出y发生相应的变化量y，是测试系统对输入信号变化的一种反应能力。则定义灵敏度灵敏度输出变化量与输入变化量之比称为输出变化量与输入变化量之比称为灵敏度灵敏度测试系统是定常线性系统当灵敏度为定值就是线性系统当灵敏度为定值就是线性系统灵敏度的量纲取决于输入输出的量纲。当输入与输出的量纲相同时，则灵敏度是一个无量纲的数，常称之为“放大倍数”。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。测试系统由串联环节串联环节组成时如下图所示 S1 S2 S3系统的总灵敏度测试系统由并联和反馈回路构成课程不做介绍由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。三、回程误差三、回程误差在同样的测试条件下，当输入量由小增大和由大减小时，对于同一输入量所得到的两个输出量却往往存在着差值。把在全测量范围内，最大的差值称为回程误差回程误差或滞后误差。同一输入量的两输出量之差的最大值与标称的输出范围A之比回程误差回程误差产生这种现象的原因：仪器内部摩擦间隙,死区,磁性材料的磁滞、弹性材料迟滞现象、以及机械结构中的摩擦等在正行程和反行程的输入输出曲线不重在正行程和反行程的输入输出曲线不重合的程度合的程度.由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。四四分辩力分辩力分辨力分辨力是指测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量，通常是以最小单位输出量所对应的输入量来表示。分辨力与灵敏度有密切的关系，即为灵敏度的倒数。一个测试系统的分辨力越高，表示它所能检测出的输入量最小变化量值越小。对于数字测试系统，其输出显示系统的最后一位所代表的输入量即为该系统的分辨力；对于模拟测试系统，是用其输出指示标尺最小分度值的一半所代表的输入量来表示其分辨力。分辨力也称为灵敏阈或灵敏限。例数字电压表最大读数999V最小1V，则分辩力为1V或1/999由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。五五零漂零漂漂移是指测试系统在输入不变的条件下，输出随时间而变化的趋势。在规定的条件下，当输入不变时在规定时间内输出的变化，称为点漂。在测试系统测试范围最低值处的点漂，称为零点漂移，简称零漂。产生漂移的原因产生漂移的原因有两个方面：一是仪器自身结构参数的变化，另一个是周围环境的变化（如温度、湿度等）对输出的影响。最常见的漂移是温漂，即由于周围的温度变化而引起输出的变化，进一步引起测试系统的灵敏度和零位发生漂移，即灵敏度漂移和零点漂移。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。以上是描述测试系统静态特性的常用指以上是描述测试系统静态特性的常用指标。在选择或者设计一个测试系统时，要标。在选择或者设计一个测试系统时，要根据被测对象的情况、精度要求、测试环根据被测对象的情况、精度要求、测试环境等因素经济合理地选取各项指标。境等因素经济合理地选取各项指标。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第三节第三节测试装置的动态特性测试装置的动态特性是指输入量随时间变化时，其输出随输入而变是指输入量随时间变化时，其输出随输入而变化的关系。化的关系。测试系统都可以认为是线性系统，因此就可以用下式，这一测试系统都可以认为是线性系统，因此就可以用下式，这一定常线性系统微分方程来描述测试系统以及和输入定常线性系统微分方程来描述测试系统以及和输入x x(t)(t)、输、输出出y y(t)(t)之间的关系：之间的关系： 一一动态特性的数学描述动态特性的数学描述由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。1传递函数传递函数设X(s)和Y(s)分别为输入x(t)、输出y(t)的拉普拉斯变换。对式取拉普拉斯变化得：将H(s)称为系统的传递函数。其中s为复变量，是与输入和系统初始条件有关的。若初始条件全为零，则因由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。输出的拉氏变换与输入拉氏变换之比为系输出的拉氏变换与输入拉氏变换之比为系统传递函数统传递函数H（S）传递函数是一种对系统特性的解析描述。它包含了瞬传递函数是一种对系统特性的解析描述。它包含了瞬态、稳态时间响应和频率响应的全部信息。态、稳态时间响应和频率响应的全部信息。传递函数特点传递函数特点（1）传递函数与输入无关，它只反映系统的特性）传递函数与输入无关，它只反映系统的特性。（2）传递函数只反映系统的响应特性，与物理结构无关，因而）传递函数只反映系统的响应特性，与物理结构无关，因而同一传递函数可能表征两个以上不同物理系统，相同阶数的物同一传递函数可能表征两个以上不同物理系统，相同阶数的物理系统，具有相同的传递函数的形式。理系统，具有相同的传递函数的形式。（3）H（S）虽与输入无关，但它描述了输入和输出的一一对）虽与输入无关，但它描述了输入和输出的一一对应关系，即使输入输出有不同的量纲，用传递函数描述的系统应关系，即使输入输出有不同的量纲，用传递函数描述的系统传输，转换特性也能真实反映这种变换。传输，转换特性也能真实反映这种变换。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2频率响应函数频率响应函数频率响应函数是在频率域中描述和考察系统特性的。频率响应函数是在频率域中描述和考察系统特性的。令代入频率响应函数的求法系统的传递函数频率响应函数是复数幅频特性幅频特性相频特性相频特性由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。定常线性系统的测试装置，可用常系数线性微定常线性系统的测试装置，可用常系数线性微分方程来描述，但使用时有许多不便。因此，常通分方程来描述，但使用时有许多不便。因此，常通过拉普拉斯变换建立其相应的过拉普拉斯变换建立其相应的“传递函数传递函数”，通过，通过傅立叶变换建立其相应的傅立叶变换建立其相应的“频率响应函数频率响应函数”，以便，以便更简便地描述装置或系统的特性。更简便地描述装置或系统的特性。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3脉冲响应函数脉冲响应函数若输入为单位脉冲，即x(t)=(t),则X(s)=L(t)=1装置的相应输出是Y(s)=H(s)X(s)=H(s),其时域描述可通过对Y(s)的拉普拉斯反变换得到h(t)常称为系统的脉冲响应函数或权函数。时域脉冲响应函数h(t)系统特性的描述频域频率响应函数H()复数域传递函数H(s)由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。4环节的串联和并联环节的串联和并联两个传递函数各为和的环节，串联时串联时系统的传递函数H(s)在初始条件为零时为：对n个环节串联组成的系统，有由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。由n个环节并联组成的系统，有并联时并联时由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、一阶、二阶系统的特性二、一阶、二阶系统的特性1、一阶系统一阶系统一阶系统，均可用一阶微分方程来描述。令S=1，即归一化处理时间常数系统灵敏度，是一个常数。经拉氏互变换得一阶系统传递函数传递函数由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。频率响应函数频率响应函数幅频特性相频特性由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。一阶系统的一阶系统的特点特点：1）当时，;当时，。2）在处，A()为0.707（-3db),相角滞后-45。3）一阶系统的伯德图可用一条折线来近似描述。这条折线在段为A()=1,在段为一-20db/10倍频斜率的直线。点称转折频率。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。一阶系统的特点一阶系统的特点系统特性取决于时间常数系统特性取决于时间常数。越大，系统惯越大，系统惯性越大，响应时间越长。性越大，响应时间越长。越小，响应越快，越小，响应越快，可测频率范围越宽。为保证不失真测量，最好可测频率范围越宽。为保证不失真测量，最好使信号的最高频率使信号的最高频率max0.2c。时间常数由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2、二阶系统二阶系统均可用二阶微分方程来描述。系统灵敏度，是一个常数。归一化处理n：固有角频率：固有角频率：阻尼比：阻尼比经拉氏互变换二得阶系统传递函数动态参数有两个：动态参数有两个：阻尼比；阻尼比；n固有频率。固有频率。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。频率响应函数频率响应函数由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。当：当：1过阻尼过阻尼无振荡无振荡1临界阻尼临界阻尼01欠阻尼欠阻尼阻尼振荡阻尼振荡0无阻尼无阻尼等幅振荡等幅振荡由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第四节第四节测试装置对任意输入的响应测试装置对任意输入的响应一、系统对任意输入的响应一、系统对任意输入的响应y(t)=x(t)*h(t)y(t)实际上就是x(t)和h(t)的卷积，可记为测试系统的输入、输出与传递函数之间有关系式由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、系统对单位阶跃输入的响应二、系统对单位阶跃输入的响应单位阶跃输入的定义为其拉氏变换单位阶跃输入单位阶跃输入一阶系统对单位阶跃函数的响应经拉氏逆变换得其时域响应为由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。一阶系统的响应由图可见，一阶系统在单位阶跃激励下的稳态输出误差为零，并且，进入稳态的时间t。但是，当t =4时，y(4)=0.982；误差小于2%；当t =5时，y(5)=0.993,误差小于1%。所以对于一阶系统来说，时间常数越小越好。t=(45)时t=时由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二阶系统对单位阶跃输入的响应经拉氏逆变换得其时域响应为二阶系统在单位阶跃激励下的稳态输出误差也为零。进入稳态的时间取决于系统的固有频率n和阻尼比。n越高，系统响应越快。阻尼比主要影响超调量和振荡次数。当=0时，超调量为100%，且振荡持续不息，永无休止；当1时，实质为两个一阶系统的串联，虽无振荡，但达到稳态的时间较长；通常取=0.60.8，此时，最大超调量不超过10%2.5%，达到稳态的时间最短，约为57/n，稳态误差在5%2%。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第五节实现不失真测量的条件测试的目的是为了获得被测对象的原始信息。这就要求在测试过程中采取相应的技术手段，使测试系统的输出信号能够真实、准确地反映出被测对象的信息。这种测试称之为不失真测试。设测试系统的输入为x(t)，若实现不失真测试，则该测试系统的输出y(t)应满足：式中：A0、t0均为常数。该测试系统的输出波形与输入该测试系统的输出波形与输入信号的波形精确地一致，只是幅值信号的波形精确地一致，只是幅值放大了放大了A0倍，在时间上延迟了倍，在时间上延迟了t0而已。而已。这种情况下，认为测试系统具有不这种情况下，认为测试系统具有不失真的特性。失真的特性。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。对该式作傅立叶变换当测试系统的初始状态为零时，即当te2铁芯向下e1Z0，则有则有:与频率与频率等有关，低频较好，高频较差。等有关，低频较好，高频较差。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2、磁阻式、磁阻式物体运动物体运动磁路磁阻改变磁路磁阻改变磁通变化磁通变化产生感应电动势产生感应电动势由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、压电式传感器二、压电式传感器利用某些物质的压电效应将被测量转换为电量的一种传感器。1 1、压电效应、压电效应压电效应压电效应:某些材料，在某一方向受力时，某些材料，在某一方向受力时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部也不仅几何尺寸会发生变化，而且内部也会被极化，表面会产生电荷；当外力去会被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。其表面产生的电荷，象称为压电效应。其表面产生的电荷，电荷量的改变与受力情况有关，即电荷量的改变与受力情况有关，即q = DFD：压电系数；：压电系数；F：施加力的大小：施加力的大小2 2、压电材料、压电材料常用的压电材料大致分为三类：压电单晶(石英晶体 人工晶体等)、压电陶瓷（钛酸钡 ）和有机压电薄膜（高分子聚合物薄膜 ）。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3 3、压电传感器及其等效电路、压电传感器及其等效电路(b)也可等效为一个电压源U和一个电容器C0串联的等效电路压电传感器相当于一个电荷发生器(a)压电元件等效为一个电荷源Q和一个电容器C0的等效电路RaCaua等效电压源等效电压源等效电荷源等效电荷源由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。压电元件并联连接和串联连接压电元件并联连接和串联连接并联连接并联连接：两压电元件的负：两压电元件的负极集中在中间极板上，正极极集中在中间极板上，正极在上下两边并连接在一起，在上下两边并连接在一起，此时电容量大，输出此时电容量大，输出电荷量电荷量大大，适用于测量缓变信号和，适用于测量缓变信号和以电荷为输出的场合。以电荷为输出的场合。 串联连接串联连接：上极板为正极，：上极板为正极，下极板为负极，在中间是一下极板为负极，在中间是一元件的负极与另一元件的正元件的负极与另一元件的正极相连接，此时传感器本身极相连接，此时传感器本身电容小，电容小，输出电压大输出电压大，适用，适用于要求以电压为输出的场合，于要求以电压为输出的场合，并要求测量电路有高的输入并要求测量电路有高的输入阻抗。阻抗。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。4、测量电路、测量电路压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗变换后，方可输入到到高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。前置放大器有后续显示仪表中。前置放大器有电压放大器电压放大器和和电荷放大器电荷放大器。 电压放大器电路电压放大器电路CaRa电压放大电路电压放大电路uaCcRiCi-Auiuo设作用于压电晶片上的力设作用于压电晶片上的力F=F0sin t。则：。则：q =dc F =dc F0sin t ，由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。输入端电压幅值：输入端电压幅值：其中，其中，R =Ra/Ri，C = Ca+Cc +Ci。当作用力频率当作用力频率 与电路时间常数与电路时间常数RC足够大时，足够大时，电压灵敏度电压灵敏度：由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。电压灵敏度电压灵敏度与与电电缆缆电容电容Cc有关，当改变电缆长度或布有关，当改变电缆长度或布线方法时，线方法时，电压灵敏度电压灵敏度都会改变，从而导致测量误差。都会改变，从而导致测量误差。对动态测量，对动态测量， 较大，易满足较大，易满足( RC)21，此时，此时电压电压灵敏度灵敏度近似与近似与 无关，即压电传感器具有良好的高频无关，即压电传感器具有良好的高频响应特性。响应特性。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。电荷放大器电路电荷放大器电路电荷灵敏度电荷灵敏度=常数常数CaRaqCcRiCi-AuiuyCf由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。在此式中，在此式中，电荷灵敏度电荷灵敏度与与电电缆缆电容电容Cc值无关，值无关，改变改变电缆长度或布线方法时，电缆长度或布线方法时，电缆电容并无影响。与电压电缆电容并无影响。与电压放大器比较，这是一个突出的优点，但是，电荷放大放大器比较，这是一个突出的优点，但是，电荷放大电路复杂，价格较高。电路复杂，价格较高。电压灵敏度电压灵敏度：电荷灵敏度电荷灵敏度由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。三、热电式传感器三、热电式传感器将被测量（温度）转换为电量的传感器将被测量（温度）转换为电量的传感器热电势效应原理热电势效应原理可分为热电偶和热电阻可分为热电偶和热电阻1.1.热电偶工作原理：热电偶工作原理：热电偶是热电偶是基于热电势效应原理的测温用基于热电势效应原理的测温用传感器，把两种不同的导体或传感器，把两种不同的导体或半导体连接如图，若半导体连接如图，若1 1、2 2点温点温度不同，回路中有电流产生，度不同，回路中有电流产生，称之为热电势。对于某个确定称之为热电势。对于某个确定的热电偶，当某一端温度的热电偶，当某一端温度T T0 0恒恒定时，热电势仅与测量端温度定时，热电势仅与测量端温度T T有关，故可测温度有关，故可测温度T T。热电势。热电势由两部分组成：由两部分组成：接触电势；接触电势；温差电势。温差电势。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。接触电势：接触电势：A、B两导体接触后，由于电子浓度不同，在截面两导体接触后，由于电子浓度不同，在截面附近产生接触电势：附近产生接触电势：温差电势：温差电势：当一块导体两端温度不同时，在导体两端形成温差电势。当一块导体两端温度不同时，在导体两端形成温差电势。 显然，当显然，当ABAB材料已定时，接触电势与温度材料已定时，接触电势与温度T T（绝对温度）有关。所以，（绝对温度）有关。所以，当两种材料当两种材料ABAB组成一个闭合回路时，设组成一个闭合回路时，设0 0时，回路中总电势为时，回路中总电势为 由于接触电势大于温差电势，若忽略温差电势的影响。由于接触电势大于温差电势，若忽略温差电势的影响。热电偶的材料有许多种，一般金属有镍铬热电偶的材料有许多种，一般金属有镍铬镍铝硅、铜、康镍铝硅、铜、康铜，贵重金属有铂铑铜，贵重金属有铂铑铂、铂铑铂、铂铑3，铂铑，铂铑6以及钨、钼等。热电偶以及钨、钼等。热电偶的种类也比较多，构成基本相同：由热电极材料、绝缘材料、保的种类也比较多，构成基本相同：由热电极材料、绝缘材料、保护材料和引线装置等组成。护材料和引线装置等组成。热电偶是一种发电型传感器，其输出信号可直接接入记录仪热电偶是一种发电型传感器，其输出信号可直接接入记录仪器。利用热电偶还可测量两点温差及温度场中多点的平均温度，器。利用热电偶还可测量两点温差及温度场中多点的平均温度，有关方面知识还可参考其它专著。有关方面知识还可参考其它专著。温度温度T0恒定恒定由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2 2、热电阻、热电阻 金属热电阻（热电阻）与半导体热电阻（热敏电阻）两类它具有负的电阻温度系数它具有负的电阻温度系数,随随温度的上升而阻值下降。温度的上升而阻值下降。（1）铂电阻（2）铜电阻金属热电阻原理：热能原理：热能热电阻热电阻电阻值电阻值温度温度 热电阻热电阻阻值阻值 半导体热电阻RT由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第五节第五节光电传感器光电传感器首先把被测量的变化转换成光信号的变化，光电传感器是将光首先把被测量的变化转换成光信号的变化，光电传感器是将光量转换为电量。光电器件的物理基础是光电效应。量转换为电量。光电器件的物理基础是光电效应。一、光电测量原理一、光电测量原理1.外光电效应外光电效应在光线作用下，物质内的电子逸出物体表面向外发射的现象，在光线作用下，物质内的电子逸出物体表面向外发射的现象，称为外光电效应。称为外光电效应。如光电管、光电倍增管。如光电管、光电倍增管。 2.内光电效应内光电效应受光照物体受光照物体( (通常为半导体材料通常为半导体材料) )电导率发生变化或产生光电电导率发生变化或产生光电动势的效应称为内光电效应。动势的效应称为内光电效应。如光敏电阻等。如光敏电阻等。 3.光生伏特效应光生伏特效应在光线作用下使物体产生一定方向电动势的现象；如光电在光线作用下使物体产生一定方向电动势的现象；如光电池、光敏晶体管等。池、光敏晶体管等。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。光通量是随被测量而变,光电流就成为被测量的函数,故又称为光电传感器的函数运用状态光电传感器。这一类光电传感器有如下几种工作方式。被测物体位于恒定光源与光电元件之间,根据被测物对光的吸收程度或对其谱线的选择来测定被测参数。如测量液体、气体的透明度、混浊度,对气体进行成分分析,测定液体中某种物质的含量等。 恒定光源发出的光投射到被测物体上,被测物体把部分光通量反射到光电元件上,根据反射的光通量多少测定被测物表面状态和性质。例如测量零件的表面粗糙度、表面缺陷、表面位移等。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。被测物体位于恒定光源与光电元件之间,光源发出的光通量经被测物遮去其一部分,使作用在光电元件上的光通量减弱,减弱的程度与被测物在光学通路中的位置有关。利用这一原理可以测量长度、厚度、线位移、角位移、振动等。被测物体本身就是辐射源，它可以直接照射在光电元件上，也可以经过一定的光路后作用在光电元件上。光电高温计、比色高温计、红外侦察和红外遥感等均属于这一类。这种方式也可以用于防火报警和构成光照度计脉冲式光电传感器的作用方式是光电元件的输出仅有两种稳定状态,也就是“通”、“断”的开关状态,所以也称为光电元件的开关运用状态。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第六节第六节光纤传感器光纤传感器光纤传感器光纤传感器光纤传感器以光信号为变换和传输的载体，利用光导光纤传感器以光信号为变换和传输的载体，利用光导纤维传输光信号。纤维传输光信号。光纤传感器通过将被测量变换为光波的光纤传感器通过将被测量变换为光波的强度、频率、强度、频率、相位相位或或偏振态偏振态四个参数之一的变化进行测量。通常四个参数之一的变化进行测量。通常将光波随被测量的变化而变化称为对光波进行调制。将光波随被测量的变化而变化称为对光波进行调制。相应地，光纤传感器可分为：相应地，光纤传感器可分为：强度调制型、频率调强度调制型、频率调制型、相位调制型制型、相位调制型及及偏振态调制型。偏振态调制型。光的电矢量的振动光的电矢量的振动偏振态（矢量偏振态（矢量A的方向的方向)由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。光纤传感器光纤传感器光纤传感器光纤传感器可分为：功能型、传光型。可分为：功能型、传光型。功能型：功能型：是利用光纤将输入物理量变换为调制的光信号。其工作原理基于光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生变化的现象。因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。这类传感器又被称为敏感元件型。传光型：传光型：光纤仅作为光的传播媒质，由光检测元件调制的光信号。 光纤由内芯（折射率光纤由内芯（折射率n1、直径几十、直径几十 m）、包层（折射率）、包层（折射率n2n1、外径、外径n2）组成。）组成。光导纤维结构光导纤维结构由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。定义定义NA =为光纤的数值孔径为光纤的数值孔径NA是标志光纤接受能力的重要参数。作为传感器的光是标志光纤接受能力的重要参数。作为传感器的光纤纤0.2 NA0；电容性阻抗，；电容性阻抗，0。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。差动电容差动电容耦耦合电感比臂电桥合电感比臂电桥 电容式传感器电容式传感器标准电感标准电感Lc输出电压输出电压U0=0有两个桥臂电容值随被测量而变化。有两个桥臂电容值随被测量而变化。根据电路原理：根据电路原理：电桥的灵敏度电桥的灵敏度=常数令：令：由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。=常数常数kn要合理选择要合理选择C和和L由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第二节第二节调制与解调调制与解调调制：使一个信号的某些参数在另一信号的控调制：使一个信号的某些参数在另一信号的控制下发生变化的过程。前一信号称为载波，后制下发生变化的过程。前一信号称为载波，后一信号（控制信号）称为调制信号。最后的输一信号（控制信号）称为调制信号。最后的输出是已调制波。出是已调制波。解调解调: :最终从已调制波中恢复出调制信号的过程。最终从已调制波中恢复出调制信号的过程。根据载波受调制的参数不同，调制可分为调幅根据载波受调制的参数不同，调制可分为调幅（AMAM）, ,调频（调频（FMFM）, ,调相（调相（PMPM）. .由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第三节第三节滤波器滤波器 滤波器是一种选频装置，它只允许一定频带范围的信号滤波器是一种选频装置，它只允许一定频带范围的信号通过，同时极大地衰减其它频率成分。滤波器的这种通过，同时极大地衰减其它频率成分。滤波器的这种筛选功筛选功能能在测试技术中可以起到消除噪声及干扰信号等作用，在自在测试技术中可以起到消除噪声及干扰信号等作用，在自动检测、自动控制、信号处理等领域得到广泛的应用。动检测、自动控制、信号处理等领域得到广泛的应用。 滤波器的种类滤波器的种类根据滤波器的选频特性根据滤波器的选频特性q 低通滤波器低通滤波器(LP)(LP)：通频带通频带0 0fcq 高通滤波器高通滤波器(HP)(HP)：通频带通频带fC q 带通滤波器带通滤波器(BP)(BP)：通频带通频带fC1fC2q 带阻滤波器带阻滤波器(BS)(BS)：通频带通频带0 0fC1与与fC2 （阻带阻带: : fC1fC2） 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。1)低通滤波器低通滤波器从从0f2频率之间，幅频率之间，幅频特性平直，它可以使信号频特性平直，它可以使信号中低于中低于f2的频率成分几乎不的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于受衰减地通过，而高于f2的的频率成分受到极大地衰减。频率成分受到极大地衰减。2)高通滤波器高通滤波器与低通滤波相反，从与低通滤波相反，从频率频率f1，其幅频特性，其幅频特性平直。它使信号中高于平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于地通过，而低于f1的频率的频率成分将受到极大地衰减。成分将受到极大地衰减。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3)带通滤波器带通滤波器它的通频带在它的通频带在f1f2之之间。它使信号中高于间。它使信号中高于f1而低而低于于f2的频率成分可以不受衰的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受减地通过，而其它成分受到衰减。到衰减。4)带阻滤波器带阻滤波器与带通滤波相反，与带通滤波相反，阻带在频率阻带在频率f1f2之之间。它使信号中高于间。它使信号中高于f1而低于而低于f2的频率成分的频率成分受到衰减，其余频率受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受成分的信号几乎不受衰减地通过。衰减地通过。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。理想滤波器理想滤波器理想滤波器在通带内的幅频特性应为常数，相频特性的理想滤波器在通带内的幅频特性应为常数，相频特性的斜率为常值；在通带外的幅频特性应为零。斜率为常值；在通带外的幅频特性应为零。实际滤波器实际滤波器理想滤波器是不能实现的。在通带和阻带之间存在一个过渡带。在过渡带内的频率成在通带和阻带之间存在一个过渡带。在过渡带内的频率成分不会被完全抑制，只会受到不同程度的衰减。当然，希分不会被完全抑制，只会受到不同程度的衰减。当然，希望过渡带越窄越好，也就是希望对通带外的频率成分衰减望过渡带越窄越好，也就是希望对通带外的频率成分衰减得越快、越多越好。得越快、越多越好。实际滤波器需要用更多的概念和实际滤波器需要用更多的概念和参数去描述它，主要参数有纹波参数去描述它，主要参数有纹波幅度、截止频率、带宽、品质因幅度、截止频率、带宽、品质因数、倍频程选择性等。数、倍频程选择性等。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。1 1、一阶、一阶RCRC低通滤波器低通滤波器传递函数令=RC，称时间常数。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2 2、RCRC高通滤波器高通滤波器令RC=，则传递函数由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3 3、RCRC带通滤波器带通滤波器带通滤波器可看成是低通滤波器和高通滤波器串联组成。分别调节高、低通环节的时间常数（ 及 ），就可得到不同的上、下截止频率和带宽的带通滤波器。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第四节第四节 信号的放大信号的放大通常传感器的输出信号都很弱。一般都需放大电路放大，才通常传感器的输出信号都很弱。一般都需放大电路放大，才使于后续处理。放大电路应具有以下性能：使于后续处理。放大电路应具有以下性能：1 1、足够的放大倍数。、足够的放大倍数。2 2、高输入阻抗，低输出阻抗。、高输入阻抗，低输出阻抗。 3 3、高共模抑制能力。、高共模抑制能力。4 4、低温漂，低噪声，低失调电压和电流。、低温漂，低噪声，低失调电压和电流。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第五节第五节 测试信号的现实与记录测试信号的现实与记录被测量经过测试系统后。最后的环节就是指示和记录装置。为被测量经过测试系统后。最后的环节就是指示和记录装置。为人们提供指示值和记录数据来了解和分析测试结果。人们提供指示值和记录数据来了解和分析测试结果。显示与记录是反映被测量变化过程的信号。显示与记录是反映被测量变化过程的信号。记录仪器可以模拟记录和数字记录两大类。记录仪器可以模拟记录和数字记录两大类。记录分为：显性记录、隐性记录记录分为：显性记录、隐性记录 。显性记录：可直接观察所测信号的变化情况。如：光线示显性记录：可直接观察所测信号的变化情况。如：光线示波器、各种笔式记录仪。波器、各种笔式记录仪。 隐性记录：了不能直接观察所测信号变化特征。要通过其它隐性记录：了不能直接观察所测信号变化特征。要通过其它设备，才能显示出来。如：磁带、磁盘记录等。设备，才能显示出来。如：磁带、磁盘记录等。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。 4-1 4-1 以阻值以阻值R=120R=120，灵敏度，灵敏度S=2S=2的电阻应变片与阻值的电阻应变片与阻值R=120R=120的固定电的固定电阻组成的电桥，供桥电压为阻组成的电桥，供桥电压为3V3V，并假定负载为无穷大，当应变片的应变值，并假定负载为无穷大，当应变片的应变值为为22和和20002000时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的电桥的灵敏度。种情况下的电桥的灵敏度。 解：（解：（1 1）单臂电桥输出电压）单臂电桥输出电压当应变片为当应变片为22时时当应变值为当应变值为20002000时时（2 2）双臂电桥输出电压）双臂电桥输出电压当应变片为当应变片为22时时当应变值为当应变值为20002000时时双臂电桥比单臂电桥的电压输出灵敏度提高一倍。双臂电桥比单臂电桥的电压输出灵敏度提高一倍。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。4-2 4-2 有人在使用电阻应变片时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上有人在使用电阻应变片时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。试问，在下列情况下，是否可提高灵敏度增加电阻应变片数以提高灵敏度。试问，在下列情况下，是否可提高灵敏度？说明为什么？说明为什么？1 1） 半桥双臂各串联一片。半桥双臂各串联一片。 2) 2) 半桥双臂各并联一片。半桥双臂各并联一片。 解：解：(1)(1)未增加电阻应变片时，半桥双臂的灵敏度为：未增加电阻应变片时，半桥双臂的灵敏度为：当半桥双臂各串联一片时：当半桥双臂各串联一片时：所以不能提高灵敏度。所以不能提高灵敏度。当半桥双臂各并联一片时：当半桥双臂各并联一片时：所以也不能提高灵敏度。所以也不能提高灵敏度。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第五章 信号处理初步研究信号的构成和特征值称为研究信号的构成和特征值称为信号分析信号分析；把信号经过必要的加工变换，以获得有用信息把信号经过必要的加工变换，以获得有用信息的过程称为的过程称为信号处理信号处理。由以上定义可知，信号分析并不影响信号本身由以上定义可知，信号分析并不影响信号本身的结构，而信号处理则有可能改变信号本身的的结构，而信号处理则有可能改变信号本身的结构。结构。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。信号处理可以用模拟信号处理系统和数字信号信号处理可以用模拟信号处理系统和数字信号处理系统来实现。处理系统来实现。模拟信号处理系统由一系列能实现模拟运算的模拟信号处理系统由一系列能实现模拟运算的电路环节组成。电路环节组成。数字信号处理是用数字方法处理信号数字信号处理是用数字方法处理信号, ,它既可它既可以在通用计算机上借助程序来实现以在通用计算机上借助程序来实现, ,也可以用也可以用专用信号处理机来完成。专用信号处理机来完成。信号处理的目的信号处理的目的:1)1)分离信、噪提高信噪比分离信、噪提高信噪比2)2)从信号中提取有用的信号从信号中提取有用的信号3)3)修正测试系统的某些误差修正测试系统的某些误差由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第一节第一节 数字信号处理的基本步骤数字信号处理的基本步骤1 1）电压幅值调理，以适宜采样。）电压幅值调理，以适宜采样。2 2）滤波，以提高信噪比。）滤波，以提高信噪比。 3 3）隔离信号中的直流分量。）隔离信号中的直流分量。 4 4）调制解调。）调制解调。模拟信号经采模拟信号经采样、量化并转样、量化并转化为二进制化为二进制由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。计算机测试系统的基本组成计算机测试系统的基本组成 A/DA/D和和D/AD/A转换是数字信号处理的必要程序。转换是数字信号处理的必要程序。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。A/DA/D转换过程包括采样、量化和编码三个步骤，其转换原理转换过程包括采样、量化和编码三个步骤，其转换原理图所示。由图可见，若信号图所示。由图可见，若信号x(t)x(t)可能出现的最大值为可能出现的最大值为A A，令，令其分为其分为d d个间隔，则每个间隔大小为个间隔，则每个间隔大小为q=A/dq=A/d，q q称为量化当量称为量化当量或量化步长。或量化步长。A/DA/D转换：转换：由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。D/AD/A转换转换D/AD/A转换器将输入的数字量转换为模拟电压或电流信号输出，其转换器将输入的数字量转换为模拟电压或电流信号输出，其基本要求是输出信号基本要求是输出信号A A与输入数字量与输入数字量D D成正比，给出了成正比，给出了D/AD/A转换过转换过程程, ,不断转换可得到各个不同时刻的瞬时值，这些瞬时值的集合不断转换可得到各个不同时刻的瞬时值，这些瞬时值的集合对一个信号而言在时域仍是离散的，要将其恢复为原来的时域对一个信号而言在时域仍是离散的，要将其恢复为原来的时域模拟信号，还必须通过保持电路进行波形复原。模拟信号，还必须通过保持电路进行波形复原。D/AD/A经保持器输经保持器输出的信号实际为许多矩形脉冲构成，为了得到光滑的输出信号，出的信号实际为许多矩形脉冲构成，为了得到光滑的输出信号，还必须通过低通滤波滤去除其中的高频噪声，从而恢复出原信还必须通过低通滤波滤去除其中的高频噪声，从而恢复出原信号。号。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第二节第二节 信号数字化出现的问题信号数字化出现的问题一、概述一、概述 设模拟信号设模拟信号x (t)x (t)的傅立叶变换为的傅立叶变换为X (f)X (f)，为了利用计算机，为了利用计算机来计算，必须使来计算，必须使x (t)x (t)变换成有限长的离散时间序列。为此变换成有限长的离散时间序列。为此, ,对对x (t)x (t)进行采样和截断。进行采样和截断。二、采样、混叠和采样定理二、采样、混叠和采样定理采样是把连续时间信号变成离散时间序列的过程，就是等采样是把连续时间信号变成离散时间序列的过程，就是等间距地取点。而从数学处理上看，则是用采样函数去乘连间距地取点。而从数学处理上看，则是用采样函数去乘连续信号。续信号。采样是用一个等时距的周期脉冲序列采样是用一个等时距的周期脉冲序列s (t)s (t)去乘去乘x (t)x (t)。时。时距距TSTS称为采样间隔，称为采样间隔，1/TS=f S1/TS=f S称为采样频率称为采样频率。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。 长度为长度为T T的连续时间信号的连续时间信号x(t),x(t),从从t=0t=0点开始采样，得到点开始采样，得到离散时间序列离散时间序列x(n)x(n)为为其中：其中：n=0,1,2,3,N-1n=0,1,2,3,N-1其中采样间隔的选择是个重要的问题其中采样间隔的选择是个重要的问题由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。混叠混叠： 在频域中，如果平移距离过小，平移后的频谱就会有在频域中，如果平移距离过小，平移后的频谱就会有一部分相互交叠，从而使新合成的频谱与原频谱不一致，因而一部分相互交叠，从而使新合成的频谱与原频谱不一致，因而无法准确地恢复原时域信号，这种现象称为混叠。无法准确地恢复原时域信号，这种现象称为混叠。产生混叠产生混叠原因：原因：（1 1）、采样频率）、采样频率 太低。太低。（2 2）、原模拟信号不是）、原模拟信号不是有限带宽有限带宽的信号，即的信号，即采取措施：采取措施：（1 1） 对非有限带宽的模拟信号，在采样之前先通过模对非有限带宽的模拟信号，在采样之前先通过模拟低通滤波器滤去高频成分，使其成为带限信号。这种拟低通滤波器滤去高频成分，使其成为带限信号。这种处理称为抗混叠滤波预处理。处理称为抗混叠滤波预处理。（2 2）满足采样定理，）满足采样定理，采样定理：采样定理： 采样频率采样频率必须大于最高频率必须大于最高频率的的两倍即两倍即，这就是采样定理。，这就是采样定理。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。三、量化和量化误差三、量化和量化误差时域采样只是把连续信号的时间离散化了。而对于幅值如时域采样只是把连续信号的时间离散化了。而对于幅值如果用二进制数码组来表示，就是离散信号变成数字信号。这一果用二进制数码组来表示，就是离散信号变成数字信号。这一过程称为量化。量化一般是由过程称为量化。量化一般是由A/DA/D转换器来实现的。转换器来实现的。量化误差分析量化误差分析设设A/DA/D转换器的位数为转换器的位数为b,b,允许的动态工作范围为允许的动态工作范围为D D，则相，则相邻量化电平之差邻量化电平之差 （由于实际上字长的第一位常用作符号位），每个量化电（由于实际上字长的第一位常用作符号位），每个量化电平对应一个二进制数码。若采样点的电平落在两相邻量化平对应一个二进制数码。若采样点的电平落在两相邻量化之间，就必须含入到相近的一个量化电平上。之间，就必须含入到相近的一个量化电平上。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。采取措施采取措施（1）提高提高A/D转换的为数，既降低了转换的为数，既降低了量化误差，但量化误差，但A/D转换的位数选择应视信号转换的位数选择应视信号的具体情况和量化的精度要求而定，位数增的具体情况和量化的精度要求而定，位数增多后，成本显著增加，转换速率下降。多后，成本显著增加，转换速率下降。（2）实际上，和信号获取、处理的其他误）实际上，和信号获取、处理的其他误差相比，量化误差通常不大，所以一般可忽差相比，量化误差通常不大，所以一般可忽略其影响。略其影响。是指采样点的实际电平与量化电平之间的差值。是指采样点的实际电平与量化电平之间的差值。 量化误差量化误差由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。四、截断、泄漏和四、截断、泄漏和窗函数窗函数截断就是将信号乘以时域的有限宽矩形窗函数，实际是取有截断就是将信号乘以时域的有限宽矩形窗函数，实际是取有限长的信号，从数学处理上看，就是乘以时域的有限宽矩形限长的信号，从数学处理上看，就是乘以时域的有限宽矩形窗函数。窗函数。即在时域中乘矩形窗函数，经处理后其时域、频域的关系是即在时域中乘矩形窗函数，经处理后其时域、频域的关系是其中窗函数的合理选择是个其中窗函数的合理选择是个重要重要的问题的问题泄泄 漏漏由于矩形窗函数的频谱是一个无限带宽的由于矩形窗函数的频谱是一个无限带宽的sincsinc函数。函数。所以即使所以即使x(t)x(t)是带限信号，在截断后也仍然成为无限带是带限信号，在截断后也仍然成为无限带宽的信号，这种信号的能量在频率轴分布扩展的现象称宽的信号，这种信号的能量在频率轴分布扩展的现象称为泄漏。为泄漏。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。泄漏原因：窗函数的频谱是无限带宽的。泄漏原因：窗函数的频谱是无限带宽的。采用合适的采用合适的窗函数来对所截取的时域信号进行加权处理。窗函数来对所截取的时域信号进行加权处理。窗函数来对所截取的时域信号进行加权处理。窗函数来对所截取的时域信号进行加权处理。常用的窗函数常用的窗函数由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。、矩形窗、矩形窗公式主瓣最窄（高主瓣最窄（高T T，宽，宽2/T2/T） 旁瓣则较旁瓣则较高（主瓣的高（主瓣的20% 20% ，-13dB-13dB旁瓣的率减率为旁瓣的率减率为20dB/1020dB/10倍频程倍频程由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。、三角窗、三角窗公式主瓣较宽（高主瓣较宽（高T/2T/2，宽，宽4/T4/T）旁瓣则较低）旁瓣则较低不会出现负值不会出现负值由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。五、频域采样、栅栏效应五、频域采样、栅栏效应频域采样是使频率离散化，在频率轴上等频域采样是使频率离散化，在频率轴上等间距地取点的过程。而从数学处理上看，则是间距地取点的过程。而从数学处理上看，则是用采样函数去乘连续频谱用采样函数去乘连续频谱。依据依据FT的卷积特性的卷积特性频域相乘就等于时域频域相乘就等于时域做卷积做卷积函数的卷积特性函数的卷积特性时域作卷积就等于时时域作卷积就等于时域波形的周期延拓域波形的周期延拓频域采样和时域采样相似，在频域中用脉频域采样和时域采样相似，在频域中用脉冲序列乘信号的频谱函数。冲序列乘信号的频谱函数。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。栅栏效应栅栏效应采样的实质就是摘取采样点上对应的函数值，其效果采样的实质就是摘取采样点上对应的函数值，其效果有如透过栅栏的缝观看外景一样，只有落在缝隙有如透过栅栏的缝观看外景一样，只有落在缝隙 前的少前的少数景象被看到，其余景象都被栅栏挡住，视为零。这种现数景象被看到，其余景象都被栅栏挡住，视为零。这种现象称为栅栏效应。象称为栅栏效应。不管是时域采样还是频域采样，都有相应的栅栏效应。不管是时域采样还是频域采样，都有相应的栅栏效应。不过时域采样对比起来时域采样如满足采样定理要求，栅不过时域采样对比起来时域采样如满足采样定理要求，栅栏效应不会有什么影响。而频域采样的栅栏效应则影响很栏效应不会有什么影响。而频域采样的栅栏效应则影响很大，大，“挡住挡住”或丢失的频率成分有可能是重要的或具有特或丢失的频率成分有可能是重要的或具有特征的成分，以致于整个处理失去意义。征的成分，以致于整个处理失去意义。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。采取措施采取措施（1 1） 提高频率采样间隔，即提高频率分辨提高频率采样间隔，即提高频率分辨力，则栅栏效应中被挡住的频率成分越少。力，则栅栏效应中被挡住的频率成分越少。但同时但同时f=1/Tf=1/T是是DFTDFT算法固有的特征，在满算法固有的特征，在满足采样定理的情况下，这往往加剧频率分辨足采样定理的情况下，这往往加剧频率分辨力和计算工作量的矛盾。力和计算工作量的矛盾。（2 2）对周期信号实行整周期截断。）对周期信号实行整周期截断。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。六、频率分辨力、整周期截断六、频率分辨力、整周期截断 频率采样间隔频率采样间隔 f f 决定了频率分辨力。决定了频率分辨力。 f f 越小，分辨力越高，越小，分辨力越高，被挡住的频率成分越少。被挡住的频率成分越少。 由于由于DFTDFT在频域的一个周期内（周期为：在频域的一个周期内（周期为：1/1/T Ts s）输出）输出N N个有个有效谱值，故频率间隔为：效谱值，故频率间隔为：显然，可以通过降低显然，可以通过降低fsfs或提高或提高N N以提高以提高 f f。但前者但前者受采样定理的限制，不可能随意降低，受采样定理的限制，不可能随意降低，后者必然增后者必然增加计算量。加计算量。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。由于谱线是离散的，因此频谱谱线对应的频率值都是由于谱线是离散的，因此频谱谱线对应的频率值都是 f f整整数倍。对于简谐信号，为了得到特定频率数倍。对于简谐信号，为了得到特定频率f f0 0的谱线，必须的谱线，必须满足：满足：T T：信号分析时长。：信号分析时长。T T0 0：频率为：频率为f f0 0信号的周期。信号的周期。只有信号的截断长度只有信号的截断长度T T为待分析信号周期的整数倍时，才为待分析信号周期的整数倍时，才可能使谱线落在可能使谱线落在f f0 0，获得准确的频谱。此即为，获得准确的频谱。此即为整周期截整周期截断。断。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第第 三三 节节 相关分析及其应用相关分析及其应用相关分析相关分析用来研究两个随机变量之间的关用来研究两个随机变量之间的关系或分析两个信号或者是一个信号在一定系或分析两个信号或者是一个信号在一定时移前后之间的关系（相似程度）。时移前后之间的关系（相似程度）。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。一、两随机变量的相关系数一、两随机变量的相关系数对于确定性信号来说，两变量间的关系可以用数学关系式来对于确定性信号来说，两变量间的关系可以用数学关系式来描述。但是对于随机信号，却无法用数学函数关系来描述，只描述。但是对于随机信号，却无法用数学函数关系来描述，只能采用概率统计的方法。在下面这幅图中：能采用概率统计的方法。在下面这幅图中：表示两随机变量表示两随机变量x x和和y y组成的数据点的分布状况组成的数据点的分布状况xy0xy0xy0(a)(b)(c)两随机变量两随机变量x与与y的相关性的相关性 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。(a)x x与与y y完全线性无关；完全线性无关；(b)x x与与y y完全线性相关；完全线性相关；(c)x x与与y y存在某种程度的线性关系；存在某种程度的线性关系；相关是表示两个随机变量相关是表示两个随机变量x x和和y y的线性关联程度的量，常用的线性关联程度的量，常用相关系数相关系数表示：表示：相关系数相关系数由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。由柯西由柯西-许瓦兹不等式许瓦兹不等式当数据点分布愈接近一条直线时当数据点分布愈接近一条直线时, , 的绝对值愈的绝对值愈接近接近1,x1,x和和y y的线形相关程度愈好的线形相关程度愈好; ;当当 接近接近0 0时时, ,可认为可认为x x和和y y之间完全无关之间完全无关, ,但仍可能但仍可能存在着某种非线形的相关关系存在着某种非线形的相关关系(a)x x与与y y完全线性无关；完全线性无关；(b)x x与与y y完全线性相关；完全线性相关；(c)x x与与y y存在某种程度的线性关系；存在某种程度的线性关系；由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、信号的自相关函数二、信号的自相关函数x(t)是是各态历经随机过程各态历经随机过程的一个样本函数，观测时间为的一个样本函数，观测时间为T.x(t+)是时移之后的样本函数。这两个样本函数具有相同的是时移之后的样本函数。这两个样本函数具有相同的均值均值m mx和标准差和标准差s sx。自相关函数定义自相关函数定义相关系数相关系数通过公式可知，通过公式可知，和和均随均随而变化，且两者成而变化，且两者成线性关系。线性关系。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。自相关函数具有的性质：自相关函数具有的性质：1 1）由式有）由式有 又由于又由于 所以所以 0由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2 2）自相关函数在）自相关函数在 时为最大值，等于信号的均方值。时为最大值，等于信号的均方值。3 3）当）当 足够大时或足够大时或 时，随机变量时，随机变量 和和 之间不存在内在联系，彼此无关。之间不存在内在联系，彼此无关。4 4）自相关函数为偶函数。）自相关函数为偶函数。5 5）周期函数的自相关函数仍为同频率的周期函数其幅值与）周期函数的自相关函数仍为同频率的周期函数其幅值与原周期函数的幅值有关，但丢失相位信息原周期函数的幅值有关，但丢失相位信息自相关函数的作用自相关函数的作用区别信号类型。区别信号类型。检测混杂在随机信号中的周期成分。检测混杂在随机信号中的周期成分。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。三、信号的互相关函数三、信号的互相关函数两个各态历经过程的随机信号两个各态历经过程的随机信号x(t)x(t)和和y (t)y (t)的互相关的互相关函数函数 定义为定义为当时移当时移足够大或足够大或趋于无穷时，趋于无穷时， x(t) x(t)和和y (t)y (t)互不相互不相关，关， 而而 的最大变动范围在的最大变动范围在 之之间，即间，即由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。同频相关不同频不相关同频相关不同频不相关互相关函数非偶函数、亦非奇函数。互相关函数非偶函数、亦非奇函数。 的峰值在的峰值在 处，其峰值偏离原点的处，其峰值偏离原点的位置反映了两信号时移的大小，相关程度最高。位置反映了两信号时移的大小，相关程度最高。互相关函数的性质互相关函数的性质 对对x x( (t t) )和和y y( (t t) )进行相关分析，根据进行相关分析，根据同频相关不同频不同频相关不同频不相关相关的理论，只有和激振频率相同的成分才可能是由激的理论，只有和激振频率相同的成分才可能是由激振而引起的响应，其它成分均是干扰噪声，这样便可得振而引起的响应，其它成分均是干扰噪声，这样便可得知激励引起的响应的幅值及相位差的大小，完全消除了知激励引起的响应的幅值及相位差的大小，完全消除了干扰噪声的影响。这种处理方法称为干扰噪声的影响。这种处理方法称为相关滤波相关滤波。 互相关的应用互相关的应用由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。四、相关函数估计四、相关函数估计随机信号相关函数的估计值随机信号相关函数的估计值 分别由下式计算分别由下式计算式中式中: T-: T-样本记录长度样本记录长度由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第四节第四节 功率谱分析及其应用功率谱分析及其应用v信号的时域描述反映了信号幅值随时间变化的特征；信号的时域描述反映了信号幅值随时间变化的特征； v 相关分析从时域为在噪声背景下提取有用信息提供相关分析从时域为在噪声背景下提取有用信息提供 了手段；了手段； v 信号的频域的描述反映了信号的频率结构和各频率信号的频域的描述反映了信号的频率结构和各频率 成分的幅值大小；成分的幅值大小； v 功率谱密度函数、相干函数、倒谱分析则从频域为功率谱密度函数、相干函数、倒谱分析则从频域为 研究研究平稳随机过程平稳随机过程提供了重要方法。提供了重要方法。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。一、自功率谱密度函数一、自功率谱密度函数1.1.定义及其物理意义定义及其物理意义定义随机信号的自功率谱密度函数（自谱）为：定义随机信号的自功率谱密度函数（自谱）为：其逆变换为其逆变换为: : 的自功率谱密度函数，简称为的自功率谱密度函数，简称为自谱自谱或或自功率谱。自功率谱。则二者所蕴含的信息是等价的，自功率谱密度函数必然是偶则二者所蕴含的信息是等价的，自功率谱密度函数必然是偶函数。函数。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。物理意义物理意义: 若若=0=0，则根据自相关函数和自功率谱密度函，则根据自相关函数和自功率谱密度函数的定义，可得到数的定义，可得到 可见，自功率谱密度函数的曲线下和频率轴所包围可见，自功率谱密度函数的曲线下和频率轴所包围的面积就是信号的平均功率的面积就是信号的平均功率。f0单边谱与双边谱单边谱与双边谱常应用的频率段为常应用的频率段为f=(0,)由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2.2.巴塞伐尔（巴塞伐尔（ParsevalParseval）定理）定理 （能量等式）（能量等式）信号在时域中的总能量等于其在频域中的总能量。信号在时域中的总能量等于其在频域中的总能量。和幅值谱和幅值谱 或能谱或能谱 之间的关系。之间的关系。可以直接对时域信号可以直接对时域信号x(t)x(t)进行傅里叶变换，再利用上进行傅里叶变换，再利用上述公式求信号的功率谱。述公式求信号的功率谱。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3.3.功率谱的估计功率谱的估计上面得到的功率谱与信号的幅值谱间的关系仅是一上面得到的功率谱与信号的幅值谱间的关系仅是一个理论计算公式，实际上我们不可能对一个无限长的时个理论计算公式，实际上我们不可能对一个无限长的时域信号进行分析，只能分析有限长度的信号。域信号进行分析，只能分析有限长度的信号。模拟信号模拟信号数字信号数字信号由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。4 4、工程应用、工程应用 反映信号的频率结构反映信号的频率结构; ;反映信号的频率结构，所以反映信号的频率结构，所以也反也反映信号的频率结构，但映信号的频率结构，但与与之间是平之间是平方的关系，因此频率结构更加明显。方的关系，因此频率结构更加明显。00ff幅值谱与自功率谱幅值谱与自功率谱由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。 反映系统的反映系统的幅频特性幅频特性( (但丢失了相位信息但丢失了相位信息) )h(t)H(f)x(t)y(t)X(f)Y(f)通过对输入输出自谱的分析便可以得到系统的幅频特性。通过对输入输出自谱的分析便可以得到系统的幅频特性。 检测信号中有无周期成分检测信号中有无周期成分理想的周期信号的尖谱是脉冲函数，但实际信号我理想的周期信号的尖谱是脉冲函数，但实际信号我们只能对其取有限长度进行分析（截断），截断后的周们只能对其取有限长度进行分析（截断），截断后的周期信号频谱特点为：期信号频谱特点为：谱线高度有限；谱线高度有限；谱线宽度无限小。谱线宽度无限小。周期成分以陡峭的有限峰值的形态出现。周期成分以陡峭的有限峰值的形态出现。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、互谱密度函数二、互谱密度函数1、定义定义如果自相关函数如果自相关函数满足傅立叶变换的条件满足傅立叶变换的条件，则，则定义定义称为信号称为信号和和的互谱密度函数，简称的互谱密度函数，简称互谱互谱。根据。根据傅立叶逆变换，有傅立叶逆变换，有由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。由于互功率谱密度函数是互相关函数的傅里叶变换，由于互功率谱密度函数是互相关函数的傅里叶变换，因此二者所蕴含的信息是等价的。因此二者所蕴含的信息是等价的。 它既保留了原来信号的它既保留了原来信号的幅值与相位信息，同时也保留幅值与相位信息，同时也保留了原信号的初始相位信息。了原信号的初始相位信息。q 功率谱的估计功率谱的估计模拟信号模拟信号数字信号数字信号由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3 3、工程应用、工程应用 求取系统的频率响应函数求取系统的频率响应函数h(t)H(f)x(t)y(t)X(f)Y(f)通过输入的自谱、输入输通过输入的自谱、输入输出的互谱分析，就能得出出的互谱分析，就能得出系统的频率响应特性。保系统的频率响应特性。保留了幅值频率及相位信息。留了幅值频率及相位信息。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。互谱排除噪声影响互谱排除噪声影响 h1(t)H1 (f)x(t)y(t)X(f)Y(f)h1(t)H1 (f)n1(t)n2(t)n3(t)N1(f)N2(f)N3(f)输入噪声输入噪声中间环节噪声中间环节噪声输出端噪声输出端噪声受外界干扰的系统受外界干扰的系统由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。由于输入和噪声是独立无关的由于输入和噪声是独立无关的由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。相干函数相干函数如果相干函数为零，表示输出信号与输入信号不相干；如果相干函数为零，表示输出信号与输入信号不相干；当相干函数为当相干函数为1 1时，表示输出与输入信号完全相干。若相干函时，表示输出与输入信号完全相干。若相干函数在数在0-10-1之间，则表明有如下三种可能：之间，则表明有如下三种可能：(1)(1) 测试中有外界噪测试中有外界噪声干扰；声干扰；(2)(2) 输出是输入和其它输入的综合输出；输出是输入和其它输入的综合输出；(3)(3) 系统系统是非线性的。是非线性的。 对于线性系统对于线性系统由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。如：如：在频率在频率f0f0处，处，表示输出信号表示输出信号y(t)y(t)的的85%85%是输入是输入信号信号x(t)x(t)的响应，其于的响应，其于15%15%是外界噪声干扰和是外界噪声干扰和测试系统的非线性。测试系统的非线性。h(t)H(f)x(t)y(t)X(f)Y(f)相干函数相干函数由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第六章第六章位移测量位移测量位移位移是物体上某一点在一定方向上的位置变动，因此位是物体上某一点在一定方向上的位置变动，因此位移是矢量。测量方向与位移方向重合才能真实地测量出移是矢量。测量方向与位移方向重合才能真实地测量出位移量的大小。若测量方向与位移方向不重合，则测量位移量的大小。若测量方向与位移方向不重合，则测量结果仅是该位移量在测量方向上的分量。结果仅是该位移量在测量方向上的分量。位移测量从被测量来的角度可分为位移测量从被测量来的角度可分为线位移线位移测量和测量和角位角位移移测量；从测量参数特性的角度可分为静态位移测量测量；从测量参数特性的角度可分为静态位移测量和动态位移测量。许多动态参数，如力、扭矩、速度、和动态位移测量。许多动态参数，如力、扭矩、速度、加速度等都是以位移测量为基础的。加速度等都是以位移测量为基础的。第一节第一节慨述慨述由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第二节第二节常用位移传感器常用位移传感器差动变压器式位移传感器差动变压器式位移传感器由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。电阻式位移传感器的性能及特点电阻式位移传感器的性能及特点 型式滑线式变阻器线位移角位移线位移角位移测量范围1300mm*036011000mm*060r精确度0.1%0.1%0.5%0.5%直线性0.1%0.1%0.5%0.5%特点分辨力较好，可静态或动态测量。机械结构不牢固结构牢固，寿命长，但分辨力差，电噪声大由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。电阻应变式位移传感器的性能及特点电阻应变式位移传感器的性能及特点 型式非粘贴的粘贴的半导体的测量范围0.15%应变0.3%应变0.25%应变精确度0.1%2%3%2%3%直线性1%1%满刻度20%特点不牢固牢固，使用方便，需温度补偿和高绝缘电阻输出幅值大，温度灵敏性高由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。电感式位移传感器的性能及特点电感式位移传感器的性能及特点 型式自感式差动变压器涡电流式微动同步器旋转变压器变气隙型螺管型测量范围0.2mm1.52mm0.0875mm*2.5250mm*1060精确度1%1%0.513%1%1%直线性3%3%0.5%3%0.05%0.1%特点只适用于用于微小位移测量测量范围较宽使用方便可靠，动态性能较差分辨力好，受到磁场干扰时需屏蔽分辨力好，受被测物体材料，形状加工质量影响非线性误差与变压比和测量范围有关由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。电容式位移传感器的性能及特点电容式位移传感器的性能及特点 型式变面积变间距测量范围10-31000mm*10-510mm*精确度0.005%0.1%直线性1%1%特点受介电常数因环境温度，湿度而变化的影响分辨力很好，但测量范围很小，只能在小范围内近似地保存线性由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第三节第三节 位移测量的应用位移测量的应用 一、回转轴径向运动误差的测量一、回转轴径向运动误差的测量回转轴运动误差是指在回转过程中回转轴线偏离理想位置而回转轴运动误差是指在回转过程中回转轴线偏离理想位置而出现的附加运动。回转轴运动误差的测量，无论对于精密机出现的附加运动。回转轴运动误差的测量，无论对于精密机床主轴的运动精确度，还是对于大型、高速机组（例如汽轮床主轴的运动精确度，还是对于大型、高速机组（例如汽轮机一发电机组）的安全运行都有重要意义。机一发电机组）的安全运行都有重要意义。运动误差是回转轴上任何一点发生与轴线平行的移动和在运动误差是回转轴上任何一点发生与轴线平行的移动和在垂直于轴线的平面内的移动。前一种移动称为该点的端面垂直于轴线的平面内的移动。前一种移动称为该点的端面运动误差，后一种移动称为该点的径向运动误差。运动误差，后一种移动称为该点的径向运动误差。端面运动误差端面运动误差因测量点所在半径位置不同而异，因测量点所在半径位置不同而异，径向运动径向运动误差误差则因测量点所在的轴向位置不同而异。则因测量点所在的轴向位置不同而异。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。1.1.双向测量法双向测量法 任意径向截面上的径向误差运动可采用置于任意径向截面上的径向误差运动可采用置于x x、y y方向的两方向的两只位移传感器来分别检测径向运动误差在只位移传感器来分别检测径向运动误差在x x、y y方向的分量。方向的分量。在任何时刻两分量的矢量和就是该时刻径向运动误差矢量。在任何时刻两分量的矢量和就是该时刻径向运动误差矢量。 2.2.单向测量法单向测量法有时只需要测量运动误差在某个方向上的分量（例如分析机有时只需要测量运动误差在某个方向上的分量（例如分析机床主轴的运动误差对加工形状的影响），则可将一只位移传床主轴的运动误差对加工形状的影响），则可将一只位移传感器置于该方向来检测。感器置于该方向来检测。测量时必须利用基准面来测量时必须利用基准面来“体现体现”回转轴线。通常是选回转轴线。通常是选用具有用具有高圆度高圆度的的圆球圆球或或圆环圆环来作为基准面。直接采用回来作为基准面。直接采用回转轴上的某一回转表面来作为基准面虽然可行，但由于转轴上的某一回转表面来作为基准面虽然可行，但由于该表面的形状误差不易满足测量要求，测量精确度较差。该表面的形状误差不易满足测量要求，测量精确度较差。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。用双向测量法测量轴的径向运动误差用双向测量法测量轴的径向运动误差 设设OoOo为理想回转中心，为理想回转中心，OmOm为基准球的几何中心，为基准球的几何中心，OrOr为瞬时回为瞬时回转中心，转中心，e e为基准球的安装偏心，为基准球的安装偏心，为转角，并令为转角，并令e e与与x x轴平行轴平行时时 =0 =0，r r( () )为径向运动误差。若基准球半径为径向运动误差。若基准球半径RmRm远远大于远远大于偏心偏心e e和径向运动误差和径向运动误差r r( () )，则两传感器检测到的位移信号，则两传感器检测到的位移信号dxdx和和dydy分别为：分别为：位移传感器位移传感器位移传感器位移传感器测量仪测量仪测量仪测量仪由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。右侧第一、二项分别为偏心右侧第一、二项分别为偏心e e和运动误差和运动误差r r( () )在在x x、y y方向上的方向上的投影，而第三项则为基准球上相差投影，而第三项则为基准球上相差9090的两对应点处的形状误的两对应点处的形状误差。由此可见：差。由此可见：在圆球形状误差可忽略的情况下，在圆球形状误差可忽略的情况下，dxdx和和dydy是圆球中心的位是圆球中心的位移在移在x x、y y两方向上的分量。两方向上的分量。 形位误差测量是将形位误差测量是将被测要素被测要素和和理想要素理想要素进行进行比较比较，从而用数值，从而用数值描述实际要素与理想要素形状或位置上的差异。每个参数的测描述实际要素与理想要素形状或位置上的差异。每个参数的测量过程包括测量和评定两个阶段。量过程包括测量和评定两个阶段。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、物位的测量二、物位的测量 物位是液位、料位、以及界面位置的总称。具体的液位如物位是液位、料位、以及界面位置的总称。具体的液位如罐、塔、槽等容器中液体或河道、水库中水的表面位置高罐、塔、槽等容器中液体或河道、水库中水的表面位置高度；料位如仓库、料斗、仓储箱内堆积物体的高度；界面度；料位如仓库、料斗、仓储箱内堆积物体的高度；界面位置一般指固体与液体或两种不相溶、密度不同的液体之位置一般指固体与液体或两种不相溶、密度不同的液体之间存在的界面。间存在的界面。测量物位有时是为了测知容器中物体的存量；有时是为测量物位有时是为了测知容器中物体的存量；有时是为了对容器中的物料进行监控，调节其进出速度，或在物了对容器中的物料进行监控，调节其进出速度，或在物位接近极限位置时能提前报警。前者为物位的静态测量，位接近极限位置时能提前报警。前者为物位的静态测量，后者需采用动态连续的测量方法。后者需采用动态连续的测量方法。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。r1r2hxh测液面高度测液面高度内外极板间要加绝缘层！内外极板间要加绝缘层！由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第七章第七章振动的测试振动的测试第一节第一节概述概述振动是质点或物体相对于固定参考点的振荡振动是质点或物体相对于固定参考点的振荡运动。运动。物体物体仅受到初始条件仅受到初始条件(初始位移、初始速度初始位移、初始速度)的激励而引起的激励而引起的振动称为自由振动。的振动称为自由振动。物体物体在持续的外作用力激励下的振动称为强迫振动在持续的外作用力激励下的振动称为强迫振动振动的测试就是检测振动变化量，从中提取表征振动过程振动的测试就是检测振动变化量，从中提取表征振动过程特征和振动系统特性的有用信息。特征和振动系统特性的有用信息。机械振动机械振动是机械或结构在平衡位置附近的往复运动。是机械或结构在平衡位置附近的往复运动。激振激振机械系统机械系统响应响应由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。振动测试的基本参数振动测试的基本参数振动的振动的幅值、频率幅值、频率和和相位相位是振动的三个基本参数，称为振是振动的三个基本参数，称为振动三要素。动三要素。幅值幅值幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等不同的方法表示。平均值等不同的方法表示。频率频率不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。采取相应的措施。相位相位振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。的。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。振动测试方式：振动测试方式：一、激振测量一、激振测量是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模态等。态等。二、在线测量二、在线测量测量机械或结构在工作状态下的振动，如位移、测量机械或结构在工作状态下的振动，如位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监测、分析、诊断和预测。测、分析、诊断和预测。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第二节第二节惯性式传感器的力学模型惯性式传感器的力学模型振动测试的力学原理、力学模型振动测试的力学原理、力学模型构成机械振动系统的基本要素有构成机械振动系统的基本要素有惯性、恢复性和阻尼。惯性、恢复性和阻尼。惯性就是能使系统惯性就是能使系统当前运动持续下去的性质，恢复性就是能使系统位置恢复到平衡状态的性当前运动持续下去的性质，恢复性就是能使系统位置恢复到平衡状态的性质，阻尼就是能使系统能量消耗掉的性质。这三个基本要素通常分别由物质，阻尼就是能使系统能量消耗掉的性质。这三个基本要素通常分别由物理参数理参数质量质量M、刚度、刚度K和和阻尼阻尼C表征。表征。一、惯性式测振传感器的力学模型与特性分析一、惯性式测振传感器的力学模型与特性分析1)质量块受力产生的受迫振动质量块受力产生的受迫振动f(t)激振动k弹簧刚度c阻尼系数m质量z振动位移由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。f(t)激振动激振动Z(t)振动位移振动位移振动系统振动系统这是一个典型的二阶系统这是一个典型的二阶系统幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性：由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。相频特性相频特性幅频特性幅频特性由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。不管系统的阻尼比是多少，在不管系统的阻尼比是多少，在时位移时位移始终落后于激励力始终落后于激励力90o现象，称为现象，称为相位共振相位共振。率率由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2.由基础运动所引起的受迫振动由基础运动所引起的受迫振动振动系统的受迫振动是由基础的运动所引起的。这种情况称位移激励。设基础的绝对位移为Z1 ，质量块m的绝对位移为ZO ，如图所示。考察质量块M对基础的相对运动，则M的相对位移的(ZO -Z1 )。其运动方程为：这是一个典型的二阶系统这是一个典型的二阶系统由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。幅频特性幅频特性相频特性相频特性由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。由幅频特性图可见，当激振频率远小于系统固有频率由幅频特性图可见，当激振频率远小于系统固有频率时，质量块相对于基础的振动幅值为零，这意味着质时，质量块相对于基础的振动幅值为零，这意味着质量块几乎跟随基础一起振动，两者相对运动极小。而量块几乎跟随基础一起振动，两者相对运动极小。而当激振频率远高于固有频率时，当激振频率远高于固有频率时，A A()()接近于接近于1 1。这表。这表明质量块和基础之间的相对运动（输出）和基础的振明质量块和基础之间的相对运动（输出）和基础的振动（输入）近于相等，说明质量块在惯性坐标中几乎动（输入）近于相等，说明质量块在惯性坐标中几乎处于静止状态。处于静止状态。在振动测量时，应合理选择测量参数。在振动测量时，应合理选择测量参数。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第三节第三节振动振动测量传感器测量传感器w机械振动是一种物理现象，而不是一个物理参数，和振动相机械振动是一种物理现象，而不是一个物理参数，和振动相关的物理量有振动位移、振动速度、振动加速度等，所以振动关的物理量有振动位移、振动速度、振动加速度等，所以振动测试是对这些振动量的检测，它们反映了振动的强弱程度。测试是对这些振动量的检测，它们反映了振动的强弱程度。测振传感器常称拾振器测振传感器常称拾振器 。w分类：接触式和非接触式分类：接触式和非接触式w按壳体的固定方式可分为相对式和绝对式。按壳体的固定方式可分为相对式和绝对式。相对式传感器是以空间某一固定点作为参考点，测量物体上的相对式传感器是以空间某一固定点作为参考点，测量物体上的某点对参考点的相对某点对参考点的相对振动振动。 绝对式传感器是以大地为参考绝对式传感器是以大地为参考 基准，即以惯性空间为基准测量基准，即以惯性空间为基准测量振动物体相对于大地的绝对振动，又称惯性式传感器。振动物体相对于大地的绝对振动，又称惯性式传感器。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。测振时拾振器将固定在被测物上，其质量将成为被测振动系统测振时拾振器将固定在被测物上，其质量将成为被测振动系统的附加质量，使该系统振动特性产生变化。的附加质量，使该系统振动特性产生变化。 惯性式测振传感器的力学模型惯性式测振传感器的力学模型拾振器的质量拾振器的质量mtmt造成被测系统加速度造成被测系统加速度和固有频率的变化可用下式来和固有频率的变化可用下式来 估计：估计： 为装上拾振器之前、后被测系统的加速度为装上拾振器之前、后被测系统的加速度为装上拾振器之前、后被测系统的固有频率为装上拾振器之前、后被测系统的固有频率m m为被测系统原有质量为被测系统原有质量只有当只有当mtmmtm时，时，mtmt的影响才可忽略。的影响才可忽略。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。常用测振传感器常用测振传感器 一、电涡流式位移传感器一、电涡流式位移传感器电涡流式位移传感器是一种非接触式测振传感器，涡流传感电涡流式位移传感器是一种非接触式测振传感器，涡流传感器属于相对式拾振器，能方便地测量运动部件与静止部件间器属于相对式拾振器，能方便地测量运动部件与静止部件间的间隙（位移）变化。的间隙（位移）变化。 传感器具有线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干传感器具有线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干扰能力强、不受油污等介质影响以及非接触测量等特点。扰能力强、不受油污等介质影响以及非接触测量等特点。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、电容式位移传感器二、电容式位移传感器电容式位移传感器是一种非接触式测振传感器，传感器属于电容式位移传感器是一种非接触式测振传感器，传感器属于相对式拾振器，能方便地测量运动部件与静止部件间的间隙相对式拾振器，能方便地测量运动部件与静止部件间的间隙（位移）变化。（位移）变化。 三、磁电式速度（计）传感器三、磁电式速度（计）传感器 1顶杆顶杆2弹簧片弹簧片3磁钢磁钢4线圈线圈5引出线引出线6壳体壳体磁电式相对速度传感器磁电式相对速度传感器测量振动系统中两部件之间的相对测量振动系统中两部件之间的相对振动速度，壳体固定于一部件上，振动速度，壳体固定于一部件上，而顶杆与另一部件相连接。从而使而顶杆与另一部件相连接。从而使传感器内部的传感器内部的 线圈与磁钢产生相线圈与磁钢产生相对运动，发出相应的电动势来。对运动，发出相应的电动势来。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。磁电式速度传感器利用电磁感应原理将质量块与壳体的相对速度变换成电磁电式速度传感器利用电磁感应原理将质量块与壳体的相对速度变换成电压信号输出。压信号输出。被测体振动速度被测体振动速度 连接连接顶杆运动速度顶杆运动速度 线圈切割磁力线线圈切割磁力线 电动势输出电动势输出磁电式绝对速度计磁电式绝对速度计11弹簧弹簧 2 2壳体壳体 3 3阻阻尼尼环环 4 4磁钢磁钢 5 5线圈线圈 6 6芯轴芯轴 在测振时，传感器固定或紧压于被测系统，磁钢在测振时，传感器固定或紧压于被测系统，磁钢4 4与壳体与壳体2 2一起随被测系一起随被测系统的振动而振动，装在芯轴统的振动而振动，装在芯轴6 6上的线圈上的线圈5 5和阻尼环和阻尼环3 3组成惯性组成惯性 系统的质量系统的质量块并在磁场中运动。块并在磁场中运动。 被测体振动速度被测体振动速度 固定固定壳体运动速度壳体运动速度线圈切割磁力线线圈切割磁力线 电动势输出电动势输出由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。四、压电式加速度（计）传感器四、压电式加速度（计）传感器1 1 压电式加速度计的结构压电式加速度计的结构 (a)(a)中心安装压缩型中心安装压缩型 (b) (b)环形剪切型环形剪切型 (c) (c) 三角剪三角剪切型切型 S S是弹簧，是弹簧，M M是质块，是质块，B B是基座，是基座，P P是压电元件，是压电元件，R R是夹持环。是夹持环。内部通常有以高密度合金制成的惯性质量块，当壳体连同基内部通常有以高密度合金制成的惯性质量块，当壳体连同基座和被测对象一起运动时，惯性质量块相对于壳体或基座产座和被测对象一起运动时，惯性质量块相对于壳体或基座产生一定的位移，由此位移产生的弹性力加于压电元件上，在生一定的位移，由此位移产生的弹性力加于压电元件上，在压电元件的两个端面上就产生了极性相反的电荷。压电元件的两个端面上就产生了极性相反的电荷。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。2 2 压电式加速度计的灵敏度压电式加速度计的灵敏度 惯性力惯性力惯性力加于压电元件惯性力加于压电元件电压灵敏度电压灵敏度电荷灵敏度电荷灵敏度压电式传感器的前置放大器有：电压放大器和电荷放大器。所用电压放大压电式传感器的前置放大器有：电压放大器和电荷放大器。所用电压放大器就是高输入阻抗的比例放大器就是高输入阻抗的比例放大 器。其电路比较简单，但输出受连接电缆器。其电路比较简单，但输出受连接电缆对地电容的影响，适用于一般振动测量。电荷放大器以电容作负反馈，使对地电容的影响，适用于一般振动测量。电荷放大器以电容作负反馈，使用中基本不受用中基本不受 电缆电容的影响。在电荷放大器中，通常用高质量的元、电缆电容的影响。在电荷放大器中，通常用高质量的元、器件，输入阻抗高，但价格也比较贵。器件，输入阻抗高，但价格也比较贵。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。压电式加速度计的幅频特性曲线压电式加速度计的幅频特性曲线加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图但共加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图但共振频率与加速度计的固定状况有关，加速度计出厂时给出的幅振频率与加速度计的固定状况有关，加速度计出厂时给出的幅频曲线是在刚性连接的固定情况下得到的。频曲线是在刚性连接的固定情况下得到的。 加速度计与试件的各种固定方法加速度计与试件的各种固定方法 采用钢螺栓固定，是使共振频采用钢螺栓固定，是使共振频率能达到出厂共振频率的最好率能达到出厂共振频率的最好方法。方法。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。阻抗头阻抗头在对机械结构进行激振试验时，为了测量机械结构每一部位在对机械结构进行激振试验时，为了测量机械结构每一部位的阻抗值的阻抗值( (力和响应参数的比值力和响应参数的比值) )，需要在结构的同一点上激，需要在结构的同一点上激振并测定它的响应。阻抗头就是专门用来传递激振力和测定振并测定它的响应。阻抗头就是专门用来传递激振力和测定激振点的受力及加速度响应的特殊传感器。激振点的受力及加速度响应的特殊传感器。 它集压电式力传感器和它集压电式力传感器和压电式加速度传感器为一体压电式加速度传感器为一体阻抗头的原理及结构图阻抗头的原理及结构图由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。阻抗头的安装面与被测机械紧固在一起，阻抗头的安装面与被测机械紧固在一起，激振器激振器的激振力输出的激振力输出顶杆与阻抗头的激振平台紧固在一起。激振器通过阻抗头将激顶杆与阻抗头的激振平台紧固在一起。激振器通过阻抗头将激振力传递并作用于被测结构上，激振力使阻抗头中检测激振力振力传递并作用于被测结构上，激振力使阻抗头中检测激振力的压电晶片受压力作用产生电荷并从激振力信号输出口输出。的压电晶片受压力作用产生电荷并从激振力信号输出口输出。机械受激振力作用后产生受迫振动，其振动加速度通过阻抗头机械受激振力作用后产生受迫振动，其振动加速度通过阻抗头中的惯性质量块产生惯性力，使检测加速度的晶片受力作用产中的惯性质量块产生惯性力，使检测加速度的晶片受力作用产生电荷，从加速度信号输出端口输出。生电荷，从加速度信号输出端口输出。随着电子技术的发展，目前大部分压电式加速度计在随着电子技术的发展，目前大部分压电式加速度计在壳体内都集成放大器，由它来完成阻抗变换的功能。壳体内都集成放大器，由它来完成阻抗变换的功能。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。测振传感器的合理选择测振传感器的合理选择振动量的测量振动量的测量 振动量通常指反映振动的振动量通常指反映振动的强弱程度的量，亦即指强弱程度的量，亦即指振动位振动位移移，振动速度振动速度和和振动加速度振动加速度的的大小。这三者之间存在着确定大小。这三者之间存在着确定的微分或积分关系。的微分或积分关系。振动位移、振动速度和振动加速度三振动位移、振动速度和振动加速度三者的幅值之间的关系与频率有关者的幅值之间的关系与频率有关 A()vx微微/ /积分放大器积分放大器根据振动频率范围而推荐根据振动频率范围而推荐选用振动量测量的范围选用振动量测量的范围 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第四节第四节 振动测量系统及其标定振动测量系统及其标定一、振动测试系统的组成一、振动测试系统的组成由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。振动系统测试就是求取系统输入和输出的一种试验方法。为振动系统测试就是求取系统输入和输出的一种试验方法。为了完成上述测试任务，一般说来测试系统应该包括下述三个了完成上述测试任务，一般说来测试系统应该包括下述三个主要部分：主要部分：1)1)激励部分激励部分 实现对被测系统的激励实现对被测系统的激励( (输入输入) )，使系统发生振动。它主，使系统发生振动。它主要由激励信号源、功率放大器和激振装置组成。要由激励信号源、功率放大器和激振装置组成。 2)2)拾振部分拾振部分 检测并放大被测系统的输入、输出信号，并将信号转换检测并放大被测系统的输入、输出信号，并将信号转换成一定的形式成一定的形式( (通常为电信号通常为电信号) )。它主要由传感器、可调。它主要由传感器、可调放大器组成。放大器组成。 3)3)分析记录部分分析记录部分 将拾振部分传来的信号记录下来供以后分析处理或直接将拾振部分传来的信号记录下来供以后分析处理或直接近行分析处理并记下处理结果。它主要由各种记录设备近行分析处理并记下处理结果。它主要由各种记录设备和频谱分析设备组成。和频谱分析设备组成。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、测量系统的标定二、测量系统的标定为了保证振动测试的可靠性和精确度，必须对传感器及其测为了保证振动测试的可靠性和精确度，必须对传感器及其测试系统进行校准。试系统进行校准。 1 1、绝对法、绝对法绝对法将拾振器固定在校准振动台上，由正弦信号发生器经绝对法将拾振器固定在校准振动台上，由正弦信号发生器经功率放大器推动振动台，用激光干涉振动仪直接测量振动台功率放大器推动振动台，用激光干涉振动仪直接测量振动台的振幅，再和被校准拾振器的输出比较，以确定被校准拾振的振幅，再和被校准拾振器的输出比较，以确定被校准拾振器的灵敏度，这便是用激光干涉仪的绝对校准法。器的灵敏度，这便是用激光干涉仪的绝对校准法。 2 2、相对法、相对法 相对法此法又称为背靠背比较校准法。此法是将待校准的相对法此法又称为背靠背比较校准法。此法是将待校准的传感器和经过国家计量等部门严格校准过的传感器背靠背传感器和经过国家计量等部门严格校准过的传感器背靠背地（或仔细地并排地）安装在振动试验台上承受相同的振地（或仔细地并排地）安装在振动试验台上承受相同的振动。将两个传感器的输出进行比较，就可以计算出在该频动。将两个传感器的输出进行比较，就可以计算出在该频率点待校准传感器率点待校准传感器 的灵敏度。这时，严格校准过的传感的灵敏度。这时，严格校准过的传感器起着器起着“振动标准传递振动标准传递”的作用。通常称为参考传感器。的作用。通常称为参考传感器。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第五节第五节 激振试验设备及激振动信号简介激振试验设备及激振动信号简介一、振动台一、振动台有机械式振动台、电磁式振动台和电液伺服振动台。有机械式振动台、电磁式振动台和电液伺服振动台。1 1、机械式振动试验台、机械式振动试验台机械式振动试验台属低频大载荷振动试验台，频率为机械式振动试验台属低频大载荷振动试验台，频率为5 580Hz80Hz，载荷从，载荷从50kg50kg1000kg1000kg，位移为，位移为5mm5mm左右，加速度为左右，加速度为3 320g20g。适宜于低频定振试验或低频。适宜于低频定振试验或低频定位移扫频试验，不能作定加速度扫频试验，机械式振动试验台是一种开定位移扫频试验，不能作定加速度扫频试验，机械式振动试验台是一种开环式振动试验设备。一次装夹可实现垂直和水平两方向振动。环式振动试验设备。一次装夹可实现垂直和水平两方向振动。2 2、电磁式振动试验台、电磁式振动试验台电动式振动试验台属高频、大位移、大推力振动试验台，频率范围为电动式振动试验台属高频、大位移、大推力振动试验台，频率范围为5 53000Hz3000Hz，推力可达十六吨，位移可达，推力可达十六吨，位移可达25.4mm25.4mm。适宜于任何形式的给定信号。适宜于任何形式的给定信号的振动及冲击试验。电磁式振动试验台是一种闭环式振动试验设备的振动及冲击试验。电磁式振动试验台是一种闭环式振动试验设备 3 3、电液式振动试验台、电液式振动试验台电液式振动试验台属中低频大位移、大推力振动试验台，频率为电液式振动试验台属中低频大位移、大推力振动试验台，频率为2 2200Hz200Hz，推力可达数十吨，位移可达，推力可达数十吨，位移可达50mm50mm左右。适宜于低频定振试验或中低频扫左右。适宜于低频定振试验或中低频扫频试验及随机试验和冲击实验。电液式振动试验台是一种闭环式振动试验频试验及随机试验和冲击实验。电液式振动试验台是一种闭环式振动试验设备。设备。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、振动的激励激振动信号二、振动的激励激振动信号振动的激励方式通常有振动的激励方式通常有稳态正弦激振、随机激振稳态正弦激振、随机激振和和瞬态激振瞬态激振三种。三种。1 1、稳态正弦激振、稳态正弦激振稳态正弦激振又称简谐激振，它是借助于激振设备对被测对稳态正弦激振又称简谐激振，它是借助于激振设备对被测对象施加一个频率可控的简谐激振力。它的优点是激振功率大、象施加一个频率可控的简谐激振力。它的优点是激振功率大、信噪比高、能保证响应测试的精度。因而是一种应用最为普信噪比高、能保证响应测试的精度。因而是一种应用最为普遍的激振方法。遍的激振方法。即即(t t)= )= F F0sin(0sin(t)。该频率是可调的。该频率是可调的。在一定频段内对被测系统进行逐点的给定频率的正弦激励的过在一定频段内对被测系统进行逐点的给定频率的正弦激励的过程称扫描。在进行稳态正弦激振时，一般进行扫频激振，通过程称扫描。在进行稳态正弦激振时，一般进行扫频激振，通过扫频激振获得系统的大概特性，而在靠近固有频率的重要频段扫频激振获得系统的大概特性，而在靠近固有频率的重要频段再进行稳态正弦激振获取严格的动态特性。再进行稳态正弦激振获取严格的动态特性。 自动正弦扫描激振自动正弦扫描激振 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2 2、 瞬态激振瞬态激振瞬态激振给被测系统提供的激励信号是一种瞬态信号，瞬态激振给被测系统提供的激励信号是一种瞬态信号，瞬态振瞬态振动是指在极短时间内的振动。过程突然发生，持续时间短，能动是指在极短时间内的振动。过程突然发生，持续时间短，能量很大。通常它由零到无限大的所有频率的谐波分量构成。量很大。通常它由零到无限大的所有频率的谐波分量构成。 目前常用的瞬态激励方法有脉冲锤击和阶跃松弛激励等方法目前常用的瞬态激励方法有脉冲锤击和阶跃松弛激励等方法脉冲激振脉冲激振 脉冲锤击激励是用脉冲锤对被测系统进行敲击，给系统施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。加一个脉冲力，使之发生振动。阶跃激振阶跃激振 阶跃激振的激振力来自一根刚度大、重量轻的弦。试验时，在阶跃激振的激振力来自一根刚度大、重量轻的弦。试验时，在激振点处，由力传感器将弦的张力施加于激振点处，由力传感器将弦的张力施加于 被测对象上，使之被测对象上，使之产生初始变形，然后突然切断张力弦，这相当于对被测对象施产生初始变形，然后突然切断张力弦，这相当于对被测对象施加一个负的阶跃激振力。加一个负的阶跃激振力。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。4 4、随机激振、随机激振伪随机信号是一种有周期性的随机信号，它在一个周期内的伪随机信号是一种有周期性的随机信号，它在一个周期内的信号是纯随机的，但各个周期内的信号是完全相同的。这种信号是纯随机的，但各个周期内的信号是完全相同的。这种方法的优点在于试验的可重复性。方法的优点在于试验的可重复性。随机激振一般用白噪声或伪随机信号发生器作为信号源，这是随机激振一般用白噪声或伪随机信号发生器作为信号源，这是一种带宽激振方法。一种带宽激振方法。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。三、激振器三、激振器将所需的激振信号变为激振力施加到被测对象上的装置称为激将所需的激振信号变为激振力施加到被测对象上的装置称为激振器。激振器应能在所要求的频率范围内，提供波形良好、幅振器。激振器应能在所要求的频率范围内，提供波形良好、幅值足够和稳定的交变力，在某些情况下还需提供定值的稳定力。值足够和稳定的交变力，在某些情况下还需提供定值的稳定力。交变力可使被测对象产生需要的振动，稳定力则使被测对象受交变力可使被测对象产生需要的振动，稳定力则使被测对象受到一定的预加载荷，以便消除间隙或模拟某种稳定力。常用的到一定的预加载荷，以便消除间隙或模拟某种稳定力。常用的激振器有激振器有电动式、电磁式电动式、电磁式和和电液式电液式三种。三种。1. 1. 电动式激振器电动式激振器电动式激振器按其磁场的形成方电动式激振器按其磁场的形成方法分有永磁式和励磁式两种。法分有永磁式和励磁式两种。 根据磁场中载流体受力的原理，线根据磁场中载流体受力的原理，线圈将受到与电流圈将受到与电流i i成正比的电动力成正比的电动力F F的作用，此力通过顶杆传到被测对的作用，此力通过顶杆传到被测对象，即为激振力。象，即为激振力。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。交变电流交变电流i i 电动力电动力F F 激振力激振力产生产生传输传输为了使激振器的能量尽量用于激振对象的激励上为了使激振器的能量尽量用于激振对象的激励上, , 在激振时最好让激振器基座在空间在激振时最好让激振器基座在空间基本上保持静止：基本上保持静止： 在在高频激振高频激振时，往往用弹簧将激振器悬挂起来，时，往往用弹簧将激振器悬挂起来，降低安装的自然频率降低安装的自然频率，使之，使之低于低于激振频率的激振频率的l l3 3； 在在低频激振低频激振时，则将激振器的基座与静止的地基刚性相连，使时，则将激振器的基座与静止的地基刚性相连，使安装的自然频率高安装的自然频率高于激振频率于激振频率3 3倍倍以上。以上。水平绝对激振时的安装方法水平绝对激振时的安装方法较低频激振时的安装方法较低频激振时的安装方法高频激振时的安装方法高频激振时的安装方法由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2. 2. 电磁式激振器电磁式激振器 电磁式激振器直接利用电磁力作激振电磁式激振器直接利用电磁力作激振力，常用于非接触激振场合。励磁线力，常用于非接触激振场合。励磁线圈圈3 3包括一组直流线圈和一组交流线圈，包括一组直流线圈和一组交流线圈，当电流通过励磁线圈便当电流通过励磁线圈便 产生相应的磁产生相应的磁通，从而在铁芯通，从而在铁芯2 2和衔铁和衔铁4 4之间产生电之间产生电磁力，实现两者之间无接触的相对激磁力，实现两者之间无接触的相对激振。激振器是由通入线圈中的交变电振。激振器是由通入线圈中的交变电流产生交变磁场，而被测对象作为衔流产生交变磁场，而被测对象作为衔铁，在交变磁场作用下产生振动。铁，在交变磁场作用下产生振动。 由于在电磁铁与衔铁之间的作用力由于在电磁铁与衔铁之间的作用力F(t)F(t)只会是吸力，而无斥力，为了只会是吸力，而无斥力，为了形成往复的正弦激励，应该在其间施加一恒定的吸力形成往复的正弦激励，应该在其间施加一恒定的吸力F0F0，然后才能叠加上，然后才能叠加上一个交变的谐波力一个交变的谐波力F(t)F(t)。通入线圈中的电流通入线圈中的电流I(t)I(t)也应该由直流与交流两部也应该由直流与交流两部分组成，即分组成，即: :交变电流交变电流i i 产生产生电磁力电磁力F F激振力激振力由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3. 3. 电液式激振器电液式激振器 11顶杆顶杆 2 2电液伺服阀电液伺服阀 3 3活活塞塞 由电动激振器，操纵阀和功率由电动激振器，操纵阀和功率阀所组成的电液伺服阀阀所组成的电液伺服阀2 2，控制，控制油路使活塞油路使活塞3 3作往复运动，并以作往复运动，并以顶杆顶杆1 1去激励被激对象。活塞端去激励被激对象。活塞端部输入一定油压的油，形成静压部输入一定油压的油，形成静压力力p* p* ，对被激对象施加预载荷。，对被激对象施加预载荷。用力传感器测量交变激励力用力传感器测量交变激励力p1p1和和静压力静压力p*p*。 电液式激振器的优点是激振力大，行程亦大，单位力的体积小。但由电液式激振器的优点是激振力大，行程亦大，单位力的体积小。但由于油液的可压缩性和调整流动压力油的摩擦，使电液式激于油液的可压缩性和调整流动压力油的摩擦，使电液式激 振器的高频振器的高频特性变差，一般只适用于较低的频率范围。特性变差，一般只适用于较低的频率范围。 电动激振器电动激振器+ +液压系统液压系统交变电流交变电流i i 产生产生电动力电动力F F 激振力激振力控制控制液压系统液压系统由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。三、力锤三、力锤力锤是一种产生瞬态激励力的激振器，它由力锤是一种产生瞬态激励力的激振器，它由锤体、手柄锤体、手柄和可以调换的锤头和配重和可以调换的锤头和配重组成，通常在锤体和锤头之间装组成，通常在锤体和锤头之间装有一个力传感器，以测量被测系统所受锤击力的大小。有一个力传感器，以测量被测系统所受锤击力的大小。 一般来说，锤击力的大小是由锤击质量和锤击被测系一般来说，锤击力的大小是由锤击质量和锤击被测系统时的运动速度决定的。统时的运动速度决定的。 激励的频率范围主要由接触表面刚度决定，锤头的材激励的频率范围主要由接触表面刚度决定，锤头的材料越硬则脉冲的持续时间越短，上限额率料越硬则脉冲的持续时间越短，上限额率fefe越高。为了能越高。为了能调整激励频率范围，通常使用一套不同材料的锤头。调整激励频率范围，通常使用一套不同材料的锤头。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。为了得到不同的脉冲宽度为了得到不同的脉冲宽度, ,锤头可用不同锤头可用不同的材料制成的材料制成, ,根据测试频响要求根据测试频响要求, ,进行更换进行更换. .锤头的材料越软锤头的材料越软, ,其脉冲频谱越窄其脉冲频谱越窄; ;反之锤反之锤头材料越硬头材料越硬, ,则脉冲频带越宽。脉冲锤的则脉冲频带越宽。脉冲锤的质量质量( (包括锤头包括锤头, ,力传感器及附加配重力传感器及附加配重) )大大小与脉冲力的大小及激励频带宽度有关小与脉冲力的大小及激励频带宽度有关. .若力锤太小若力锤太小, ,能量不够能量不够; ; 力锤太大力锤太大, ,灵敏度灵敏度低低. .所以应根据试件刚度和质量大小所以应根据试件刚度和质量大小, ,频率频率范围等选择力锤的适当大小。脉冲激振是范围等选择力锤的适当大小。脉冲激振是用一个装有传感器的锤子（又称脉冲锤）用一个装有传感器的锤子（又称脉冲锤）敲击被测对象，对被测对象施加一个力脉敲击被测对象，对被测对象施加一个力脉冲，同时测量激励和被测对象。脉冲的形冲，同时测量激励和被测对象。脉冲的形成及有效频率取决于脉冲的持续时间则取成及有效频率取决于脉冲的持续时间则取决于锤端的材料，材料越硬越小，则频率决于锤端的材料，材料越硬越小，则频率范围越大。范围越大。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第八章第八章声与声发射测量声与声发射测量声音声音是在某种弹性介质中的一种振动过程。是在某种弹性介质中的一种振动过程。是由物体振动产生的波。介质的基本类型是由物体振动产生的波。介质的基本类型有气体、液体、固体三种。有气体、液体、固体三种。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第一节第一节 概述概述声测量的主要参数声测量的主要参数声音可分为声音可分为：次声：次声：频率低于频率低于20Hz20Hz的声音；的声音；可听声：可听声：人耳可听到的声音，频率为人耳可听到的声音，频率为20Hz20Hz到到20KHz20KHz；超声：超声：声波的频率高到超过人耳听觉范围的频率极限，声波的频率高到超过人耳听觉范围的频率极限，人们觉察不到的声波；人们觉察不到的声波；特超声：特超声：高于超声频率上限的超高频声波如高于超声频率上限的超高频声波如300MHz300MHz、500MHz500MHz、1000MHz1000MHz的声波。的声波。噪声的定义噪声的定义 噪声是声波的一种，具有声波的一切特性，不协调噪声是声波的一种，具有声波的一切特性，不协调的声音称为噪声。凡是人所不需要的以及对人体有害的的声音称为噪声。凡是人所不需要的以及对人体有害的声音都称为噪声。声音都称为噪声。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。 声压声压 声压是指有声波时，媒质的压力对静压声压是指有声波时，媒质的压力对静压（没有声波时媒质的压力）的变化量，通常以其（没有声波时媒质的压力）的变化量，通常以其均方根值来表示。均方根值来表示。 声压记为声压记为P P，单位为牛，单位为牛/ /米米2 2（N/mN/m2 2）, ,即帕（即帕（PaPa）。）。 听阀声压：正常人双耳能听到的听阀声压：正常人双耳能听到的1000Hz1000Hz的纯音的纯音 的声压为的声压为210210-5-5PaPa； 基准声压基准声压 : 210 : 210-5-5PaPa当当声压声压为为20Pa20Pa时，能使人耳开始产生疼痛，称时，能使人耳开始产生疼痛，称之为痛阈声压。之为痛阈声压。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。 声强声强 声场中某一点处的声强定义为一个与指定方向声场中某一点处的声强定义为一个与指定方向（声波由声源该点的传播方向）相垂直的单位面积（声波由声源该点的传播方向）相垂直的单位面积上、每单位时间内传过的声能上、每单位时间内传过的声能 。 以以I I表示，其单位为瓦表示，其单位为瓦/ /米米2 2（W/mW/m2 2） 听阈声压的声强为听阈声压的声强为1010-12-12W/mW/m2 2，以此值作为基准，以此值作为基准声强声强 。 声功率声功率 声功率是声源在单位时间内发射出的总能声功率是声源在单位时间内发射出的总能量，通常用量，通常用W W表示，单位为瓦（表示，单位为瓦（W W）。取）。取1010-12-12W W作为作为基准声功率。基准声功率。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。声音的强弱变化和人的听觉范围非常宽广，用声压、声强和声音的强弱变化和人的听觉范围非常宽广，用声压、声强和声功率的绝对值来衡量声音的强弱是很不方便的。为此，对声功率的绝对值来衡量声音的强弱是很不方便的。为此，对以上三中衡量法分别引用成倍比关系的对数量，它们以分贝以上三中衡量法分别引用成倍比关系的对数量，它们以分贝为单位，是无量纲量。为单位，是无量纲量。声功率级（声功率级（L LWW） 式中，式中，WW0 0为基准声功率（为基准声功率（WW0 0=10=10-12-12WW）。）。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。声级和分贝声级和分贝 通常声压、声强和声功率以分贝表示通常声压、声强和声功率以分贝表示 ，分贝表示，分贝表示的量与选定的基准量有关。的量与选定的基准量有关。声压级（声压级（L Lp p） p p0 0为基准声压（为基准声压（p p0 0=210=210-5-5PaPa）。）。声强级（声强级（L LI I） I I0 0为基准声强（为基准声强（I I0 0=10=10-12-12W/mW/m2 2）。）。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。响度及响度级响度及响度级 图中纵坐标是声压级，横坐图中纵坐标是声压级，横坐标是频率，二者是声音的客标是频率，二者是声音的客观物理量。同一条曲线上的观物理量。同一条曲线上的各点虽然代表不同频率和声各点虽然代表不同频率和声压级，但其响度相同，故称压级，但其响度相同，故称等响曲线。每条等响曲线所等响曲线。每条等响曲线所代表的响度级方的大小由该代表的响度级方的大小由该曲线在曲线在1000Hz 1000Hz 时的声级的时的声级的分贝数而定，即选取分贝数而定，即选取1000Hz1000Hz音作为基准音，其噪声听起音作为基准音，其噪声听起来与基准音一样响，则噪声来与基准音一样响，则噪声的响度级就等于这个纯音的的响度级就等于这个纯音的声压级（分贝数）。声压级（分贝数）。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。响度级是一个相对量，有时需要用绝对值来表示，故引响度级是一个相对量，有时需要用绝对值来表示，故引出响度单位宋的概念。响度级和响度间的对应关系如图出响度单位宋的概念。响度级和响度间的对应关系如图 方方- -宋关系宋关系。 1 1宋为宋为4040方的响度级，方的响度级，即即1 1宋是声压宋是声压40dB40dB、频率、频率为为1000Hz1000Hz的纯音所产生的纯音所产生的响度。响度与响度级的响度。响度与响度级的关系可由下式决定：的关系可由下式决定：S S(N)(N)响度响度( (宋宋) ) LSLS响度级响度级( (方方) ) 响度由响度由4040方开始，每增加方开始，每增加1010方，响度方，响度增加一倍，即增加一倍，即4040方为方为1 1宋，宋，5050方为方为2 2宋，宋，6060方为方为4 4宋，宋，7070方为方为8 8宋。宋。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。考虑噪声对人们的危害程度，则除了要注意噪声的强度和频率之外，考虑噪声对人们的危害程度，则除了要注意噪声的强度和频率之外，还要注意作用的时间。反映这三者作用效果的噪声量度叫做还要注意作用的时间。反映这三者作用效果的噪声量度叫做等效连等效连续声级续声级。计算等效连续声级，即用等效连续声级作为评定间断的、。计算等效连续声级，即用等效连续声级作为评定间断的、脉动的或随时变化的不稳定噪声的大小。等效连续声级可表示为：脉动的或随时变化的不稳定噪声的大小。等效连续声级可表示为：若不考虑低于若不考虑低于78dB78dB的声级，则某时段的等效声级可按下的声级，则某时段的等效声级可按下式近似计算式近似计算T TnRnR第第n n段声级段声级的总暴露时间的总暴露时间 T T总暴露时间（分）总暴露时间（分） 噪声评价标准噪声评价标准 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。根据测量数组，按声级的大小及持续时间进行整理，将根据测量数组，按声级的大小及持续时间进行整理，将8080120dB120dB声级从小到大分成八段排列，每段相差声级从小到大分成八段排列，每段相差5dB5dB，每段用中心，每段用中心声级表示，并统计出各段声级的暴露时间，可得表，然后将已声级表示，并统计出各段声级的暴露时间，可得表，然后将已知数据代入式即可求出等效连续声级。知数据代入式即可求出等效连续声级。中心声级与暴露时间中心声级与暴露时间 n(段)12345678中心声级中心声级LndB(A)80859095100 105 110 115暴露时间暴露时间TnTn( (分分) ) T1T2T3T4T5T6T7T8由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第二节第二节 声测量传感器与仪器声测量传感器与仪器 一、测量传声器一、测量传声器传声器是将声波转换为相应电信号的传感器。由声传声器是将声波转换为相应电信号的传感器。由声音造成的空气压力使传感器的振动膜振动，进而经音造成的空气压力使传感器的振动膜振动，进而经变换器将此机械运动转换成电参量的变化。根据变变换器将此机械运动转换成电参量的变化。根据变换器的形式不同有以下几种传声器：电容式、压电换器的形式不同有以下几种传声器：电容式、压电式、式、电动式等电动式等。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。1 1、电容式、电容式最常用的一种传声器，其稳定性、可靠性、耐震性，以及最常用的一种传声器，其稳定性、可靠性、耐震性，以及频率特性均较好。其幅频特性平直部分的频率范围约为频率特性均较好。其幅频特性平直部分的频率范围约为10Hz10Hz20kHz20kHz。 张紧的膜片与其靠得很张紧的膜片与其靠得很近的后极板组成一电容近的后极板组成一电容器。在声压的作用下膜器。在声压的作用下膜片产生与声波信号相对片产生与声波信号相对应的振动，使膜片与不应的振动，使膜片与不动的后极板之间的极距动的后极板之间的极距改变，导致该电容器电改变，导致该电容器电容量的相应变化。容量的相应变化。因此，电容式传声器是一极距变化型的电容传感器。运用直因此，电容式传声器是一极距变化型的电容传感器。运用直流极化电路输出一交变电压，此输出电压的大小和波形由作流极化电路输出一交变电压，此输出电压的大小和波形由作用膜片上的声压所决定。用膜片上的声压所决定。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2 2、压电式、压电式灵敏度较高，频响曲线平坦，结构简单、价格便宜，广泛灵敏度较高，频响曲线平坦，结构简单、价格便宜，广泛用于普通声级计中。用于普通声级计中。压电式传声器主要由膜压电式传声器主要由膜片和与其相联的压电晶片和与其相联的压电晶体弯曲梁所组成在声压体弯曲梁所组成在声压的作用下，膜片位移，的作用下，膜片位移，同时压电晶体弯曲梁产同时压电晶体弯曲梁产生弯曲变形，由于压电生弯曲变形，由于压电材料的压电效应，使其材料的压电效应，使其两表面生产相应的电荷，两表面生产相应的电荷，得到一交变的电压输出。得到一交变的电压输出。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3 3、电动式、电动式精度、灵敏度较低，体积大。其突出特点是输出阻抗小，所以精度、灵敏度较低，体积大。其突出特点是输出阻抗小，所以接较长的电缆也不降低其灵敏度。温度和湿度的变化对其灵敏接较长的电缆也不降低其灵敏度。温度和湿度的变化对其灵敏度也无大的影响。度也无大的影响。电动式传声器，又称动圈式传电动式传声器，又称动圈式传声器在膜片的中间附有一线圈声器在膜片的中间附有一线圈（动圈），此线圈处于永久磁（动圈），此线圈处于永久磁场的气隙中，在声压的作用下，场的气隙中，在声压的作用下，线圈随膜片一起移动，使线圈线圈随膜片一起移动，使线圈切割磁力线而产生一相应的感切割磁力线而产生一相应的感应电动势。应电动势。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。传声器的参数 1 1）灵敏度）灵敏度S S = = 电量输出电量输出/ /机械量输入，习惯上常把传声器的灵敏机械量输入，习惯上常把传声器的灵敏度级度级L LS S简称为简称为“灵敏度灵敏度”，灵敏度，灵敏度L LS S由下式确定：由下式确定： u u为传声器的输出电压（为传声器的输出电压（V V）；）；p p为作用在传声器上的有为作用在传声器上的有效声压（效声压（PaPa）；）；u u0 0、p p0 0为分别为基准电压和基准声压。为分别为基准电压和基准声压。 （常取（常取u u0 0/ /p p0 0=1V/Pa=1V/Pa）。）。 灵敏度又分声场灵敏度和声压灵敏度两种。声压灵敏度是灵敏度又分声场灵敏度和声压灵敏度两种。声压灵敏度是输出电压与传声器放入声场后实际作用于膜片上的声压之输出电压与传声器放入声场后实际作用于膜片上的声压之比；声场灵敏度是指输出电压与传声器放入声场前所在位比；声场灵敏度是指输出电压与传声器放入声场前所在位置的声压之比。置的声压之比。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。 2 2）频率响应特性）频率响应特性 传声器的频率响应特性是指传声器灵敏度对被测传声器的频率响应特性是指传声器灵敏度对被测噪声的频率响应。传声器的理想频响特性是在噪声的频率响应。传声器的理想频响特性是在20Hz-20kHz20Hz-20kHz声频范围内保持恒定。声频范围内保持恒定。 3 3）动态范围）动态范围 传声器的过载声压级与等效噪声声压级之间的范传声器的过载声压级与等效噪声声压级之间的范围称为动态范围。围称为动态范围。 4 4）指向性）指向性 传声器的响应随声波入射方向变化的特性称为传传声器的响应随声波入射方向变化的特性称为传声器的指向性。声器的指向性。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。 5 5）非线性失真）非线性失真 当被测声压超出传声器正常使用的动态范围当被测声压超出传声器正常使用的动态范围时，输出特性将呈非线性，产生非线性失真。时，输出特性将呈非线性，产生非线性失真。 6 6）输出阻抗）输出阻抗 传声器种类不同，其输出阻抗也不同，这就传声器种类不同，其输出阻抗也不同，这就要求后接电路有相应的处理方式。如电容式传要求后接电路有相应的处理方式。如电容式传声器输出阻抗很高，应经阻抗变换或用高输入声器输出阻抗很高，应经阻抗变换或用高输入阻抗的前置放大电路来匹配；而电动式传声器阻抗的前置放大电路来匹配；而电动式传声器的输出阻抗较低，可直接与一般电压放大器连的输出阻抗较低，可直接与一般电压放大器连用用 。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、声级计二、声级计 声级计声级计积积分分声声级级计计一一般般声声级级计计脉脉冲冲声声级级计计噪噪声声暴暴露露计计声级计的分类声级计的分类按其精度可分为四种类型：按其精度可分为四种类型： 0 0型声级计作为实验室用标准声级计；型声级计作为实验室用标准声级计； 1 1型相当于精密声级计；型相当于精密声级计； 2 2型作为一般用途声级计；型作为一般用途声级计； 3 3型作为普级型声级计。型作为普级型声级计。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。 声级计的工作原理声级计的工作原理 声级计主要由声级计主要由传声器、输入级、放大器、衰减器、传声器、输入级、放大器、衰减器、计权网络，检波电路和电源计权网络，检波电路和电源等部分组成。等部分组成。 声信号通过传声器转换成交变的电压信号，经输入衰减声信号通过传声器转换成交变的电压信号，经输入衰减器、输入放大器的适当处理进入计权网络，以模拟人耳对器、输入放大器的适当处理进入计权网络，以模拟人耳对声音的响应，而后进入输出衰减器和输出放大器，最后通声音的响应，而后进入输出衰减器和输出放大器，最后通过均方根值检波器检波输出一直流信号驱动指示表头，由过均方根值检波器检波输出一直流信号驱动指示表头，由此显示出声级的分贝值此显示出声级的分贝值 。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。声级计的使用声级计的使用 声级计的校准：声级计的校准： 一般声级计自身能产生一个标准的电信号一般声级计自身能产生一个标准的电信号用于校准放大器等电路的增益。在测量前，用于校准放大器等电路的增益。在测量前，对传声器或声级计整机进行校准，必要时测对传声器或声级计整机进行校准，必要时测量完成后再校准一次。电容传声器常用的校量完成后再校准一次。电容传声器常用的校准器有准器有活塞发声器、落球发声器活塞发声器、落球发声器等。如国产等。如国产NX6NX6型活塞发声器，其校准不确定在型活塞发声器，其校准不确定在0.2dB0.2dB以内。以内。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。 声级计的指示表头一般有声级计的指示表头一般有“快快”、“慢慢”两档，根据测试两档，根据测试声压随时间波动的幅度大小来作相应选择。声压随时间波动的幅度大小来作相应选择。 输入级是一阻抗变换器，用来使高内阻抗的电容传声器与后输入级是一阻抗变换器，用来使高内阻抗的电容传声器与后级放大器匹配。要求输入级的输入电容小和输入电阻高。但当级放大器匹配。要求输入级的输入电容小和输入电阻高。但当输入信号较大时，又需要对信号进行衰减，使电表指针得到适输入信号较大时，又需要对信号进行衰减，使电表指针得到适当的偏转。当的偏转。 为了插入滤波器和计权网络，故衰减器和放大器分成为了插入滤波器和计权网络，故衰减器和放大器分成两级两级，即即输入衰减器、输入放大器和输出衰减器、输出放大器等。输入衰减器、输入放大器和输出衰减器、输出放大器等。 计权网络是模拟人耳对不同声音的反应而设计的滤波线路。计权网络是模拟人耳对不同声音的反应而设计的滤波线路。 当计权网络开关放在当计权网络开关放在“线性线性”时，声级计是线性频率响应，时，声级计是线性频率响应，测得的是声压级。当放在测得的是声压级。当放在A A、B B或或C C位置时，计权网络插入在输位置时，计权网络插入在输入放大器与输出放大器之间，测得相应的计数声级。入放大器与输出放大器之间，测得相应的计数声级。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。声级计的读数均为分贝值。显然，选用声级计的读数均为分贝值。显然，选用C C档计权网络档计权网络测量时，声压级未经任何修正（衰减），读数仍为声压级测量时，声压级未经任何修正（衰减），读数仍为声压级的分贝值。而的分贝值。而A A档和档和B B档的计权网络，对声压级已有修正，档的计权网络，对声压级已有修正，故它们的读数不应是声压级，但也不是响度级，其读数应故它们的读数不应是声压级，但也不是响度级，其读数应称声级的分贝值。上图所示为称声级的分贝值。上图所示为A A、B B、C C计权网络的衰减曲计权网络的衰减曲线线。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第三节第三节 噪声测量噪声测量 1. 1. 测量部位的选取测量部位的选取传声器与被测机械噪声源的相对位置对测量结果有显著影响，传声器与被测机械噪声源的相对位置对测量结果有显著影响，因而，在进行数据比较时，必须标明传声器离开噪声源的距离。因而，在进行数据比较时，必须标明传声器离开噪声源的距离。 选取测点的原则选取测点的原则根据我国噪声测量规范，一般测点选在距机械表面根据我国噪声测量规范，一般测点选在距机械表面1.5m，并离地面，并离地面1.5m的位置。的位置。若机械本身尺寸很小若机械本身尺寸很小(如小于如小于0.25m)，测点应距所测机械表面较近，如，测点应距所测机械表面较近，如0.5m，但应注，但应注意测点与测点周围反射面相距在意测点与测点周围反射面相距在23m以上；机械噪声大，测点宜取在相距以上；机械噪声大，测点宜取在相距510m处，对于行驶的机动车辆，测点应在距车体处，对于行驶的机动车辆，测点应在距车体7.5m，并高出地面，并高出地面1.2m处；相邻很近的处；相邻很近的两个噪声源，测点宜距噪声源很近，如两个噪声源，测点宜距噪声源很近，如0.2m或或0.1m。如果研究噪声对操作人员的影。如果研究噪声对操作人员的影响，可把测点选在工作人员经常所在的位置，以人耳的高度为准选择若干个测点。响，可把测点选在工作人员经常所在的位置，以人耳的高度为准选择若干个测点。做为一般噪声源，测点应在所测机械规定表面的四做为一般噪声源，测点应在所测机械规定表面的四周均布，且不少于周均布，且不少于4 4点点 。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2. 2. 测量时间的选取测量时间的选取测量各种动态设备的噪声，当测量最大值时，应取起动时测量各种动态设备的噪声，当测量最大值时，应取起动时或工作条件变动时的噪声，当测量平均正常噪声时，应取或工作条件变动时的噪声，当测量平均正常噪声时，应取平稳工作时的噪声，当周围环境的噪声很大时，应选择环平稳工作时的噪声，当周围环境的噪声很大时，应选择环境噪声最小时境噪声最小时( (比如深夜比如深夜) )测量。测量。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3. 3. 本底噪声的修正本底噪声的修正所谓本底噪声，是指被测定的噪声源停止发声时，其周围环所谓本底噪声，是指被测定的噪声源停止发声时，其周围环境的噪声。测量时，应当避免本底噪声对测量的影响。境的噪声。测量时，应当避免本底噪声对测量的影响。 消除本底噪声的影响消除本底噪声的影响对被测对象进行噪声测量，所测得的总噪声级是被测对对被测对象进行噪声测量，所测得的总噪声级是被测对象噪声和本底噪声的合成。在存在本底噪声的环境里，被象噪声和本底噪声的合成。在存在本底噪声的环境里，被测对象的噪声无法直接测出，可由测到的合成噪声内减去测对象的噪声无法直接测出，可由测到的合成噪声内减去本底噪声得到。本底噪声应低于所测机器噪声本底噪声得到。本底噪声应低于所测机器噪声1010分贝以上，分贝以上，否则应在所测机器噪声中扣除环境噪声修正值否则应在所测机器噪声中扣除环境噪声修正值L L。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。4. 4. 干扰的排除干扰的排除电压不稳、气流、反射和传声器方向不同等因素都会影响的电压不稳、气流、反射和传声器方向不同等因素都会影响的噪声测量的结果。噪声测量的结果。 噪声测量所用电子仪器的灵敏度，与供电电压有直接关系，电源电噪声测量所用电子仪器的灵敏度，与供电电压有直接关系，电源电压如达不到规定范围，或者工作不稳定，将直接影响测量的准确性，压如达不到规定范围，或者工作不稳定，将直接影响测量的准确性，这时就应当使用稳压器或者更换电源。进行噪声测量时，要避免气这时就应当使用稳压器或者更换电源。进行噪声测量时，要避免气流的影响，若在室外测量，最好选择无风天气，风速超过四级以上流的影响，若在室外测量，最好选择无风天气，风速超过四级以上时，可在传声器上戴上防风罩或包上一层绸布，在管道里测量时，时，可在传声器上戴上防风罩或包上一层绸布，在管道里测量时，在气流大的部位，如管壁口，也应如此，在空气动力设备排气口测在气流大的部位，如管壁口，也应如此，在空气动力设备排气口测量时，应避开风口和气流。测量时，还应注意反射所造成的影响，量时，应避开风口和气流。测量时，还应注意反射所造成的影响，应尽可能地减少或排除噪声源周围的障碍物，在不能排除时要注意应尽可能地减少或排除噪声源周围的障碍物，在不能排除时要注意选择点的位置。选择点的位置。排除噪声测量中的干扰排除噪声测量中的干扰 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第九章第九章应变、力与扭矩测量应变、力与扭矩测量在机械工程中，应变、力、和扭矩是很常用的机械在机械工程中，应变、力、和扭矩是很常用的机械参量。通过对机械零件和机械结构的应变、力、扭参量。通过对机械零件和机械结构的应变、力、扭矩的测量，可以分析其受力状况和工作状态，验证矩的测量，可以分析其受力状况和工作状态，验证设计计算，确定工作过程和某些物理现象的机理。设计计算，确定工作过程和某些物理现象的机理。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第一节第一节 应变与应力的测量应变与应力的测量应力是一重要的机械量，它表征了构件的受载状态，负载水应力是一重要的机械量，它表征了构件的受载状态，负载水平和强度能力，因此应力测量是其它力参数测量的基础。应平和强度能力，因此应力测量是其它力参数测量的基础。应力力的测量的测量，实质上是先测量应变，然后计算出应力的大小。，实质上是先测量应变，然后计算出应力的大小。 一、应变的测量一、应变的测量常用的力测量方法是用应变片和常用的力测量方法是用应变片和应变仪应变仪测量构件的表面应变。测量构件的表面应变。R电阻应变片电阻应变片U测量电路测量电路1 1 应变的测量的原理应变的测量的原理应变片粘贴在试件上应变片粘贴在试件上, ,当试件变形时应变片随之而变形，这当试件变形时应变片随之而变形，这时应变片的电阻值也发生变化。时应变片的电阻值也发生变化。显示与记录显示与记录由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2 2 应变测量装置应变测量装置电阻应变仪是配合电阻应变片用来测量应变的仪器。电阻应变仪是配合电阻应变片用来测量应变的仪器。应变仪按用途可分为：静态电阻应变仪、静动态电阻应变仪、应变仪按用途可分为：静态电阻应变仪、静动态电阻应变仪、动态电阻应变仪、超动态电阻应变仪。动态电阻应变仪、超动态电阻应变仪。应变仪按供桥电源性质可分为：直流供桥电阻应变仪、交流应变仪按供桥电源性质可分为：直流供桥电阻应变仪、交流供桥电阻应变仪。供桥电阻应变仪。它由测量桥、读数桥、放大器、检波器、滤波器、振荡器、它由测量桥、读数桥、放大器、检波器、滤波器、振荡器、功放级、显示器、电源组成。功放级、显示器、电源组成。静态电阻应变仪静态电阻应变仪 用以测量静态载荷下的应变，以及变化十分缓慢或用以测量静态载荷下的应变，以及变化十分缓慢或 变化后能很快稳定下来的应变；变化后能很快稳定下来的应变；静动态电阻应变仪静动态电阻应变仪 工作频率为工作频率为0-200Hz0-200Hz，用以测量静态应变或频率在，用以测量静态应变或频率在200Hz200Hz以下的低频动态应变；以下的低频动态应变；动态电阻应变仪动态电阻应变仪 工作频率为工作频率为0-2000Hz0-2000Hz，用以测量，用以测量2000Hz2000Hz以下的动态应以下的动态应变。通常具有变。通常具有4-84-8个通道，可以对多个应变信号同时测量；个通道，可以对多个应变信号同时测量；超动态电阻应变仪超动态电阻应变仪 工作频率为工作频率为0-20000Hz0-20000Hz，用以测量爆炸冲击等瞬态变，用以测量爆炸冲击等瞬态变化过程下的超动态应变。化过程下的超动态应变。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3 3 应变仪的电桥特性应变仪的电桥特性 当各桥臂应变片的灵敏度当各桥臂应变片的灵敏度S S相同时相同时 ：4 4 应变片的布置和接桥方式应变片的布置和接桥方式应根据被测量和被测对象受力分布来确定。还应利用适当的布片组桥方应根据被测量和被测对象受力分布来确定。还应利用适当的布片组桥方式消除温度变化和复合载荷作用的影响。测量拉伸式消除温度变化和复合载荷作用的影响。测量拉伸( (压缩压缩) )应变时要采用应变时要采用适当的布片组桥方式，以便达到温度补偿适当的布片组桥方式，以便达到温度补偿( (测轴向拉测轴向拉( (压压) )时的温度补偿时的温度补偿) )、消除弯矩影响消除弯矩影响( (用双工作片消除温度的影响用双工作片消除温度的影响) )和提高测量灵敏度和提高测量灵敏度( (用四工作用四工作片提高测量的灵敏度片提高测量的灵敏度) )的目的。的目的。5 5 应变片的选择及应用应变片的选择及应用由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、应力测量二、应力测量用应变片测量应力，实质上是先测量应变，然后根据胡克定用应变片测量应力，实质上是先测量应变，然后根据胡克定律计算出应力的大小。律计算出应力的大小。胡克定律胡克定律：单向应力状态单向应力状态E-E-被测件材料的弹被测件材料的弹性模量性模量平面应力状态平面应力状态 、1 1、已知主应力方向、已知主应力方向依依广义虎克定律广义虎克定律：vv泊桑比泊桑比由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2 2、主应力方向未知、主应力方向未知 为测某点的主应力大小和方向，需在该点沿三个不同方向贴三为测某点的主应力大小和方向，需在该点沿三个不同方向贴三片应变片，测出三个不同方向的应变片应变片，测出三个不同方向的应变 。然后求出主应。然后求出主应力大小及方向。通常使用应变花。力大小及方向。通常使用应变花。R1R1R3R3R2R245456060直角形直角形：三片两两成：三片两两成4545度度等边三角形等边三角形：三片互成：三片互成6060度度每种应变花都有计算公式每种应变花都有计算公式直角形：直角形：vv泊桑比泊桑比E-E-弹性模量弹性模量由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。三、影响测量的因素及其消除方法三、影响测量的因素及其消除方法1 1、补偿温度影响、补偿温度影响主要方法有：温度自补偿应变化。电桥的和差特征。主要方法有：温度自补偿应变化。电桥的和差特征。2 2、减少贴片误差、减少贴片误差测量单向应变时测量单向应变时, ,应变片的轴线与主应变方向应可能的一样，应变片的轴线与主应变方向应可能的一样，减少其测量误差。减少其测量误差。3 3、应变片的使用环境、应变片的使用环境 额定条件与实际工作条件应近可能一一致，如温度额定条件与实际工作条件应近可能一一致，如温度 尘尘 湿度等。湿度等。选择合适的测试仪器。选用静动态特性满足要求。对测试选择合适的测试仪器。选用静动态特性满足要求。对测试系统进行准确的定度。系统进行准确的定度。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。4 4、消除导线电阻引起的影响、消除导线电阻引起的影响应变片的电阻变化率。导线电阻不可忽略时，则电阻变化率应变片的电阻变化率。导线电阻不可忽略时，则电阻变化率不计时：不计时：计时：计时：应对灵敏度加以修正应对灵敏度加以修正忽略忽略5 5、减小读数漂移、减小读数漂移使电桥电密尽可能对称。良好的接地。使电桥电密尽可能对称。良好的接地。6 6、电磁干扰、电磁干扰如有电磁场，可能是仪表发生误差。如有电磁场，可能是仪表发生误差。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。7 7、测点的选择、测点的选择 对于被测体，如何选择测点，是正确测量的一个重要环节。一对于被测体，如何选择测点，是正确测量的一个重要环节。一般以最少的测点达到真实反映结构受力状态的原则来选点。般以最少的测点达到真实反映结构受力状态的原则来选点。（1 1）对被测结构进行受力分析。找出其主要处的受力和变形）对被测结构进行受力分析。找出其主要处的受力和变形部位。部位。（2 2）对应力集中部位，应适当多分布测点。）对应力集中部位，应适当多分布测点。（3 3）利用对称性，可减少测点。）利用对称性，可减少测点。（4)4)利用已知应变，应力的位置。可检查结果的正确性。利用已知应变，应力的位置。可检查结果的正确性。总之，以最少的测点，得到最佳的结果。总之，以最少的测点，得到最佳的结果。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。四、定度四、定度定度：在测量之前和测量之后，测试系统不变的情况下，对定度：在测量之前和测量之后，测试系统不变的情况下，对测试系统进行测量。测试系统进行测量。用已知应变用已知应变 和和 。对系统输入所引起的响应。对系统输入所引起的响应。测量之前定度测量之前定度测量之后定度测量之后定度测试结果测试结果为已知应变引起的响应。为已知应变引起的响应。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。对幅值对幅值h h，所对应的应变值，所对应的应变值：对每一个记录幅值，都可同样办法计算其对应的应变值。对每一个记录幅值，都可同样办法计算其对应的应变值。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第二节第二节 力的测量力的测量 通过对机械零件和机械结构的力的测量，可以分析其受力状通过对机械零件和机械结构的力的测量，可以分析其受力状况和工作状态，验证设计计算，确定工作过程和某些物理现况和工作状态，验证设计计算，确定工作过程和某些物理现象的机理。力的测量方法可以归纳为利用象的机理。力的测量方法可以归纳为利用力的静力效应和动力的静力效应和动力效应力效应两种。两种。 利用静力效应测力利用静力效应测力 力的静力效应使物体产生变形力的静力效应使物体产生变形，通过测定，通过测定物体的变形量或用与内部应力相对应参量的物理效应来确定力物体的变形量或用与内部应力相对应参量的物理效应来确定力值。例如，可用差动变压器、激光干涉等方法测定弹性体变形值。例如，可用差动变压器、激光干涉等方法测定弹性体变形达到测力的目的；也可利用与力有关的物理效应，如压电效应、达到测力的目的；也可利用与力有关的物理效应，如压电效应、压磁效应等。压磁效应等。利用动力效应测力利用动力效应测力 力的动力效应使物体产生加速度力的动力效应使物体产生加速度，测定了，测定了物体的质量及所获得的加速度大小就测定了力值。在重力场中物体的质量及所获得的加速度大小就测定了力值。在重力场中地球的引力使物体产生重力加速度，因而可以用已知质量的物地球的引力使物体产生重力加速度，因而可以用已知质量的物体在重力场某处的重力来体现力值。例如基准测力机等。体在重力场某处的重力来体现力值。例如基准测力机等。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。一、常用测力传感器一、常用测力传感器1 1、弹性变形式的力传感器、弹性变形式的力传感器弹性元件：使力通过弹性元件传递以承受全部载荷。弹性元件：使力通过弹性元件传递以承受全部载荷。 常用的弹性元件有柱式、梁式、环式、轮辐等多种形式。常用的弹性元件有柱式、梁式、环式、轮辐等多种形式。柱式弹性元件柱式弹性元件 通过通过柱式弹性元件柱式弹性元件表面的拉表面的拉( (压压) )变形测力。变形测力。梁式弹性元件梁式弹性元件 类型有类型有等截面梁等截面梁、等强度梁等强度梁和和双端固定梁双端固定梁等，等，通过梁的弯曲变形测力，结构简单，灵敏度较高。通过梁的弯曲变形测力，结构简单，灵敏度较高。环式弹性元件环式弹性元件 分为分为圆环式和八角环式圆环式和八角环式。它也是通过元件。它也是通过元件的弯曲变形测力，结构较紧凑。的弯曲变形测力，结构较紧凑。 轮辐式弹性元件轮辐式弹性元件 轮幅式弹性元件轮幅式弹性元件受力状态可分为拉压、受力状态可分为拉压、弯曲和剪切。弯曲和剪切。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。电阻应变式测力传感器电阻应变式测力传感器电阻应变式测力传感器电阻应变式测力传感器结构：应变片结构：应变片 弹性元件弹性元件被测力被测力弹性元件弹性元件 产生应变产生应变 粘贴粘贴 受力受力 应变片电阻变化应变片电阻变化 电桥电桥 电压输出电压输出工作过程：工作过程：作用作用 电阻应变式电阻应变式电阻应变式电阻应变式测力传感器按其量程大小和测量精度不同而有测力传感器按其量程大小和测量精度不同而有很多规格品种，它们的主要差别是弹性元件的结构形式不很多规格品种，它们的主要差别是弹性元件的结构形式不同，以及应变片在弹性元件上粘贴的位置不同。同，以及应变片在弹性元件上粘贴的位置不同。 柱式弹性元件主要用于中等载荷和大载荷（可达数兆牛顿）柱式弹性元件主要用于中等载荷和大载荷（可达数兆牛顿）的拉的拉( (压压) )力传感器。力传感器。力力 电量电量 应变应变由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2 2、差动变压器式测力传感器、差动变压器式测力传感器差动变压器式力传感器的弹性元件是簿壁差动变压器式力传感器的弹性元件是簿壁圆筒，在外力作用下，变形使差动变压器圆筒，在外力作用下，变形使差动变压器的铁芯介质微位移，变压器次极产生相应的铁芯介质微位移，变压器次极产生相应电信号。电信号。 工作过程：工作过程：被测力被测力作用作用 弹性元件弹性元件 电压输出电压输出变形变形铁芯介质微位移铁芯介质微位移外接电路外接电路电感量变化电感量变化产生产生 力力 位移位移电量电量 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3 3、压磁式力传感器、压磁式力传感器某些铁磁材料受到外力作用时，引起导磁率变化现象，称作某些铁磁材料受到外力作用时，引起导磁率变化现象，称作压磁效应。其逆效应称作磁致伸缩效应。压磁效应。其逆效应称作磁致伸缩效应。 在硅钢叠片上开有在硅钢叠片上开有4 4个对称的通孔，孔中分别绕有互相垂直个对称的通孔，孔中分别绕有互相垂直的两个线圈，如所示，一个线圈为励磁绕组，另一个为测的两个线圈，如所示，一个线圈为励磁绕组，另一个为测量绕组。量绕组。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。 如图如图a a所示，在铁心上安置一对线圈一励磁线圈和测所示，在铁心上安置一对线圈一励磁线圈和测量线圈。两线圈的平面相互垂直量线圈。两线圈的平面相互垂直, , 若无外力作用，励若无外力作用，励磁线圈中心交流电流所建立的磁场对测量线圈没有输磁线圈中心交流电流所建立的磁场对测量线圈没有输出，见图出，见图b b。若外力作用在铁心上，铁心磁导率改变，。若外力作用在铁心上，铁心磁导率改变，则测量线圈被励磁线圈中的磁场交链而输出比例于外则测量线圈被励磁线圈中的磁场交链而输出比例于外力大小的信号，见图力大小的信号，见图c c。工作过程：工作过程：被测力被测力作用作用 测量线圈磁场交链测量线圈磁场交链磁导率磁导率变化变化感感应应应应电势输出电势输出铁磁材料铁磁材料产生产生 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。4 4、压电式力传感器、压电式力传感器 压电式测力压电式测力传感器传感器利用压电材料利用压电材料( (石英晶体、压电陶瓷）的石英晶体、压电陶瓷）的压电效应，将压电效应，将被测力经弹性元件转换为与其成正比的电荷量被测力经弹性元件转换为与其成正比的电荷量输出，通过测量电路测出输出电荷，从而实现对力值的测量。输出，通过测量电路测出输出电荷，从而实现对力值的测量。弹性元件感受力弹性元件感受力F F时压电材料产生电荷时压电材料产生电荷Q Q输出输出被测力被测力 作用作用 电量电量 压电材料压电材料二、三相力测量二、三相力测量由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。三、测力传感的三、测力传感的动态特性与动态动态特性与动态误差的补偿误差的补偿各种测力传感器都是将被测力作用在一弹性体上使之变形作为各种测力传感器都是将被测力作用在一弹性体上使之变形作为测力的基础。如何正确测定这些弹性体的弹性变形或弹性力是测力的基础。如何正确测定这些弹性体的弹性变形或弹性力是测力系统需进一步解决的问题，若被测力是一动态力，就需分测力系统需进一步解决的问题，若被测力是一动态力，就需分析弹性体与被测动态力之间的关系。析弹性体与被测动态力之间的关系。从动力学观点看，大多数测力仪的弹性从动力学观点看，大多数测力仪的弹性结构部分可以抽象为单自由度的震动系结构部分可以抽象为单自由度的震动系统。如图所示，作用在测力传感器上的统。如图所示，作用在测力传感器上的作用力作用力F F，测力传感器的弹性力（即直，测力传感器的弹性力（即直接对输出起作用的力）两者之间要符合接对输出起作用的力）两者之间要符合不不失真测量条件，输出才能正确地反不不失真测量条件，输出才能正确地反映被测作用力映被测作用力F F。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。f(t)f(t)被测力被测力kk弹簧刚度弹簧刚度 mm质量质量 cc阻尼系数阻尼系数 xx位移位移 被测力被测力: :稳态响应稳态响应:由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。被测力作用弹性元件的弹性力：被测力作用弹性元件的弹性力：弹性力：弹性力：被测力被测力: :弹性力和被测力之间有振幅误差和相角误差。弹性力和被测力之间有振幅误差和相角误差。被测力的频率远小于测力传感器的固有频率。被测力的频率远小于测力传感器的固有频率。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。消除动态力测量误差，可用加速度补偿和全补偿两种方法。消除动态力测量误差，可用加速度补偿和全补偿两种方法。加速度补偿：加速度补偿：全补偿：全补偿：由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。加速度加速度积分器积分器由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。积分器积分器由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第三节第三节 扭矩的测量扭矩的测量扭矩是各种机械传动轴的基本载荷形式，扭矩的测量对传扭矩是各种机械传动轴的基本载荷形式，扭矩的测量对传动轴载荷的确定，对传动系统各工作零件的强度设计及电机动轴载荷的确定，对传动系统各工作零件的强度设计及电机容量的选择，都有重要意义。容量的选择，都有重要意义。扭矩由力和力臂的乘积来定义，单位是扭矩由力和力臂的乘积来定义，单位是NmNm。扭矩的测量以测量。扭矩的测量以测量转轴应变和测量转轴两横截面相对扭转角的方法最常用。转轴应变和测量转轴两横截面相对扭转角的方法最常用。一、应变式一、应变式扭扭矩矩传感器的工作原理传感器的工作原理扭扭矩矩弹性元件（弹性轴）由弹性元件（弹性轴）由材料力学知，当受扭矩作用材料力学知，当受扭矩作用时，轴表面的主应时，轴表面的主应变变和扭矩和扭矩成正比关系。成正比关系。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。弹性轴变形：弹性轴变形： 弹性轴应变：弹性轴应变：弹性轴应力：弹性轴应力： 与轴线成与轴线成4545度和度和135135度的方向上的主应变度的方向上的主应变剪切应力剪切应力 弹性轴转角弹性轴转角G G、D D、L L、结构系数、结构系数由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、应变片式二、应变片式扭扭矩矩传感器传感器 在转轴上或直接在被测轴上，沿轴线的在转轴上或直接在被测轴上，沿轴线的4545度度或或135135度度方向将应方向将应变片粘贴上，当转轴受转矩变片粘贴上，当转轴受转矩M M作用时，应变片产生应变，其应作用时，应变片产生应变，其应变量变量 与转矩与转矩M M成线性关系。成线性关系。对空心圆柱形轴：对空心圆柱形轴：对方形截面轴：对方形截面轴：由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。三、集电装置三、集电装置( (集集流环）流环）旋转件如转轴的应变测量，需要解决信号传送的问题。粘贴在旋转件如转轴的应变测量，需要解决信号传送的问题。粘贴在旋转件上的应变片和电桥导线随旋转件转动，而应变仪等测量旋转件上的应变片和电桥导线随旋转件转动，而应变仪等测量记录仪器是固定的。除采用遥测方式以外，需要有集电装置。记录仪器是固定的。除采用遥测方式以外，需要有集电装置。集电装置由两部份组成：与应变片相连，随旋转件转动的集集电装置由两部份组成：与应变片相连，随旋转件转动的集流环（滑环）和与外部测量仪器相连，压靠在滑环上的电刷流环（滑环）和与外部测量仪器相连，压靠在滑环上的电刷（拉线）。集流装置应准确可靠地传递应变信号，防止干扰减（拉线）。集流装置应准确可靠地传递应变信号，防止干扰减少测量误差。少测量误差。 集电装置种类、形式很多，其原理、结构与电机的集电装置集电装置种类、形式很多，其原理、结构与电机的集电装置相同。常用的集电装置有相同。常用的集电装置有拉线式拉线式和和电刷式电刷式两种形式。两种形式。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。集流环与电刷之间接触电阻的变化是产生干扰，影响正常集流环与电刷之间接触电阻的变化是产生干扰，影响正常测量的主要因素。测量的主要因素。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。无线传输方式无线传输方式无线传输方式可以克服有线传输的缺点，得到越来越多的应无线传输方式可以克服有线传输的缺点，得到越来越多的应用。它分为电波收发方式和光电脉冲传输方式。这两种方式用。它分为电波收发方式和光电脉冲传输方式。这两种方式从使用的角度来看都取消了中间接触环节，导线和专门的集从使用的角度来看都取消了中间接触环节，导线和专门的集流装置。电波收发方式测量系统要求可靠的发射、接收和遥流装置。电波收发方式测量系统要求可靠的发射、接收和遥测装置，且其信号容易受到干扰；而光电脉冲测量抗干扰能测装置，且其信号容易受到干扰；而光电脉冲测量抗干扰能力较强，它是把测试数据数字化后以光信号的形式从转动的力较强，它是把测试数据数字化后以光信号的形式从转动的测量盘传送到固定的接收器上，然后经解码器后还原为所需测量盘传送到固定的接收器上，然后经解码器后还原为所需的信号。的信号。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。四、其它类型的扭四、其它类型的扭矩矩传感器传感器磁电感应式扭矩传感器磁电感应式扭矩传感器磁电感应式扭矩传感器结磁电感应式扭矩传感器结构如图，它是在转轴上固构如图，它是在转轴上固定两个齿轮，通过其所在定两个齿轮，通过其所在横截面之间相对扭转角来横截面之间相对扭转角来测量扭矩。测量扭矩。如图所示，在转轴上固定两个齿轮如图所示，在转轴上固定两个齿轮1 1和和2 2，它们的材质、尺寸、齿形和齿数均，它们的材质、尺寸、齿形和齿数均相同。永久磁铁和线圈组成的磁电式检测头相同。永久磁铁和线圈组成的磁电式检测头3 3和和4 4对着齿顶安装。当转轴不受对着齿顶安装。当转轴不受扭矩时，两线圈输出信号相同，相位差为零。转轴承受扭矩后，相位差不为扭矩时，两线圈输出信号相同，相位差为零。转轴承受扭矩后，相位差不为零，且随两齿轮所在横截面之间相对扭转角的增加而加大，其大小与相对零，且随两齿轮所在横截面之间相对扭转角的增加而加大，其大小与相对扭扭转角、扭矩转角、扭矩成正比。成正比。弹性轴转角弹性轴转角由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。光电式扭矩传感器光电式扭矩传感器 光电式扭矩传感器结构如图，光电式扭矩传感器结构如图，它是在转轴上固定两只圆盘它是在转轴上固定两只圆盘光栅，通过两光栅之间相对光栅，通过两光栅之间相对扭转角来测量扭矩。扭转角来测量扭矩。弹性轴转角弹性轴转角如图所示，在转轴如图所示，在转轴4 4上固定两只圆盘光栅上固定两只圆盘光栅3 3，在不承受扭矩时，两光栅的明，在不承受扭矩时，两光栅的明暗区正好互相遮挡，光源暗区正好互相遮挡，光源1 1的光线没有透过光栅照射到光敏元件的光线没有透过光栅照射到光敏元件2 2，无输出，无输出信号。当转轴受扭矩后，转轴变形将使两光栅出现相对转角，部份光线透信号。当转轴受扭矩后，转轴变形将使两光栅出现相对转角，部份光线透过光栅照射到光敏元件上产生输出信号。扭矩愈大，扭转角愈大，穿过光过光栅照射到光敏元件上产生输出信号。扭矩愈大，扭转角愈大，穿过光栅的光通量愈大，栅的光通量愈大，, ,输出信号愈大，从而可实现扭矩测量。输出信号愈大，从而可实现扭矩测量。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。压磁式扭矩传感器压磁式扭矩传感器压磁式扭矩传感器结构如压磁式扭矩传感器结构如图，它是利用轴受扭时材图，它是利用轴受扭时材料导磁率的变化测量扭矩。料导磁率的变化测量扭矩。其特点是可以非接触测量。其特点是可以非接触测量。 铁磁材料的转轴受扭矩铁磁材料的转轴受扭矩作用时，导磁率发生变化。作用时，导磁率发生变化。图中，分别绕有线圈图中，分别绕有线圈A A和和B B，其中，其中A-AA-A沿轴线，沿轴线，B-BB-B沿沿垂直于轴线放置，彼此互垂直于轴线放置，彼此互相垂直。相垂直。 两个铁芯的开口端与转轴表面保持两个铁芯的开口端与转轴表面保持1-2mm1-2mm空隙，当空隙，当A-AA-A线圈通入线圈通入交流电，形成通过转轴的交变磁场。交流电，形成通过转轴的交变磁场。当转轴不受扭矩时，磁力线和当转轴不受扭矩时，磁力线和B-BB-B线圈不交链；转轴受扭矩作用时，转轴材线圈不交链；转轴受扭矩作用时，转轴材料导磁率变化，沿正应力方向磁阻减小，沿负应力方向磁阻增大，从而使料导磁率变化，沿正应力方向磁阻减小，沿负应力方向磁阻增大，从而使磁力线分布改变，使部分磁力线与磁力线分布改变，使部分磁力线与B-BB-B线圈交链，并在线圈交链，并在B-BB-B线圈产生感应电线圈产生感应电势。感应电势随扭矩增大而增大，并在一定范围内成线性关系。势。感应电势随扭矩增大而增大，并在一定范围内成线性关系。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第十章第十章流体参量测量流体参量测量压力测量和流量测量是工程测试领压力测量和流量测量是工程测试领域中的一个重要的物理量。域中的一个重要的物理量。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第一节第一节 压力的测量压力的测量 压力的定义压力的定义 流体或固体垂直作用在单位面积（流体或固体垂直作用在单位面积（S S）上的力（）上的力（F F）称为压力（称为压力（p p），也称压强。），也称压强。而工程上则习惯于称其为压力。而工程上则习惯于称其为压力。压力单位是压力单位是Pa(Pa(帕帕) )，1Pa=1N/m2.1Pa=1N/m2. 1 1个标准大气压个标准大气压=101325Pa=1.01325=101325Pa=1.01325工程大气压工程大气压 工程中常采用的压力有绝对压力（工程中常采用的压力有绝对压力（papa）、表压力（）、表压力（pgpg）、）、真空（真空（pvpv）和差压等几种。）和差压等几种。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。 压力的分类压力的分类 压力：压力：静态压力和动态压力静态压力和动态压力 静态压力：不随时间变化或变化非常缓慢的压力。静态压力：不随时间变化或变化非常缓慢的压力。 动态压力：随时间变化的压力。动态压力：随时间变化的压力。 压力测量方法压力测量方法 静态压力测量：一般采用压力表、压力变送器进静态压力测量：一般采用压力表、压力变送器进行行 测量。测量。 动态压力测量动态压力测量: :弹性变形测压法弹性变形测压法, ,将敏感元件感受将敏感元件感受压力而产生的弹性变形量转换为电量再进行测量。压力而产生的弹性变形量转换为电量再进行测量。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。一、压力测量的弹性元件一、压力测量的弹性元件压力测量弹性元件通常有压力测量弹性元件通常有波登管波登管、膜片膜片、波纹管波纹管等。等。利用弹性敏感元件的应力应变特性利用弹性敏感元件的应力应变特性 弹性敏感元件在被测压力作用下产生应力、应弹性敏感元件在被测压力作用下产生应力、应变，利用应力、应变来测量压力的，如应变式压力传变，利用应力、应变来测量压力的，如应变式压力传感器等；感器等；利用弹性敏感元件的压力集中力特性利用弹性敏感元件的压力集中力特性 弹性敏感元件将被测压力转换成集中力，利用弹性敏感元件将被测压力转换成集中力，利用测量集中力来测量压力的，如压电式压力传感器；测量集中力来测量压力的，如压电式压力传感器；利用弹性敏感元件的压力位移特性利用弹性敏感元件的压力位移特性 将被测压力转换为弹性敏感元件的位移来测量将被测压力转换为弹性敏感元件的位移来测量的，如电容式压力传感器；的，如电容式压力传感器；由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。波纹管波纹管波登管波登管波登管波登管由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。二、常用压力传感器二、常用压力传感器 1. 1. 应变式压力传感器应变式压力传感器(1) (1) 膜片应变式压力传感器的主要元件是含有半导体应膜片应变式压力传感器的主要元件是含有半导体应变片的特殊膜片，利用压阻效应工作。变片的特殊膜片，利用压阻效应工作。 该传感器的弹性敏感元件是该传感器的弹性敏感元件是周边固定的平圆膜片，在上周边固定的平圆膜片，在上面粘贴一个组合应变片，当面粘贴一个组合应变片，当膜片在被测压力作用下发生膜片在被测压力作用下发生弹性变形时，应变片也发生弹性变形时，应变片也发生相应的变化，从而使应变片相应的变化，从而使应变片的阻值发生变化，由四个电的阻值发生变化，由四个电阻组成的电桥就有相应的输阻组成的电桥就有相应的输出信号。出信号。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。rr、tt径向、切向应变；径向、切向应变；p p被测流体压力被测流体压力(Pa)(Pa)；E E材料弹性模量材料弹性模量(N/m2)(N/m2)；材料泊桑比；材料泊桑比；h h膜片厚度膜片厚度(m)(m)；R R膜片半径膜片半径(m)(m)；r r膜片任意位置的半径膜片任意位置的半径(m)(m)。工作过程工作过程 被测压力被测压力 作用作用膜片膜片 膜片应变膜片应变电阻应变片电阻应变片 电阻变化电阻变化电量的输出电量的输出粘粘外接电路外接电路由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。（2 2） 筒式应变压力传感器筒式应变压力传感器膜片式压力传感器是作为腔体膜片式压力传感器是作为腔体的密封元件。可以在膜片表面的密封元件。可以在膜片表面粘贴应变片测量应变。粘贴应变片测量应变。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。膜片式压力传感器膜片式压力传感器一般膜片式压力传感器是作为腔体的密封元件。膜片中心在一般膜片式压力传感器是作为腔体的密封元件。膜片中心在流体压力作用下产生位移，可以用位移传感器测量该位移。流体压力作用下产生位移，可以用位移传感器测量该位移。式中式中 E E材料的弹性模量材料的弹性模量(N/m2)(N/m2)；材料的泊桑比；材料的泊桑比；h h膜片厚度膜片厚度(m)(m)；R R膜片半径膜片半径(m)(m)ycyc膜片中心位移膜片中心位移(m)(m)。当当ycyc/h1/3/h1/3时，时，( (ycyc/h)3(/h)3(ycyc/h)/h)，故可忽略高次项，故可忽略高次项，p p与与ycyc近似成线性关系。近似成线性关系。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2 2、 压阻式压力传感器压阻式压力传感器压阻式传感器的结构如图所示。其核心部分是一圆形压阻式传感器的结构如图所示。其核心部分是一圆形的硅膜片。在沿某晶向切割的的硅膜片。在沿某晶向切割的N N型硅膜片上扩散四个型硅膜片上扩散四个阻值相等的阻值相等的P P型电阻，构成平衡电桥。硅膜片周边用型电阻，构成平衡电桥。硅膜片周边用硅杯固定，其下部是与被测系统相连的高压腔，上部硅杯固定，其下部是与被测系统相连的高压腔，上部为低压腔，通常与大气相通。在被测压力作用下，膜为低压腔，通常与大气相通。在被测压力作用下，膜片产生应力和应变，片产生应力和应变，P P型电阻产生压阻效应，其电阻型电阻产生压阻效应，其电阻发生相对变化。发生相对变化。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。3压电式压力传感器压电式压力传感器膜膜片片式压电传感器式压电传感器因此，在性能稳定性和勤务性上都大大优于活塞式结构，目前因此，在性能稳定性和勤务性上都大大优于活塞式结构，目前正在逐渐取代后者。由于膜片质量小，和压电元件相比，刚度正在逐渐取代后者。由于膜片质量小，和压电元件相比，刚度也很小，如果提供合适的预紧力，传感器的固有频率可达也很小，如果提供合适的预紧力，传感器的固有频率可达100kHz100kHz以上。以上。 膜片式压电测压传感器膜片式压电测压传感器结构示意图。它用金属结构示意图。它用金属膜片代替活塞，膜片起膜片代替活塞，膜片起着传递压力、实现预压着传递压力、实现预压和密封三个作用。膜片和密封三个作用。膜片用微束等离子焊和本体用微束等离子焊和本体焊接，整个结构是密封焊接，整个结构是密封的。的。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。活塞式压电传感器活塞式压电传感器活塞式压电压力传感器的结构示意图。该传感器主要由传感器本体、活活塞式压电压力传感器的结构示意图。该传感器主要由传感器本体、活塞、砧盘、晶体、导电片、引出导线等组成。传感器在装配时用顶螺丝塞、砧盘、晶体、导电片、引出导线等组成。传感器在装配时用顶螺丝给晶片组件一定的预紧力，以保证活塞、砧盘、晶片、导电片之间压紧，给晶片组件一定的预紧力，以保证活塞、砧盘、晶片、导电片之间压紧，避免受冲击时因有间隙而使晶片损坏，并可提高传感器的固有频率。测避免受冲击时因有间隙而使晶片损坏，并可提高传感器的固有频率。测量时，传感器通过螺纹安装到测压孔上，锥面起密封作用。被测压力作量时，传感器通过螺纹安装到测压孔上，锥面起密封作用。被测压力作用在活塞的端面上，并通过活塞的另一头把压力传送到压电晶体上。用在活塞的端面上，并通过活塞的另一头把压力传送到压电晶体上。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。测气体压力的电感传感器测气体压力的电感传感器( (自感型自感型) )电感式压力传感器电感式压力传感器电感式压力传感器一般由两部分组成，一部分是弹性元件，电感式压力传感器一般由两部分组成，一部分是弹性元件，用来感受压力并把压力转换成位移量，另一部分是由线圈和用来感受压力并把压力转换成位移量，另一部分是由线圈和衔铁组成的电感式传感器。可分为自感型和差动变压器型。衔铁组成的电感式传感器。可分为自感型和差动变压器型。 图为其结构原理图。为由膜盒图为其结构原理图。为由膜盒与变气隙自感传感器构成的压与变气隙自感传感器构成的压力传感器，流体压力使膜盒变力传感器，流体压力使膜盒变形，从而推动固定在膜盒自由形，从而推动固定在膜盒自由端的衔铁上移引起电感变化。端的衔铁上移引起电感变化。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。被测压力被测压力 作用作用膜片膜片 电感变化电感变化( () 外接电路外接电路电量的输出电量的输出由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。差动变压器式微压传感器差动变压器式微压传感器图为膜盒与差动变压器构图为膜盒与差动变压器构成的微压力传感器。衔铁成的微压力传感器。衔铁固定在膜盒的自由端。无固定在膜盒的自由端。无压力时，衔铁在差动变压压力时，衔铁在差动变压器线圈的中部，输出电压器线圈的中部，输出电压为零，当被测压力通过接为零，当被测压力通过接头输入膜盒后，膜盒变形头输入膜盒后，膜盒变形推动衔铁移动，使差动变推动衔铁移动，使差动变压器输出正比与被测压力压器输出正比与被测压力的电压。的电压。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。测压系统的定度（标定）测压系统的定度（标定）静态标定和动态标定静态标定和动态标定 静态标定的目的静态标定的目的: :确定系统静态特性指标，如线性度、灵敏确定系统静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。度、滞后和重复性等。 动态标定的目的动态标定的目的: :确定系统的动态特性参数，如频率响应函确定系统的动态特性参数，如频率响应函数、时间常数、固有频率及阻尼比等。数、时间常数、固有频率及阻尼比等。1 1、测压系统的静态标定、测压系统的静态标定常用的静压发生装置有：活塞式压力发生器、杠杆式压力常用的静压发生装置有：活塞式压力发生器、杠杆式压力发生器及弹簧测力计式压力发生器。发生器及弹簧测力计式压力发生器。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。被标定的压力传感器或压力仪表安装在压力计的接头上。被标定的压力传感器或压力仪表安装在压力计的接头上。当转动手轮时，加压油缸的活塞往前移动使油缸增压，并当转动手轮时，加压油缸的活塞往前移动使油缸增压，并把压力传至各部分。当压力达到一定值时，将精密活塞连把压力传至各部分。当压力达到一定值时，将精密活塞连同上面所加的标准砝码顶起，轻轻转动砝码盘，使精密活同上面所加的标准砝码顶起，轻轻转动砝码盘，使精密活塞与砝码旋转，以减小活塞与缸体之间的磨擦力。此时油塞与砝码旋转，以减小活塞与缸体之间的磨擦力。此时油压与砝码（连同活塞）的重力相平衡。压与砝码（连同活塞）的重力相平衡。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。传感器或压力仪表受到的压力等于砝码（连同活塞）的重力与活塞的有效面积之比可表示为 p为油缸的压力（Pa）；m1为标准砝码的质量（kg）；m2为活塞的质量（kg）；D为活塞的直径（m）；g为当地的重力加速度（m/s2）。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。压力标定过程压力标定过程标定时，以一定的压力间距逐点加压，记录下所加的压力值Pi，以及相应的记录仪器的电压偏移量Vi，标定时所施加的最大压力应略大于待测压力的最大值。然后，再逐次减小压力，记录下测压系统记录仪器的电压偏移量Vi，并重复3-5次。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。测压系统的动态标定测压系统的动态标定要获得一个令人满意的周期或阶跃的压力源；要获得一个令人满意的周期或阶跃的压力源；动态压力源的分类如下：动态压力源的分类如下： 稳态周期性压力源稳态周期性压力源：活塞与缸筒、凸轮控制喷嘴、声：活塞与缸筒、凸轮控制喷嘴、声谐振器、验音盘等；谐振器、验音盘等； 非稳态压力源非稳态压力源：快速卸荷阀、脉冲膜片、闭式爆炸器、：快速卸荷阀、脉冲膜片、闭式爆炸器、激波管及落锤液压动标装置等；激波管及落锤液压动标装置等；由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。1 1稳态标定法稳态标定法 常见的活塞和缸筒装置就是一种简单的稳态周期性校常见的活塞和缸筒装置就是一种简单的稳态周期性校准压力源。活塞运动源的一种变型是传动膜片、膜盒或弹准压力源。活塞运动源的一种变型是传动膜片、膜盒或弹簧管，通过连杆与管端连接的偏心轮使弹簧管弯曲，这样簧管，通过连杆与管端连接的偏心轮使弹簧管弯曲，这样来使用弹簧管，效果很好。来使用弹簧管，效果很好。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。2 2非稳态标定非稳态标定采用稳态周期性压力源来确定压力系统的动态特性时，往往受到所能产生的压力幅值和频率的限制。高压和稳态频率很难同时获得。为此，在较高压力振幅范围内，为了确定压力传感器的高频响应特性，必须借助于阶跃函数理论。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。可采用各种方法来产生所需要的脉冲。最简单的一种方法是在液压源与传感器之间使用一个快速卸荷阀，从0上升到90%的全压力的时间为10ms。 采用脉冲膜片也可获得阶跃压力。用薄塑料膜片或塑料薄板。把两个空腔隔开，由撞针或尖刀使膜片产生机械损坏。由此发现，降压而不是升压，可产生一个更接近理想的阶跃函数。降压时间约为0.25ms。 激波管能产生非常接近的瞬态“标准”压力。激波管的结构十分简单，它是一根两端封闭的长管，用膜片分成两个独立空腔。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。激波管激波管 用激波管标定压力（或力）传感器是目前最常用的方法。用激波管标定压力（或力）传感器是目前最常用的方法。它具有以下特点：压力幅度范围宽，便于改变压力值；频它具有以下特点：压力幅度范围宽，便于改变压力值；频率范围广（率范围广（2kHz2.5MHz2kHz2.5MHz）；便于分析研究和数据处理。）；便于分析研究和数据处理。激波管是产生激波的核心部分，由高压室激波管是产生激波的核心部分，由高压室1 1和低压室和低压室2 2组成。组成。1 1、2 2之间由铝或塑料膜片之间由铝或塑料膜片3 3隔开，激波压力的大小由膜片的厚度来隔开，激波压力的大小由膜片的厚度来决定。标定时根据要求对高、低压室充以压力不同的压缩气体决定。标定时根据要求对高、低压室充以压力不同的压缩气体（通常采用压缩空气），低压室一般为一个大气压，仅给高压（通常采用压缩空气），低压室一般为一个大气压，仅给高压室充以高压气体。当高、低压室的压力差达到一定程度时膜片室充以高压气体。当高、低压室的压力差达到一定程度时膜片破裂，高压气体迅速膨胀进入低压室，形成激波。该激波的波破裂，高压气体迅速膨胀进入低压室，形成激波。该激波的波阵面压力保持恒定，接近理想的阶跃波，并以超音速施加于被阵面压力保持恒定，接近理想的阶跃波，并以超音速施加于被标定的传感器上。传感器在激波的激励下按固有频率产生一个标定的传感器上。传感器在激波的激励下按固有频率产生一个衰减振荡。如图衰减振荡。如图13-2013-20所示。其波形由显示系统记录下来，以所示。其波形由显示系统记录下来，以供确定传感器的动态特性之用。供确定传感器的动态特性之用。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。13 14 3 4 5 7 61210118912激波管标定装置系统原理框图激波管标定装置系统原理框图1-1-激波管的高压室激波管的高压室 2-2-激波管的低压室激波管的低压室3-3-激波管高低压室间的膜片激波管高低压室间的膜片 4-4-侧面被标定的传感器侧面被标定的传感器5-5-底面被标定的传感器底面被标定的传感器 6 6、7-7-各为测速压力传感器各为测速压力传感器8-8-测速前置级测速前置级 9-9-数字式频率计数字式频率计 10-10-测压前置级测压前置级11-11-记录记忆装置记录记忆装置 12-12-气源气源 13- 13-气压表气压表 14-14-泄气门泄气门由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第二节第二节 流量的测量流量的测量 流量的概念：流量的概念：流体在流体在单位时间内单位时间内流经某一有效截面的体积或质量，流经某一有效截面的体积或质量，前者称体积流量（前者称体积流量（m3/s)m3/s)，后者称质量流量，后者称质量流量(kg/s)(kg/s)。通常流体流量有体积流量通常流体流量有体积流量qvqv和质量流量和质量流量qmqm之分，它们之间的之分，它们之间的关系为关系为: : 为流体的密度为流体的密度 在某一段时间内流体流量的总和，称为总流量。在某一段时间内流体流量的总和，称为总流量。 如果在截面上速度分布是均匀的，则：如果在截面上速度分布是均匀的，则：由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。一、常用的流量计一、常用的流量计 1 1 压差式流量计压差式流量计 节流式流量计主要由两部分节流式流量计主要由两部分组成：节流装置和测量静压组成：节流装置和测量静压差的差压计。差的差压计。 节流装置是安装在流体节流装置是安装在流体管道中，使流体的流通截面管道中，使流体的流通截面发生变化，引起流体静压变发生变化，引起流体静压变化的一种装置。常用的节流化的一种装置。常用的节流装置有文丘利管、喷嘴和孔装置有文丘利管、喷嘴和孔板，如图所示。板，如图所示。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。当充满圆管的流体流经在管道内部安装当充满圆管的流体流经在管道内部安装的节流装置时，流束将在节流件处形成的节流装置时，流束将在节流件处形成局部收缩，使流速增大，静压力降低局部收缩，使流速增大，静压力降低，于是在节流件于是在节流件前后前后产生产生压力差压力差该压力该压力差通过差压计检出流体的体积流量或差通过差压计检出流体的体积流量或质量流量与差压计所测得的差压值有确质量流量与差压计所测得的差压值有确定的数值关系。定的数值关系。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。当它流经管道内节流件时，流束将在节流件处形成局当它流经管道内节流件时，流束将在节流件处形成局部收缩。因而流速增加，静压力降低，于是在节流件部收缩。因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差，流体流量愈大，产生的压差愈大，前后便产生了压差，流体流量愈大，产生的压差愈大，因而可依据压差来衡量流量的大小。压差流量计原理因而可依据压差来衡量流量的大小。压差流量计原理与压力分布情况如图所示。与压力分布情况如图所示。 由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。流体的体积流量或质量流量与差压计所测得的差压值有确流体的体积流量或质量流量与差压计所测得的差压值有确定的数值关系。定的数值关系。aa流量系数流量系数 EE流体压缩系数。对不可压缩流体，流体压缩系数。对不可压缩流体，E=1E=1；对可压缩流；对可压缩流体，体，E1E1过阻尼过阻尼无振荡无振荡1临界阻尼临界阻尼01欠阻尼欠阻尼阻尼振荡阻尼振荡0无阻尼无阻尼等幅振荡等幅振荡对于二阶系统一般对于二阶系统一般=0.60.8时，可以获得较为合适的综时，可以获得较为合适的综合特性。所以合特性。所以=0.7，=00.58n由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。实现不失真测量的条件实现不失真测量的条件掌握第二章习题掌握第二章习题由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第三章第三章常用传感器与敏感元件常用传感器与敏感元件传感器传感器是将被测物理量按一事实上规律转是将被测物理量按一事实上规律转换为与其对应的另一种物理量输出的装置换为与其对应的另一种物理量输出的装置常用的是常用的是将非电量转换成电量将非电量转换成电量(1)传感器是测量装置传感器是测量装置,能完成检测任务能完成检测任务;(2)它的输入量是某一被测量它的输入量是某一被测量;(3)它的输出量是某种物理量它的输出量是某种物理量,这种量要便于传这种量要便于传输、转换、处理、显示等输、转换、处理、显示等,主要是电量主要是电量;（4）输出与输入有一定的对应关系）输出与输入有一定的对应关系;由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。电阻、电容、与电感式传感器电阻、电容、与电感式传感器电阻应变式传感器电阻应变式传感器电阻应变式传感器分为电阻应变式传感器分为金属金属电阻应变片式与电阻应变片式与半导体半导体应变片式两类应变片式两类.工作原理工作原理优点优点缺点缺点金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：前者利用导体形变引起的电阻的变化，后者利用半前者利用导体形变引起的电阻的变化，后者利用半导体电阻率变化引起的电阻的变化。导体电阻率变化引起的电阻的变化。 R由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。灵敏度的条件灵敏度的条件由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。电容式传感器电容式传感器电容式传感器可以分成三种类型：电容式传感器可以分成三种类型：极距变化型极距变化型（变（变）、）、面积变化型面积变化型（变（变A）和）和介质变化型介质变化型（变（变）。）。工作原理工作原理优点优点缺点缺点测量电路测量电路电桥型电路电桥型电路运算放大器电路运算放大器电路电容式传感器电容式传感器改善非线性改善非线性灵敏度的条件灵敏度的条件由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。电容传感器电容传感器主要优点主要优点(2)电参量相对变化大。电参量相对变化大。(3)动态特性好。动态特性好。(4)能量损耗小。能量损耗小。(5)结构简单，适应性好。结构简单，适应性好。（6）可进行动态非接触式测量。）可进行动态非接触式测量。(1)输人能量小而灵敏度高。输人能量小而灵敏度高。主要缺点主要缺点:（1）非线性）非线性（2）电缆分布电容影响大。）电缆分布电容影响大。由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。电感式传感器电感式传感器电感式传感器可分为自感型电感式传感器可分为自感型(可变磁阻式可变磁阻式)和互感型两大类和互感型两大类工作原理工作原理优点优点缺点缺点差动变气隙型：提高灵敏度，改善非线性差动变气隙型：提高灵敏度，改善非线性 灵敏度的条件灵敏度的条件由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。磁电、压电式传感器磁电、压电式传感器磁电式传感器（电动式传感器）磁电式传感器（电动式传感器）电动式传感器分成电动式传感器分成动圈式动圈式和和变磁阻式变磁阻式工作原理工作原理优点优点缺点缺点灵敏度的条件灵敏度的条件由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。压电式传感器压电式传感器工作原理工作原理优点优点缺点缺点测量电路测量电路前置放大器有前置放大器有电压放大器电压放大器和和电荷放大器电荷放大器电压灵敏度电压灵敏度与与电电缆缆电容电容Cc有关，当改变电缆长度或布有关，当改变电缆长度或布线方法时，线方法时，电压灵敏度电压灵敏度都会改变，从而导致测量误差。都会改变，从而导致测量误差。电荷灵敏度电荷灵敏度与与电电缆缆电容电容Cc值无关，值无关，改变电缆长度或改变电缆长度或布线方法时，布线方法时，电缆电容并无影响。与电压放大器比较，电缆电容并无影响。与电压放大器比较，这是一个突出的优点，但是，电荷放大电路复杂，价这是一个突出的优点，但是，电荷放大电路复杂，价格较高。格较高。掌握第三章习题掌握第三章习题由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。传感器的选用原则传感器的选用原则掌握第三章习题掌握第三章习题由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第四章第四章信号调理与记录信号调理与记录电桥电桥直流电桥直流电桥单臂电桥单臂电桥双臂电桥双臂电桥全臂电桥全臂电桥由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。单臂电桥单臂电桥双臂电桥双臂电桥全臂电桥全臂电桥在RR0的条件下电桥的灵敏度电桥的灵敏度电桥的输出与R/R0成线性关系电桥的输出与R/R0成线性关系掌握第四章习题掌握第四章习题由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第七章第七章振动的测试振动的测试振动振动测量传感器测量传感器w按壳体的固定方式可分为按壳体的固定方式可分为相对式相对式和和绝对式绝对式。电容式位移传感器电容式位移传感器磁电式相对速度传感器磁电式相对速度传感器磁电式绝对速度计磁电式绝对速度计压电式加速度计压电式加速度计 工作过程工作过程激振动信号激振动信号振动的激励方式通常有振动的激励方式通常有稳态正弦激振、随机激振稳态正弦激振、随机激振和和瞬态激振瞬态激振三种。三种。激振器激振器激振器有激振器有电动式、电磁式电动式、电磁式和和电液式电液式三种三种工作过程工作过程由国家银行统一计划发行的法定货币。纪念币通常是为了纪念我国重大政治历史事件、传统文化等有特殊意义的事物而发行的。第九章第九章应变、力与扭矩测量应变、力与扭矩测量常用测力传感器常用测力传感器电阻应变式测力传感器电阻应变式测力传感器电阻应变式测力传感器电阻应变式测力传感器差动变压器式测力传感器差动变压器式测力传感器压电式力传感器压电式力传感器 工作过程工作过程测力传感的测力传感的动态特性与动态动态特性与动态误差的补偿误差的补偿