《机械工程测试技术》课程授课教案（讲稿）第1章 信号及其描述（1/3）

机械工程测试技术前言一、课程的性质与学习目标1《机械工程测试技术》是高等学校机电类专业学生的一门技术基础课。国-《机械工程测试技术》是数学、工程数学、物理学、电工电子学、自动控制工程、信号与系统、计算机技术以及其他相关机电专业知识的综合应用。通过本课程的学习，建立测试技术的基本概念；了解常用测试装置的工作原理：能根据不同的测试对象及测试要求正确地选用、设计测试装置，进行测试信号的分析与处理；了解常用工程参数的一般测试方法。二、 课程的学习方法建议《机械工程测试技术》是一门实践性很强的课程，许多测试理论和测试技术都需要通过实验来加深理解，以获得关于测试技术的完整概念，培养解决实际测试问题的工作能力。■学习过程中，要借助思考题和习题加深对相关知识的掌握。■注意有关内容与其他课程内容的联系和综合应用。■课后还要在有关课程设计、专业训练等实践环节进一步强化测试技术方面的训练三、课程的主要教学内容及教学安排内容课时备注1绪论5第1章信号及其描述6第2章测试装置的基本特性6第3章传感器第4章信号调理装置62第5章显示记录装置2第6章典型机械工程参数的测试4第7章计算机辅助测试技术2机动合计341 /8《机械工程测试技术》第01讲

机械工程测试技术 《机械工程测试技术》第 01 讲 1 / 8 前 言 一、课程的性质与学习目标 ■ 《机械工程测试技术》是高等学校机电类专业学生的一门技术基础课。 ■ 《机械工程测试技术》是数学、工程数学、物理学、电工电子学、自动控制工程、 信号与系统、计算机技术以及其他相关机电专业知识的综合应用。 ■ 通过本课程的学习，建立测试技术的基本概念；了解常用测试装置的工作原理；能 根据不同的测试对象及测试要求正确地选用、设计测试装置，进行测试信号的分析与处理； 了解常用工程参数的一般测试方法。 二、课程的学习方法建议 ■ 《机械工程测试技术》是一门实践性很强的课程，许多测试理论和测试技术都需要 通过实验来加深理解，以获得关于测试技术的完整概念，培养解决实际测试问题的工作能力。 ■ 学习过程中，要借助思考题和习题加深对相关知识的掌握。 ■ 注意有关内容与其他课程内容的联系和综合应用。 ■ 课后还要在有关课程设计、专业训练等实践环节进一步强化测试技术方面的训练。 三、课程的主要教学内容及教学安排 内 容 课 时 备 注 绪论 1 第 1 章 信号及其描述 5 第 2 章 测试装置的基本特性 6 第 3 章 传感器 6 第 4 章 信号调理装置 6 第 5 章 显示记录装置 2 第 6 章 典型机械工程参数的测试 2 第 7 章 计算机辅助测试技术 4 机动 2 合计 34

机械工程测试技术绪论学习目标掌握测试的基本概念及测试的主要工作内容，重点掌握测试系统的基本组成以及各组成部分的功用。对于生产、生活及科学技术领域中所遇到的一般测试系统，能正确地分析其组成，对其有概貌性的认识。此外，对测试技术的发展历史、现状及发展趋势要有一定的了解。学习重点与难点测试的概念，测试系统的组成及各组成部分的功用。一、 测试的概念■测试测量与试验的概括，是人们借助于一定的装置获取被测对象有关信息的过程。●静态量与静态测试的概念。●动态量（过程）与动态测试（过程测试）的概念。■测试的含义测量：使用测试装置通过实验来获取被测量的量值。试验：在获取被测量量值的基础上，获取关于被测对象的其他有关信息。●测量变换的概念。二、 测试技术的主要内容■产品的验收检测■工程实验分析■工艺过程的工况监测■作为自动化闭环测控系统的核心环节■其他三、测试系统的组成■测试系统的基本组成2/8《机械工程测试技术》第01讲

机械工程测试技术 《机械工程测试技术》第 01 讲 2 / 8 绪 论 学习目标 掌握测试的基本概念及测试的主要工作内容，重点掌握测试系统的基本组成以及各组成 部分的功用。对于生产、生活及科学技术领域中所遇到的一般测试系统，能正确地分析其组 成，对其有概貌性的认识。此外，对测试技术的发展历史、现状及发展趋势要有一定的了解。 学习重点与难点 测试的概念，测试系统的组成及各组成部分的功用。 一、测试的概念 ■ 测试 测量与试验的概括，是人们借助于一定的装置获取被测对象有关信息的过程。 ● 静态量与静态测试的概念。 ● 动态量（过程）与动态测试（过程测试）的概念。 ■ 测试的含义 测量：使用测试装置通过实验来获取被测量的量值。 试验：在获取被测量量值的基础上，获取关于被测对象的其他有关信息。 ● 测量变换的概念。 二、测试技术的主要内容 ■ 产品的验收检测 ■ 工程实验分析 ■ 工艺过程的工况监测 ■ 作为自动化闭环测控系统的核心环节 ■ 其他 三、测试系统的组成 ■ 测试系统的基本组成

机械工程测试技术基本的测试系统由传感器、信号调理电路、显示记录装置三部分组成。被测对象C信号调理电路显示记录装置传感器·传感器感受被测量并对其进行测量变换，将被测量转换成某种易于处理的参量或参数。●信号调理电路对传感器输出的信号做进一步的处理。?显示记录装置将经转换处理后的包含被测量信息的信号以某种可为人的感官所接受的形式表现出来。■计算机测试系统的组成在测试系统基本组成的基础上，增加了计算机、数据采集系统、数据分析与处理系统（硬件及软件）等，并通常用显示器、打印机、绘图仪、存储器等代替显示记录装置。数据外理与分析系统被测对象计算信号调理数据采集存储器传感器电路系统机显示器、打印机、绘图仪等■测控系统的组成在测试系统的基础上增加了反馈控制机构、执行机构，组成各种闭环系统，用来对被控对象的某些参数或过程进行监控。被控对象传感器信号调理电路显示记录装置执行机构反馈控制机构设定值四、测试技术的地位及其发展历史科学技术的三大支柱一一信息技术、能源技术、材料技术。信息技术三个方面一一传感技术、计算机技术和通信技术。测试技术属于信息技术的范畴，它是信息技术的主要组成部分。●秦始皇统一度量衡●伽利略主张通过观测和实验定量描述自然界的各种现象和运动规律3/8《机械工程测试技术》第01讲

机械工程测试技术 《机械工程测试技术》第 01 讲 3 / 8 基本的测试系统由传感器、信号调理电路、显示记录装置三部分组成。 ● 传感器 感受被测量并对其进行测量变换，将被测量转换成某种易于处理的参量或参数。 ● 信号调理电路 对传感器输出的信号做进一步的处理。 ● 显示记录装置 将经转换处理后的包含被测量信息的信号以某种可为人的感官所接受的形式表现出来。 ■ 计算机测试系统的组成 在测试系统基本组成的基础上，增加了计算机、数据采集系统、数据分析与处理系统（硬 件及软件）等，并通常用显示器、打印机、绘图仪、存储器等代替显示记录装置。 ■ 测控系统的组成 在测试系统的基础上增加了反馈控制机构、执行机构，组成各种闭环系统，用来对被控 对象的某些参数或过程进行监控。 四、测试技术的地位及其发展历史 科学技术的三大支柱——信息技术、能源技术、材料技术。 信息技术三个方面——传感技术、计算机技术和通信技术。 测试技术属于信息技术的范畴，它是信息技术的主要组成部分。 ● 秦始皇统一度量衡 ● 伽利略主张通过观测和实验定量描述自然界的各种现象和运动规律

机械工程测试技术?门捷列夫：“科学，只有人类懂得测量时才开始。”现代工业、军事、航空、航天等领域的测试?日常生活中所涉及的测试五、测试技术的发展超势●利用新原理制成的各种新型传感器层出不穷，可测试的对象迅速增多●测试装置中的电路设计得到迅速改进?出现了多参量测试系统信息技术得到了广泛应用计算机数据采集、分析与处理，智能仪器。虚拟仪器技术。网络化测试技术。本章小结测试是测量与试验的概括。测试系统一般由传感器、信号调理电路及显示记录装置三个基本部分组成：传感器的作用是感受被测量并将其转换成对应的电量或电参数：信号调理电路的作用是对传感器转换输出的电信号做放大、调制与解调、滤波、非线性校正等进一步的处理，使之能适应后续显示记录装置或计算机系统的输入要求：显示记录装置的作用是对测试信号进行显示、记录、分析。4/8《机械工程测试技术》第01讲

机械工程测试技术 《机械工程测试技术》第 01 讲 4 / 8 ● 门捷列夫：“科学，只有人类懂得测量时才开始。” ● 现代工业、军事、航空、航天等领域的测试 ● 日常生活中所涉及的测试 五、测试技术的发展趋势 ● 利用新原理制成的各种新型传感器层出不穷，可测试的对象迅速增多 ● 测试装置中的电路设计得到迅速改进 ● 出现了多参量测试系统 ● 信息技术得到了广泛应用 计算机数据采集、分析与处理，智能仪器。 虚拟仪器技术。 网络化测试技术。 本 章 小 结 测试是测量与试验的概括。 测试系统一般由传感器、信号调理电路及显示记录装置三个基本部分组成： 传感器的作用是感受被测量并将其转换成对应的电量或电参数；信号调理电路的作用是对传 感器转换输出的电信号做放大、调制与解调、滤波、非线性校正等进一步的处理，使之能适 应后续显示记录装置或计算机系统的输入要求；显示记录装置的作用是对测试信号进行显 示、记录、分析

机械工程测试技术第1章信号及其描述学习目标学习测试的两个基本要素（测试信号和测试装置）之一一测试信号的有关基本知识。了解掌握测试信号的分类以及各类信号的性质，重点掌握测试信号在不同域中的描述方法及其所反映出来的不同信息。学习重点与难点重点：信号的分类，信号频域描述的数学方法，傅立叶变换的性质，典型信号的频谱。难点：信号的频域描述和信号频谱的概念。1.1 信号的分类及描述1.1.1 信息、信号、干扰信息事物运动状态和运动方式的反映。信息的特征：可识别、可存储、可传输、存在形式多种多等。信号信息的载体。干扰信号中除有用信息之外的部分。注意：●信息与干扰是相对的。●同一信号可以反映不同的信息，同一信息可以通过不同的信号来承载。测试工作的实质：感受被测量，获取测试信号，通过适当的信号调理，最大限度地从测试信号中排除各种干扰，最终不失真地获得关于被测对象的有用信息。1.1.2信号的分类●按信号的物理属性分：机械信号、电信号、光信号等：按信号的幅值是否随时间变化分：静态信号和动态信号；?按自变量的变化范围分：时限信号和频限信号：5/8《机械工程测试技术》第01讲

机械工程测试技术 《机械工程测试技术》第 01 讲 5 / 8 第 1 章 信号及其描述 学习目标 学习测试的两个基本要素（测试信号和测试装置）之一—测试信号的有关基本知识。了 解掌握测试信号的分类以及各类信号的性质，重点掌握测试信号在不同域中的描述方法及其 所反映出来的不同信息。 学习重点与难点 重点：信号的分类，信号频域描述的数学方法，傅立叶变换的性质，典型信号的频谱。 难点： 信号的频域描述和信号频谱的概念 。 1.1 信号的分类及描述 1.1.1 信息、信号、干扰 信息 事物运动状态和运动方式的反映。 信息的特征：可识别、可存储、可传输、存在形式多种多等。 信号 信息的载体。 干扰 信号中除有用信息之外的部分。 注意： ● 信息与干扰是相对的。 ● 同一信号可以反映不同的信息，同一信息可以通过不同的信号来承载。 测试工作的实质：感受被测量，获取测试信号，通过适当的信号调理，最大限度地从 测试信号中排除各种干扰，最终不失真地获得关于被测对象的有用信息。 1.1.2 信号的分类 ● 按信号的物理属性分：机械信号、电信号、光信号等； ● 按信号的幅值是否随时间变化分：静态信号和动态信号； ● 按自变量的变化范围分：时限信号和频限信号；

机械工程测试技术●按信号是否满足绝对可积条件分：能量有限信号和功率有限信号：?按信号中变量的取值特点分：连续时间信号和离散时间信号（模拟信号属于前者，数字信号属于后者）：●按信号随时间的变化规律分：确定性信号和非确定性信号。正兹信号（简谐信号）周期信号非正弦周期信号（复杂周期信号）确定件信号解变信号非周期信号准周期信号信号各态历经随机过程平稳随机过程非确定性信号非各态历经随机过程（阳机信号）非平稳随机过程1.确定性信号可以用确定的数学函数表示其随时间变化规律的信号称为确定性信号。确定性信号包括周期信号和非周期信号两类。tofx(0x(0)tOa)b)c)确定性信号■周期信号每隔固定的时间间隔T不断重复其波形的信号。x(t±nT)= x(t)T——周期：f。=1/T一频率：0。=2。=2元/T—一圆频率（角频率）●正弦信号（简谐信号）一一最基本的信号x(t)=Asin(ot+@)周期信号的三要素：A-一幅值；0一频率；-一初相位。·复杂周期信号复杂周期信号由无穷多个幅值、频率、初相位各不相同的正弦信号叠加而成，6/8《机械工程测试技术》第01讲

机械工程测试技术 《机械工程测试技术》第 01 讲 6 / 8 ● 按信号是否满足绝对可积条件分：能量有限信号和功率有限信号； ● 按信号中变量的取值特点分：连续时间信号和离散时间信号（模拟信号属于前者， 数字信号属于后者）； ● 按信号随时间的变化规律分：确定性信号和非确定性信号。 1. 确定性信号 可以用确定的数学函数表示其随时间变化规律的信号称为确定性信号。 确定性信号包括周期信号和非周期信号两类。 确定性信号 ■ 周期信号 每隔固定的时间间隔 T 不断重复其波形的信号。 x(t  nT) = x(t) T ——周期； f 0 =1/ T ——频率； 0 = 2f 0 = 2π /T ——圆频率（角频率） ● 正弦信号（简谐信号）——最基本的信号 ( ) sin( ) x t = A 0 t + 周期信号的三要素： A ——幅值；  0 ——频率；  ——初相位。 ● 复杂周期信号 复杂周期信号由无穷多个幅值、频率、初相位各不相同的正弦信号叠加而成

机械工程测试技术■非周期信号除周期信号以外的确定性信号称为非周期信号。●准周期信号由有限个频率比为无理数的正弦信号叠加而成的信号。例如：x(t)=sin2t+sin(/2t+30°)·●瞬变信号除准周期信号以外的非周期信号称为于瞬变信号。例如：x(t)=Be-a(t≥0,α>0)2.非确定性信号（随机信号）不能用确定数学函数表示其随时间变化规律的信号称为非确定性信号，也称为随机信号或随机过程。（简要介绍其特点）1.1.3信号的描述与分析方法时域描述与分析一一反映信号的特征随时间变化的历程。幅值域描述与分析一一反映信号中与信号幅值有关的各种信息。频域描述一一反映信号的频率构成，即组成信号的谐波的幅值、初相位与谐波频率之间的关系。信号的频域描述（频谱）是研究测试系统的动态特性、提取信号中有用信息的最重要的技术基础。（通过白光的光谱以及方波频谱图做进一步的说明）7/8《机械工程测试技术》第01讲

机械工程测试技术 《机械工程测试技术》第 01 讲 7 / 8 ■ 非周期信号 除周期信号以外的确定性信号称为非周期信号。 ● 准周期信号 由有限个频率比为无理数的正弦信号叠加而成的信号。 例如： ( ) sin 2 sin( 2 30 ) 0 x t = t + t + ● 瞬变信号 除准周期信号以外的非周期信号称为于瞬变信号。 例如： ( ) = (  0,  0) −    x t e t t 2. 非确定性信号（随机信号） 不能用确定数学函数表示其随时间变化规律的信号称为非确定性信号，也称为随机信号 或随机过程。 （简要介绍其特点） 1.1.3 信号的描述与分析方法 时域描述与分析——反映信号的特征随时间变化的历程。 幅值域描述与分析——反映信号中与信号幅值有关的各种信息。 频域描述——反映信号的频率构成，即组成信号的谐波的幅值、初相位与谐波频率之 间的关系。 信号的频域描述（频谱）是研究测试系统的动态特性、提取信号中有用信息的最重要 的技术基础。 （通过白光的光谱以及方波频谱图做进一步的说明）

机械工程测试技术XAA(a）（相周期方波的描述（时域描述与频域描述之间的关系）《机械工程测试技术》第01讲8/8

机械工程测试技术 《机械工程测试技术》第 01 讲 8 / 8 周期方波的描述（时域描述与频域描述之间的关系）