哈工大测试技术基础实验报告

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1、实验一波形的合成与分解一、实验目的1、了解信号分析手段之一的傅里叶变换的基本思想和物理意义。2、观察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形。3、观察和分析频率、幅值相同，相位角不同的正弦波叠加的合成波形。4、通过本实验熟悉信号合成、分解的操作方法，了解信号频谱的含义。二、实验结果图1.1方波图1.2锯齿波图1.3三角波图1.4正弦整流波实验二典型信号的频谱分析一、实验目的1、在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的频谱特征，并能够从信号频谱中读取所需的信息。2、了解信号频谱的基本原理和方法，掌握用频谱分析提取测量

2、信号特征的方法。二、实验原理信号频谱分析是采用傅里叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以频率f为横坐标，X(f)的实部a(f)和虚部b(f)为纵坐标画图，称为时频—虚频谱图；以频率f为横坐标，X(f)的幅值A(f)和相位φ(f)为纵坐标画图，则称为幅值—相位谱；以f为横坐标，A(f)2为纵坐标画图，则称为功率谱。频谱是构成信号的各频率分量的集合，它完整地表示了信号的频率结构，即信号由哪些谐波组成，各谐波分量的幅值大小及初始相位，揭示了信号的频率信息。

3、三、实验结果实验结果如下图所示：图2.1白噪声信号幅值频谱特性图2.2正弦波信号幅值频谱特性图2.3方波信号幅值频谱特性图2.4三角波信号幅值频谱特性图2.5正弦波信号+白噪声信号幅值频谱特性一、思考题1、与波形分析相比，频谱分析的主要优点是什么？答：信号频谱代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。2、为何白噪声信号对信号的波形干扰很大，但对信号的频谱影响很小？答：白噪声是指在较宽的频率范围内，各等带宽的频带所含的噪声能量相等的噪声。在时域上，白噪声是完全随机的信号，叠加到波形上会把信号的波形完全搅乱

4、，所以对信号的波形干扰很大。但在整个频带上，白噪声均匀分布，所以从频谱上看，只是把有用信号的频谱抬高了一点而已。五、工程案例分析频谱分析可用于识别信号中的周期分量，是信号分析中最常用的一种手段。例如，在机床齿轮箱故障诊断中，可以通过测量齿轮箱上的振动信号，进行频谱分析，确定最大频率分量，然后根据机床转速和传动链，找出故障齿轮。实验结果如下图所示：图2.6大型空气压缩机传动装置故障诊断图分析：该系统通过所得到的频谱图，可以分析齿轮转动各轴的啮合情况，该频谱图由四种频率的简谐波叠加而成，分别反映了四对齿轮啮合处的振动情况。由频谱图可知，在第三

5、根轴处波动最大，所以第三根轴处发生故障。实验三一阶系统动态响应特性参数测定实验一、实验目的掌握用阶跃信号测量一阶系统动态特性的原理，掌握从系统响应信号中测量系统时间常数的方法。二、实验原理对温度计、低通滤波器、或忽略质量的弹簧阻尼系统，系统的输入Xi(t)和输出X0(t)可等效为一阶测试系统。当系统输入为单位阶跃时，相应的微分方程为：一阶系统的传递函数为：式中，T为一阶系统的时间常数。传感器敏感元件的响应输出滞后于物理量的变化，带来误差。这个误差可以用一阶系统的时间响应常数T来表示，T越小，系统响应越快。系统的时间响应常数可以通过测量系统

6、在单位阶跃信号输入下的响应信号来完成。对一阶系统来说，对系统输入阶跃信号，测得系统的响应信号。取系统输出值达到最终稳态值的63%所经过的时间作为时间常数。如下图所示：一阶系统的时间常数计算三、实验结果实验结果如下图所示：图3.1T=0.1s,阶跃信号激励图3.2T=0.5s,阶跃信号激励图3.3T=1s,阶跃信号激励图3.4T=0.1s,斜坡信号激励图3.5T=0.5s,斜坡信号激励图3.6T=1s,斜坡信号激励图3.7T=0.1s,脉冲信号激励图3.8T=0.5s,脉冲信号激励图3.9T=1s,脉冲信号激励实验四二阶系统动态响应特性参数

7、测定实验一、 实验目的 掌握用脉冲信号或阶跃信号测量二阶系统动态特性的原理，掌握从系统响应信号中测量系统阻尼系数和固有频率的方法。二、实验原理对机械式千分表、电感式传感器、压电式传感器等测量系统，系统的输入Xi(t)和输出X0（t)可等效为二阶测试系统。当系统输入为单位阶跃时，相应的微分方程为：二阶系统的传递函数为：式中：。对二阶系统来说，给系统输入脉冲信号或阶跃信号，测得系统的响应信号。取系统响应信号一个振荡周期的时间tb，可近似计算出系统的固有频率：取系统响应信号相邻两个振荡周期的过调量M和M1，可近似计算出系统的阻尼系数：如下图所示

8、：对系统输入输出取傅立叶变换，求出系统的传递函数曲线，也可从传递函数曲线上读出系统的阻尼和固有频率参数。三、实验结果图4.1阻尼比为0.02，固有频率为50，阶跃图4.2阻尼比为0.02，固有