材料成型測試與控制技術總結
1.訊號及其描述
1.1訊號的分類與描述
1）根據訊號和時間變數是否連續可將訊號分為兩類（連續時間訊號、離散時間訊號）
模擬訊號：時間和幅值均為連續的（在所在時間區間，訊號值）是確定的）
數碼訊號：時間和幅值均為離散的（在幅值、時間的某些點有值，其餘未知
3）按訊號的變化規律分：
確定性訊號：可用明確的數學關係式來描述，可知其過去，現在及將來的變化。（週期訊號，非週期訊號）
隨機訊號：無法用明確的數學關係式來描述，具有不確定性和事先不可預知性。
1.2確定性訊號及其描述（計算題）
1.2.1週期訊號
1）時域描述
2）頻域描述（傅利葉級數展開） 三角函式形式、復指數形式
3）週期訊號的頻譜（重點）
週期訊號頻譜特點
①離散性：每條譜線代表乙個頻率分量；
②諧波性：譜線出現在基波的整數信頻率上
③收斂性：諧波次數越高，諧波分量越小。
訊號的頻帶指訊號包含頻率成份的範圍。
4）週期訊號的強度表述
週期訊號的強度：峰值、絕對均值、有效值、平均功率等。
通常測試儀表的刻度過程相當於把檢波電路輸出和簡諧訊號有效值的關係「固化」在電壓表中，非簡諧訊號因波形不同，這種關係已改變，從而造成電壓表在測量復雜訊號有效值時的系統誤差，應根據檢波電路和波形來修正有效值的讀數。
1.2.2非週期訊號
1）準週期訊號：由一系列頻率比為無理數的正弦波組成，其頻率譜為離散的，但不滿足諧波性。
2）瞬變非週期訊號與連續頻譜：
瞬變非週期訊號常見的有矩形脈衝訊號、指數脈衝訊號、衰減振盪和單位脈衝。
3）（簡答）將週期函式的復指數形式的傅利葉級數展開與非週期函式的傅利葉變換相比較，看出兩點不同：
①週期函式中所包含的頻率成分，是基頻ω0的整倍數。而非週期函式中包含了一系列從0到無窮大的所有頻率成分，ω是連續變數。
②週期函式的傅利葉係數cn反映的是對應頻率成分幅值的大小，而非週期函式的傅利葉變換x(ω)反映的是單位頻率寬度上的振幅。所以又稱 x(ω)為頻譜密度函式。
4）傅利葉變換的主要性質：（重點計算:傅利葉變換）
①對稱性②時間尺度改變特性③時移和頻移④卷積特性⑤微分和積分特性
1.2.3幾種典型訊號的頻譜
矩形窗函式的頻譜、正弦函式的頻譜、週期單位脈衝序列的頻譜
週期訊號通過傅利葉級數展開進行分析，具有離散頻譜；非週期瞬變訊號通過傅利葉變換得到連續的頻譜密度，反映訊號是由各種頻率的正余弦函式連續疊加而成。
1.3隨機訊號
1.3.1概述
隨機訊號是不能用確定的數學關係式來描述的，不能**其未來任何瞬時值，任何一次觀測值只代表在其變動範圍中可能產生的結果之一，但其值的變動服從統計規律。
樣本函式：按時間歷程所作的各次長時間觀測記錄
樣本記錄：樣本函式在有限時間區間上的部分
隨機過程：全部樣本函式的集合
自相關函式：和兩時刻瞬時值乘積的總合平均。
一般情況下：隨時間的改變而變化，成為非平穩隨機過程；若不隨時間的改變而變化，成為平穩隨機過程。
如果所有樣本函式在固定時刻的統計特性與單一樣本在長時間的統計特性是一致的，稱這類隨機過程為各態歷經過程。
描述隨機過程必須採用統計平均方法，有關的統計特徵引數或函式有：
（掌握）幅值域：平均值、方差、均方值、概率密度函式、聯合概率密度函式等；
時間域：自相關函式、互相關函式等；
頻率域：自（功率）譜密度函式、互（功率）譜密度函式、相干函式等。
1.3.2 隨機訊號的主要特徵引數
①平均值（直流分量）：
②方差（波動程度）：
③均方值（均方值）：
上述特徵引數相互關係：
④概率密度函式：訊號幅值落在指定區間內的概率。
概率密度函式提供了隨機訊號分布的資訊，不同隨機訊號有不同的概率密度函式圖形，可藉此來識別訊號的性質。
概率密度函式描述隨機訊號在工程上具有重要實用價值：
給出了隨機訊號在幅值域上的概率統計分布規律；
可用來判斷被測訊號的性質。
2.測試裝置的基本特性
2.1概述
測量系統（裝置）實際上是乙個資訊通道。理想的測量系統應該準確地真實地反映和傳送所需要的訊號而將那些無關的虛假的訊號（干擾）抑止掉。
訊號與系統有著十分密切的關係，為了真實地傳輸訊號，系統必須具備一些必要的特性，通常用靜態特性和動態特性來描述。
系統的特性是指系統的輸出和輸入的關係。
2.1.1對測試裝置的基本要求：
系統分析中的三類問題：系統辨識、反求、**。
輸出與輸入成線性關係為最佳。
2.1.2線性系統及其主要性質
系統輸入x(t)和輸出y(t)間的關係可以用常係數線性微分方程來描述：
則稱系統為時不變線性系統（定常線性系統）。
線性系統性質：疊加性、比例性、微分性、積分性、頻率保持性
2.1.3有關測試和測試裝置的若干術語
1）測量、計量和測試
測量：確定被測量物件量值為目的全部操作。
計量：實現單位統
一、量值準確可靠的測量。
測試：具有試驗性質的測量。
2）測量裝置的誤差和準確度
誤差：測量裝置的示值和被測量的真值之間的差值。
約定真值：實際值、修正過的算術平均值、計量標準器所復現的量值
準確度：測量裝置給出接近於被測量真值的示值的能力。
引用誤差：測量裝置的示值絕對誤差與引用值之比。
測量裝置的準確度等級：用以表示裝置在符合一定計量要求下，能保持誤差在規定極限範圍內。（用引用誤差形式表示其準確度）
精密度：測定值的分散程度，以隨機誤差分布範圍或標準差表示。
準確度：測定值的算術平均值偏離真值的程度，以系統誤差大小來評定。
精確度：對裝置的隨機、系統誤差的綜合評定。
3）量程、測量範圍
量程：示值範圍上、下限之差的模
測量範圍：誤差處於允許極限內所能測量的被測量值的範圍。
4）訊雜比
訊雜比：訊號功率與干擾（雜訊）功率之比。
2.1.4測量裝置的特性
反映輸入訊號通過測量裝置產生的輸出訊號之間的聯絡特性——測量裝置特性。包括靜態特性和動態特性。
2.2測量裝置的靜態特性
靜態特性反映的是當訊號為定值或變化緩慢時，系統的輸出與輸入的關係。
2.2.1線性度
線性度：輸出、輸入訊號之間保持常值比例關係的程度。
靜態特性曲線：在靜態校準情況下由實測來確定輸出輸入關係，稱為靜態校準曲線。
線性誤差：校準曲線與擬合直線的偏離程度
2.2.2 靈敏度、鑑別力閥、分辨力
靈敏度、鑑別力閥用以描述裝置對被測量變化的反應能力。
靈敏度：輸出發生變化量與輸入變化量之比
鑑別力閥：引起輸出值生產乙個可察覺的最小被測量變化值。
分辨力：裝置有效辨別緊密相鄰值的能力。
2.2.4 穩定度和漂移
穩定度：裝置在規定條件下保持測量特性恆定不變的能力。
漂移：測量裝置的測量特性隨時間的緩慢變化
2.3 測試裝置動態特性的數學描述
動態特性是當輸入訊號隨時間發生變化時，輸出訊號輸入訊號之間的關係，通常用微分方程來描述。
2.3.1傳遞函式
拉氏變換
（簡答）傳遞函式的特點：
與輸入及系統的初始條件無關，只表達傳輸特性。
只反映系統傳輸特性，不拘泥於系統的物理結構。
傳遞函式將因具體物理系統、輸入、輸出的量綱而有所變化。
h(s)中分母決定於系統結構，分子與系統外界聯絡有關
2.3.2頻率響應函式（重點）
頻率響應函式是在頻率域中描述和考察系統特性。
1）幅頻特性、相頻特性和頻率響應函式
根據系統的保頻特性
若則依次用不同頻率的簡諧訊號去激勵被測系統，同時測出激勵和系統的穩態輸出的幅值、相位，得到幅值比ai、相位差φi。
其中和是的函式。系統的幅頻特性，相頻特性，統稱為系統的頻率特性。
定義—頻率響應函式
2）頻率響應函式的求法
①通過傳遞函式求取頻率響應函式
已知：，令便求得頻率響應函式。即
②分別對時域輸入訊號和輸出訊號進行傅氏變換，得到，得
③通過試驗方法求取頻率響應函式。
2.3.3脈衝響應函式
設—系統脈衝響應函式（權函式）。
系統特性在時域可用脈衝響應函式來描述，頻率域可用頻率響應函式來描述，複數域可用傳遞函式來描述。
拉氏變換
傅氏變換
2.3.4環節的串聯和併聯
兩環節串聯時：
n個環節串聯系統頻率響應函式為：
頻率響應函式，幅頻，相頻
兩環節併聯時：
併聯系統頻率響應函式：
任何分母中s高於3次（n>3）的高階系統總是可以看成若干個一階環節和二階環節的併聯。因此了解
一、二階環節的傳輸特性，是分析了解高階、複雜系統傳輸特性的基礎。
2.3.5一階、二階系統的特性
2.4測試裝置對任意輸入的響應
2.4.1系統對任意輸入的響應
系統的輸出就是輸入與系統脈衝響應函式的卷積——系統輸入—輸出關係的最基本的表示式。
2.4.2系統對單位階躍函式的響應
單位階躍訊號
一階系統對單位階躍輸入的響應為：
2.5實現不失真測試的條件
1）（簡答）設測試系統的輸出y(t)與輸入x(t)滿足關係 y(t)=a0x(t-t0)，該系統的輸出波形與輸入訊號的波形精確地一致，只是幅值放大了a0倍，在時間上延遲了t0而已。這種情況下，認為測試系統具有不失真的特性。
不失真測試系統條件的幅頻特性和相頻特性應分別滿足：
2）（簡答）完全理想地實現不失真測試比較困難，人們只能努力把波形失真限制在一定誤差範圍內。主要措施：
1）選用合適的測試裝置；
2）應對輸入訊號做必要的前期處理，以免某些頻率位於測試裝置共振區的雜訊進入，使訊雜比變差。
3.常用的感測器（工作原理）
3.1概述
（名詞解釋）感測器：直接作用於被測量，能按一定規律將其轉換成同種或別種量輸出的器件。
目前，感測器轉換後的訊號大多為電訊號。因而從狹義上講，感測器是把外界輸入的非電訊號轉換成電訊號的裝置。
3.2電阻式感測器（掌握）
電阻式感測器是把被測量轉換為電阻變化的一種感測器。有變阻器式、電阻應變式、熱敏式、光敏式、電敏式等。
1）電阻應變式感測器
電阻應變片工作原理是基於金屬導體的應變效應，即金屬導體在外力作用下發生機械變形時，其電阻值隨著所受機械變形(伸長或縮短)的變化而發生變化象。
原理(重點)：
應變片粘固在彈性元件或需要測量變形的物體表面，外力作用下，電阻絲隨物體一起變形，電阻發生相應變化被測量被轉化為電阻的變化。
應變片的電阻r為
任何乙個引數變換均會引起電阻變化
電子稱原理：將物品重量通過懸臂梁轉化結構變形再通過應變片轉化為電量輸出。
3.3電感式感測器（重點掌握）
電感式感測器是基於電磁感應原理，它是把被測量轉化為電感量的一種裝置。
重慶大學材料成型技術基礎 名詞解釋
名詞解釋 一 二章 緒論 鑄造成型 1縮孔 縮松 液態金屬在凝固的過程中，由於液態收縮和凝固收縮，因而在鑄件最後凝固部位出現大而集中的孔洞，這種孔洞稱為縮孔，細小而分散的孔洞稱為縮松。2順序凝固 指採用各種措施保證鑄件結構各部分，從遠離冒口部分到冒口之間建立乙個逐漸遞增的溫度梯度，實現由遠離冒口的部...
重慶大學機械工程測試技術習題答案
第二章習題解答 2 1 什麼是訊號？訊號處理的目的是什麼？2 2 訊號分類的方法有哪些？2 3 求正弦訊號的均方值。解 也可先求概率密度函式 則 2 4 求正弦訊號的概率密度函式p x 解 代入概率密度函式公式得 2 5 求如下圖所示週期性方波的復指數形式的幅值譜和相位譜 解在x t 的乙個週期中可...
重慶大學材料力學複習試題
拉壓靜不定 如圖所示結構由剛性橫樑ad 彈性杆1和2組成，梁的一端作用鉛垂載荷f，兩彈性杆均長l，拉壓剛度為ea，試求d點的垂直位移。圖上有提示 解 在力f作用下，剛性梁ad發生微小轉動，設點b和c的鉛垂位移分別為 1和 2，則 1 2 設桿1和杆2的伸長量分別為 l1和 l2，根據節點b和c處的變...