8李唐军实验报告单模光纤损耗测试实验
实验八单模光纤损耗测试实验
光时域反射仪（OTDR）是一种相当复杂的仪表，它广泛地应用于实验室和现场。它所采用的测试技术也常称为后向散射测试技术。它能测试整个光纤网络链路的衰减并能提供和光纤长度有关的衰减细节；OTDR还可测试光纤线路中接头损耗并可定位故障点位置；OTDR这种后向散射测试具有非破坏性且只需在一端测试的优点。
一、实验目的
（1）掌握OTDR工作原理；
（2）熟悉OTDR测试方法。
二、实验内容
（1）利用OTDR测量一盘光纤的衰减系数和光纤总长度；
（2）测量两盘光纤连接处的接头损耗。
三、基本原理
OTDR由激光发射一束脉冲到被测光纤中。脉冲宽度可以选择，由于被测光纤链路特性及光纤本身特性反射回的信号返回OTDR。信号通过一耦合器到接收机，在那里光信号被转换为电信号。最后经分析并显示在屏幕上。
由于时间乘以光在光纤中的速度即得到距离，这样，OTDR可以显示返回的相对光功率对距离的关系。有了这个信息，就可得出有关链路的非常重要的特性。可以从OTDR得出的光路信息有：
（1）距离：链路上特征点（如接头、弯曲）的位置，链路的长度等。
（2）损耗：单个光纤接头的损耗。
（3）衰减：链路中光信号的衰减。
（4）反射：一事件的反射大小，如活动连接器。
图1为OTDR测试的一般原理。它显示了OTDR测试链路上可能出现的各类事件。
衰减及其测试方法：
光纤衰减和波长密切相关。衰减系数随波长变化的函数α(λ)被称之为损耗谱。人们最感兴趣的是工作波长下的衰减系数，如在λ=1310nm、1550nm等波长下的衰减系数。
在光纤长度Z1和Z2之间，波长为λ的损耗R (λ)可由下式定义：
)(log 10)(21dB P P R =λ
P1和P2分别表示传过光纤截面点Z1和Z2的光功率。如果P1和P2之间的距离为L ，可用下式计算出每单位距离的损耗，即衰减系数α(λ)。
)/(log 10)/(log 10)(212121Km dB P P L Km dB P P Z Z =
-=
λα
图1 用OTDR 测试的一般原理
入射到光纤的光脉冲随着在光纤中传播时被吸收和散射而被衰减。一部分散射光返回入射端。通过分析后向散射光的强度及其返回入射端的时间，可以算得光纤损耗。假设入射光脉冲宽度为T 、功率为P(0)，这束光脉冲以群速度Vg 在光纤中传播，假设耦合进光纤中的光功率为 P0 ,考虑沿光纤轴线上任一点 Z,设该点距入射端的距离为 z ,那么
该点的光功率为：
?-=z
f dx x P z p 0])(exp[)0()(α (1 ) 式中，)(x f α是光纤前向衰减系数。若光在 Z 点被散射 ,那么该点的背向散射光返回到达入射端时的光功率为：
?-=z
b s dx x z p z s z p 0])(exp[)()()(α (2 ) 式中，)(z s 是光纤在 Z 点的背向散射系数 , )(z s 具有方向性 ; )(x b α是光纤背向
衰减系数。
将 (1 )式代入 (2 )可得：
?+-=z
b f s dx x x z s P z p 0]))()((exp[)()0()(αα (3) 考虑光纤中有 2点 Z1 和 Z2 ,其距入射端的距离分别为 z1 和 z2 (z2 >z1 ),这 2点的背向散射光到达输入端时为 )(1z p s 和 )(2z p s ,则由 (3)式得
?+=21]))()((exp[)
()()()(2121z z b f s s dx x x z s z s z p z p αα （4） 对上式两边去对数得：
)
()(ln )()(ln ))()((21212
1z s z s z p z p dx x x s s z z b f -=+?αα （5） 一般认为光纤的损耗和光纤的结构参数沿轴向近似均匀 ,即认为前向衰减系数和背向衰减系数不随长度 z 而变 ,有)(z f α,)(z b α,并认为背向散射系数也不随长度而变 [即≈)(1z s )(2z s ],则 Z1 和 Z2 两点间损耗系数为：
)
()(ln 1)()(2112z p z p z z x x s s b f -=+αα (6) 由于损耗为正向和反向之和 ,因此可用α=1/2[)(z f α+)(z b α]表示 Z1 点到 Z2 点这段光纤的平均损耗系数 ,由 (6)式有：
)](ln )([ln )
(212112z p z p z z s s --=α （7） 由上式原理可通过OTDR 的测试测定一段光纤的平均损耗系数，式中的)(1z p s 、)(2z p s 的值可以从OTDR 显示屏上的连续背向散射轨迹的幅度得到 ,进而可求出平均损耗系数α。
与距离有关的信息是通过时间信息而得到的（此即光时域反射计中时域的由来），OTDR 测量发出脉冲与接收后向散射光的时间差 ,利用折射率ｎ值将这一时域信息转换成距离：
g
n ct Z 2= （8）
其中ｃ为光在真空中的速度 (3×1 0 8ｍ/ｓ)
方向耦合器：
方向耦合器就是光分路耦合器。它把一束光分裂为两路光作不同方向的耦合。光时域反射仪能在光纤的一端进行测量，就是利用了方向耦合器来实现的。这种方向耦合器要能把光分路耦合，同时还要能消除或减少前端的菲涅耳反射。最简单的方向耦合器如图2所示。它是由一块半反射镜（或者叫半反射片）和匹配液盒组成。入射光（实线）一路透过半反射片注入光纤，一路经过半反射片反射，用作入射光功率监测。背向瑞利散射光（虚线），一路透过半反射片到光源，另外一路经过半反射片反射耦合到检测器。这样就把入射光和背向散射光分离开来，光源和检测器都在光纤的同一端，测量能在同一端进行。为了减弱从光纤前端面来的反射光和杂散光的影响，可把光纤的前端面和半反片放置在盛满匹配液的盒里。
图2 半反片和匹配液盒组成的方向耦合器 这种由半反片和匹配液盒组成的方向耦合器，光路调整困难，而且要用匹配液，不适于现场应用。目前较广泛使用的是整体的方向耦合器——Y 分路器，其三端通过尾纤分别与光源A 、待测光纤B 和检测器C 直接耦合，如图3所示。
图3 熔锥型光纤耦合器
这种Y 型整体的耦合器比上述组合式插入损耗小，稳定可靠，
调节对准方便，
还有体积小、重量轻、价格低廉等特点，所以得到广泛使用。
另一种整体的方向耦合器是利用晶体双折射特性设计的。如图4所示的是利用格兰—汤姆生棱镜做成的方向耦合器。
图4 晶体型方向耦合器
如图所示，当具有两个互相垂直偏振方向的激光入射到晶体棱镜时（实线），由于入射光与光轴垂直，被分为o 光（遵守菲涅耳折射定理）和e 光（不遵守菲涅耳折射定理）。在晶体胶合面，对于o 光入射角φ大于临界角，因此o 光发生全反射，而e 光则透过树胶层注入被测光纤。
因为普通光纤不具有保偏特性，经光纤传输出来的背向散射光变成部分偏振光。背向散射光（虚线）进入棱镜，同样分为o 光和e 光，e 光透过棱镜，o 光被全反射而被检测器接收。至于前端菲涅耳反射光，因为是线偏振光e 光入射到端面，端面反射的仍然是e 光，因此沿原路透过树胶层而不能为检测器所接收。这样，采用晶体方向耦合器就完全消除了前端强烈的菲涅耳反射。
晶体方向耦合器用于OTDR ，虽然具有很好的效果，但其缺点是加工困难，价格昂贵。
反射事件与非反射事件：
图2中显示出非反射事件的例子。光纤熔接点与弯曲点会引起损耗但通常不会引起明显反射。
光纤中活接头、机械式熔接点、裂缝等将会引起损耗与反射。损耗可由后向散射的强度值之差来决定。总的反射（通常称为回损）由叠加在后向散射之上的反射幅度决定。图3显示的是两种反射事件的情况。
尾端菲涅耳反射事件
在光纤中，尾端有两种情况。
光源
（1）假如尾端为垂直切面或配了活接头（切过并已抛光），那么将有4%左右的反射光信号。通常称之为菲涅尔反射。
（2）假如尾端为断裂型，那么断点的不规则性把光线散射掉，从而不引起反射。在这种情况下，信号将从后向反射电平掉到OTDR 噪声水平下。当然，断裂断点也可能引起反射，但相比于规则断点要小得多。图6显示了尾端的这两种情况。
图5 反射事件与非反射事件
图6 尾端反射类型
动态范围:
动态范围是OTDR 主要性能指标之一，它决定光纤的最大可测量长度。OTDR 的动态范围定义为：始端后向散射电平与噪声之间的dB 差。动态范围越大，曲线线型越好，可测距离也越长。动态范围目前还没有一个统一的标准计算方法，常用的动态范围计算方法主要有以下四种：
（1）峰值法
距离(Km)
距离(Km)
抛光端点断裂端点
它是IEC（Bellcore）的标准定义，这是最保守但很有用的指标。它测到噪声的峰值。一旦后向散射电平小于噪声即认为不可见。这样动态范围实质就是始端后向散射电平与噪声峰值之间的dB差。测量条件为取OTDR最大脉冲宽度、180秒的测量时间。
（2）SNR=1法
这种动态范围是测量噪声的RMS电平，取始端后向散射电平与RMS噪声电平间的dB差。这样对于同样性能的OTDR来说，用这种指标测出的动态范围比用峰值定义IEC法所测出的动态范围高出约2.5dB。
（3）N=0.1dB定义
最实用的定义方法。取可以测量损耗为0.1dB事件时的最大允许衰减值。N=0.1dB定义值比信噪比SNR=1的RMS定义值小大约6.6dB，这意味着若OTDR 有30dB的RMS动态范围，则N=0.1dB定义的动态范围只有23.4dB，即只能在23.4dB衰减范围内测量损耗为0.1dB的事件。
（4）端探测（End detection）
光纤始端的4%菲涅耳反射峰与RMS噪声电平的dB差，此值比IEC定义值高约12dB。
上述四种动态范围定义可用图7表示。除以上四种常用的定义外，还有其它的定义方法。需要注意的是，对同样性能OTDR，不同的定义方法，动态范围值不同，在检查OTDR动态范围指标时必须清楚动态范围值是以哪种定义给出。
图7 动态范围定义方法
利用上述定义，动态范围R由光纤近端接收到的瑞利散射信号与接收机的灵敏度P n比值确定。由前面分析知，在时刻t从均匀光纤接收到的后向散射光功率Ps由下式给出：
)exp()(0t V P t P g bs s ατα-= (9)
式中P 0是注入光功率，bs α是后向散射系数，τ是光脉冲宽度，α是光纤衰减系数，V g 是群速度，则动态范围为：
]lg[5])0(lg[10021
n
bs n s P P P P R τα== (10) P s (0)是t=0时刻的后向散射光功率，后向散射系数与被测光纤有关，但对典型的单模光纤，当λ=1.3um 时，bs α=10W/s ，如：P 0=0.1mW ，P n =4nW ，则代入式（10）得R=27.5dB 。从式（10）中可以看出，增大脉冲宽度、提高入射光功率P 0和接收机的灵敏度是扩大动态范围的根本途径。
死区:
死区决定了OTDR 所能测到的最短距离及最接近距离。死区也称为“盲点”，它是由于活动接头的反射引起OTDR 接收机饱和所致。死区通常发生在OTDR 面板前的活动接头反射上，但也可在光纤的其他地方发生。美国贝尔通讯研究中心定义了两种死区。
（1）衰减死区
从反射点开始到接收机恢复到后向散射电平约0.5dB 的范围内的这段距离。也就是OTDR 能再次测试损耗和衰减的点。
（2）事件死区
从OTDR 接收到的反射点开始，到OTDR 恢复到最高反射点1.5dB 以下这段距离。在这以后才能发现是否还有地二个反射点，但还不能测试损耗和衰减。
死区也被认为是OTDR 的两点的分别率。图8显示了这两种死区定义之间的区别。
图8 死区的定义
盲区的大小与脉冲宽度、反身系数、损耗等因素有关。脉宽越短 ,盲区越小 ,但短脉冲同时又减小了动态范围 ,因此要在盲区和动态范围之间折衷选择脉宽。
分辨率 (Resolution)：
OTDR 有四种主要分辨率指标：取样分辨率、显示分辨率（又叫读出分辨率）、事件分辨率和距离分辨率。
取样分辨率是两取样点之间最小距离，此指标决定了OTDR 定位事件的能力。取样分辨率与脉宽和距离范围大小的选取有关。
显示分辨率是仪器可显示的最小值。OTDR 通过微处理系统将每个取样间隔细分，使光标可在取样间隔内移动，光标移动的最短距离为水平显示分辨率、所显示的最小衰减量垂直显示分辨率。
事件分辨率是指OTDR 对被测链路中事件点的分辨门限，也就是事件域值（探测阈），OTDR 把小于这个阈值的事件变化当作曲线中斜率均匀变化点来处理。事件分辨率由光电二极管的分辨阈决定，根据两接近的功率电平，指定可被测量的最小衰减。
距离分辨率指仪器所能分辨的两个相邻事件点间的最短距离，此指标类似与事件盲区，与脉宽、折射率参数有关。用OTDR 测量光纤中任意两点的距离，可表示如下：
)(2112t t n
c L -= （11） C 是真空中光速，n 是光纤折射率。1t 、2t 是光脉冲到达被测点的时间，当τ=-)(12t t 时，式（11）变为：
τn
c L 21= （12） 式（12）即为OTDR 空间分别率表达式，由式（12）可知，OTDR 动态范围与分别率之间存在着矛盾，测量距离越长，分别率越低。
精度：
精度是OTDR 的测量值与参考值的接近程度，包括衰减精度和距离精度。衰减精度主要是由光电二极管的线性度决定的，目前大多数OTDR 的线性度可达
0.02dB/dB。距离精度依赖于折射率误差、时基误差（10-4 ~ 10-5范围内变动）以及取样分辨率，在不考虑折射率误差时，距离精度可用下式表达：
距离精度= ±1ｍ±5×10 - 5×距离±取样分辨率
鬼影：
在OTDR曲线上的尖峰有时并不是有真正的连接器或断点引起的菲涅耳反射峰，而是由于离入射端较近且强的反射引起的回音，这种尖峰被称为鬼影。如图7所示，入射光脉冲在两个连接器1、2之间来回反射，使得在OTDR曲线的G1处产生一个尖峰（鬼影），图7中尾端强反射还可以引起鬼影G2。
有两个特征可用于识别鬼影：
（1）曲线上鬼影处未引起明显损耗；
（2）沿曲线鬼影与始端的距离是强反射事件与始端距离的倍数。
可通过以下方法消除鬼影：在强反射处使用折射率匹配液以减小反射、选择短脉冲宽度以减小注入功率、在强反射之前的光纤中增加衰减。如果引起鬼影的事件位于光纤尾端，可将光纤绕在合适的工具（如铅笔）几圈以衰减反射回始端的光而得到消除鬼影的目的。
图9 鬼影的形成
瑞利散射和菲涅耳反射信号：
瑞利散射是由于光纤材料密度起伏或组分不均匀，其分子（散射粒子）的线度比光波波长小，即2πα/λ<1时引起的。这里α使散射粒子的半径，λ是光波波长。如果2πα/λ>2时则引起漫散射，漫散射是较大的悬浮粒子（如杂质、气泡）的散射。
瑞利散射是分子弹性散射的一种，光与物质分子不发生能量交换；散射波的
频率（波长）与入射波的频率（波长）相同；散射的强度与入射光波波长的四次方成反比，即：
41λ∝R I
根据理论的分析研究，无论是多模光纤或单模光纤都可得到同样的结果，从光纤Z 点来的背向瑞利散射功率为：
]2exp[01)(z P c S P s z bs ατα-= （13）
式中：
是距光纤注入端的距离
是光在光纤中的传播速度 是在时间t=0时光纤注入端（z=0）的脉冲功率 是脉冲宽度；l p 为脉宽空间 是瑞利散射衰减系数； PTS 为总的瑞利散射功率 是光纤的衰减系数 是背向瑞利散射功率与总瑞利散射功率之比，称为背向散射系数。 对于多模阶跃光纤
21)(83n NA S s =；对于多模渐变光纤21)(41n NA S G =；而对于单模光纤而言21220)()/(2/3n NA V a w S sm =
。将单模光纤归一化频率4.25.1≤≤V 和归一化
光斑尺寸62/30879.2619.165.0/--++=V V a w 带入可得：
2
121)(24.0)(21.0n NA S n NA sm ≤≤ （14）
比较公式，多模阶跃光纤、多模渐变光纤以及单模光纤的背向散射系数S 似乎相同的。实际上，一般单模光纤的数值孔径NA 约小7dB ，而且单模光纤的光耦合效率比多模光纤的几乎小3~8dB 。因此在同样的光源功率下，单模光纤中背向散射功率比多模光纤中的小10~15dB 。
S
l P P c l P c ct z p TS s p
αατ2//2/00===
设光纤Z 处的功率反射系数为R ，则自Z 点来的菲涅耳反射功率Pr 为：
]2exp[
0)(z RP P z r α-= （15） 则背向瑞利散射功率和菲涅耳反射功率之比为：
R c S P P s r bs 2τα= （16）
光纤理想断面的反射系数R=0.04，如果αs=2.3?10-4/m ，ι=200ns ，C=2?108m/s 。在这种条件下可以算得光纤中背向瑞利散射功率比菲涅耳反射功率低30~40dB ，即背向瑞利散射功率比传输功率低45~55dB 。
这就是说，背向瑞利散射功率很弱，再加上光路系统的耦合损耗，接收到的散射信号就更弱，常常被背景噪声和光电转换电路、放大电路产生的噪声所淹没。因此要把淹没在噪声中微弱信号检测出来，就需要对接收信号进行必要的处理。
从前面的数值分析可知，光纤背向散射信号很微弱，比入射光功率低数十分贝，并常常被噪声所淹没。要把携带衰减信息且被噪声所淹没的背向散射信号精确地检测出来，普通的测量仪器是办不到的，必须对信号进行处理以改善信噪比（SNR ）。在OTDR 中主要用到的数字处理技术就是取样积分和数字平均技术。
取样积分器：
取样积分器或者叫做BOXCAR 平均器，是检测微弱信号的有力工具。它要求被检测的信号是周期信号。简单的说，就是将淹没在噪声中的周期信号通过取样方式进行离散化处理，然后送入积分器进行积累、平均和保持，由于信号和取样脉冲之间具有相关性，而噪声是随机的，因此，经过一定时间的迭加平均后，噪声的平均值越来越小，而周期信号却得到指数率的增长，所以信噪比得到改善，使得微弱信号能够从噪声中检测出来。
图10 取样积分器原理图
信号同步触发脉冲延迟触发脉冲
U i o (t)
取样积分器的原理如图所示。当延迟触发脉冲经门控电路使取样门在信号波形M 点到来的时刻打开一个极短时间，这时M 点的幅值通过取样门被取样。经过多次取样后，M 点信号变为一系列矩形波串送入积分器积累。
如果信号淹没在噪声中，噪声也同时被取样和积分。设信号电平为S i ，噪声信号为N i ，由于信号是相关的，经过n 次取样积分，信号输出为i o S k n S ??=（k 为积分系数）。但噪声是随机量，经过n 次取样，其积累迭加是统计平均的结果，所以噪声输出值i o N k n N ??=。因此，信号和噪声经过n 次取样积分后输出信噪比为：
i
i o o N S n N S = （17） 这就是同步积累的n 法则。表明取样积分器的信噪比改善度（SNIR ）为n 。其物理意义在于噪声是随机的，当n 很大时，噪声的平均值趋于零，而周期性的信号却可不断地积累，所以信噪比得以提高。
四、 实验步骤
（1） 把两盘单模光纤连接用活动连接器连接在一起，再接到OTDR 仪器
上。
（2） 打开仪器开关，激光脉冲耦合进光纤。
（2）调整光源，使之发出中心波长为1.31μm ，脉冲宽度为200ns 的激光脉冲，计下当前的损耗图。
（3）改变光源参数，使之发出中心波长为1.55μm, 脉冲宽度为200ns 的激光脉冲，再计下损耗图。
（4）分析结果，并比较。
五、 思考题
（1）简述OTDR 的工作原理。
（2）什么是衰减死区？什么是事件死区？
（3）OTDR 测量曲线上的鬼影是怎么回事？
（4）OTDR 的动态范围是怎么定义的？ 与哪些因素有关？
随机信号分析实验报告
一、实验名称 微弱信号的检测提取及分析方法 二、实验目的 1．了解随机信号分析理论如何在实践中应用 2．了解随机信号自身的特性，包括均值、方差、相关函数、频谱及功率谱密度等 3．掌握随机信号的检测及分析方法 三、实验原理 1．随机信号的分析方法 在信号与系统中，我们把信号分为确知信号和随机信号。其中随机信号无确定的变化规律，需要用统计特新进行分析。这里我们引入随机过程的概念，所谓随机过程就是随机变量的集合，每个随机变量都是随机过程的一个取样序列。 随机过程的统计特性一般采用随机过程的分布函数和概率密度来描述，他们能够对随机过程作完整的描述。但由于在实践中难以求得，在工程技术中，一般采用描述随机过程的主要平均统计特性的几个函数，包括均值、方差、相关函数、频谱及功率谱密度等来描述它们。本实验中算法都是一种估算法，条件是N要足够大。 2．微弱随机信号的检测及提取方法 因为噪声总会影响信号检测的结果，所以信号检测是信号处理的重要内容之一，低信噪比下的信号检测是目前检测领域的热点，而强噪声背景下的微弱信号提取又是信号检测的难点。 噪声主要来自于检测系统本身的电子电路和系统外空间高频电磁场干扰等，通常从以下两种不同途径来解决 ①降低系统的噪声，使被测信号功率大于噪声功率。 ②采用相关接受技术，可以保证在信号功率小于噪声功率的情况下，人能检测出信号。 对微弱信号的检测与提取有很多方法，常用的方法有：自相关检测法、多重自相法、双谱估计理论及算法、时域方法、小波算法等。 对微弱信号检测与提取有很多方法，本实验采用多重自相关法。 多重自相关法是在传统自相关检测法的基础上，对信号的自相关函数再多次做自相关。即令： 式中，是和的叠加；是和的叠加。对比两式，尽管两者信号的幅度和相位不同，但频率却没有变化。信号经过相关运算后增加了信噪比，但其改变程度是有限的，因而限制了检测微弱信号的能力。多重相关法将 当作x（t），重复自相关函数检测方法步骤，自相关的次数越多，信噪比提高的越多，因此可检测出强噪声中的微弱信号。
氢氧燃料电池性能测试实验报告
氢氧燃料电池性能测试 实验报告 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
氢氧燃料电池性能测 试实验报告 学号： 姓名：冯铖炼 指导老师：索艳格 一、实验目的 1.了解燃料电池工作原理 2.通过记录电池的放电特性，熟悉燃料电池极化特性 3.研究燃料电池功率和放电电流、燃料浓度的关系 4.熟悉电子负载、直流电源的操作 二、工作原理 氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂，氧气作氧化剂氢氧燃料电池，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池，与原电池的工作原理相同。 氢氧燃料电池工作时，向氢电极供应氢气，同时向氧电极供应氧气。氢、氧气在电极上的催化剂作用下，通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电，在氧电极上由于缺少电子而带正电。接通电路后，这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。
工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。 氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的装置氢氧燃料电池的反应物都在电池外部它只是提供一个反应的容器 氢气和氧气都可以由电池外提供燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锌锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给反应物质——燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。 具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，2013年正发展为直接使用固体的电解质。 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气，起作用的成分为氧气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。当氢离子进入电解液中，而电子就沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。此过程水可以得到重复利用，发电原理与可夜间使用的太阳能电池有异曲同工之妙。 燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。 利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种"发电机"。 一般来讲，书写燃料电池的化学反应方程式，需要高度注意电解质的酸碱性。在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种： 若电解质溶液是碱、盐溶液则
中南大学机械工程技术测试技术实验报告
机械工程测试技术基础 实 验 报 告 姓名：*** 班级：***** 学号：******** 时间：2018-5-12
实验一金属箔式应变片――全桥性能实验 一、实验目的 了解全桥测量电路的优点。 二、实验仪器 应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表 三、实验原理 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。 图1-1
图1-2全桥面板接线图 通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示,全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出 Uo= E（1-1） E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值， 四、实验内容与步骤 1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。 2．差动放大器调零。从主控台接入±15V 电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui 短接并与地短接，输出端Uo2 接数显电压表（选择2V 档）。将电位器Rw4 调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw3 使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw3、Rw4 的位置确定后不能改动）。3．按图3-1 接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。 4．加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节Rw1 使电压表显示为零。
广东工业大学《测试技术与信号分析》测试实验报告
测试技术与信号处理实验报告 机械转子底座的振动测量和分析 一、实验目的 1．掌握磁电式速度传感器的工作原理、特点和应用。
2．掌握振动的测量和数据分析。 二、实验内容和要求 先利用光电式转速传感器测量出电机的转速；然后利用磁电式速度传感器测量机械转子底座在该电机转速下的振动速度；对测量出的振动速度信号进行频谱分析；找出振动信号的主频与电机转速之间的关系。 三、实验步骤 1．启动实验程序“机械转子系统的振动测量.exe”; 输入个人信息，也可以启动之后通过单击“修改”按钮修改个人信息。 2．单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接磁电速度传感器的采样通道号，批量采样频率（建议设为10KHz）、批量采样点数（建议设为10000）。 3．打开转子电机的电源，单击“单点采样”。 4．旋转调节旋钮改变转子的转速,观察图形区显示的磁电速度传感器采集到的转子底座振动信号；如果振动信号比较小，可适当提高转子的转速。 5．转子转速的测量： (1) 单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接光电转速传感器的 采样通道号、批量采样频率（建议值为10KHz）、批量采样点 数（建议值为10000）。 (2) 单击“批量采样”按钮，开始采样；采样完成之后，采集到 的波形信号会显示在图形窗口，系统会自动计算出转子的速度
并显示出来。记录下此时的转子的转速（单位：r/s）。 (3) 再重复步骤(2)测量2次。以三次测量的平均值作为此时转子 的转速。 转速的测量结果 单点采样采集通道6,测量3组数据 6．振动信号的测量和频谱分析： (1) 单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接磁电速度传感器的 采样通道号、批量采样频率（建议设为10KHz）、批量采样点 数（建议设为10000）。 (2) 单击“批量采样”按钮，开始采样；采样完成之后，采集到 的波形信号会显示在图形窗口。如果信号不正常，重复点击“批 量采样”按钮 (3) 单击“保存”按钮，将采集到的磁电传感器的信号数据保存 为文本文件。文件必须保存到“C:\ExperiData\”目录下。可单 击“保存设置”更改文件名。 (4) 打开刚保存的文本文件，文件前面几行保存了个人信息、采 样频率、采样通道、保存的数据个数等信息。文件中共有四列 数据，第一列为数据的序号，第二列为磁电传感器检测到的数 据。
北理工随机信号分析实验报告
本科实验报告实验名称：随机信号分析实验
实验一 随机序列的产生及数字特征估计 一、实验目的 1、学习和掌握随机数的产生方法。 2、实现随机序列的数字特征估计。 二、实验原理 1、随机数的产生 随机数指的是各种不同分布随机变量的抽样序列（样本值序列）。进行随机信号仿真分析时，需要模拟产生各种分布的随机数。 在计算机仿真时，通常利用数学方法产生随机数，这种随机数称为伪随机数。伪随机数是按照一定的计算公式产生的，这个公式称为随机数发生器。伪随机数本质上不是随机的，而且存在周期性，但是如果计算公式选择适当，所产生的数据看似随机的，与真正的随机数具有相近的统计特性，可以作为随机数使用。 (0，1)均匀分布随机数是最最基本、最简单的随机数。(0，1)均匀分布指的是在[0，1]区间上的均匀分布，即 U(0，1)。实际应用中有许多现成的随机数发生器可以用于产生(0，1)均匀分布随机数，通常采用的方法为线性同余法，公式如下： )(m od ,110N ky y y n n -= N y x n n /= 序列{}n x 为产生的(0，1)均匀分布随机数。 下面给出了上式的3组常用参数： 1、10 N 10,k 7==，周期7 510≈?； 2、（IBM 随机数发生器）31 16 N 2,k 23,==+周期8 510≈?； 3、（ran0）31 5 N 21,k 7,=-=周期9 210≈?； 由均匀分布随机数，可以利用反函数构造出任意分布的随机数。 定理 1.1 若随机变量 X 具有连续分布函数F X (x)，而R 为(0,1)均匀分布随机变量，则有 )(1R F X x -= 由这一定理可知，分布函数为F X (x)的随机数可以由(0,1)均匀分布随机数按上式进行变
性能测试工具LoadRunner实验报告
性能测试工具LoadRunner实验报告 一、概要介绍 1.1 软件性能介绍 1.1.1 软件性能的理解 性能是一种指标，表明软件系统或构件对于其及时性要求的符合程度;同时也是产品的特性，可以用时间来进行度量。 表现为:对用户操作的响应时间;系统可扩展性;并发能力;持续稳定运行等。1.1.2 软件性能的主要技术指标 响应时间:响应时间=呈现时间+系统响应时间 吞吐量:单位时间内系统处理的客户请求数量。(请求数/秒，页面数/秒，访问人数/秒) 并发用户数:业务并发用户数; [注意]系统用户数:系统的用户总数;同时在线用户人数:使用系统过程中同时在线人数达到的最高峰值。 1.2 LoadRunner介绍 LoadRunner是Mercury Interactive的一款性能测试工具，也是目前应用最为广泛的性能测试工具之一。该工具通过模拟上千万用户实施并发负载，实时性能监控的系统行为和性能方式来确认和查找问题。 1.2.1 LoadRunner工具组成 虚拟用户脚本生成器:捕获最终用户业务流程和创建自动性能测试脚本，即我们在以后说的产生测试脚本; 压力产生器:通过运行虚拟用户产生实际的负载; 用户代理:协调不同负载机上虚拟用户，产生步调一致的虚拟用户; 压力调度:根据用户对场景的设置，设置不同脚本的虚拟用户数量;
监视系统:监控主要的性能计数器; 压力结果分析工具:本身不能代替分析人员，但是可以辅助测试结果的分析。 1.2.2 LoadRunner工具原理 代理(Proxy)是客户端和服务器端之间的中介人，LoadRunner就是通过代理方式截获客户端和服务器之间交互的数据流。 1)虚拟用户脚本生成器通过代理方式接收客户端发送的数据包，记录并将其转发给服务器端;接收到从服务器端返回的数据流，记录并返回给客户端。 这样服务器端和客户端都以为在一个真实运行环境中，虚拟脚本生成器能通过这种方式截获数据流;虚拟用户脚本生成器在截获数据流后对其进行了协议层上的处理，最终用脚本函数将数据流交互过程体现为我们容易看懂的脚本语句。 2)压力生成器则是根据脚本内容，产生实际的负载，扮演产生负载的角色。 3)用户代理是运行在负载机上的进程，该进程与产生负载压力的进程或是线程协作，接受调度系统的命令，调度产生负载压力的进程或线程。 4)压力调度是根据用户的场景要求，设置各种不同脚本的虚拟用户数量，设置同步点等。 5)监控系统则可以对数据库、应用服务器、服务器的主要性能计数器进行监控。 6)压力结果分析工具是辅助测试结果分析。 二、LoadRunner测试过程 2.1 计划测试 定义性能测试要求，例如并发用户的数量、典型业务流程和所需响应时间等。 2.2 创建Vuser脚本 将最终用户活动捕获(录制、编写)到脚本中，并对脚本进行修改，调试等。协议类型:取决于服务器端和客户端之间的通信协议;
PC性能评测实验报告
计算机体系结构课程实验报告 PC性能测试实验报告 学号： 姓名：张俊阳 班级：计科1302 题目1：PC性能测试软件 请在网上搜索并下载一个PC机性能评测软件（比如：可在百度上输入“PC 性能benchmark”，进行搜索并下载，安装），并对你自己的电脑和机房电脑的性能进行测试。并加以比较。 实验过程及结果： 我的电脑：
机房电脑：
综上分析：分析pcbenchmark所得数据为电脑的current performance与其potential performance的比值，值大表明计算机目前运行良好，性能好，由测试结果数据可得比较出机房的电脑当前运行的性能更好。分析鲁大师性能测试结果：我的电脑得分148588机房电脑得分71298，通过分析我们可以得出CPU占总得分的比重最大，表明了其对计算机性能的影响是最大的，其次显卡性能和内存性能也很关键，另外机房的电脑显卡性能较弱，所以拉低了整体得分，我的电脑各项得分均超过机房电脑，可以得出我的电脑性能更好的结论。 题目2：toy benchmark的编写并测试 可用C语言编写一个程序（10-100行语句），该程序包括两个部分，一个部分主要执行整数操作，另一个部分主要执行浮点操作，两个部分执行的频率（频率整数，频率浮点）可调整。请在你的计算机或者在机房计算机上，以（，），（，），（，）的频率运行你编写的程序，并算出三种情况下的加权平均运行时间。 实验过程及结果： #include<> #include<> int main() {
int x, y, a; double b; clock_t start, end; printf("请输入整数运算与浮点数运算次数（单位亿次）\n"); scanf("%d%d", &x, &y); /*控制运行频率*/ start = clock(); for (int i = 0; i 测控1005班齐伟0121004931725 （18号）实验一差分方程、卷积、z变换 一、实验目的 通过该实验熟悉 matlab软件的基本操作指令，掌握matlab软件的使用方法，掌握数字信号处理中的基本原理、方法以及matlab函数的调用。 二、实验设备 1、微型计算机1台； 2、matlab软件1套 三、实验原理 Matlab 软件是由mathworks公司于1984年推出的一套科学计算软件，分为总包和若干个工具箱，其中包含用于信号分析与处理的sptool工具箱和用于滤波器设计的fdatool工具箱。它具有强大的矩阵计算和数据可视化能力，是广泛应用于信号分析与处理中的功能强大且使用简单方便的成熟软件。Matlab软件中已有大量的关于数字信号处理的运算函数可供调用，本实验主要是针对数字信号处理中的差分方程、卷积、z变换等基本运算的matlab函数的熟悉和应用。 差分方程（difference equation)可用来描述线性时不变、因果数字滤波器。用x表示滤波器的输入，用y表示滤波器的输出。 a0y[n]+a1y[n-1]+…+a N y[n-N]=b0x[n]+b1x[n-1]+…+b M x[n-M] (1) ak,bk 为权系数，称为滤波器系数。 N为所需过去输出的个数，M 为所需输入的个数卷积是滤波器另一种实现方法。 y[n]= ∑x[k] h[n-k] = x[n]*h[n] (2) 等式定义了数字卷积，*是卷积运算符。输出y[n] 取决于输入x[n] 和系统的脉冲响应h[n]。 传输函数H(z)是滤波器的第三种实现方法。 H(z)=输出/输入= Y(z)/X(z) （3）即分别对滤波器的输入和输出信号求z变换，二者的比值就是数字滤波器的传输函数。 序列x[n]的z变换定义为 X (z)=∑x[n]z-n (4) 把序列x[n] 的z 变换记为Z{x[n]} = X(z)。 《随机信号分析》实验报告二 班级： 学号： 姓名： 实验二高斯噪声的产生和性能测试 １．实验目的 （1）掌握加入高斯噪声的随机混合信号的分析方法。 （2）研究随机过程的均值、相关函数、协方差函数和方差。 ⒉实验原理 （1）利用随机过程的积分统计特性，给出随机过程的均值、相关函数、协方差函数和方差。 （2）随机信号均值、方差、相关函数的计算公式，以及相应的图形。 ⒊实验报告要求 （1）简述实验目的及实验原理。 （2）采用幅度为1，频率为25HZ的正弦信号错误!未找到引用源。为原信号，在其中加入均值为2，方差为0.04的高斯噪声得到混合随机信号X(t)。 试求随机过程 的均值、相关函数、协方差函数和方差。用MATLAB进行仿真，给出测试的随机过程的均值、相关函数、协方差函数和方差图形，与计算的结果作比较，并加以解释。 （3）分别给出原信号与混合信号的概率密度和概率分布曲线，并以图形形式分别给出原信号与混合信号均值、方差、相关函数的对比。 （4）读入任意一幅彩色图像，在该图像中加入均值为0，方差为0.01的高斯噪声，请给出加噪声前、后的图像。 （5）读入一副wav格式的音频文件，在该音频中加入均值为2，方差为0.04的高斯噪声，得到混合随机信号X(t)，请给出混合信号X(t)的均值、相关函数、协方差函数和方差，频谱及功率谱密度图形。 4、源程序及功能注释 （2）源程序： clear all; clc; t=0:320; %t=0:320 x=sin(2*pi*t/25); %x=sin(2*p1*t/25) x1=wgn(1,321,0); %产生一个一行32列的高斯白噪声矩阵，输出的噪声强度为0dbw 流量计性能测定实验报告 篇一：孔板流量计性能测定实验数据记录及处理篇二：实验3 流量计性能测定实验 实验3 流量计性能测定实验 一、实验目的 ⒈了解几种常用流量计的构造、工作原理和主要特点。 ⒉掌握流量计的标定方法（例如标准流量计法）。 ⒊了解节流式流量计流量系数C随雷诺数Re的变化规律，流量系数C的确定方法。 ⒋学习合理选择坐标系的方法。 二、实验内容 ⒈通过实验室实物和图像，了解孔板、1/4园喷嘴、文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理。 ⒉测定节流式流量计（孔板或1/4园喷嘴或文丘里）的流量标定曲线。 ⒊测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系。 三、实验原理 流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为： 式中： 被测流体(水)的体积流量，m3/s； 流量系数，无因次； 流量计节流孔截面积，m2； 流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ； 被测流体(水)的密度，kg／m3 。 用涡轮流量计和转子流量计作为标准流量计来测量流量VS。每一 个流量在压差计上都有一对应的读数，将压差计读数△P和流量Vs绘制成一条曲线，即流量标定曲线。同时用上式整理数据可进一步得到C—Re关系曲线。 四、实验装置 该实验与流体阻力测定实验、离心泵性能测定实验共用图1所示的实验装置流程图。 ⒈本实验共有六套装置，流程为：A→B(C→D)→E→F→G→I 。 ⒉以精度0.5级的涡轮流量计作为标准流量计，测取被测流量计流量（小于2m3/h流量时，用转子流量计测取）。 ⒊压差测量：用第一路差压变送器直接读取。 图1 流动过程综合实验流程图 ⑴—离心泵；⑵—大流量调节阀；⑶—小流量调节阀； ⑷—被标定流量计；⑸—转子流量计；⑹—倒U管；⑺⑻⑽—数显仪表；⑼—涡轮流量计；⑾—真空表；⑿—流量计平衡阀；⒁—光滑管平衡阀；⒃—粗糙管平衡阀；⒀—回流阀；⒂—压力表；⒄—水箱；⒅—排水阀；⒆—闸阀；⒇— 机械工程测试技术 实验指导书 学院：机械与动力工程学院 专业：车辆工程 班级： 11010141 学号： 1101014125 姓名：赵艳峰 实验一 用应变仪测量电阻应变片的灵敏度 一 实验目的 1、掌握在静载荷下使用电阻应变仪测量方法； 2、掌握桥路连接和电阻应变仪工作原理； 3、了解影响测量误差产生的因素。 二、实验仪器及设备 等强度梁 编号；天平秤；砝码；yd-15型动态电阻应变仪； 游标卡尺；千分尺（0～25㎜）；DY-15型直流24伏电源； 三、实验原理 电测法的基本原理是：将电阻应变片粘贴在被测构件的表面，当构件发生变形时，应变片随着构件一起变形（ΔL/L ），应变片的电阻值将发生相应的变化，通过电阻应变仪，可测量出应变片中电阻值的变化（ΔR/R ），并换算成应变值，或输出与应变成正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应变或应力值。电阻应变片的灵敏度是构件单位应变所引起应变片电阻值的变化量，用K 来表示， K= L/L R/R ??=ε R/R ? yd-15动态电阻应变仪主要技术参数 1、测量点数：4点 8点 2、测量范围： 10000微应变 3、标定应变： 50， 100， 300， 1000， 3000微应变，标定误差不超过 1%，最小 1微应变 4、灵敏系数：k=2.00 5、灵敏度：0.25mA/με(12Ω及2Ω负载) 0.093 5mA/με(16Ω负载) 0.025mA/με(20Ω负载) 0.01mA/με(50Ω负载) 0.01伏/με(1k 负载) 6、电阻应变片：按120Ω设计，100～600Ω可用。 7、线性输出范围：0 30mA(12Ω及2Ω负载) Harbin Institute of Technology 匹配滤波器实验报告 课程名称：信号检测理论 院系：电子与信息工程学院 姓名：高亚豪 学号：14SD05003 授课教师：郑薇 哈尔滨工业大学 1. 实验目的 通过Matlab 编程实现对白噪声条件下的匹配滤波器的仿真，从而加深对匹配滤波器及其实现过程的理解。通过观察输入输出信号波形及频谱图，对匹配处理有一个更加直观的理解，同时验证匹配滤波器具有时间上的适应性。 2. 实验原理 对于一个观测信号()r t ，已知它或是干扰与噪声之和，或是单纯的干扰， 即 0()()()()a u t n t r t n t +?=?? 这里()r t ，()u t ，()n t 都是复包络，其中0a 是信号的复幅度，()u t 是确知的归一化信号的复包络，它们满足如下条件。 2|()|d 1u t t +∞ -∞=? 201||2 a E = 其中E 为信号的能量。()n t 是干扰的均值为0，方差为0N 的白噪声干扰。 使该信号通过一个线性滤波系统，有效地滤除干扰，使输出信号的信噪比在某一时刻0t 达到最大，以便判断信号的有无。该线性系统即为匹配滤波器。 以()h t 代表系统的脉冲响应，则在信号存在的条件下，滤波器的输出为 0000()()()d ()()d ()()d y t r t h a u t h n t h τττττττττ+∞+∞+∞ =-=-+-??? 右边的第一项和第二项分别为滤波器输出的信号成分和噪声成分，即 00()()()d x t a u t h τττ+∞ =-? 0 ()()()d t n t h ?τττ+∞ =-? 则输出噪声成分的平均功率（统计平均）为 2 20E[|()|]=E[|()()d |]t n t h ?τττ+∞ -? **00*000200 =E[()(')]()(')d d '=2()(')(')d d ' 2|()|d n t n t h h N h h N h ττττττδττττττττ+∞+∞+∞+∞+∞ ---=?? ?? ? 而信号成分在0t 时刻的峰值功率为 22 20000|()||||()()d |x t a u t h τττ+∞ =-? 输出信号在0t 时刻的总功率为 22000E[|()|]E[|()()|]y t x t t ?=+ 22**0000002200E[|()||()|()()()()] |()|E[|()|] x t t x t t t x t x t t ????=+++=+ 上式中输出噪声成分的期望值为0，即0E[()]0t ?=，因此输出信号的功率 成分中只包含信号功率和噪声功率。 则该滤波器的输出信噪比为 222000022000|||()()d ||()|E[|()|]2|()|d a u t h x t t N h τττρ?ττ+∞ +∞-==?? 根据Schwartz 不等式有 随机信号分析 实验报告 目录 随机信号分析 (1) 实验报告 (1) 理想白噪声和带限白噪声的产生与测试 (2) 一、摘要 (2) 二、实验的背景与目的 (2) 背景： (2) 实验目的: (2) 三、实验原理 (3) 四、实验的设计与结果 (4) 实验设计: (4) 实验结果: (5) 五、实验结论 (12) 六、参考文献 (13) 七、附件 (13) 1 理想白噪声和带限白噪声的产生与测试一、摘要 本文通过利用MATLAB软件仿真来对理想白噪声和带限白噪声进行研究。理想白噪声通过低通滤波器和带通滤波器分别得到低通带限白噪声和帯通带限白噪声。在仿真的过程中我们利用MATLAB工具箱中自带的一些函数来对理想白噪声和带限白噪声的均值、均方值、方差、功率谱密度、自相关函数、频谱以及概率密度进行研究，对对它们进行比较分析并讨论其物理意义。 关键词：理想白噪声带限白噪声均值均方值方差功率谱密度自相关函数、频谱以及概率密度 二、实验的背景与目的 背景： 在词典中噪声有两种定义：定义1：干扰人们休息、学习和工作的声音，引起人的心理和生理变化。定义2：不同频率、不同强度无规则地组合在一起的声音。如电噪声、机械噪声，可引伸为任何不希望有的干扰。第一种定义是人们在日常生活中可以感知的，从感性上很容易理解。而第二种定义则相对抽象一些，大部分应用于机械工程当中。在这一学期的好几门课程中我们都从不同的方面接触到噪声，如何的利用噪声，把噪声的危害减到最小是一个很热门的话题。为了加深对噪声的认识与了解，为后面的学习与工作做准备，我们对噪声进行了一些研究与测试。 实验目的: 了解理想白噪声和带限白噪声的基本概念并能够区分它们，掌握用MATLAB 或c/c++软件仿真和分析理想白噪声和带限白噪声的方法，掌握理想白噪声和带限白噪声的性质。 机械工程测试技术基础 实验报告 学号：0801130801 学生: 俞文龙 指导老师：邓春萍 实验一电阻应变片的粘贴及工艺 一、实验目的 通过电阻应变片的粘贴实验，了解电阻应变片的粘贴工艺和检查方法及应变片在测试中的作用，培养学生的动手能力。 二、实验原理 电阻应变片实质是一种传感器，它是被测试件粘贴应变片后在外载的作用下，其电阻丝栅发生变形阻值发生变化，通过阻桥与静动态应变仪相连接可测出应变大小，从而可计算出应力大小和变化的趋势，为分析受力试件提供科学的理论依据。 三、实验仪器及材料 QJ－24型电桥、万用表、兆欧表、电烙铁、焊锡、镊子、502胶、丙酮或酒精、连接导线、防潮材料、棉花、砂纸、应变片、连接片。 四、实验步骤 1、确定贴片位置 本实验是在一梁片上粘贴四块电阻应变片，如图所示： 2、选片 1）种类及规格选择 应变片有高温和常温之分，规格有3x5，2x4，基底有胶基箔式和纸基箔式。常用是3*5 胶基箔式。 2)阻值选择： 阻值有120欧，240欧，359欧，500欧等，常用的为120欧。 3)电阻应变片的检查 a.外观检查，用肉眼观察电阻应变是否断丝，表面是否损坏等。 b.阻值检查：用电桥测量各片的阻值为配组组桥准备。 4)配组 电桥平衡条件：R1*R3 = R2*R4 电桥的邻臂阻值小于0.2欧。 一组误差小于0.2% 。在测试中尽量选择相同阻值应变 片组桥。 3．试件表面处理 1) 打磨，先粗打磨，后精细打磨 a. 机械打磨，如砂轮机 b. 手工打磨，如砂纸 打磨面积应大于应变片面积2倍，表面质量为Ra = 3.2um 。应成45度交叉打磨。因为这样便于胶水的沉 积。 2)清洁表面 用棉花粘积丙酮先除去油污，后用酒精清洗，直到表面干净为止。 3)粘贴。涂上502胶后在电阻应变片上覆盖一薄塑料模并加压，注意电阻应变片的正反面。反面涂胶，而正面不涂胶。应变片贴好后接着贴连接片。 4)组桥：根据要求可组半桥或全桥。 5)检查。 用万用表量是否断路或开路，用兆欧表量应变片与被测试件的绝缘电阻，静态测试中应大于100M欧，动态测试中应大于50M欧。 6)密封 为了防止电阻应变被破坏和受潮，一般用AB胶覆盖在应变片上起到密封和保护作用，为将来长期监测做好准备。 五实验体会与心得 本次亲自动手做了应变片的的相关实验，对应变片有了进一步的认识，通过贴应变片组成电桥，认识并了解了应变片的粘贴工艺过程，以及对应变片在使用之前是否损坏的检查。通过实验，进一步了解了应变片在试验中的作用，同时也锻炼了自身的动手能力。 随机信号分析实验报告 ——基于MATLAB语言 姓名： _ 班级： _ 学号： 专业： 目录 实验一随机序列的产生及数字特征估计 (2) 实验目的 (2) 实验原理 (2) 实验内容及实验结果 (3) 实验小结 (6) 实验二随机过程的模拟与数字特征 (7) 实验目的 (7) 实验原理 (7) 实验内容及实验结果 (8) 实验小结 (11) 实验三随机过程通过线性系统的分析 (12) 实验目的 (12) 实验原理 (12) 实验内容及实验结果 (13) 实验小结 (17) 实验四窄带随机过程的产生及其性能测试 (18) 实验目的 (18) 实验原理 (18) 实验内容及实验结果 (18) 实验小结 (23) 实验总结 (23) 实验一随机序列的产生及数字特征估计 实验目的 1.学习和掌握随机数的产生方法。 2.实现随机序列的数字特征估计。 实验原理 1.随机数的产生 随机数指的是各种不同分布随机变量的抽样序列（样本值序列）。进行随机信号仿真分析时，需要模拟产生各种分布的随机数。 在计算机仿真时，通常利用数学方法产生随机数，这种随机数称为伪随机数。伪随机数是按照一定的计算公式产生的，这个公式称为随机数发生器。伪随机数本质上不是随机的，而且存在周期性，但是如果计算公式选择适当，所产生的数据看似随机的，与真正的随机数具有相近的统计特性，可以作为随机数使用。 (0,1)均匀分布随机数是最最基本、最简单的随机数。(0,1)均匀分布指的是在[0,1]区间上的均匀分布， U(0,1)。即实际应用中有许多现成的随机数发生器可以用于产生(0,1)均匀分布随机数，通常采用的方法为线性同余法，公式如下： y0=1，y n=ky n(mod N) ? x n=y n N 序列{x n}为产生的(0,1)均匀分布随机数。 定理1.1若随机变量X 具有连续分布函数F x(x)，而R 为(0,1)均匀分布随机变量，则有 X=F x?1(R) 2.MATLAB中产生随机序列的函数 (1)(0,1)均匀分布的随机序列函数：rand 用法：x = rand(m,n) 功能：产生m×n 的均匀分布随机数矩阵。 (2)正态分布的随机序列 函数：randn 用法：x = randn(m,n) 功能：产生m×n 的标准正态分布随机数矩阵。 如果要产生服从N(μ,σ2)分布的随机序列，则可以由标准正态随机序列产生。 (3)其他分布的随机序列 分布函数分布函数 二项分布binornd 指数分布exprnd 泊松分布poissrnd 正态分布normrnd 离散均匀分布unidrnd 瑞利分布raylrnd 均匀分布unifrnd X2分布chi2rnd 3.随机序列的数字特征估计 对于遍历过程，可以通过随机序列的一条样本函数来获得该过程的统计特征。这里我们假定随机序列X(n)为遍历过程，样本函数为x(n)，其中n=0,1,2,……N-1。那么， 南昌大学软件学院 实验报告 实验名称 LoadRunner的使用 实验地点 实验日期 指导教师 学生班级 学生姓名 学生学号 提交日期 LoadRunner简介： LoadRunner 是一种适用于各种体系架构的自动负载测试工具，它能预测系统行为并优化系统性能。LoadRunner 的测试对象是整个企业的系统，它通过模拟实际用户的操作行为和实行实时性能监测，来帮助您更快的查找和发现问题。此外，LoadRunner 能支持广范的协议和技术，为您的特殊环境提供特殊的解决方案。LoadRunner是目前应用最为广泛的性能测试工具之一。 一、实验目的 1. 熟练LoadRunner的工具组成和工具原理。 2. 熟练使用LoadRunner进行Web系统测试和压力负载测试。 3. 掌握LoadRunner测试流程。 二、实验设备 PC机：清华同方电脑 操作系统：windows 7 实用工具：WPS Office，LoadRunner8.0工具，IE9 三、实验内容 （1）、熟悉LoadRunner的工具组成和工具原理 1.LoadRunner工具组成 虚拟用户脚本生成器：捕获最终用户业务流程和创建自动性能测试脚本，即我们在以后说的产生测试脚本； 压力产生器：通过运行虚拟用户产生实际的负载； 用户代理：协调不同负载机上虚拟用户，产生步调一致的虚拟用户；压力调度：根据用户对场景的设置，设置不同脚本的虚拟用户数量；监视系统：监控主要的性能计数器； 压力结果分析工具：本身不能代替分析人员，但是可以辅助测试结果的分析。 2.LoadRunner工具原理 代理（Proxy）是客户端和服务器端之间的中介人，LoadRunner 就是通过代理方式截获客户端和服务器之间交互的数据流。 ①虚拟用户脚本生成器通过代理方式接收客户端发送的数据包， 《机械工程测试技术基础》实验报告 专业 班级学号 姓名 成绩 沈阳理工大学机械工程学院 机械工程实验教学中心 2015年4月 目录 实验一金属箔式应变片——电桥性能实验1 1.1实验内容1 1.2实验目的1 1.3实验仪器、设备1 1.4简单原理1 1.5实验步骤2 1.6实验结果2 1.7思考题4 实验二状态滤波器动态特性实验4 2.1实验内容4 2.2实验目的4 2.3实验仪器、设备5 2.4简单原理5 2.5实验步骤5 2.6实验结果6 2.7思考题11 实验三电机动平衡综合测试实验11 3.1实验内容11 3.2实验目的11 3.3实验仪器、设备11 3.4简单原理12 3.5实验步骤12 3.6实验结果13 3.7思考题15 实验四光栅传感器测距实验15 4.1实验内容15 4.2实验目的16 4.3实验仪器、设备16 4.4简单原理16 4.5实验步骤16 4.6实验结果17 4.5思考题19 实验五 PSD位置传感器位置测量实验19 5.1实验内容19 5.2实验目的19 5.3实验仪器、设备19 5.4简单原理19 5.5实验步骤20 5.6实验结果20 5.7思考题23 - 实验一金属箔式应变片——电桥性能实验指导教师日期 1.1实验内容 1.2实验目的 1.3实验仪器、设备 1.4简单原理 1.5实验步骤 1.6实验结果 表1.1 应变片单臂电桥实验数据表 表1.2 应变片半桥实验数据表 根据实验结果计算单臂和半桥的灵敏度、线性误差、回程误差，在座标纸上分别画出单臂、板桥的输入及输出关系曲线，并在曲线上标出线性误差、回城误差位置： 《测试信号分析与处理》 实验一差分方程、卷积、z变换 一、实验目的 通过该实验熟悉 matlab软件的基本操作指令，掌握matlab软件的使用方法，掌握数字信号处理中的基本原理、方法以及matlab函数的调用。 二、实验设备 1、微型计算机1台； 2、matlab软件1套 三、实验原理 Matlab 软件是由mathworks公司于1984年推出的一套科学计算软件，分为总包和若干个工具箱，其中包含用于信号分析与处理的sptool工具箱和用于滤波器设计的fdatool工具箱。它具有强大的矩阵计算和数据可视化能力，是广泛应用于信号分析与处理中的功能强大且使用简单方便的成熟软件。Matlab软件中已有大量的关于数字信号处理的运算函数可供调用，本实验主要是针对数字信号处理中的差分方程、卷积、z变换等基本运算的matlab函数的熟悉和应用。 差分方程（difference equation)可用来描述线性时不变、因果数字滤波器。用x表示滤波器的输入，用y表示滤波器的输出。 a0y[n]+a1y[n-1]+…+a N y[n-N]=b0x[n]+b1x[n-1]+…+b M x[n-M] (1) ak,bk 为权系数，称为滤波器系数。 N为所需过去输出的个数，M 为所需输入的个数卷积是滤波器另一种实现方法。 y[n]= ∑x[k] h[n-k] = x[n]*h[n] (2)等式定义了数字卷积，*是卷积运算符。输出y[n] 取决于输入x[n] 和系统的脉冲响应h[n]。 传输函数H(z)是滤波器的第三种实现方法。 H(z)=输出/输入= Y(z)/X(z) （3） 即分别对滤波器的输入和输出信号求z变换，二者的比值就是数字滤波器的传输函数。 序列x[n]的z变换定义为 X (z)=∑x[n]z-n (4)把序列x[n] 的z 变换记为Z{x[n]} = X(z)。 由X(z) 计算x[n] 进行z 的逆变换x[n] = Z-1{X(z)}。 Z 变换是Z-1的幂级数，只有当此级数收敛，Z 变换才有意义，而且同一个Z 变换等式，收敛域不同，可以代表不同序列的Z 变换函数。 这三种数字滤波器的表示方法之间可以进行相互转换。 四、实验步骤 1、熟悉matlab软件基本操作指令。读懂下列matlab程序指令，键入程序并 运行，观察运行结果。 Conv.m% 计算两个序列的线性卷积； %----------------------------------------------------------------- 河南城建学院实验报告 课程名称：信号处理基础 系：电气与电子工程系 专业：自动化 指导教师：梁成武 姓名：肖邓 学号： 122408155 报告上交时间： 2010年 12月 22日 教师评语： 成绩等级 日期：2010年12月 22日第一次实验内容：MATLAB工具使用和信号的时域分析 一、实验目的 1、掌握MATLAB基本知识和基本应用。 2、掌握用MATLAB进行仿真的简单操作。 3、通过实验体会MATLAB的操作，获取一些初步的经验。 二、实验设备： 装有MATLAB6.5版软件的计算机一台 三、实验原理与步骤 1、打开信号处理实验素材文件夹，仔细阅读里边的第01章节，认识MATLAB桌面的基本结构和学习使用一些基本的命令。 2、通过MATLAB做出指数函数2e t和抽样函数() Sa t的图形并分析。 （1）指数函数y=2e t的MATLAB实验程序： t=0:0.01:10; y=exp(1/2*t); plot(t,y) （2）抽样函数y=() Sa t的MATLAB实验程序： t=-10:0.01:10; y=sinc(t); plot(t,y) 四、实验结果与数据处理 1、指数函数2e t实验结果如下图（一）、图（二）所示： 图（一）指数函数2e t的MATLAB仿真图 2、抽样函数() Sa t的实验结果： 图（二）抽样函数() Sa t的MATLAB仿真图 五、实验体会与讨论 通过本次试验掌握了MATLAB基本知识和基本应用，掌握了用MATLAB进行仿真的简单操作和一些基本的操作指令。 MATLAB 在处理函数、信号，以及了解他们的特性方面，MATLAB是一款非常方便的软件，当然也可以通过它来做出某些复杂函数或信号的图形。 第二次实验内容：线性系统的时域特性 一、实验目的： 了解线性系统的时域特性，并会用计算机进行简单的分析。 二、实验设备： 装有MATLAB 6.5版软件的计算机一台 三、实验原理与步骤： 连续时间信号在食欲的一些基本运算-——尺度变换、平移、翻转、叠加、相乘、 H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 实验报告 课程名称：随机信号分析 院系：电子与信息工程学院班级： 姓名： 学号： 指导教师： 实验时间： 实验一、各种分布随机数的产生 （一）实验原理 1.均匀分布随机数的产生原理 产生伪随机数的一种实用方法是同余法，它利用同余运算递推产生伪随机数序列。最简单的方法是加同余法 )(mod 1M c y y n n +=+ M y x n n 1 1++= 为了保证产生的伪随机数能在[0,1]内均匀分布，需要M 为正整数，此外常数c 和初值y0亦为正整数。加同余法虽然简单，但产生的伪随机数效果不好。另一种同余法为乘同余法，它需要两次乘法才能产生一个[0,1]上均匀分布的随机数 )(mod 1M ay y n n =+ M y x n n 1 1++= 式中，a 为正整数。用加法和乘法完成递推运算的称为混合同余法，即 )(mod 1M c ay y n n +=+ M y x n n 1 1++= 用混合同余法产生的伪随机数具有较好的特性，一些程序库中都有成熟的程序供选择。 常用的计算语言如Basic 、C 和Matlab 都有产生均匀分布随机数的函数可以调用，只是用各种编程语言对应的函数产生的均匀分布随机数的范围不同，有的函数可能还需要提供种子或初始化。 Matlab 提供的函数rand()可以产生一个在[0,1]区间分布的随机数， rand(2,4)则可以产生一个在[0,1]区间分布的随机数矩阵，矩阵为2行4列。Matlab 提供的另一个产生随机数的函数是random('unif',a,b,N,M)，unif 表示均匀分布，a 和b 是均匀分布区间的上下界，N 和M 分别是矩阵的行和列。 2.随机变量的仿真 根据随机变量函数变换的原理，如果能将两个分布之间的函数关系用显式表达，那么就可以利用一种分布的随机变量通过变换得到另一种分布的随机变量。 若X 是分布函数为F(x)的随机变量，且分布函数F(x)为严格单调升函数，令Y=F(X)，则Y 必为在[0,1]上均匀分布的随机变量。反之，若Y 是在[0,1]上 均匀分布的随机变量，那么)(1 Y F X X -= 即是分布函数为FX(x)的随机变量。式中F X -?1 ()为F X ()?的反函数。这样，欲求某个分布的随机变量，先产生在[0,1]区间上的均匀分布随机数，再经上式变 换，便可求得所需分布的随机数。 3.高斯分布随机数的仿真 广泛应用的有两种产生高斯随机数的方法，一种是变换法，一种是近似法。 如果X1,X2是两个互相独立的均匀分布随机数，那么下式给出的Y1,Y2《测试信号分析与处理》实验报告
随机信号分析实验报告二 2
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