测试技术考试复习参考用

测试技术考试复习参考用第一章信号及其描述1、确定性信号——信号可表示为一个确定的时间解析函数，可确定其任何时刻的量值(1)周期信号——按一定时间间隔而复始重复出现，无始无终的信号，可表示为：0(1,2,3,)xtxtnTn式中0T——周期(2)非周期信号——确定性信号中那些不具有周期重复性的信号。2、连续信号与离散信号连续信号——数学表达式中独立变量取值是连续的信号。离散信号——若独立变量取离散值，则称为离散信号。模拟信号____独立变量和函数都是连续取值的信号。数字信号____独立变量和函数都是取离散值的信号。3．在有限周期区间上，凡满足狄里赫利条件的周期信号x(t)，均可展开成傅里叶级数。4．比较比较付里叶级数的两种展开形式可知复指数形式双边谱奇函数三角函数形式单边谱偶函数傅里叶变换的主要性质（P30）5.几种典型信号的频谱矩形窗函数的频谱、δ函数及其频谱、正余弦函数的频谱密度函数、周期单位脉冲序列的频谱（P33）6．随机型号的主要参数特征均值、方差和均方值（222xxx）概率密度函数自相关函数功率谱密度函数第二章测试装置的基本特性1.静态特性线性度——指测量装置输出、输入之间保持常值比例关系的程度。性度=B/Ax100%灵敏度——用来描述装置对测量系统变化的反映能力的,用S表示。分辨力（分辨率）——是指指示装置有效地辨别紧密相邻值的能力。回程误差(滞后或变差)——描述测量装置的输出同输入变化方向有关的特性。灵敏度漂移——校准曲线的斜率出现变化。零点漂移——校准曲线的标称范围最低值处出现变化。2.动态特性传递函数特点:（1）H(s)与x(t)及系统初始条件无关，它代表了系统的传输特性，x(t)→y(t)。（2）H(s)只反映系统传输特性,而不限制在系统的物理结构中，同一传输特性的系统，可能代表不同的物理系统。（3）用传递函数描述的系统通过系统来反映的，它们的量纲因具体物理系统和输入、输出的量纲而定。0001()(cossin)nnnxtaantbnt()(0)00byySxxa11101110()mmmmnnnnbsbsbsbHsasasasa110110,,,,,,,nnmmaaaabbbb（4）H(s)中的分母取决于系统的结构，分子则和系统同外界之间的关系如输入aaaaa点位置、输入方式、被测量及测量点布置等）有关。3.环节的串联和并联(1)串联两个传递函数各为H1(s)和H2(s)的环节，如图2-5所示。系统传递函数H(s)，在初始条件为零时(2)并联4.二阶系统特点：(1)当ωωn时，H(ω)≈1；当ωωn时，H(ω)→0（2）影响二阶系统动态特性的参数是固有频率和阻尼比,ωn尤为重要。当ω=ωn时，系统共振。A(ω)=1/2ζ，φ(ω)=-900，不因阻尼比不同而改变5.系统对单位阶跃输入的响应(P56)（1）单位阶跃输入为（2）若要求装置输出波形不失真，则其幅频和相频特性应分别满足常数线性（3）幅值失真—A(ω)不等于常数时所引起的失真叫幅值失真。相位失真—φ(ω)与ω之间的非线性关系所引起的失真（4）二阶环节ω0.3ωn,φ(ω)特性曲线接近直线，A(ω)变化不超过10%，波形输出失真很小。ω(2.5～3)ωn，φ(ω)近1800，按测试信号反相，接近相位不失真，A(ω)太小ω=(0～0.58)ωn，ζ=0.6～0.8时，φ(ω)≈0，不超过5%误差，合适综合特性第三章常用传感器1.机械传感器恰当的机械结构可把力、气压、温度、磁场等直接指示。S=F·J/E，ε=σ/E。优点：（1）结构简单（2）性能稳定（3）使用方便（4）价格低缺点：（1）分辨力不高（2）不能产生电信号2.电阻式传感器电阻式传感器——是一种把被测量转换为电阻变化的传感器。结构分类：变阻器式、电阻应变式（1）变阻器式传感器优点：（1）结构简单（2）性能稳定（3）使用方便缺点：（1）分辨力不高（2）躁声较大（2）电阻应变式传感器工作原理：把应变片粘固在弹性元件表面上，电阻丝长度l、截面积A随弹性元件一起变形，其阻值发生相应变化。应用范围：测量力、应变、位移、加速度、扭矩等特点：（1）体积小（2）动态响应快（3）测量准确高（4）使用方便3.电容式传感器变换原理：将被测物理量转换为电容量变化的装置，它实质上是一个具有可变参数的电容器。0AC式中ε——极板间介质的相对介电常数，在空气中ε=1ε0——真空中介电常数，ε0=8.8ⅹ10-12F/m（法拉/米）12()()()()()()()()()YsZsYsHsHsHsXsXsZs12()()()YsYsYs1212()()()()()()()YsYsYsHsXsXsXs12()()()HsHsHs0()1xt00tt0()AA0()tlRAδ——极板间距离A——极板面积4.电感式传感器原理：把位移等被测量转换为电感量变化的一种装置。(基于电磁感应原理)结构分类：（1）自感式（可变磁阻、涡流式）（2）互感式——差动变压器式（1）自感式(可变磁阻):灵敏度灵敏度S与气隙长度平方成反比，δ越小，S越高。（2）自感式(涡电流式):原理：利用金属体在交变磁场中的涡流效应。涡电流的交变磁场与线圈的磁场变化方向相反。由于涡流磁场作用，使原线圈的等效阻抗Z发生变化。特点：（1）非接触测量（2）无运动部件（3）耐环境性好（4）量程大（5）非线性较大（3）互感式：利用电磁感应中的互感现象5.磁电式传感器定义：把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器。（又称电磁感应式或电动力式）原理：由电工学知，一个匝数为W的线圈，当穿过该线圈的磁通Φ发生变化时，其感应电动势e为动圈式1）线速度型式中B—磁场的磁感应强度v—线圈与磁场的相对运动速度l—单匝线圈有效长度θ—线圈运动方向与磁场方向夹角W—线圈匝数2）角速度型式中ω—角速度A—单匝线圈的截面积k—与结构有关的系数(k1)式（3-37）表明，当传感器结构一定时，W、B、A均为常数，感应电动势e与线圈相对磁场的角速度成正比，这种传感器被用于转速测量。（2）磁阻式原理：磁阻式传感器的线圈与磁铁彼此不作相对运动，由运动着的物体（导磁材料）来改变磁路的磁阻，而引起磁力线增加和减弱，使线圈产生感应电动势。其工作原理见图3-37所示。特点：磁阻式传感器使用简便，结构简单，不同场合用来测量转速、偏心量、振动等。6.压电式传感器石英、钛酸钡、锆钛酸铅（PZT）等压电材料的晶体结构具有电极性，在外力作用下晶格变形，使电极距变化，在物体表面感生电荷，这种现象称为压电效应。（1）压电材料的主要性能指标：压电常数：dc压电灵敏度。与受力方向相关。居里点温度：超过该温度则压电效应消失。介电损耗：材料内摩擦引起的损耗。许用应力：机械强度。电阻率：影响电荷内部漏泄。（2）压电式传感器的应用1）应用范围测力、压力、振动、加速度、超声发射等2）测力范围10-3N~104kN，动态范围DR一般为60dB，单方向，或多方向。20022WAS2mWLRsineWBlvekWBA3）传感器形式利用膜片式弹性元件力→膜片→凸台→压电片→电荷量利用活塞乘压面受力力→活塞乘压面→活塞杆→压电片上→电荷量压电式加速度计可做成不同灵敏度、不同量程和不同大小系列产品。4）工作频率范围数十赫~兆赫，范围宽。5）此传感器一般常用纵向效应（测轴向力），横向效应实为干扰和测量误差，一个压电式传感器各横向灵敏度不一样。为减少影响和干扰，应力求最小横向灵敏度与最大横向干扰力方向重合。6）校准环境湿度、温度变化和压电材料本身时效，都会引起压电常数变化，经常校准是必要的。7)工作原理的可逆性施加电压于压电晶片，压电片便产生伸缩，可用作“驱动aa器”如作振动源、超声发声器、扬声器及精密驱动装置。7.光纤传感器传统传感器以机—电量转换为基础，以电信号为变换和传输的载体，利用导线输送信号。光纤传感器则以光学量为基础，以光信号为变换和传输的载体，利用光导纤维输送信号。光纤传感器利用光波四个参数：强度、频率、相位和偏振态的变化而使光波变化。(1)分类按调制方式：（1）强度调制(简单常用)（2）频率调制（3）相位调制（4）偏振调制按光纤作用：（1）功能型光纤传感器（2）传光型光纤传感器8.半导体传感器(1)霍尔元件霍尔元件——种半导体磁电转换元件。一般由锗（Ge）、锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）等半导体材料制成。它利用霍尔效应进行工作。如图3-38所示，将霍尔元件置于磁场B中，如果在a,b端通以电流i在c,d两端就会出现电位差，称为霍尔电势VH，此现象叫霍尔效应。（2）热敏电阻热敏电阻是由金属氧化物（NiO,MnO2,CuO,TiO2等）的粉末按一定比例混合烧结而成的半导体。它具有负的电阻温度系数，温度上升而阻值下降。半导体热敏电阻与金属丝电阻比较，具有以下优点：（1）灵敏度高，可测0.001~0.005℃微小温度变化（2）可制成片状、柱状，直径小到0.2mm；体积小，热惯性小，响应快，时间常数可小到毫秒级（3）电阻值范围宽3~700kΩ（4）非线性大，对环境温度敏感性大。第四章信号的调理和记录1.电桥分类：按激励电压（1）直流电桥（2）交流电桥按输出方式（1）不平衡桥式电路（2）平衡桥式电路2.调制与解调调制——是一个信号的某些参数在另一个信号控制下而发生变化的过程。前一信号称为载波(较高频率交变信号)，后一信号(控制信号)称为调制信号，最后输出已调制波，载波上达载了调制信号的信息。解调——从已调制波中恢复出调制信号的过程。幅值调制是将一个高频载波信号与被被测信号相乘，使高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。调幅信号的解调方法：同步解调、包络检波、相敏检波3.滤波器（1）滤波器分类（传递特性1）低通滤波器2）高通滤波器3）带通滤波器（4）带阻滤波器按构成滤波器元件类型1)RC2)LC3)晶体谐振按构成滤波器电路性质1)有源滤波器2)无源滤波器按构成滤波器处理信号性质(1)模拟滤波器(2)数字滤波器(2）恒带宽比滤波器(P144)第五章信号处理初步自功率谱密度函数自相关函数提供了时域中的相关分析方法，其中的周期分量可以用其频域形式来分析，自相关函数的傅立叶变换对称为自功率谱密度函数，即巴塞伐尔定理表明时域中计算的信号总能量等于频域中计算的信号总能量，即习题浏览1、什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用。（10分）2、说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10分）3、选用传感器的原则是什么？1、答：测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索型的、论证型的测量过程，也是获取信息的过程。（1）测量对象（2）传感器：在测试系统和被测试对象之间建立了一定的连接关系，它直接感受被测量并将其转换成电信号。是测试系统中的关键部件。（3）中间转换电路（信号调理电路）：作用是将传感器的输出信号进行传输、放大和转换，使其适合显示、纪录、数据处理。（4）信号处理单衣：它是以计算机为核心对中间转换电路的输出信号作进一步地处理（如：计算、频谱分析、数据储存等）（5）显示、记录部分：作用是输出测试结果。2、答：相同之处在于：都是将被测量的变化转换为电阻的变化，且dR/R=(1+2H)ε+λEε,其中H为材料的泊桑比，E为材料的弹性模量，(1+2H)ε是由几何尺寸变化引起的阻值变化，λEε是由电阻率的变化引起的阻值变化。不同的是，电阻应变片是利用导体形变引起的阻值变化，所以dR/R≈(1+2H)ε，S≈1+2H；而半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应使电阻率发生变化引起电阻变化。所以dR/R=λEε，S≈λE。各自的优点分别为：电阻丝应变片具有相当高的适应性；半导体应变片的灵敏度高，一般为电阻丝应变片的50-70倍。3、基本原则是：选用的传感器其性能应当与被测信号的性质相匹配。（1）静态特性方面：a、应使被测量的变化范