2014秋季测试技术复习提纲答案

1.简答题（每小题5分，8道小题，共40分）2.计算题（每小题10分，2道小题，共20分）3.论述题（每小题20分，2到小题，共40分）第一部分：1.信号与信息的区别，测量、计量、测试的区别。答：信息是客观存在事物包含着大量标志其本身所处的时间和空间特征的数据。信号是事物运动状态和方式的表现形式，是信息的载体，它是物理性的，具有能量，它以各种形式存在，信号中蕴含着分析和解决问题所需要的信息。测量是指以确定被测对象的量值为目的而进行的一组操作。计量是指为了实现单位统一和量值准确可靠的测量，是计量部门进行的测量。测试是指具有实验性质的测量，包括测量和实验。2．测量方法和测量误差的分类。测量方法分为：a按是否直接测定被测量的原则，测量方法可分为直接测量和间接测量；b按被测量是否直接和已知的同种量进行比较的原则，可分为直接比较测量和间接比较测量；c按测量器具的测头是否和被测物体产生机械接触，可分为接触测量和非接触测量；d按决定测量精度的全部或部分因素的改变与否，可分为等精度测量和不等精度测量。测量误差的分类：根据测量误差的统计特征不同，可分为系统误差、随机误差和粗大误差；按照误差的产生原因不同，可分为器具误差、方法误差、调整误差、观测误差和环境误差；按照误差的表示方法不同，可分为绝对误差、相对误差、引用误差和分贝误差。3．测量结果的表达方式。○1基于极限误差的测量结果的表达式为：max0xx，max为极限误差○2基于t分布的表达式：如果测量值x服从正态分布N（u，），则测量样本x的基于t分布的测量结果的表达式为：xtxx0（置信概率为β），该表达方式受到测量值所服从的概率分布的限制。○3基于不确定度的表达方式：测量结果=样本平均值不确定度nsxxxx0不确定度可用样本平均值x的标准偏差x来表征4.信号的分类○1、按数学关系可分为确定性信号和非确定性信号（随机信号）；○2、按取值特征可分为连续信号和离散信号；○3、按能量和功率可分为能量信号和功率信号；○4、按所具有的时间函数特性和频率函数特性可分为时限信号和频限信号；○5、按取值是否为实数可分为实信号和复信号；○6、按处理分析的域可分为时域信号和频域信号等。确定性信号又分为周期信号（包括简谐周期信号和复合周期信号）和非周期信号（包括准周期信号和瞬变信号）；随机信号分为平稳随机信号（各态历经信号和非各态历经信号）和非平稳随机信号。5.计算机测试系统的组成。一般来说，测试系统由传感器、中间变换装置和显示/记录装置三部分组成。第二部分：1.线性系统的定义和基本性质。答：具有单一的、确定的输入输出关系，系统的特征不应随时间发生变化，且输入输出之间呈现线性关系的系统，称之为线性时不变系统，也称线性常定系统。性质：1、、叠加特性：几个输入之和（或差）所产生的输出是各个输入所产生的输出之和（或差）；2、比例特性；3、微分特性；4、积分特性；5、频率保持性。2.测试系统的静态特性的定义。答：测量时，测试装置的输入输出信号不随时间而变化，测试装置所表现出来的特性。3.测试系统动态特性的定义和应用（求稳态输出、测量误差）。答：测试系统动态特性是指测试系统对输入的动态信号随时间变化的响应特性。求稳态P76(例题3.2)；求测量误差（P85不确定）4.不失真测试的定义和实现条件。不失真测试的实现条件：a、幅频特性为平行于频率轴的直线；b、相频特性是发自原点并具有一定斜率的直线。什么是不失真测试，不失真测试的条件是什么？（4’）答：若00,tA都是常数，如果一个测试装置，则有)()(00ttxAty，即认为该测试装置实现了不失真测量。（2’）这表明，输出信号较输入信号，幅值放大了0A倍，时间上滞后了0t，波形一致。对上式作傅里叶变换，有)()(00XeAYjt。所以，若要实现输出波形不失真，其幅频、相频特性应满足如下条件00()()AAt常数；。5.测试系统稳态误差的计算。稳态误差=稳态输出-输入6.传感器的定义、组成和分类。主要传感器如电阻式应变片、电涡流传感器、差动变压器传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、霍尔元件、热电偶等的工作原理、特点和应用。答：传感器的定义：能感受规定的被测量并按一定的规律将被测量转换成可用输出信号的器件或装置。由敏感元件、测量电路和其他辅助元件组成。根据被测量分为：力、速度、位移、温度传感器等；根据工作原理或信号转换原理分为：机械式、电力式、光学式传感器；根据敏感元件与被测对象之间的能量关系分为：能量转换型、能量控制型；根据输出信号性质分为：模拟式、数字式传感器；根据传感器的功能材料不同分为：半导体、陶瓷、光纤、高分子薄膜传感器。电阻式传感器工作原理：把被测量转换为电阻变化的一种装置；电感式传感器工作原理：把被测量如位移转换为电感量变化的一种装置；电容式传感器工作原理：把被测物理量转换为电容量变化的一种装置。结构简单、体积小、可进行非接触式测量；可用于位移、物位的测量，借助与弹性原件可用于压力、压差、加速度的测量。差动变压器就是利用互感现象，先将被测位移量转换成线圈互感的变化，再转换为互感电动势。其特点：精确度高（可达0.1um数量级）、灵敏度高、线性范围大（可扩大到+--250mm）、结构简单、稳定性好、性能可靠、使用方便；常被用于直线位移测量；用于动态量测量时，其测量频率上限受制于传感器中的机械结构；借助于弹性元件可以将压力、重量等物理量转化为位移的变化，故也用于压力、重量等物理量的测量。7.A/D转换的步骤，量化增量和量化误差的计算。答：A/D转换器也称ADC，ADC是把模拟信号（通常是模拟电压）转换为数字信号的电路。A/D转换的步骤1、采样—以一定的时间间隔从模拟时间信号中抽取样本值，获得离散时间序列；2、量化—把采样信号变为有限个有效数字的数；3、编码—把以量化的模拟数值用二进制数码、BCD码或其他码来表示。量化增量：一个能被A/D转换器分辨的电压变化的最小增量称为量化增量，用△表示。即：△=U/(2的n次幂)，n为A/D转化器位数，U为参考电压即工作电压范围；由于A/D转换器在量化过程中通常采用的是四舍五入的方法，因此A/D最大量化误差为△/2。8.利用usb7325A采集卡进行单通道单点采样的流程。9.利用12位的采集卡进行A/D转换后得到的二进制原码与模拟电压值的换算。10.Labview的特点。答：(1)LabVIEW是基于图形化的软件编程平台；(2)采用数据流编程模式，能够同时运行多个程序；(3)提供了丰富的用于数据采集、分析、表达及数据存储的函数库；(4)不仅具备传统的程序调试手段，还提供了独具特色的高亮执行和探针工具，能够使程序动画式运行；(5)具有强大的外部接口能力，可以实现LabVIEW与外部的应用软件(如Word，Excel等)、C语言、WindowsAPI、MATLAB等编程语言之间的通信；(6)强大的Intemet功能，内置了便于应用TCPflP、DDE、ActiveX等软件标准的库函数。支持常用网络协议，方便网络、远程测控仪器的开发；(7)支持多种操作系统平台，在任何一个平台上开发的LabVIEW应用程序都可直接移植到其他平台上。第三部分：1、周期信号的傅里叶级数余弦函数形式展开的计算方法，以及幅频谱和相频谱的绘图。2、周期信号的频谱特点和非周期信号的频谱特点。答：周期函数的频谱特点：3、信号调理的内容和目的。答：调理，即处理，包括放大、滤波、调制和解调。目的：便于信号的传输与处理①剔除信号中的噪声和干扰，即提高信噪比（SNR）；②消除测量系统的误差，修正畸变的波形；③强化、突出有用信息，削弱无用部分；④将信号加工、处理、变换，以便更容易识别和分析信号的特征，解释被测对象所表现的各种物理现象。4、电桥的和差特性，各种接法的灵敏度，直流电桥和交流电桥的平衡条件；与悬臂梁振动测试相结合的分析和设计。答：电桥的和差特性是指桥臂阻值变化对输出电压的影响的规律。○1相邻桥臂阻值的变化引起的输出电压为该两桥臂各阻值变化产生的输出电压之差；○2相对两桥臂阻值的变化所产生的输出电压为该两桥臂各阻值变化产生的输出电压之和。1、半桥单臂连接形式ieRRe004灵敏度004ReReKi2、半桥双臂连接形式ieRRe002灵敏度02eRKi3、全桥连接形式ieRRe00灵敏度0ReKi直流电桥平衡条件即相对两桥臂阻抗的模的乘积相等。交流电桥平衡的条件即相对两桥臂阻抗的模的乘积相等和阻抗角的和相等。5、调制的基本概念；调幅的定义及原理；同步解调的定义及原理；基于电桥的调幅电路和同步解调的理解；包络检波的步骤。答：调制是指利用某种低频信号的幅值来控制或改变某一高频振荡信号的某个参数（幅值、频率、或相位）的过程。调制可分为调幅、调频和调相，得到的已调制的波分别称为调幅波、调频波、调相波。调幅在数学上是将一个高频的载波与调制波相乘。调幅的调制器其实就是一个乘法器。因此，调幅的过程在频域上就相当于一个频移的过程。调幅波的同步调解：在时域上是将调幅波与原载波信号再次相乘，在频域上使得调幅波的频谱再次频移。只要用一个低通滤波器将中心频率位于2wz处的高频成分衰减掉，便可以恢复原信号的频谱。从调幅信号中将低频信号解调出来的过程，就叫做包络检波。也就是说，包络检波是幅度检波。包络检波的步骤：偏置——调幅——整流——滤波，就可以恢复调制波。6、根据选频特性划分，滤波器的分类；带通滤波器和带阻滤波器实现方式；根据能量提供方式，模拟滤波器的分类；模拟滤波器的作用；低通滤波器的RC无源滤波器的电路，结合一阶系统分析其系统频率响应函数，幅频特性，截止频率在幅频谱、伯德图、功率谱中的定义方式。答：根据选频性划分模拟滤波器，一般分为低通、高通、带通、带阻滤波器。带通滤波器和带阻滤波器实现方式：带通滤波器使高于下截止频率而低于上截止频率的频率成分几乎无衰减地通过，而其余成分收到极大衰减；带阻滤波器于它完全相反，使低于下截止频率而高于上截止频率的无衰减的通过。根据能量提供方式，模拟滤波器的分类：有源滤波器和无源滤波器。LC无源滤波器、RC无源滤波器、特殊元件构成的滤波器、RC有源滤波器。模拟滤波器的作用：1）、滤除噪音和干扰，使有用信号输出——提高噪声比，2）、滤除有用信号中的多余信号——分离出有用的信号，3）、信号调理。滤波器是一种选频装置，可使信号中特定的频率成分几乎无衰减地通过，而极大地衰减其他频率成分。7、模拟滤波器的设计步骤；常用的四种模拟滤波器；数字滤波器的两种实现方法。答：模拟滤波器的设计步骤包括两步：第一步，根据给定的频率特性要求确定滤波器的传递函数；第二步，实现该传递函数的实际电网络。常用的四种模拟滤波器：巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器。数字滤波器一般可以用两种方法来实现：一种方法是用数字硬件装配成一台专门的设备，这种设备称为数字信号处理机；另一种方法就是直接利用通用计算机，将所需要的运算编成程序让通用计算机来完成，即利用计算机软件来实现。8、互相关函数的定义、物理意义、性质和特点；结合石油管道泄漏设计互相关测试系统，分析其测试实现过程和定位计算公式。在输油管道上，常装有监测装置用以监测管道的裂损或泄漏，并能确定损伤位置，如图5-21所示。答题说明：漏损处K，视为向两侧传播声响的声源，在两侧管道上分别放置传感器1和传感器2，因为放传感器的两点距漏损处不等远，则漏油的音响传至两传感器就有时差，在互相关图上m处)(21xxR有最大值，这个m就是时差。由m就可确定漏损处的位置：)(21max21mxxxxRR；ms21式中：s—两传感器的中点至漏损处的距离；—音响通过管道的传播速度。