测试技术总复习

题型：选择25、判断10、简答15、分析计算50•绪论•掌握基本概念•测试系统的组成及各部分作用第一章•信号的分类•给出一个信号的表达式能够判断属于哪一种信号。•信号的描述方法•周期信号•非周期信号•知道每种信号频谱的特点•给出信号能够绘制频谱•随机信号的描述•傅立叶变换•定义•性质•典型信号的频谱一、信号的分类(classificationofsignal)信号的分类方法很多，可以从不同的角度对信号进行分类。如数学表示、取值特征和能量功率。1.确定性信号与非确定性信号要求：1.给出信号表达式能够判断出该信号属于什么信号。2.知道每一类信号的时域与频域特点。3.会每一种信号的描述方法。两种不同形式傅氏级数展开频谱比较：n：0~∞单边频谱n：-∞~+∞双边频谱三角函数展开复指数函数展开ntjnneCtx0)(给出周期信号的时域表达式能够绘制出其单边和双边幅频谱。并能说出频谱的特点。幅值谱相位谱特点：1、离散性2、收敛性3、谐波性周期信号频谱及特点:An42A492A4252A4492A4812A0305070900π/2π/2π/2π/2π/2n03050709001.2.1周期信号的描述)5sin513sin31(sin4tttAtx绘制如下信号频谱1.周期信号的频谱具有离散性、收敛性、谐波性。（）2.非周期信号的频谱都是连续的。（）3.只有周期信号的频谱是离散的。（）4.任一周期信号都可看成是由多个乃至无穷多个谐波信号叠加而成。（）5.谐波信号具有多个频率成分。（）ttxXtde)()(jd)(π21)(jteXtx傅里叶变换（FT）傅里叶逆变换（IFT）fπ2以代入得ttxfXftde)()(π2jffXtxftde)()(π2j记为：x(t)X()FTIFT1.2.2非周期信号的描述二、傅里叶变换及其主要性质积分x(tt0)时移频域微分x(kt)尺度变换时域微分x(-f)X(t)对称性X1(f)X2(f)x1(t)x2(t)频域卷积AX(f)+bY(f)ax(t)+by(t)线性叠加X1(f)X2(f)x1(t)x2(t)时域卷积实奇函数虚奇函数X*(-f)x*(t)共轭虚偶函数虚偶函数X(-f)x(-t)翻转虚奇函数实奇函数X(ff0)频移实偶函数实偶函数函数的奇偶虚实性频域时域性质频域时域性质0,1kkfXk0π2je)(ftfXtftx0π2je)(nnttxd)(d)(π2jfXfn)(π2jtxtnnnffXd)(dtttxd)(存在ffXfXf)(),(π2j1（一）均值、均方值、均方根值和方差（参数的含义）均值(mean)反映信号的静态分量，即常值分量：TTxttxT0d)(1lim均方值(meansquare)反映信号的能量或强度：TTxttxT022d)(1lim均方根值(rootofmeansquare)为均方值正的平方根：2rmsxx三、随机信号的描述方差(Variance)反映信号偏离均值的波动情况：TxxxTxdttxT02222])([1lim标准差(standardvariance)为方差的正的平方根：222xxxx几种典型函数的频谱(频谱密度)四、几种典型信号的频谱1.δ函数的频谱及其性质2.矩形窗函数和常值函数的频谱3.谐波函数频谱4.周期单位脉冲序列频谱。第三章§3.1测试系统及其主要性质§3.2测试系统的静态特性§3.3测试系统的动态特性§3.4测试系统在典型输入下的响应§3.5实现不失真测试的条件0000d)(d)(ttttyttx（1）线性系统的主要性质叠加性若x1(t)y1(t)，x2(t)y2(t)，则[x1(t)x2(t)][y1(t)y2(t)]。比例性若x(t)y(t)，为常数，则x(t)y(t)。微分特性若x(t)y(t)，则dx(t)/dtdy(t)/dt。积分特性若系统的初始状态为0，则。是指若系统输入为简谐信号，则其稳态输出也为同频简谐信号。若tXtxj0e)()(j00e)(tAXty，则。频率保持性3.1测试系统及其主要性质频率保持性•线性系统具有频率保持特性的含义是输入信号的频率成分通•过线性系统后仍保持原有的频率成分。如果发现输入和输出•信号的频率成分不同，则该系统就不是线性系统。描述测试系统静态特性的指标有哪些？精度、非线性度、灵敏度、分辨力、回程误差、漂移等。h(t)H(s)H()s=j1.掌握传递函数、频率响应函数、脉冲响应函数的关系：3.3测试系统的动态特性2.掌握一阶系统频率响应函数的幅频A(w)和相频特性。频率响应函数：幅频特性和相频特性•例1:用一个时间常数为0.3s的一阶装置去测量周期为1s的正弦信号,问幅值误差将是多少?若周期为5s呢?结果如何?•解:幅值误差:•一阶系统:•当装置的周期为1s,5s时:)(1wA)/(4.02222211sradTwTw2)(11)(wwA064.0936.01)(122wA531.0469.01)(1936.0)3.04.0(11)(469.0)3.02(11)(11)(11222211wAwAwA所以,信号频率越小,幅值误差越小.（2）二阶系统的特点传递函数2nn22n2)(sssH式中：n为系统固有频率，为系统阻尼比。3.3测试系统的动态特性3.5实现不失真测试的条件(ConditionofNon-distortedMeasurement)1.不失真测试的条件是指系统响应y(t)的波形和输入x(t)的波形完全相似，从而保留原信号的特征和全部信息。信号不失真测试0tx(t)y(t)t0x(t)y(t)=A0x(t)y(t)=A0x(t-t0)波形不失真复现y(t)=A0x(t-t0)其中，A0、t0为常数。上式表明，若输入与输出间仅幅值不同和存在时间滞后，则表明系统实现了不失真测试。系统初态为0时，对上式进行傅里叶变换，可得不失真测试装置的频率响应函数为00j0j0e)()(e)()()(ttAXXAXYH即：A()=A0，()=t0。该测试系统的输出y(t)应满足：3.5实现不失真测试的条件不失真测试条件：幅频特性A()在x(t)的频谱范围内为常数；相频特性()与成线性关系，为一经过原点的直线。A(),()A0A()=A0()=-t0-cc0不失真测试系统的频率特性图（||c时，A()=0）3.5实现不失真测试的条件1.传感器概述3.电阻式传感器5.电容式传感器2.传感器选用原则6.压电式传感器4.电感式传感器第四章电阻应变传感器——电阻应变效应压阻式传感器——压阻效应变阻式传感器以金属材料为敏感元件的应变片测量试件应变的原理是基于金属丝的应变效应。掌握每种传感器的原理、特点和应用。•自感传感器00m2AR•根据上述公式可以形成三种类型的自感式传感器：•(1)改变气隙厚度δ；•(2)改变导磁面积A0；•(3)利用铁芯在螺管线圈中的直线位移改变总的磁阻。–也可认为改变有效线圈匝数N。–三种传感器均可用来测量变换为直线位移的物理参量。电感传感器：自感式传感器、互感式传感器、压磁式传感器特点、灵敏度、适用范围。•2.涡流传感器当金属板置于变化磁场中或在磁场中运动时，在金属板中产生感应电流，这种电流在金属板体内是闭合的，称为涡流。涡流的大小与金属板的电阻率、磁导率、厚度以及金属板与线圈距离、激励电流、角频率等参数有关。集肤效应：涡流在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为集肤效应。集肤效应与激励源频率f、工件的电阻率和相对磁导率有关。频率越高，电涡流的渗透深度就越浅，集肤效应越严重。涡流传感器可分为高频反射式和低频透射式。（两种工作原理有何不同？各有什么优点？）1）高频反射式涡流传感器金属板置于线圈附近，相互间距为。高频交变电流i-磁通—（集肤效应）“旋涡状”闭合感应电流i1（涡电流或涡流）—交变磁通1—反作用于线圈。根据楞次定律，涡流的交变磁场变化方向与线圈磁场变化方向相反，1总是抵抗的变化，从而导致原线圈等效阻抗发生变化。工作原理通常线圈尺寸、激励电流i及其频率一定，若金属板材料一定，变化可以用来测量位移、振动等参量。若一定，变化或可实现材质鉴别或无损探伤。等效阻抗的变化程度与线圈尺寸、距离、金属板电阻率和磁导率、线圈激励电流i及其频率有关。2）低频透射式涡流传感器L1和L2分别为发射线圈和接收线圈。L1通低频（音频）交流电流。在L2中产生感应电压u2。金属板产生的涡流消耗了一部分磁场能量，使u2有所降低，板越厚，u2越低。工作原理ML2L1usu2l因而按u2的变化便可测得材料的厚度。测量厚度时，激励频率应选得较低。频率太高，贯穿深度小于被测厚度，不利于进行厚度的测量，通常选激励频率为1KHz左右。4.5电容式传感器1.工作原理及分类电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种传感器。A电容式传感器实质是一具有可变参数的电容器。AC0电容量为—介质相对真空的介电常数，空气1。0—真空的介电常数，0=8.8510-12F/m。—极板间距。A—极板面积。、A或发生变化都会引起C变化。实际使用中，通常仅改变一个参数，根据变化参数的不同，可分为三类：改变极板间距的极距变化型；改变极板相互遮盖面积的面积变化型；改变极板间介质的介质变化型（改变）。磁电传感器：磁电感应式、霍尔传感器等。掌握原理和应用。会解释课本中相应磁电传感器的工作原理。掌握霍尔效应及霍尔传感器测速原理。光电传感器——测速原理压电传感器：压电效应、逆压电效应。第五章信号的调理与记录•电桥•调制与解调•滤波器直流电桥的连接方式(a)半桥单臂(b)半桥双臂(c)全桥R3R4R2uiuoI1I2abdcR3R4uiuoI1I2abdcuiuoI1I2abdc11RRD±11RRD±22RRD11RRD±22RRD44RRD33RRD±342uu1234uu12u1211RRD±11RRD±22RRD11RRD±22RRD44RRD33RRD±R3R4R2uiuoI1I2abdc11RRD±342u1211RRD±半桥单臂连接方式中只有一个电阻阻值随被测量的变化而变化，此时的输出电压为iURRRRRRRRUDD434211110实际使用中，为了简化桥路设计，同时也为了得到电桥的最大灵敏度，往往取各桥臂阻值相等，即04321RRRRR(3)电桥的灵敏度i00000o424uRRRRRuDDD则输出电压为00RRDi00o2uRRuD222111,RRRRRRDD半桥双臂接法:i00ouRRuD全桥接法:444333222111,,RRRRRRRRRRRRDDDD，定义电桥的灵敏度00oBRRuSD则三种接法的灵敏度比分别为1：2：4。注意：•相邻两臂电阻增量符号相反；•相对两臂电阻增量符号相同。经传感器后的信号需经过：调理、放大、滤波等一系列的加工处理目的：将微弱电压信号放大将非电信号转换为电压信号抑制干扰噪声，提高信噪比便于传输及后续环节的处理§5.2调制与解调调制就是使一个信号的某些参数在另一个信号的控制下而发生变化的过程。前一信号称为载波后一信号（控制信号）称为调制信号。对应于信号的三要素：幅值、频率和相位，根据载波的幅值、频率和相位随调制信号而变化的过程，调制可以分为调幅、调频和调相，其波形分别称为调幅波、调频波和调相波。1.幅值调制与解调设调制信号为，其最高频率成分为，载波信号为