整理后作业测试答案

1 第一章第一章 论述测试 测量和计量的意义与差别论述测试 测量和计量的意义与差别 答 测试 是指采用专门的技术手段和仪器设备 设计合理的实验方法并进行必要的数据 处理 从而找到被测量量的量值和性质的过程 测量 借助专用的技术工具 通过实验和计算 对被测对象收集信息的过程 计量 实现测量准确和单位统一而进行的测量过程 它属于测量 但比测量严格 对 测量起着指导 监督 保证的作用 测试 测量和计量的差别 测试是要用仪器仪表测量 并含有测试 对比 调整 在 测试 这样循环的一个过程 计量是以确定量值为目的的一组操作 唯有计量部门从事的 测量 计量不仅要获取量值的信息 而且要实现量值信息的传递或溯源 测量就是为获取 量值信息的活动 测量作为一类操作其对象就是测量仪器 测量可以是孤立的 计量则存 在于量值传递或溯源的系统中 通常人们将具有研究性 探讨性 论证性的测量叫做测试 测试过程通常需要对测量 结果进行分析处理 以获得更为明确的形式 从而打到试验的目的 论述测试系统静态特性及其对测试结果的影响论述测试系统静态特性及其对测试结果的影响 答 测试系统的静态特性是指测量恒定不变或者非常缓慢变化的情况下 测试装置输出量 与输入量之间的关系 非线性 测试系统在进行静态测量时 其实际的输出量与输入量之间呈非线性关系 非线 性是对静态测量偏离线性的度量 非线性是造成测试系统静态误差的因素之一 迟滞性 测试系统在同样的测试条件下 输入量从小到大改变时测得的值与输入量从大到 小改变时测得的值不同的现象叫做迟滞性 迟滞性也叫做回程误差 是造成系统 静态测量误差的因素之一 灵敏度 测试系统的灵敏度是反映系统输入量的变化引起输出量的变化的大小 负载作用 测试装置接入被测对象后 从被测对象吸取了一部分能量 从而改变了呗测参 数原真实值 测试装置的输入阻抗越大 从被测对象吸取的能量就越小 对测 量结果的影响也就越小 重复性 测试系统在条件和环境不变 按同一方向对同一对象做多次全程测量 结果的不 一致的误差 重复性越小 测量结果越准确 分辨率 测试系统能感知到的被测量的最小变化程度 分辨率越高 测量结果越准确 漂移 工作条件和被测量不变 测试输出随时间或温度变化的程度 漂移越小 测量结果 越准确 论述系统的幅频特性的物理意义及二阶系统的特点论述系统的幅频特性的物理意义及二阶系统的特点 答 线性系统在谐波输入作用下 其稳态输出与输入的幅值比是输入信号的频率的函数 称其为系统的频率特性 它描述了在稳态情况下 当系统输入不同频率的谐波信号时 其 幅值的衰减或增大的特性 二阶系统的特点 二阶系统是一个低通环节 阻尼比 和固有频率 n 是影响二阶系统动 态特性的重要参数 欠阻尼系统的单位脉冲响应曲线是减幅的正弦振荡曲线 且阻尼比越 小 衰减越慢 振荡频率越大 所以欠阻尼系统又称为二阶振荡系统 其幅值衰减的快慢 取决于阻尼比 二阶单位阶跃响应的特点 当阻尼比小于一时 二阶系统的单位阶跃响应函数的过度过程 为衰减振荡 并且随着阻尼的减小 其振荡特性表现得愈加强烈 当阻尼比等于零时达到等幅振荡 2 在阻尼比大于等于一时 二阶系统的过度过程具有单调上升的特性 当二阶系统的阻尼比不变时 系统的固有频率越大 保持动态误差在一定范围内的工作频 率方位越宽 反之 工作频率范围越窄 二阶系统的 bode 图可以用一条折现来近似描述 论述线性回归的应用意义及它在标定中的作用论述线性回归的应用意义及它在标定中的作用 答 线性回归是利用称为线性回归方程的最小平方函数对一个或多个自变量和因变量之间 关系进行建模的一种回归分析 线性回归是回归分析中第一种经过严格研究并在实际应用 中广泛使用的类型 这是因为线性依赖于其未知参数的模型比非线性依赖于其位置参数的 模型更容易拟合 而且产生的估计的统计特性也更容易确定 而标定 则是反复多次用待标定的测量系统或传感器对已知的 大小不同的已知量进行测 量 记录相应的测量数据 运用适当的统计方法对所得到的数据进行处理 建立被测量与 读数值之间的函数关系 线性回归在标定中对数据处理和确定模型参数有着重要作用 一 般都是使用线性回归方法对标定所得的数据进行处理并得出被测量值与读数值之间的函数 关系 第二章第二章 举例简述应变测量时温度补偿的基本原理举例简述应变测量时温度补偿的基本原理 答 电阻应变片对温度变化十分敏感 当环境温度变化时 因应变片的线膨胀系数与被测 构件的线膨胀系数不用 且敏感栅的电阻值随温度的变化而变化 所以测得应变将包含温 度变化的影响 消除温度影响的措施是温度补偿 在常温应变测量中温度补偿的方法是采用桥路补偿法 它是利用电桥特性进行温度补偿的 补偿块补偿法 把粘贴在构件被测点处的应变片称为工作片 接入电桥的 AB 桥臂 另外 以相同规格的应变片粘贴在被测工件相同材料但不参与变形的一块材料上 并与被测构件 处于相同温度条件下 称为温度补偿片 将它接入电桥与工作片组成测量电桥的半桥 电 桥的另外两桥臂为应变仪内部固定无感标准电阻 组成等臂电桥 由电桥特性可知 只要 将补偿片正确的接在桥路中即可消除温度变化所产生的影响 工作片补偿法 这种方法不需要补偿片和补偿块 而是在同一被测构件上粘贴几个工作应 变片 根据电桥的基本特性及构件的受力情况 将工作片正确地接入电桥中 即可消除温 度变化所引起的应变 得到所需测量的应变 例子 悬臂梁氏力传感器的测量原理是在灵敏系数和回路输入电压一定时 与其桥式回路 的电压输出值与两组应变片在悬臂梁受力后产生的应变差值成正比 而与力的作用点无关 在保证两组应变片水平方向的距离后 当梁的受力点发生不明显的变化时 其输出值基本 保持不变 简述压电式加速度传感器的工作原理简述压电式加速度传感器的工作原理 压电式加速度传感器是基于压电晶体的压电效应工作的 某些晶体在一定方向上受力变形 时 其内部会产生极化现象 同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷 当外力去除后 又重新恢复到不带电状态 这种现象称为 压电效应 具有 压电效应 的晶体称为压 电晶体 常用的压电晶体有石英 压电陶瓷等 简述用霍尔传感器测试电机转速的原理和方法简述用霍尔传感器测试电机转速的原理和方法 方法一 把一个非磁性圆盘固定在被测轴上 圆盘的边上 等距离嵌有一些永磁体 相邻 两块铁氧体极性相反 由导磁体和置于两导磁体缝隙中的霍尔元件组成测量探头 测量探 3 头两导磁体外端的间距与圆盘上相邻铁氧体之间的距离相等 圆盘转动时 霍尔元件输出 正负交变的周期电动势 方法二 在被测转速的轴上装有一齿轮状的导磁体 对着齿轮固定的一马蹄形的永磁体 霍尔元件粘贴在磁铁磁极的端面上 当被测轴旋转时 带动齿轮状导磁体转动 于是霍尔 元件磁路中的磁阻发生周期性的变化 其变化周期是被测轴转速的函数 而磁路磁阻的周 期性变化引起作用于霍尔元件的磁感应强度也发生周期性的变化 使霍尔元件输出一系列 频率与转速成比例的单向电脉冲 1 当霍尔传感器靠近导磁体时 霍尔传感器内部的磁场发生变化 由于霍尔效应 产生不 用的霍尔电动势 以此可以判断是否有导磁物品接近 2 霍尔传感器用于测量电机转速时 一般是霍尔传感器固定安装 而在电机的旋转部位安 装一个导磁性好的磁钢 旋转过程中 磁钢每接近霍尔传感器一次 霍尔传感器认为电机 旋转了一圈 以此计算电机转速 第三章第三章 简述采样定理的实际意义简述采样定理的实际意义 答 采样定理 A D 转换的采样频率必须大于信号最高频率的 2 倍 当采频率低于信号最 高频率的 2 倍时 就会引起 频率混淆 现象 使得原信号中的频率成分出现在数字信号 中完全不同的频率处 造成信号的失真 简述简述 A D 转换的主要技术指标及其意义转换的主要技术指标及其意义 分辨率 A D 对输入模拟信号的分辨能力 A D 转换器的分辨力可用输入的二进制数码的 位数来表示 位数越多 则分辨力也就越高 转换误差 通常以输出误差的最大值形式给出 它表示 A D 实际输出的数字量和理论上的 输出数字量之间的差别 常用最低有效位的倍数表示 转换精度 实际输出与期望输出之比 以全程的百分比或最大输出电压的百分比表示 转换速度 转换速度是指完成一次转换所用的时间 即从发出转换控制信号开始 直到输 出端得到稳定的数字输出为止所用的时间 转换时间越长 转换速度就越低 转换速度与转换原理 转换器的位数有关 采样率 转换时间 每秒钟采样次数 完成一次转换所需时间 通常用每秒钟的转换 次数表示 精度 输出数据与输入电压之间的误差 常用二进制位数表示 线性度 输出数据与输入电压之间的线性关系 通常用二进位数表示 输入量程 由参考电压决定 简述采集设备单端和差分信号接入时的接地方式简述采集设备单端和差分信号接入时的接地方式 答 单端接入时的接地方式 所有设备屏蔽地接大地 系统中高频最多的设备的电源地作 为系统公共 接地点 所有接地线均单独引至该点 若电源与屏蔽共地 以上原则不变 差分信号接入时的接地方式 通常数据采集设备 每两个单端输入端口合并成一个差分输 入端口 电源地和屏蔽地照常连接 注意每个设备输出信号的共模电压 不能超过要求 第四章第四章 简述均值 方差和峭度估计的计算方法并举例说明其工程应用意义简述均值 方差和峭度估计的计算方法并举例说明其工程应用意义 答 均值 将获得的一系列数据求平均 即为均值 应用意义在与粗略地估计真值 表示 4 信号大小的中心位置 比如测量班每个人的身高 并求均值 可得班的平均身高 方差 各个数据分别与其和的平均数之差的平方的和的平均数 即为方差 应用意义在于 表征了信号的离散程度 将信号的集中程度量化 例如测量班身高的方差 其大小 可反映 907 班 48 个人中身高差距的程度 方差越大 说明身高参差不齐 方差越小 说明大家身高都差不多 峭度 是统计数据分布集中程度的度量 可用作评价某一随机信号与标准正态分布之间差 距的度量 应用意义在于评价数据分布集中程度 与标准正态分布的接近程度 工 程上应用与检测信号中是否存在异常现象 常有的现象是检测是否存在冲击现象 若有冲击现象 K 值很大 说明径向基函数拟合的基本原理说明径向基函数拟合的基本原理 答 径向基拟合常借助高斯函数来拟合数据 高斯函数 G X Y 将实际测得的数据 F1 F2 Fn x1 x2 xn 构造函数 将两者的关系表达为一系列高斯函数的和 f x ng x t T 为高斯函数的中心 当 x t 时 G 取最大值 现要确定 T 和系数 W T 可 根据具体数据的情况选区 可直接选用测到的数据做为中心 确定 W 的方法 首先由取得 数据确定 T 在构造 2 个矩阵 G 和 G2 系数矩阵可由 W G T G Gm G T Y T 解得 最后确定拟合函数 简述信号相关系数和相关函数的应用意义和计算流程简述信号相关系数和相关函数的应用意义和计算流程 答 如果所研究的变量 x y 是与时间有关的函数 这时可以引入一个与时间 有关的量 称为函数的相关系数 简称相关函数 相关函数反映了二个信号在时移中的相关性 算法 令 x t y t 二个信号之间产生时差 再相乘和积分 就可以得到 时刻二个信 号的相关性 当 x t y t 时 得到的函数为自相关函数 相关函数的性质 自相关函数是 的偶函数 RX Rx 当 0 时 自相关函数 具有最大值 周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号 但不保 留原信号的相位信息 随机噪声信号的自相关函数将随 的增大快速衰 减 两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信号 且保留原了信 号的相位信息 两个非同频率的周期信号互不相关 通过相关函数的性质 可以消除随机噪声和分析两个函数之间是否同源 第五章第五章 简述采样频率 时间长度 频率分辨率之间的关系简述采样频率 时间长度 频率分辨率之间的关系 采样频率 也称为采样速度或者采样率 定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的 采样个数 它用赫兹 Hz 来表示 时间长度 是指能够分析到信号中的最低频率所需要 的时间记录长度 频率分辨率 对模拟信号频谱的采样间隔 在采样过程中合理确定时间 长度 是