工程测试技术知识点总结

1、1 信号调理的内容和目的 ？ 答： 信号调理的内容是： ( 1)传感器输出地电信号很微弱，需要进一步放大，有的还要进 行阻抗变换。(2)有些传感器输出的电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声， 提高信噪比。 (3)为了便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信号进行调制调解处理。信号调理的 目的是便于信号的传输与处理。 2 信号放大电路的种类，如何根据传感器输出特性选择合适的放大电路 ？ 答：信号放大电路的种类有基本放大电路(反相放大器、同相放大器和差分放大器三种)和 仪器放大器；传感器的输入如果是毫伏信号，最好选用仪器放大器，如果信号比较大，选用 一般的放大器就行了。 3 信号调制与解调的种类

2、？ 答：调制种类：调幅、调频、调相，目的：解决信号的放大及传输问题调幅 (AM) ： y(t) A* x(t)cos(2 ft ) 调频(FM) ： y(t) Acos(2 f0 x(t)*t )调相(PM) ： y(t) A cos(2 ft 0 x(t) 信号解调的种类：幅度解调、频率解调、相位解调。 4 幅度调制与解调的原理 ？ 答： 幅度调制与解调的原理： 幅值调制是将一个高频载波信号与被测信号相乘， 使高频信号 的幅值随被测信号的变化而变化； 幅值解调是只运用各种解调方法 (同步解调、 整流检波解 调或相敏检波解调)从调幅波中将原测量信号恢复出来。 5 调幅波的失真，如何消除 ？ 过

3、调失真： 对于非抑制调节调幅， 要求其直流偏置必须足够大， 否则 x(t) 的相位将偏差 180 消除：加入足够大的直流偏置。 重叠失真：调幅波是由一对每边为 fm 的双边带信号组成的，当载波信号的频率较低时， 正频端的上边带将与正频端的下边带重叠(类似于频率混迭效应) 消除： 载波信号的频率要高于调制信号的最高频率，一般都至少是数倍甚至十倍于信号中的 最高频率。 6 信号滤波器的种类 ？ 答：信号滤波器的种类有：低通、高通、带通、带阻四类。 7 如何根据测试信号中有用成分和干扰成分的频谱来选择滤波器种类和设定其参数 ？ 答： 如果测试信号中有用的信号是低频信号，或者其干扰信号是高频信号， 则

4、要使用低通滤 波器；如果测试信号中有用的信号是高频信号，混有低频干扰信号，则要使用高通滤波器； 如果测试信号中的干扰信号是某个频段的信号则要使用带阻滤波器； 如果测试信号中有用的 信号是某个频度的信号则要使用带通滤波器。 1、A/D,D/A 转换器的主要技术指标有哪些？ 答： A/D,D/A 转换器的主要技术指标有分辨率与量化误差、转换速度、转换精度、模拟信号 的输入范围。 2、信号量化误差与 A/D,D/A 转换器位数的关系？ 答：把连续时间信号转换为离散数字信号的过程称为模-数(A/D )转换过程；反之，则称为 数-模( D/A )转换过程。 A/D 转换过程包括了采样、量化，编码。采样也

5、称为抽样，是利用 采样脉冲序列 p(t)，从连续时间信号 x(t) 中抽取一系列离散样值， 使之成为采样信号的过程。 量化也称为幅值量化，是把采样信号经过舍入的方法变为只有有限个有效数字的数的过程。 编码是将离散幅值经过量化以后变为二进制数字的过程。 若取信号 x(t) 可能出现的最大值为 A ，令其分为 D个间隔， 则每个间隔长度为 R=A/D ，R称为量化增量或量化步长。 当采样信 号落在某一小间隔内， 经过舍入方法而变为有限值时， 则产生量化误差。 量化误差呈等概率 均匀分布，若量化增量为 R，则最大量化误差应是正负 (1/2)R，显然，量化增量 R 愈大，则 量化误差愈大，量化增量 R

6、大小一般取决于 A/D 、 D/A 转换器位数 N，R等于 2的N 次方 之倒数，由此可知，转换器位数愈大，则信号量化误差愈小。 3、采样定理的含义，当不满足采样定理时如何计算混叠频率？ 答： 采样定理的含义如下： 为了保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息， 信号采样 频率必须至少为原信号中最高频率成分的两倍，这是采样的基本法则，即Fs2Fmax 。当不 满足采样定理时计算混叠频率：折叠频率为采样频率的一半，即fd=fs/2 ，大于 fd 的频率以 fd 为中心向回折叠，产生频率低端混叠，而且无法消除，当某频率fx 大于 fd ，则：混迭频 率 fi fd（ fxfd）=2fd-fx 。

7、 4、A/D 采样为何要加抗混迭滤波器，其作用是什么？ 答：按照采样定理，采样率至少应为感兴趣信号最高频率分量频率的两倍。换句话说，输入 信号的最高频率应该小于等于采样频率的一半。 但在实际情况中如何保证满足这一条件呢？ 就算可以保证待测信号具有一个频率上限， 但由于其他干扰等因素 （如电力线信号或电台信 号干扰），实际测量信号仍可能会包含高于奈奎斯特频率的高频信号分量。这些频率分量可 能会混迭到正确的低频信号中，从而导致错误的测量结果。 为了确保输入信号的频率成分确实是受限的，在采样和 AD 变换之前增加了一个低通滤波 器。这个滤波器就是抗混迭滤波器， 因为通过抑制高频信号 （高于奈奎斯特频

8、率的信号成分） 可以防止采样引入混迭信号。 5、数字信号处理中采样信号的频谱为何一定会产生能量泄露？ 答：用计算机进行信号处理时不可能对无限长的信号进行测量与运算， 而使用有限时间片段 进行分析， 这个过程通常叫信号截断。 然后对截断信号进行周期拓展之后进行数学片理， 拓 展后的信号与真实信号是不同的， 因此造成能量泄漏 （即原来集中在某一频率下的能量， 被 分散到较宽的频带中去了） 。信号截断产生能量泄漏是必然的，因为窗函数是一个频带无限 的函数， 而原信号是一个限频带信号， 截断之后也必然成为频带无限的函数， 即信号在频域 的能量分布被扩展了。无论采样频率多高，只要信号一经截断，就不可避免

9、地引起混叠。 6、用 FFT 计算的频谱为何一定会存在栅栏效应误差？ 答：用 FFT 计算的频谱一定会存在栅栏效应误差的原因是：对采样信号的频谱采用 FFT 算 法进行计算，设数据点数为： N = T/dt = T.fs 而计算得到的离散频率点为 : Xs（fi） ，fi = i.fs/N , i = 0，1，2， ，N/2 。这就相当于透过栅栏观赏风景，只能看到频谱的一部分，而其它 频率点看不见， 因此很可能使一部分有用的频率成份被漏掉， 所以说一定会存在栅栏效应误 差。 7、试述窗函数的作用及窗函数的选用原则 答：在信号分析中，加窗的作用除了减小泄露以外，在某些场合，还可抑制噪声，提高频率

10、 辨识能力。由分析可知，对于窗函数的基本要求是：窗谱的主瓣要窄且高，以提高分辨率； 旁瓣应小，正负交替接近相等，以减小泄露或负谱现象。关于窗函数的选择，还应考虑分析 信号的性质与处理要求。 如果仅要求精确读出主瓣频率， 而不考虑幅值精度， 则可选用主瓣 宽度比较窄而便于分辨的矩形窗； 如果分析窄带信号， 且有较强的干扰噪声， 则应选用旁瓣 幅度小的窗函数，如汗宁窗、三角窗等；对于随时间按指数衰减的函数，可采用指数窗来提 高信噪比。 8、1.目前数字信号处理正在逐步取代用模拟电路实现的模拟信号处理，为什麽？ 答：第一、数字信号处理技术更经济、更方便。随着 CMOS 技术的发展，可以以低成本方 式

11、实现功能强大的数字信号处理系统。而模拟信号处理系统却无法享受 CMOS 技术发展带 来的好处。第二、数字信号处理抗干扰能力强。而模拟信号处理容易收各种干扰，尤其是各 种电磁干扰。 第三、 数字信号处理受环境影响小。 模拟信号处理受温度和湿度等环境因素影 响，环境温度一变，整个处理系统的参数就发生变化。第四、对于数字信号处理系统来说， 改变数字信号处理系统的功能只要修改处理程序就可以， 整个系统的硬件不需要改变。 而模 拟处理系统则不然， 需要重新布局和布线， 重新制作整个硬件系统。 所以说目前数字信号处 理系统正在逐步取代用模拟电路实现模拟信号处理。 1、信号的分类有哪些？ 答：信号的分类：

12、1、按信号随时间变化的确定性与否分为确定性信号和非确定性信号，而 确定性信号有可分为周期信号和非周期信号， 周期信号分为谐波信号和一般周期信号， 非周 期信号分为准周期信号和瞬态信号，非周期信号分为平稳随机信号和非平稳随机信号两大 类； 2、按信号幅值随时间变化的连续性分类，信号可分为连续信号和离散信号，而连续信 号可分为模拟信号和一般连续信号，离散信号可分为一般离散信号和数字信号。 2、A/D 转换、 D/A 转换、 A/D 转转换的步骤有哪些？ 答：把模拟信号转换为与其相对应的数字信号的过程，称为 A/D 转换，反之则称为 D/A 转 换； A/D 转换的步骤有采样、量化、编码。 3、传感

13、器的定义？ 答：传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。 4、传感器的物理定律有哪些？传感器的静态特性有哪些？传感器的选型原则是什么？传感 器的类型有那些？列举 答：传感器的物理定律有： 1、守恒定律： 能量、动量、电荷量等守恒定律。 2、场的定律 “包 括运动场定律，电磁场的感应定律。3、物质定律：如胡克定律、欧姆定律等。传感器的静 态特性是指检测系统的输入不随时间变化的恒定信号时， 系统的输出与输入之间的关系， 主 要包括：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移、测量范围、量程、精度、分辨率和阀值、 稳定性等。传感器的选用原则主要考虑灵敏度、线性范围、响应特性、稳定性、精确

14、度、测 量方式等六个方面的问题。 传感器的类型有机械式 (波纹管、波登管) 、电磁及光电子式 (电阻、电容及电感式传感器、磁电、压电与热电式传感器、光电、光纤传感器等) 、辐射 式(激光测试传感器) 、流体式。 5、泄漏效应的原因 答：泄漏的原因来自两个方面： 1、输入频率不是 fs/n 的整数倍，因为 DFT 只能输出在 fs/n 的频率点上的功率，所以当输入频率不在 fs/n 的整数倍时， DFT 的输出上就没有与输入频 率相对应得点，那么输入频率就会泄漏到所有的输出点上；2、对于非矩形窗，窗本身就会 产生一定的泄漏。 6、傅里叶变换、傅里叶级数、离散傅里叶变换的定义，应用范围 答：傅里叶

15、技术： 傅里叶变换： 离散傅里叶公式： 卷积分定义？公式？ 7、相关定义、公式、应用举例 答：统计学中用相关系数来描述变量x， y 之间的相关性。是两随机变量之积的数学期望， 称为相关性，表征了 x、y 之间的关联程度。 应用： 1、机械加工表面粗糙度自相关分析2、地下输油管道漏损位置的探测3、地震位置 测量 8、相干、相关、卷积对比异同 答： “相干”也叫“相参”。对两个确定性信号，如果它们之间具有确定的相位关系，则称这两 个信号是相干的。 “相关 ”是用来描述两个随机信号(过程)之间的关系，与 “统计独立 ”意思 相反。对两个随机信号，如果它们之间的相关函数不是 delta 函数，则两个随

16、机信号是相关 的。卷积定义 :函数 f(x)和 h(x)，其卷积运算用符号 f(x)*h(x) 表示，定义为如下积分 12.函数 f(x)和 h(x)的相关定义 9、幅度调制定义、原理，同步解调的定义、原理 答：幅调是指将一个高频简谐信号(载波信号)的幅值与被测试的缓变信号(调制信号)相乘，使载波信号的幅值随测试信号的变化而变化。 把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域图形将再一次进行 “搬移 ”当,用一低通滤波器滤去 频率大于 fm 的成分时， 则可以复现原信号的频谱。 与原频谱的区别在于幅值为原来的一半， 这可以通过放大来补偿。 这一过程称为同步解调， 同步是指解调时所乘的信号与调制时的载

17、波信号具有相同的频率和相位。用等式表示为： y(t) A0* x(t ) cos(2 ft ) 10、滤波器定义，按通频带范围分类为？按冲击响应时间特性分类为？ 答： 滤波器是一种选频装置， 它可以使信号中特定的频率成分通过， 同时极大地衰减其他频 率成分。按通频带范围分类：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器四类。按 冲击响应时间分类，可以分为：无限脉冲响应( IIR )滤波器和有限脉冲响应( FIR )滤波器 两类。 11、设 f(x)是周期为 2的函数，其在 -， 上的表达式为，将其展开为傅里叶级数 f(x)= 12、试述相关分析的定义，举例说明互相关分析的应用。 变量之间的相

18、依关系称为相关， 信号之间的相似关系称为相关函数。 统计学中用相关关系来 描述变量 x,y 之间的相关性。两随机变量之积的数学期望称为相关性，表征了 x,y 之间的关 联程度。 相关分析的工程应用： 机械加工表面粗糙度自相关分析， 提取出回转误差等周期性 的故障源；自相关测转速，提取周期性转速成分；地下输油管道漏损位置的探测；地震位置 测量等。 13、试述窄带信号的特点及解调方法。 窄带信号就是信号的 (频率 )带宽很窄，信号带宽远小于中心频率的是窄带信号。窄带信号的 功率集中在中心频率附近 ,与宽带信号的功率谱密度和频谱密度图有很大的差距.处理方法也 有很大差距 . 调制信号的幅度越小 ,被调信号的频率偏移越近的信号是窄带信号。 窄带调频可以由乘法器来实现， 因此一定可以用相干解调的方法来恢复原调制信号。 带通滤 波器的作用是用于通过调频信号和抑制噪声， 带