华侨大学机械工程测试复习提纲

华侨大学机械工程测试复习提纲华侨大学机械工程测试复习提纲华侨大学机械工程测试复习提纲V:1.0精细整理，仅供参考华侨大学机械工程测试复习提纲日期：20xx年X月测试技术，有时也成为检测技术，它包含着测量和试验两个内容。测量，就是把被测对象中的某种信息检测出来，并加以量度；试验，就是通过某种人为的方法，把被测系统所存在的某种信息，通过专门的装置，人为地把它激发出来并加以测量。测量的本质：采集和表达被测物理量；与标准作比较。测量的前提：被测的量必须有明确的定义；测量标准必须事先通过协议确定。测试系统的基本构成：（1）信号检出部分（2）信号变换部分：（3）分析处理部分（4）通信接口与总线部分（管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换）。测量误差的概念（P8）；误差的分类与来源（P8—9）实验数据回归处理的方法（自己瞎扯吧）.信号的分类：8、周期函数频谱特点：①频谱是离散的②每条谱线出现在基频的整数倍频上③各分量的幅度随频率提高而减小9、静态特性——输入：x不随时间变化输出：y反映测试系统静态响应动态特性——输入：x（t）随时间变化输出：y（t）反映测试系统的动态能力测试装置的静态特性：1.量程2.精度——表征测量装置的测量结果y与被测真值μ的一致程度。通常有三种表示方法：（1）测量误差（2）相对误差（3）引用误差3、灵敏度——输出的变化量与输入变化量的比值。灵敏度可以定义为标定曲线的斜率。从检测被测量微小变化角度考虑，测量装置灵敏度应该尽可能高，同时，测量装置的信噪比越大越好。4、分辨率——单位响应对应的系统输入量。5、线性度——是指测量装置输出与输入之间保持常值比例关系的程度。6、回程误差——在全测量范围内，两输出量之差的最大值hmax称为回程误差或滞后误差。7、漂移——是指测试装置在输入不变的条件下，输出随时间变化的趋势。零点漂移和灵敏度漂移。动态特性——就是测试装置在动态信号x(t)激励下，其输出函数f[x(t)]的特性。对代数系统：输出y(t)时时刻刻都和x(t)保持确定的比例关系即y(t)以确定的比例在时域再现了x(t)的变化历程。对线性系统：描述其输出与输入关系的是微分方程，求解微分方程繁琐、复杂且困难。可将时域微分方程描述的关系转化到频域中，用稳态输出频谱与输入频谱之间的简单代数关系来考察。10、实现频域不失真测试的条件：幅值失真和相位失真测量系统的抗干扰——电磁干扰、信道干扰、电源干扰。一般说来，良好的屏蔽及正确的接地可去除大部分的电磁波干扰。使用交流稳压器、隔离稳压器可减小供电电源波动的影响。信道干扰是测量装置内部的干扰，可以在设计时选用低噪声的元器件，印刷电路板设计时元件合理排放等方式来增强信道的抗干扰性。传感器的分类：1)按被测物理量分类2)按工作的物理基础分类:机械式,电气式,光学式,流体式等3)按信号变换特征:能量转换型和能量控制型4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系——物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.5）按传感器输出信号的性质分类—开关型传感器：输出为开关量模拟型传感器：输出模拟量数字型传感器：输出为脉冲或代码13、压电式传感器工作原理：压电效应——某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部也会被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。热电温度计(热电偶)——热电效应：将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。热电偶测温基本定律：1)均质导体定律：由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。2)中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。3)参考电极定律：两种导体A,B分别与参考电极C组成热电偶，如果他们所产生的热电动势为已知，A和B两极配对后的热电动势可用下式求得：传感器选用原则选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。1、灵敏度一般说来，传感器灵敏度越高越好，但，在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。a)灵敏度过高引起的干扰问题；b)量程范围；c)交叉灵敏度问题。2、响应特性传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。线性范围任何传感器都有一定线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。稳定性稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。5、精确度传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。测量方式传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。16、进行信号调理的目的和方法：1.传感器输出的微弱电信号，需要进一步放大，或阻抗变换。

2.对混杂有干扰噪声的传感器输出信号，需要滤除噪声，提高信噪比。3.对于远距离传输的信号，需要进行调制、解调处理。17、电桥内容见课本P127.18、调制与解调：目的——解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。信号调制：就是使一个信号的某些参数在另一信号的作用下发生变化的过程。前一信号称为载波信号，一般为较高频率的交变信号；后一信号称为调制信号，一般为被测信号。调制目的：就是将一些传感器输出的缓变电信号变为便于放大和传输的信号。信号解调：就是指从已调制信号中恢复原有用信号的过程。调制分类：调幅、调频和调相。一、调幅是将一个高频简谐信号（载波）与测试信号在时域相乘，使高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。信号的调幅有两种常见的方法：使用乘法器使微弱电信号与高频载波信号相乘；将电参数直接调制，它又有两种方法，即（1）交流电桥调幅作用。（2）分压调幅谐振电路。同步解调原理：把调幅波再次与原载波信号相乘的过程称为同步解调。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。同步：指解调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。频率调制调频是利用信号电压的幅值控制另一个信号的频率。调频波是指随信号幅值而变化的疏密不等的等幅波。调频可以通过电参数的直接调频实现，其基本原理是将待测的电容或电感作为自激振荡器的谐振回路中的一个调谐参数。调频波的解调——调频波的解调又称为鉴频，它是将调频波频率的变化恢复成电压信号的过程，常用谐振回路鉴频法。滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。——低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。20、A/D转换采样――利用采样脉冲序列，从信号中抽取一系列离散值，使之成为采样信号x(nTs)的过程。量化――把采样信号经过舍入变为只有有限个有效数字的数，这一过程称为量化。编码――将经过量化的值变为二进制数字的过程。时域采样只是把连续信号的时间离散化了。而对于幅值如果用二进制数码组来表示，就是离散信号变成数字信号。这一过程称为量化。量化一般是由A/D转换器来实现的。减小量化误差措施——1、提高A/D转换的位数，即增大b，但A/D转换的位数选择应视信号的具体情况和量化的精度要求而定，位数增多后，成本显著增加，转换速率下降。实际上，和信号获取、处理的其他误差相比，量化误差通常不大，所以一般可忽略其影响。2、A/D转换器尽量选择与经调理后的模拟输入信号幅值相匹配的量程，即减小D。（设A/D转换器的位数为b,允许的动态工作范围为D）。D/A转换过程和原理——D/A转换器是把数字信号转换为电压或电流信号的装置。21、采样定理：为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2倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。Fs＞2Fmax22、用计算机进行测试信号处理时是取其有限的时间片段进行分析这个过程称信号截断。截断相当于原信号x(t)与一矩形窗函数w(t)相乘。原来集中在f0处的能量被分散到较宽的频带中去了，这种现象称之为频谱能量泄漏。截断引起的能量泄漏效应——表现：一部分能量以主瓣加宽的形式向原有频率近旁分散另一部分能量则分散到整个频域。影响：泄漏将造成频谱分析时的误差。减小或抑制泄漏的措施——窗处理：采用时域窗函数来对截断的时域信号进行加权处理，以改善时域截断处的不连续状况。对于窗函数的要求(频域)：主瓣宽度窄些，以提高分辨力；旁瓣幅度小些：减小泄漏，窗无尖锐拐角。23、窗的优劣判断（三个方面评价）1）最大旁瓣峰值与主瓣峰值之比2）最大旁瓣10倍频程衰减3）主瓣宽度24、栅栏效应：由于频谱的离散取样造成频谱分析误差；谱峰越尖锐，产生误差的可能性就越大。能量泄漏分主瓣泄漏和旁瓣泄漏，主瓣泄漏可以减小因栅栏效应带来的谱峰幅值估计误