测试技术主要内容

绪论1）测试系统的组成？非电量机械工程测试技术主要知识点激励

装置信号：无处不在激励，被测对象.传感器、信号处理.反馈与控制信号处理显示记录测试的目的二监视测量对象信息一监测2、根据测得信息进行反馈控制一侧控技术反馈、控制第一章信号的描述2）信号的分类？什么是确定信号，什么是周期信号？什么是非周期信号？什么是准周期信号？什么是非确定性信号？确定性般周期后号信号/周期信号确定性般周期后号信号/周期信号非周期信号信号|巾确定

怫信号L一信号|巾确定

怫信号L一脸变信Z|平稳随机信号确定性信号：能用明确的数学关系式或图像表达的信号称为确定性信号非确定性信号：不能用数学关系式描述的信号周期信号（periodsignal）：依一定的时间间隔周而复始、重复出现；无始无终。一般周期信号：（如周期方波、周期三角波等）由多个乃至无穷多个频率成分（频率不同的谐波分量）叠加所组成，叠加后存在公共周期。准周期信号（quasi-periodicsignal）:也由多个频率成分叠加而成，但不存在公共周期。（实质上是非周期信号）3）离散信号和连续信号？能量信号和功率信号？3）离散信号和连续信号？能量信号和功率信号？什么是能量（有限）信号？—总能量是有限的什么是功率（有限）信号？信号在有限区间（t1,t2）上的平均功率是有限的时域信号和频域信号？以时间为独立变量，描述信号随时间的变化特征，反映信号幅值与时间的函数关系

以频率为变量建立信号幅值、相位与频率的函数关系一般周期信号可以利用一傅里此一展开成频域信号？6)傅里叶级数展开和傅里叶变换的定义和公式？傅里叶变换的主要性质？傅里叶变换：ccsa如〃+&斤sin其中行MD)出r(r)其中行MD)出r(r)8$力/Mr工(。=%+NS尚cosnat^i+瓦sinn刃/)JI-I进一步可以改写为忒力=4十%4sin你陶F—成)=4+4sin蝴f+的)+4sing叫f4■由)+4sin。色F+©)+■,・式中e-arctan—4傅里叶变换：X@=hniC/=lim^^=J：*")「的面性质：>奇偶虚实性-r耳小-3由

J—>x>ReJV(/)=x(t)cos2jiftiit[mX(f")=|x(?)sin2ii/?d?若M。为实函数，则ReX(/)-ReX(7)ImX(f)=-ImAX力MO为实假函数,入⑺为虚奇函数u为⑺为虚偶函数。天⑦为实奇函数口若耳。为实偶函数，则1皿阳办=0,若工⑴为实奇函数,则Re'S=O,若大⑴为虚偶函数，则MO为实假函数,入⑺为虚奇函数u为⑺为虚偶函数。天⑦为实奇函数口对称性：Xt) x(-f)尺度改变性时移性质 坨土幻"彳⑶e空成频移特性卷租特性 心⑴口药微分特性:竽)把时域信号变换为频域信号，也叫做信号的频谱分析。求方波和三角波的频谱，做出频谱图，分别用三角函数展开式和傅里叶级数展开式傅里叶变换……非周期信号的频谱分析通过？傅里叶变换周期信号和非周期信号的频谱的主要区别？周期信号的频谱是离散的，非周期信号的频谱是连续的求单边指数衰减函数的傅里叶变换(频谱)？随机信号的描述，可分成足什么条件？在随机信号的实际测试工作中，为什么要证明随机过程是各态历经的？随机信号必须采用概率和统计的方法进行描述工程中绝大多数随机过程假定符合各态历经过程，则可用测得的有限样本记录来代表总体过程，否则理论上要测量无穷个样本才能描述该过程脉冲函数的频谱？什么是脉冲函数的筛选性质？矩形窗函数平稳随机过程和非平稳随机过程，平稳随机过程又可分为各态历经和非各态历经两类，各态历经随机过程的统计特征参数满的频谱？sinc函数的定义？单边指数函数的频谱？单位阶跃函数的频谱？3函数具有等强度、无限宽广的频谱，这种频谱常称为“均匀谱”。2)筛选性J：*⑴讽津比=工⑼匚5(t)dt=x(0)LtrD)df=dF)J_h昭上幻dr=口干外研选结果为在发生«函熨位置的函数值(又称为采样值)积分得到战千外的函数值Sinc(x)=sinx/x

单边指数衰减函数的频谱I夏（/）二匚尤«）右》,山=Ra出二口一j?琏一片—Q时辛单边指数衰减函数的频谱I夏（/）二匚尤«）右》,山=Ra出二口一j?琏一片—Q时辛(2>0,r>0第二章信号的分析处理13）信号的特征值有哪些，如果测得一组离散时间序列xi,请写出其均值、绝对平均值、均方值、均方根值、方差、标准偏差。＞离散信号的均值仙E的）A...〃上=＞离散信号的均值仙E的）A...〃上=lim-Vxn5N:1"为离散点数同=剧三步」>离散信号的均方值｛meat!square）%1vW：=lim—VY>信号的均方根值（rootofmeansquare）,即为有效值》离散信号的方差（larians）成升TS是方差的开方，又称标准偏差14）已知信号的概率密度函数p（x）,则其幅值落在区，x2］之间的概率P（x）为？尸（工）（芭<x<x2）=V2p（x）dx15）相关系数的概念，自相关函数的定义，互相关函数的定义。相关分析有哪些应用？相关测速，故障诊断管道漏油定位原理变量A•和F之间的相关程度常用相关系数户"表示:_<7叮_ 石［（=一M —川，」工‘%%同工-％）阳0-""rcrxv一工J,的协方差;、Afly一均值】产j邙一的标准差由柯西-许瓦兹不等式臼（1凡Xv—g）］W矶（工--—#J］所以，p^<1I自相关函数定义： 旦⑺E吧：j：X（oe-t）业自相关系数： 外⑺=空:“定义互相关函数：/⑺一圾）；工（。必十D康玛式T）=1必"jC「+7）加16）了解互相关函数的性质，什么情况下互相关函数Ry（）丰0?

■互相关函数的性质1）互相关函数是可正,可负的实函数.弓3天相薪薮菲南赢;茨菲音而薮「真看芙索6 S /⑺-%（-丁）反映了两信号时移的大小，时移rD时相关程度最高.反映了两信号时移的大小，时移rD时相关程度最高.3）…的峰伍不在『0处，其峰侑偏离原点的位置4）互相关函数的限制范围为K承、一仃2三R/）W凡:％十%?5）两个统计独立的随机信号，当均值为零时，则/⑺~0证明 证明 也打+r)dr[从十X1P)][A+y'(f+r)]dr6）两个同频率正余弦信号的人”0X(0=/sinay(t)=比COS加R"(r)=jj^sinty/cos(y(r+r)dtsin(urco5ic(f+r)=i[sin口㈤f一力丁)-sin()]7）两个不同频率的周期信号,勺⑺二。8）周期信号与随机信号,7）两个不同频率的周期信号,勺⑺二。8）周期信号与随机信号,17)数字信号采集过程，香农定理时序采样：采样是在模数转换过程中以一定的时间间隔对连续时间信号进行取值的过程。时域采样过程是将采样脉冲序列g（t）与信号*任)相乘。香农定理：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。例：相关分析应用例第三章测试系统特性什么是线性系统？用线性常微分方程来描述，通式？线性系统的叠加性质和比例特性？频率保持特性？当系统的输入x(t)和输出y(t)之间的关系可用常系数线性微分方程式来描述时，则称该系统为定常线性系统或时不变线性系统。(1)线性时不变(定常)系统IQ挈+*争…答+小)、黎+3岁一竽+如#用:中,t+rV*L，切、V叫1，AVZJ市算如D线性时不变系统即方程结构系数为常数，表明系统性能.参数、结构等不随时间变化，1，叠加性(以下一律箭头左侧表示系统输入，右侧表示输出)若修⑺T']⑺，修⑺一8⑶，则k1(。十工式。]-＞卬。士以彻口2、比例特性：若线性系统的输入扩大到k倍，则其响应也扩大到k倍，即对于任意常数k,必有kx(t)-ky(t)5、频率保持性频率保持性是指若系统输入为简谐(简单谐被)信号，则其稳态输出也为同频率简谐信号f即若 x(0=Acos(6^t+1^x)则 j回=庆。3fty什州)若x(t)=x^i't9则内)=—4w；若线性系统输入简谐信号,而输出却包含其他频率成分，则可以断定存在干扰，这些成分可能由外界干扰、系统内部噪声、非线性环节或是输入太大使系统输出进入非线性区域等原因所引起.测试系统的静态特性包括？定义：非线性度，灵敏度，分辨力，回程误差，漂移(温漂和零漂)静态测量时，测试装置表现出的响应特性称为静态响应特性。

1.线性度（非线性屋）线性度是指测试系统的输出与输入之间线性比例关线性度是指测试系统的输出与输入之间线性比例关标定曲线拟合的直线（误差绝对值最小）作为理想直然。线性度即是标定曲绢偏离拟合直线的程度，用线性度误差表示， 非线性度（误差）=9*0。%A2.灵敏度灵敏度：肖测试装置的输入工有一增量△工，引起输出v发生相应的变化△¥时，则定义灵敏度5：理想情况下，S_旭_F_M—常热O ； rpArjc实际应用：总是用定度曲线的拟合直绕的斜率作为该装置的灵敏度。灵墩度表征测试系统输出反映输入信号变化的能力灵敏度的单位：取决于输入、输出量的单位。放大倍数：当输入输出量纲相同时的灵敏度：3分辨力分辨力：是指测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量,通常是以最小单位输出量所对应的输入量表示口例如标尺最小分度的一半。普通直尺0.5miii应用：一F试系统的分辨力越高，表示它所能检测出的输入量的最小变化量越小。4,回程误差回程误差是指输入量由小到大与由大到小变化时，测试装置对同一输入量所得输出量不一致的误差，用全量程范围内同一输入量下所得输出的最大差值%近与量程月之比的百分数表示:a漂移漂移是指攫［试系统在输入不变的条件下，输出随时间或温度的缓慢变化。产生原因； ■仪器自身结构参数变化；■周围环境的变化。零点漂移测量装置无输入时，每隔一段时间进行读数，其… 输出偏离零值.，品==乂100%温度漂移：表示温度变化时，测量装置输出值的偏离程度，一般以温度变化1cC,输出的最大偏差与全量程输出量的比值的百分数表示IS X1OO%=^LX1O0%TAM A实现不失真测试的条件：输入输出在时域应满足？频域应满足？22）测试系统静态特性标定过程？什么是标定（定度）曲线？1、作输入一输出特性曲线（标定曲线）杵标准量在满量程范围内均匀地等分成个“输入点，按正反行程进行相同的班次测量，得到3和条输入■,输出特性曲线二2、求重复性误差，正行程的重复性误差为;A求回程误差_ _丹一九h=——了4x100%5,求作稳定曲线乂二3九+%)6、求作拟合直线，并计算灵敏度和非线性误差什么是绝对误差，什么是相对误差，绝对误差和相对误差有什么区别？传感器测量精度的采用绝对误差还是相对误差评价？0.1级精度传感器的最大相对误差为？精度等级，量程和实际测量准确度之间的关系？1、误差真值於对于所有的被溺物理量来说,其客观存在的量值测彘值为：恻量仪器所显示的结果「绝对误差测量误差=测得值•真值误差,J 二支一支.、客髓不值I相对误差定义；蒯量的绝对误差与被测量的真傍之比。相对误差二绝差用弧％—£=篝*100%对于相同的被测量，相对误差评价测量精度水平更合适测量仪表的精度等级分为7级：0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0。某仪表为0.5级表示该仪表的最大相对误差不大于0.5%。习题：3.1，3.2,3.3第四章什么是传感器？传感器的作用？传感器的主要性能指标？传感器的选用原则？1,传感器蹴念传感器是能感受规定的被测量、并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置口通常由敏感元件和转换元件组成口传感器转换后的信号大多为电信号,因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电伤号的器件或装置，3,传感器的性能要求（1）灵敏度高，输入和输出之间有较好的线性关系；（2）噪声小.并且具有抗外部噪声的性能*（3）滞后、漂移误差小工（4）动态特性良好；（如测量快速变化的量：响应速度）（5）在接入测量系统中，对被测量不产生影响；（6）功耗小，复现性好,有互换性事（7）防水及耐腐饨等性能好，能长期使用［（8）转构简单，容易维修和校正；（?）低成本、通用性强.选择传感器主要考虑测试对象、测量范围、物量方式、闻量环境、（决定传感器类型）灵敏度、续性范围、_响应特性、稳定性、精度、测量方式（决定传感器具体参数）等方面的问题。26）电阻式传感器的工作原理？金属电阻应变式传感器的工作原理？半导体压阻式传感器的工作原理？两者区别？（1）应变式传感器工作原理1）金属的电阻应变效应电阻应变效应是指导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随所受机械变形（应变）的变化而发生变化的现象.设金属理长度为L截面积为4,电阻率为分则其阻值为金属蛙变形时，＞'』将同时发生变化，从而导致R改变若小k乂的变化量为dp、W、dJ,则

施出值，无量细数,金属变化量血与总长，相比通常很小，常用〃君二104以对半径为r的金属电阻丝有：A=nricL4-lurdreV?施出值，无量细数,金属变化量血与总长，相比通常很小，常用〃君二104以对半径为r的金属电阻丝有：A=nricL4-lurdreV?_d/d"2dri电阻丝轴向应变量冏J电阻丝径向应变.由材料力学二色=-产牛必为泊松比“负号表示两者变化相反一r1图.电阻率相对变化，与电阻纥他向所受正应力而关，为=；"=在£正应力g弹性理野座变Q——？内一？总€P其中E为电阻丝弹性模量；儿为压阻系数，与材质有关.D则有：—=(1+2//>+2£^H1-1-受力后电阻丝几何尺寸变化所受力后电阻率的改变引引起，对于同一材料(1+2")起,对金属材料，AE很为常数。小口竿华似2〃k分在电阻丝拉伸比例范围内,策阻相对受化与其所受的轴向应变成正比.2.压阻式传感器(1).基本工作原理压阻效应是指半导体材料受到应力作用时，其电阻率发生变化的现象"单晶半导体在外力作用下的电阻变化量仍为=(1+2/)&+AEs对半导体而言a电阻率变化引起的电阻变化掂"远远大于形变弓I起的电阻变化(1+2R6则d/?/J?=(1+2//)^+d尸//％d户//由半导体理论82=霆用曲1 沿某晶向L的压阻系数；E—武敏度:半导体材料的弹性模量。用；rLE例，对于半导体硅，^=(40-80)X10-u巾4N,F=1.67X1O11Pa,则与=%_E=50-100口半导体电阻材料的灵敏度比金属丝要高50〜70倍.电阻应变片的灵敏度是指？用应变片接入电桥的接法？应变式传感器可以测量哪些物理量？为什么用应变片组成电桥进行测量？金属电阻应变片灵敏度与定义为_^R/R_电阻变化率11=d/门二诙=1+加=constam玛愕?1.果=1-7h3.6.即电阻变化率与应变的关系：其中现也成为应变片的应变系数半导体压阻式传感器：由半导体理诒班/p二厅L及畋-一■沿某晶向L的压阻系数;E——半导体材料的弹性模量。血敏度; ,50例：对于半导体硅，通气刎〜80)Xl『uitiVN,r=1.67X1011Pa,则与二吨百=50〜1(HE半导体电阻材料的灵敏度比金属丝要高50〜70倍n3)电桥的联接方式单臂电桥 双臂电桥 全桥可以测量位移、力、力矩、加速度、压力等。电桥将电阻、电感、电容等参量的变化变为电压或电流输出的一种测量电路。掌握电桥电路工作原理。直流电桥的平衡条件？掌握电桥的单臂、双臂(半桥)和全桥接法。电桥的灵敏度如何定义？三种接法的电桥的灵敏度？存在何种倍数关系？电桥的和差特性？悬臂梁的应变片的贴法？如何接入电桥？半桥和全桥接法可以消除非线性误差和温度误差的原理？R.R.-R-.R电桥平衡，有:［注意非应变片现敏色R.R.-R-.R电桥平衡，有:［注意非应变片现敏色I定义电桥的灵敏度£=电桥输出电压

电阻变化率则T种接法的层粼度比分划为1：2：%Sr*I3注意：Sr*I3注意：・相邻两臂电阻增量符号相反］全桥显敏度，电桥输入电压•相对两臂电阻增量符号相同。29)交流电桥对供桥电源有什么要求？30)电感式传感器测量原理？可分成两类，变面积型和变间隙型，哪种是线性的？如何用电桥接差动自感型传感器？变面积型式中二犷一践圈匝数:7^占一气隙29)交流电桥对供桥电源有什么要求？30)电感式传感器测量原理？可分成两类，变面积型和变间隙型，哪种是线性的？如何用电桥接差动自感型传感器？变面积型式中二犷一践圈匝数:7^占一气隙长度；的一空气磁导率，山口=41TX10-7Hmr］4)—空气隙导磁截面积:3-衔铁简隙型口感上与气隙碱反比，与气隙导磁裁面积/J.成正:比£1—找圉;可变气隙型变面积型是线性的31)解释涡流效应，了解涡流传感器工作原理，涡流传感器有哪些应用？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。测量原理商频交使磁场反向一线圈自自感上或其等效阻抗马的变化程度与线圈尺寸.、距离E金属板电阻率由磁导率a线圈激励电流f及其频率后有关.泅量位移、振动等金属板材料一定h材质鉴别或无泅量位移、振动等金属板材料一定h材质鉴别或无损探伤压的本原理可测什么量?Q常线圈尺寸、激励电流,及其频率,定，匿:低频电二◎周围产生1交变磁场低频透射式涡流传感器一般用来测材料厚度32)差动变压器式传感器的工作原理？工作原理当被测量转换为南铁位移时，传感器两线圜的互感改变.等致输出相应改变U实际的互感传感器通常采用两个.二次线圈，并接成差劲式,故称为差动变压器式传感器. 1! Q变压器由一次线圈上和 ^S"：决两个结构参数完全相°""L—J""1I 跖犷线…〔$方~4□一吨Jr+-工33）什么是压磁效应？压磁效应：铁磁材料在外力作用下，内部发生变形，各磁畴之间的界限发生位移，度发生变化使磁畴磁化强度矢量转动，从而使材料的磁化强（1）差动变压器式34）电容式传感器的工作原理，平行板电容传感器的电容变化和灵敏度计算？1、工作原理及分类a）粗距变化型；o-〕£=b）制枳变优型二角位移型।平面级位移型，柱面镂位移型.鎏逐的隼够■■■MI-4IU" ' 桶Q 酗 3 4C）介质变化型 rpr0-国―O1）极距（间隙）变化型C" AC二—寄A3"^卜 s^sA_C一由|— S1 58用途,适用于位移和压力测量特点；非接触式测量，灵敏度高测量的频率范围为0—105Hz35）压电效应？压电效应的信号测量电路有哪两种？Word文档（例题）某些物质当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部被极化，表面会产生电荷，这种现象称为压电效应（piezoelectriceffect）；3,测量电路a）电压放大器0中+c『+G)+(曾一—Kg If KCf»CC+G)(C+Cf)+KCf .F,*then e个--如电荷放大器36）磁电式传感器原理？法拉第效应。霍尔效应？37）外光电效应？光生伏特效应？光电传感器应用？、外光电效应外光电效应：在光照作用下，物体内的电子从物体表面逸出的现象1>爱因斯坦光电效应方程式:用一普朗克常数，4=6,62620X10"」料产一光