工程测试技术基础课件

工程测试技术基础

第一章、绪论本章学习要求：1.掌握测试技术的概念及研究内容2.了解测试技术的应用情况3.了解测试技术的发展动态4.了解主要测试仪器生产厂商工程测试技术基础第一章、绪论1.1测试技术的基本概念

测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。

测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。简单的测试系统可以只有一个模块，如玻璃管温度计。它直接将被温度变化转化液面示值。没有电量转换和分析电路，很简单，但精度低，无法实现测量自动化。

为提高测量精度和自动化程度，以便于和其它环节一起构成自动化装置，通常先将被测物理量转换为电量，再对电信号进行处理和输出。如图所示的声级计。

一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。1.1测试技术的基本概念

被测对象传感器信号调节器记录.显示.分析处理伺服驱动机构被测信号U、IR、L、CU、I信息转换信息提取

传感器将被测物理量(如噪声,温度)检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。

电量及非电量在科学实验中及生产制造过程中，研究与观测的对象是多种多样的，因此，物理量也是多种多样的，这些物理量可大致分为两大类，即电量与非电量。电量：电流I、电压V、电荷Q、电功率W、电路参数R、L、C和电信号频率f等等；非电量：除电量以外的一切物理量，如高度、速度、重量、压力、温度等。

非电量电测技术

自从人类发现了电能并加以利用以后，伴随着出现了各种电量的测量仪表。随着电子技术的发展，使对电量的测量技术相应得到提高。电量的测量特点是机械量测量所不能比拟的，基于电量测量的优点，人们根据一些物理原理及效应，把一些非电量转化成电量，然后用电测仪表对其进行测量和标定，这就形成了非电量电测法—用电量测量方法来测量非电量。

非电量电测法的特点：使测量仪器统一化，规格化。不同的非电量转换成相同的电量，使后继仪器标准化。便于信号长距离传输、远程监测及控制。对参数进行动态测量（信号随时间变化），可测量其瞬时值及变化过程。可测微小信号及瞬变信号（作用时间很短）。易于与计算机联接，分析处理方便。第一章、绪论1.2测试技术的工程应用

在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个工程领域。

1、工业自动化中的应用

a)机械手、机器人中的传感器

转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。

1.2测试技术的工程应用

在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗b)AGV自动送货车

超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置识别；条形码传感器，货品识别。1.2测试技术的工程应用

香港理工AGV模型c)生产加工过程监测1.2测试技术的工程应用

切削力传感器，加工噪声传感器，超声波测距传感器、红外接近开关传感器等。密歇根大学数字化工厂1.2测试技术的工程应用

2、流程工业设备运行状态监控

在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。扬子石化50MW热电机组监测系统阳逻电厂300MW汽轮机组监测系统荆门电厂200MW机组监测系统青山热电厂生产信息实时查询系统沙角电厂生产信息实时查询系统宝钢30KW以上风机监测系统宝钢精轧F2轧机网络化监测系统宝钢冷轧带钢振动纹监测系统武钢风机状态监测系统1.2测试技术的工程应用

3、产品质量测量

在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。

图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。汽车扭距测量机床加工精度测量1.2测试技术的工程应用

4、楼宇控制与安全防护

为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。

图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器1.2测试技术的工程应用

5、家庭与办公自动化

在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度)液位传感器，电阻传感器(衣物烘干检测)。指纹传感器透光率传感器温湿度传感器温度传感器1.2测试技术的工程应用

5、其他应用航天农业交通医学1.2测试技术的工程应用

6、PC机中的测试技术应用鼠标:光电位移传感器摄象头:CCD传感器声位笔:超声波传感器麦克风:电容传声器声卡:A/D卡+D/A卡软驱:速度,位置伺服6、PC机中的测试技术应用1.2.6PC机中的测试技术应用测控实验DIY1.鼠标测位移实验2.麦克风测声音2.声卡采样频率信号分析频率合成与分解3.简易声级计制作4.CCD图象分析……..

个人测试实验室1.3测试技术的发展趋势第一章、绪论1、传感器方面

a)利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器光纤流速传感器荧光材料制作的电子鼻传感器生物酶血样分析传感器热/光电量第一章、绪论b)传感器+嵌入式计算机

智能传感器振动网络传感器嵌入式计算机智能压力网络传感器智能倾角RS232传感器IC总线数字温度传感器1.3测试技术的发展趋势2、测量信号处理方面计算机虚拟仪器技术用PC机＋仪器板卡代替传统仪器用计算机软件代替硬件分析电路优点我们的工作第一章、绪论1.3主要传感器和测试仪器生产厂商2、振动/噪声传感器丹麦B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名）/1、工业自动化类传感器美国霍尼威尔公司（有全球最大传感器技术研究中心）/china1.3主要测试仪器生产厂商3、测量分析仪器美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商)/美国Agilent公司(原惠普公司仪器部，著名的测试仪器商)/第二章、信号分析基础2.1信号的分类与描述

为深入了解信号的物理实质，将其进行分类研究是非常必要的，从不同角度观察信号，可以将其分为：1从信号描述上分--确定性信号与非确定性信号；2从信号的幅值和能量上--能量信号与功率信号；3从分析域上--时域与频域；4从连续性--连续时间信号与离散时间信号；5从可实现性

--物理可实现信号与物理不可实现信号。2.1信号的分类与描述1确定性信号与非确定性信号

可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。2.1信号的分类与描述

信号波形：被测信号信号幅度随时间的变化历程称为信号的波形。

信号的分类主要是依据信号波形特征来划分的，在介绍信号分类前，先建立信号波形的概念。振动弦(声源)声级计记录仪0At信号波形图：用被测物理量的强度作为纵坐标，用时间做横坐标，记录被测物理量随时间的变化情况。2.1信号的分类与描述周期信号：经过一定时间可以重复出现的信号

x(t)

=

x(t+nT)简单周期信号复杂周期信号2.1信号的分类与描述b)非周期信号：不会重复出现的信号。准周期信号准周期信号:由多个周期信号合成，但各周期信号的频率不成公倍数，其合成信号不是周期信号。如：x(t)=sin(t)+sin(√2.t)瞬态信号瞬态信号:持续时间有限的信号，如x(t)=e-Bt.Asin(2*pi*f*t)2.1信号的分类与描述c)非确定性信号：不能用数学式描述，其幅值、相位变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。噪声信号(平稳)噪声信号(非平稳)统计特性变异2.1信号的分类与描述2能量信号与功率信号

a)能量信号在所分析的区间（-∞，∞），能量为有限值的信号称为能量信号，满足条件：

一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。瞬态信号2.1信号的分类与描述b)功率信号在所分析的区间（-∞，∞），能量不是有限值．此时，研究信号的平均功率更为合适。一般持续时间无限的信号都属于功率信号。复杂周期信号噪声信号(平稳)2.1信号的分类与描述3时限与频限信号a)时域有限信号在时间段(t1，t2)内有定义，其外恒等于零．b)频域有限信号在频率区间(f1，f2)内有定义，其外恒等于零．三角脉冲信号正弦波幅值谱2.1信号的分类与描述4连续时间信号与离散时间信号a)连续时间信号:在所有时间点上有定义

b)离散时间信号:在若干时间点上有定义幅值连续幅值不连续采样信号2.1信号的分类与描述5物理可实现信号与物理不可实现信号a)物理可实现信号：又称为单边信号，满足条件：t＜0时，x(t)=0，即在时刻小于零的一侧全为零。b)物理不可实现信号：在事件发生前(t<0)就预制知信号。2.1信号的分类与描述6信号分析中常用的函数a)

函数:是一个理想函数，是物理不可实现信号。等价：tS(t)tS(t)tS(t)

1/2.1信号的分类与描述特性：（1）乘积特性（抽样）（2）积分特性（筛选）（3）卷积特性（4）拉氏变换（5）傅氏变换2.1信号的分类与描述b)sinc函数波形性质：偶函数；闸门(或抽样)函数；滤波函数；内插函数。图示：频率放大2.1信号的分类与描述c)复指数函数;2.1信号的分类与描述性质：（1）实际中遇到的任何时间函数总可以表示为复指数函数的离散和与连续和。（2）复指数函数的微分、积分和通过线性系统时总会存在于所分析的函数中。第二章、信号分析基础2.2信号的时域波形分析

信号的时域波形分析是最常用的信号分析手段，用示波器、万用表等普通仪器直接显示信号波形，读取特征参数。1、信号波形图

tA2、周期T，频率f=1/TT

3、峰值P，双峰值Pp-pPPp-p2.2信号的时域波形分析

4、均值

均值E[x(t)]表示集合平均值或数学期望值。0At均值：反映了信号变化的中心趋势，也称之为直流分量。2.2信号的时域波形分析

5、均方值工程测量中仪器的表头示值就是信号的有效值。

信号的均方值E[x2(t)]，表达了信号的强度；其正平方根值，又称为有效值(RMS)，也是信号平均能量的一种表达。

2.2信号的时域波形分析

6、方差方差：反映了信号绕均值的波动程度。信号x(t)的方差定义为：

大方差

小方差

2.2信号的时域波形分析

7、波形分析的应用超门限报警信号类型识别信号基本参数识别Pp-p2.2信号的时域波形分析

案例：旅游索道钢缆检测超门限报警

第二章、信号分析基础2.3信号的幅值域分析1概率密度函数

以幅值大小为横坐标，以每个幅值间隔内出现的概率为纵坐标进行统计分析的方法。它反映了信号落在不同幅值强度区域内的概率情况。p(x)的计算方法

2.3信号的幅值域分析

2直方图

以幅值大小为横坐标，以每个幅值间隔内出现的频次为纵坐标进行统计分析的一种方法。直方图概率密度函数归一化3、概率分布函数

概率分布函数是信号幅值小于或等于某值R的概率，其定义为：概率分布函数又称之为累积概率，表示了落在某一区间的概率。2.3信号的幅值域分析

2.3信号的幅值域分析

图谱

第二章、信号分析基础2.4信号的时差域相关分析1相关的概念

相关指变量之间的相依关系，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。xyxyxyxy例如，玻璃管温度计液面高度(Y)与环境温度(x)的关系就是近似理想的线形相关，在两个变量相关的情况下，可以用其中一个可以测量的量的变化来表示另一个量的变化。

2.4信号的时差域相关分析

2相关函数

如果所研究的变量x,y是与时间有关的函数，即x(t)与y(t)，这时可以引入一个与时间τ有关的量，称为函数的相关系数，并有：假定x(t)、y(t)是不含直流分量(信号均值为零)的能量信号。分母常量，分子是时移τ的函数，反映了二个信号在时移中的相关性，称为相关函数。2.4信号的时差域相关分析

计算时，令x(t)、y(t)二个信号之间产生时差τ，再相乘和积分，就可以得到τ时刻二个信号的相关性。

x(t)y(t)时延器

乘法器

y(t-τ)X(t)y(t-τ)积分器

Rxy(τ)*图例2.4信号的时差域相关分析

相关函数的性质

相关函数描述了两个信号间或信号自身不同时刻的相似程度，通过相关分析可以发现信号中许多有规律的东西。（1）自相关函数是的偶函数，RX()=Rx(-)；（2）当=0时，自相关函数具有最大值。（3）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。（4）两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信号，且保留了原信号的相位信息。（5）两个非同频率的周期信号互不相关。（6）随机信号的自相关函数将随的增大快速衰减。2.4信号的时差域相关分析

相关分析的工程应用

案例：机械加工表面粗糙度自相关分析被测工件相关分析性质3，性质4：提取出回转误差等周期性的故障源。2.4信号的时差域相关分析

案例：自相关分析测量转速理想信号干扰信号实测信号自相关系数性质3，性质4：提取周期性转速成分。自相关分析的主要应用：用来检测混肴在干扰信号中的确定性周期信号成分。2.4信号的时差域相关分析

案例：地下输油管道漏损位置的探测

2.4信号的时差域相关分析

案例：互相关测速互相关分析的主要应用：滞后时间确定

信号源定位测速测距离2.5信号的频域分析

第二章、信号分析基础8563ASPECTRUMANALYZER9kHz-26.5GHz

信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。

傅里叶变换1频域分析的概念131Hz147Hz165Hz175Hz频域参数对应于设备转速、固有频率等参数，物理意义更明确。电子琴2.5信号的频域分析

时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除单频率分量的简谐波外，很难明确揭示信号的频率组成和各频率分量大小。图例：受噪声干扰的多频率成分信号

2.5信号的频域分析

时间幅值频率时域分析频域分析2.5信号的频域分析

信号的频谱X(f)代表了信号在不同频率分量处信号成分的大小，它能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。时域分析与频域分析的关系2周期信号的频谱分析

周期信号是经过一定时间可以重复出现的信号，满足条件：x(t)

=

x(t+nT)任何周期函数，都可以展开成正交函数线性组合的无穷级数，如三角函数集的傅里叶级数。傅里叶级数的表达形式：2.5信号的频域分析

式中:T――周期，T=2π/ω0；ω0――基波圆频率；f0=ω0/2π2.5信号的频域分析

复指数形式

带入并合并同类项

则：-n替换了n将三角函数形式中的正余弦用欧拉公式代换

2.5信号的频域分析

信号及其描述式中，Cn称复指数形式的付里叶系数。2.5信号的频域分析

在两种形式的傅立叶级数中，An和Cn、和∠Cn都是频率的函数，称An和|Cn|为函数(信号)的幅频特性,

和∠Cn为信号的相频特性。A0/2或|C0|表示信号的直流分量，An或者|2Cn|表示n次谐波的幅值,

和∠Cn表示第n次谐波的相位，An和Cn.和∠Cn相当于一个序列的通项.周期信号的频谱若把An和Cn、和∠Cn与频率的相应关系用坐标表示出来，则称之为信号的频谱.2.5信号的频域分析

例：求方波信号的频谱

2.5信号的频域分析

解:1)展开为三角级数:

2.5信号的频域分析

2)展成复指数指数级数2.5信号的频域分析

比较两个频谱可发现不同之处在于：复指数形式是将三角形式的每条谱线取1/2到左边轴的对称点处，复指数形式频谱中的负频率完全是数学变换的结果，没有实际的物理意义，只有把正负频率项成对地合并起来，才是实际的频谱函数。2.5信号的频域分析

例：求信号的频谱2.5信号的频域分析

解：2.5信号的频域分析

式中：

抽样函数由此可以画出频谱。

即：令|Cn|=0则有2.5信号的频域分析

当n从0变到T/τ时，|Cn|第一次为0，在此区间内有(T/τ)+1条谱线（包含区间端点）,每条谱线的间隔为设τ不变，若T/τ=4在[0,2π/τ]有5条谱线。若T/τ=89条谱线若T/τ=1617条谱线。随着T增加，wo减小，谱线间隔减小，谱线条数增加，|Cn|的幅值减小，但幅频线的包络不变，即各谱线间保持固定的比例关系，可以设想，若T→∞,w0→0信号变成非周期信号，其频谱的变化在后面再讲。

2.5信号的频域分析

周期信号频谱特点

1°离散性：每条谱线代表一个频率分量；

2°谐波性：谱线出现在基波的整数信频率上

3°收敛性：谐波次数越高，谐波分量越小。

由收敛性可知，信号的中高次谐波分量很小，所以其对信号波形的影响很小，有时可以忽略。在一定的误差范围内，只考虑有限的频率分量：从0频率到所必须考虑的最高次谐波分量之间的频段称为信号的频带宽度。信号的频带宽度是一个重要的概念，这在信号处理中，在设计和选用测试装置时要充分注意。信号的频带指信号包含频率成份的范围。2.5信号的频域分析

频谱图的概念

工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以fn(ω0)为横坐标，bn、an为纵坐标画图，称为实频－虚频谱图；以fn为横坐标，An、为纵坐标画图，则称为幅值－相位谱；以fn为横坐标，为纵坐标画图，则称为功率谱。图例2.5信号的频域分析

波形合成与分解

周期信号都可以用三角函数{sin(2πnf0t),cos(2πnf0t)}的组合表示,也就是说，可以用一组正弦波和余弦波来合成任意形状的周期信号。2.5信号的频域分析

3非周期信号3.1准周期信号：由一系列频率比为无理数的正弦波组成，其频率谱为离散的，但不满足谐波性.

这种信号称为准周期信号。

例如：2.5信号的频域分析

3.2.瞬变信号及傅立叶变换：信号出现的时间是有限的，或随时间趋于无穷信号是收敛的。在信号出现的期间，信号不呈现周期性。如电容的放电过程，对这种信号沿时间轴积分，其积分值存在，它所携带的能量也是有限值，故称能量有限信号。前面讲过一个周期信号，当周期T→∞时，变成非周期信号，这时就不能用傅立叶级数展开了，但是信号中各频率成分的比例关系还是存在的，因此我们还希望研究信号的频率成分，这就需要借助于另外一种数学方法――傅立叶变换。

2.5信号的频域分析

我们可以从周期函数的傅立叶级数取T→∞时的极限入手，对于周期信号：2.5信号的频域分析

∵频线间隔：由定积分定义：∴当T0→∞时，Δω→0上式变为：2.5信号的频域分析

式中：我们将周期函数的复指数形式的傅立叶级数展开与非周期函数的傅立叶变换相比较，看出两点不同：1．周期函数中所包含的频率成分，是基频ω0的整倍数。而非周期函数中包含了一系列从0到无穷大的所有频率成分，ω是连续变量。2．周期函数的傅立叶系数Cn反映的是对应频率成分幅值的大小，而非周期函数的傅立叶变换F(ω)反映的是单位频率宽度上的振幅。所以又称F(ω)为频谱密度函数。2.5信号的频域分析

一般的说，F(ω)是个复数

幅值谱密度相位谱密度2.5信号的频域分析

例：求矩形脉冲的傅氏变换

解：

当时

与周期矩形脉冲频谱相比较，可以看出两种信号频谱的异同。2.5信号的频域分析

4傅立叶变换的性质a.奇偶虚实性b.线性叠加性若x1(t)←→X1(f)，x2(t)←→X2(f)

则：c1x1(t)+c2x2(t)←→c1X1(f)+c2X2(f)c.对称性若x(t)←→X(f)，则X(-t)←→x(-f)d.时间尺度改变性若x(t)←→X(f)，则x(kt)←→1/k[X(f/k)]e.时移性若x(t)←→X(f)，则x(t±t0)←→e±j2πft0X(f)f.频移性若x(t)←→X(f)，则2.5信号的频域分析

例子：求下图波形的频谱+X1(f)X2(f)用线性叠加定理简化2.5信号的频域分析

5频谱分析的应用

频谱分析主要用于识别信号中的周期分量，是信号分析中最常用的一种手段。案例：在齿轮箱故障诊断通过齿轮箱振动信号频谱分析，确定最大频率分量，然后根据机床转速和传动链，找出故障齿轮。案例：螺旋浆设计可以通过频谱分析确定螺旋浆的固有频率和临界转速，确定螺旋浆转速工作范围。2.5信号的频域分析

下图是大型空气压缩机传动装置简图和在减速箱上测得的振动信号波形和频谱，请从频谱上读出信号的特征参数，并判断那一根传动轴对振动的贡献最大，说明判断依据？

2.5信号的频域分析

习题1：从下面的功率谱中读出信号的主要频率成分。500Hz010V习题2：从下面的信号波形图中读出其主要参数。5V-5V0.1秒02.6卷积分第二章、信号分析基础1卷积

卷积积分是一种数学方法，在信号与系统的理论研究中占有重要的地位。特别是关于信号的时间域与变换域分析，它是沟通时域－频域的一个桥梁。

在系统分析中，系统输入／输出和系统特性的作用关系在时间域就体现为卷积积分的关系x(t)h(t)

y(t)2卷积的物理意义

对于线性系统而言，系统的输出y(t)是任意输入x(t)与系统脉冲响应函数h(t)的卷积。（1）将信号x(t)分解为许多宽度为

t的窄条面积之和，t=nt时的第n个窄条的高度为x(nt)，在

t趋近于零的情况下，窄条可以看作是强度等于窄条面积的脉冲。tx(t)nt

x(nt)t2.6卷积分（2）根据线性系统特性，在t=nt时刻，窄条脉冲引起的响应为:x(nt)th(t-nt)tx(nt)th(t-nt)02.6卷积分（3）根据线性系统的叠加原理，各脉冲引起的响应之和即为输出y(t)ty(t)02.6卷积分卷积与相关h(t)t0x(t)0t3卷积分的计算图例设：2.6卷积分（1）t=0时，y(0)=2A2T0y(t)2A2T02T0-2T00x(t)T0-T0h(0-

)T0-T0A2T0-T0卷积与相关tt

0002.6卷积分（2）t=T0/2时，y(T0/2)=3A2T0/2y(t)2A2T02T0-2T00x(t)T0-T0h(T0/2-

)T0-T0A2T0-T0卷积与相关2.6卷积分（3）t=T0时，y(T0)=A2T0y(t)2A2T02T0-2T00x(t)T0-T0h(T0/2-

)T0-T0A2T0-T0卷积与相关2.6卷积分（4）t=3T0/2时，y(3T0/2)=A2T0/2y(t)2A2T02T0-2T00x(t)T0-T0h(T0/2-

)T0-T0A2T0-T0卷积与相关2.6卷积分（5）t=2T0时，y(2T0)=0y(t)2A2T02T0-2T00x(t)T0-T0h(T0/2-

)T0-T0A2T0-T0卷积与相关2.6卷积分（6）t=-T0/2时，y(-T0/2)=3A2T0/2y(t)2A2T02T0-2T00x(t)T0-T0h(-T0/2-

)T0-T0A2T0-T0卷积与相关2.6卷积分（7）t=-T0时，y(-T0)=A2T0y(t)2A2T02T0-2T00x(t)T0-T0h(-T0-

)T0-T0A2T0-T0卷积与相关2.6卷积分（8）t=-3T0/2时，y(-3T0/2)=3A2T0/2y(t)2A2T02T0-2T00x(t)T0-T0h(-3T0/2-

)T0-T0A2T0-T0卷积与相关2.6卷积分（9）t=-2T0时，y(-2T0)=0y(t)2A2T02T0-2T00x(t)T0-T0h(-2T0-

)T0-T0A2T0-T0卷积与相关2.6卷积分卷积与相关h(t)t00h(-)

(1)反折x(t)0t3卷积积分的几何图形表示(2)平移0h(t1-)

(3)相乘0h(t1-)

x(t)0tx(t)0t(4)积分(1)反折；(2)平移；(3)相乘；(4)积分。2.6卷积分4含有脉冲函数的卷积设

h(t)=[(t-T)+(t+T)]卷积为卷积与相关图示Th(t)0tx(t)0tTh(t)*x(t)0t2.6卷积分5时域卷积定理如果则卷积与相关2.6卷积分时域卷积定理：时间函数卷积的频谱等于各个时间函数频谱的乘积，既在时间域中两信号的卷积，等效于在频域中频谱中相乘。

例三角脉冲频谱计算y(t)2A2T02T0-2T00x(t)T0-T0h(0-

)T0-T0卷积与相关tft

Y(f)2.6卷积分6频域卷积定理如果则卷积与相关2.6卷积分频域卷积定理：两时间函数的频谱的卷积等效于时域中两时间函数的乘积。8:40:22上午110误差与测量3.1测量误差概述3.1.1测量误差的概念及其表示方法1.测量误差：对某一参数进行测量时，由于各种因素的影响，使测量值与被测参数的真值之间存在一定的差值，此差值就是测量误差。测量误差的产生原因主要有四个方面：①测量方法；②测量设备；③测量环境；④测量人员素质。2.研究测量误差的意义正确认识测量误差的性质与分析测量误差产生的原因，寻求最大限度地减小与消除测量误差的途径。寻求正确处理测量数据的理论和方法，以便在同样条件下，能获得最精确最可靠地反映真值的测量结果。俗话说，差之毫厘，失之千里，一个小数点的错位，一个量纲的不正确，有可能导致巨大的浪费、失败、甚至造成人员伤亡等。

8:40:22上午111误差与测量3.

测量误差的表示方法①绝对误差：Δ＝Ｘ－Ｘ0

或Δ＝Ｘ－Ａ其中X为测量值，Ｘ0为真值，Ａ为约定真值。一般来说，真值无法求得，约定真值为高一级测量仪表的读数。②相对误差：ε＝（Δ/Ｘ0）×100％或ε＝（Δ/Α）×100％（实际相对误差）或ε＝（Δ/Ｘ）×100%

（示值相对误差，当Δ较小时使用）③引用误差：Δ引＝（Δ/Ｘｍ）×100%

称测量值为Ｘ时的引用误差。式中Ｘｍ为引用值，通常指测量装置的量程或示值范围的最高值。

引用误差有最大值：Δ引ｍａｘ＝（Δｍａｘ/Ｘｍ）·100％＝μ％

μ称为电工仪表的等级，共7级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。使用μ级精度仪表时可保证：Δ＜Δｍａｘ＝Ｘｍ·μ％在相同误差Δ下，显然，越接近Ｘｍ，相对误差越小。因为相对误差（Δ/Ｘ）≥引用误差（Δ/Ｘｍ）。8:40:22上午112误差与测量3.1.2测量误差的分类系统误差：对某一参数在相同条件下进行多次测量时，以确定的规律影响各次测量值的误差。随机误差：对某一参数在相同条件下进行多次重复测量，误差的符号及大小变化无规律，呈现随机性的误差。粗大误差：由于某些原因造成的使测量值受到显著歪曲的误差，可在重复测量比较分析后消除。产生原因：测量者的粗心大意，环境的改变，如受到振动、冲击等。

8:40:22上午113误差与测量1.随机误差的特点随机误差的存在导致每次测量结果有些不同，将测量值进行分组统计(直方图法)，将最大值与最小值之间进行N等分，在直角坐标系中横轴表示测量值，纵轴表示测量值落在每一等分内的个数即频数，便可作出直方图，此图显现中间多、两边低，两边对称的特点。具有这种分布特点的随机变量称之为服从正态分布。

测量值与测量误差都服从正态分布，只是分布中心不同。随机误差具有如下特点：①单峰性：绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的可能性大；②对称性；绝对值相同、符号相反的误差出现的可能性相等；③相消性：④有界性：绝对值大于某数值的随机误差不会出现。3.1.3随机误差的特点及估计

8:40:22上午114误差与测量

具有这样特性的事件称之为服从正态分布（高斯分布），正态分布的概率密度：测量值分布中心可用求算术平均值的方法求得：——样本均值。=8:40:22上午115误差与测量

测量值的可靠性（偏离真值的程度）可用标准差来评价：或用σ的估计值

随机误差的分布与测量值相同，只是μ＝０。——样本标准差8:40:22上午116误差与测量2.极限随机误差的估计①σ已知:单次测量(一个测量样本）的极限随机误差的估计

设测量值x落在区间的概率

—α称为显著水平（不可靠性）当t值不同时，概率不同若取t=1则p=68.26%t=2p=95.45%t=3p=99.73%接近于100%而测量值超过|u±

3σ|的概率很小,认为不可能出现.——t称为置信系数，其数值与误差出现的概率有关8:40:22上午117误差与测量所以,单次测量值的极限随机误差可定义为:算术平均值的极限随机误差:--为算术平均值的标准值

样本平均值与样本均方差的性质：样本平均值x的数学期望Mx等于总体指标的数学期望M

，样本平均值x的均方差

x等于总体指标

的均方差

乘以因子1/（N)1/28:40:22上午118误差与测量②σ未知时，用σ的估计值S来替代，用算术平均值作为测量结果

则:k—自由度=N-1N为测量次数 α--显著水平=1-p③粗大误差的消除:当测量值产生的误差时,便可认为粗大误差可以删除.精密度：用标准差评定，说明测定值的分散程度（指随机误差）。准确度：算术平均值偏离真值的程度（指系统误差）。精确度：前二者的综合评定，有时也指精密度。

3.1.4精密度、准确度、精确度8:40:22上午119误差与测量3.2不等精度测量

3.2.1等精度测量与不等精度测量

如果在测量过程中，保证测量环境、仪器、方法、人员水平及测量次数都相同，这时的单次测量结果或重复测量的算术平均值具有相同的可靠程度，称之为等精度测量。若使环境、仪器、方法、人员水平及测量次数中的任一项改变，则每改变一次后的测量结果与前一次测量结果的可靠性不同，称之为不等精度测量。

不等精度测量的目的是对不同条件下的测量结果加以比较分析，以便获得更精确的测量结果。

8:40:22上午120误差与测量3.2.2不等精度测量结果的表示—加权算术平均值

不等精度测量因各组测量值的可靠程度不同，故不能用算术平均值来表示，而应遵从一个原则：即可靠性高或精确度高的测量值在最终测量结果中所占的比重要大一些，而可靠程度小或精确度低的结果在最终测量结果中所占的比重要小一些。而普通算术平均值反映不出这种关系。因此引入了加权算术平均值的概念。

8:40:22上午121误差与测量1.权的概念与确定权值反映了某一测量值在最终测量结果中的比重，用p来表示。权值的大小与测量值的标准差有关。设在不等精度测量中，各组的算术平均值为x1,x2,x3,……xm，对应的标准差为σ1,σ2……σm

。则各组的权值为：即每组的权值与其标准差的平方〈方差〉成反比。8:40:22上午122误差与测量②若不等精度测量仅为重复次数不同，而其它测量条件都不变，则可用各组的重复次数ni做该组的权值pi。例如，已知三组不等精度测量结果对应的标准差分别为：则：∴可取：p1=1,p2=16,p3=4

8:40:22上午123误差与测量2.加权算术平均值的计算接上例，设则

8:40:22上午124误差与测量3.加权算术平均值的标准差已知各组σi②

若已知各组的权且组数足够多时其中，ｍ为测量组数，为第i组平均值，为加权算术平均值。或或接上例：8:40:22上午125误差与测量3.3函数误差与误差的传递一.直接测量与间接测量直接测量—测量的物理量就是所研究的参数.间接测量—测量某些基本物理量,再根据函数关系求解所要研究的参数.研究函数误差就是解决间接测量中的误差传递问题(也称为第一类问题),另外还要解决误差的分配(也称为第二类问题)举例说明:电路中

对电流测量可用间接法.先测量R和V再算出电流I及误差.(第一类问题)

若对电路电流误差有要求,则要求VR和R的测量应保证在一定的范围之内(第二类问题)8:40:22上午126误差与测量二.函数的误差传递

—已知直接测量参数的误差,求间接测量的误差1.误差传递函数:设直接测量参数与间接测量参数的关系式为:当测量基本参数X1…….Xm时存在误差,则计算出的y值的准确性必然受到影响.y值的误差可以用求微分的方法求出:式中:

,称之为误差传递函数,它反映了第i个测量参数的误差对最终测量值y的影响程度.或者说xi的误差是通过Ci传递给Y的.8:40:22上午127误差与测量①函数的系统误差

②函数的随机误差2.函数误差的计算:式中

为相关系数，

一般

它反映了两个参数(或者随机变量)之间是否成线性关系.若二者成线性关系或

否则

小于1。通常有些参数之间是没有任何关系,相对独立,不相关,则

，此时

大于0，8:40:22上午128例:求两中心距离L,选择一种较好的测量方法.已知:误差与测量解:......①①式+②式有:......②......③1l1l2d1d2L8:40:22上午129误差与测量方法1:

方法2:

＝8:40:22上午130误差与测量方法3:

由此可见第三种方法最好!＝8:40:22上午131误差与测量三.函数误差的分配

—给定函数误差,要求确定各基本参数所允许的测量误差.考虑各基本参数相互独立,给定

则有:在这个方程中有m个未知数

根据已知条件只能列出一个方程,因此,解该方程必须再给定附加条件.8:40:22上午132误差与测量

等作用原则:

设各基本参数的误差对函数误差的影响相等.即

i=1,2,…..m.2.按实际过程调整误差:由上式可知,当|Ci|很大时,σi很小，意味着对Xi的测量要求很高的精度,而|Ci|很小时,则可放宽测量要求.在实际中,如果|Ci|太大,对Xi的测量要求过高,现有设备仪器可能满足不了,这时可以适当提高其他参量的测量精度,而保证总的m仍然满足。18:40:22上午133误差与测量3.5静态误差数据处理一.测量数据表示法.

在测量过程中,被测量与测试仪器的输出之间存在一定的关系.为把这种关系建立,常常在特定的条件下改变被测量的量值,测出对应的输出,特别是对传感器而言,这种过程称之为标定.即给出传感器输入/输出之间的关系.比如:测力传感器,输入为力,输出为电流,这样力与电流的关系可用不同的表示方法表示出来.

列表法:输入力(N)输出电流(mA)6012.27014.28016.29018.310020.415030.48:40:22上午134误差与测量2.图示法,即描点作图坐标可采用直角坐标,极坐标等.

上述两种方法直观但不便于从理论上分析研究,所以通常还要采用第三种方法.3.回归方程—经验公式法.

根据数理统计的方法,求出两个甚至多个量之间的关系,用一个数学方程来表示，该方程称之为回归方程,而建立该方程的过程称之为回归分析,回归分析包括一元线性回归,一元非线性回归,多元线性回归及多项式回归等.常用的是一元线性回归分析.8:40:22上午135误差与测量二.一元线性回归方程的建立对一组数据Xi，Yi,若它们之间是线性相关的.则可用一条直线来表示，即：(对线性关系的评价由相关函数来评价)

通常这条直线可用最小二乘法获得,即设实测值yi与理论计算值之差的

平方和为最小,可列成下式:

Q为剩余平方误差8:40:22上午136误差与测量即:若要使Q最小,可通过求极值的办法来确定m和b两个未知量,即令:m，b为未知量

解方程便可求得m和b。

8:40:22上午137误差与测量其中:

8:40:22上午138误差与测量采用线性回归的条件:当y,x两变量之间的相关系数的绝对值大于最小相关系数时才能采用线性回归方程,最小相关系数

的确定与N及概率有关.

yx第四章、测试系统特性

测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。

4.1测试系统概论复杂测试系统(轴承缺陷检测)简单测试系统(光电池)V失真

无论复杂度如何，把测量装置作为一个系统来看待。问题简化为处理输入量x(t)、系统传输特性h(t)和输出y(t)三者之间的关系。4.1测试系统概论

3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(预测)系统分析中的三类问题：1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输特性。(系统辨识)2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。(反求)x(t)h(t)y(t)测试系统基本要求

4.1测试系统概论

理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入－输出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。其中以输出和输入成线性关系最佳。xy线性xy线性xy非线性4.1测试系统概论

系统输入x(t)和输出y(t)间的关系可以用常系数线性微分方程来描述：

线性系统一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。线性系统性质：a)叠加性

系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和，即若x1(t)→y1(t)，x2(t)→y2(t)

则x1(t)±x2(t)→y1(t)±y2(t)4.1测试系统概论

b)比例性常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的常数倍，即:

若x(t)→y(t)则kx(t)→ky(t)c)微分性系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分，即若x(t)→y(t)则x'(t)→y'(t)d)积分性当初始条件为零时，系统对原输入信号的积分等于原输出信号的积分，即若x(t)→y(t)则∫x(t)dt→∫y(t)dt4.1测试系统概论

e)频率保持性若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的谐波信号，即若x(t)=Acos(ωt+φx)则y(t)=Bcos(ωt+φy)

线性系统的这些主要特性，特别是符合叠加原理和频率保持性，在测量工作中具有重要作用。

如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，则称为静态测量。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。4.2测试系统静态响应特性a)灵敏度当测试装置的输入x有一增量△x，引起输出y发生相应的变化△y时，则定义:

S=△y/△x第四章、测试系统特性

灵敏度越高，系统反映输入微小变化的能力就越强。在电子测量中，灵敏度越高往往容易引入噪声并影响系统的稳定性及测量范围，在同等输出范围的情况下，灵敏度越大测量范围越小，反之则越大。4.2测试系统静态响应特性b.线性度δi：线性度△max：特性曲线与参考直线的最大偏差△F.S：满量程输出的平均值根据参考直线的定义方法，可将线性度分为：①理论线性度：参考直线由0点和满量程输出点确定②独立线性度：参考直线由最小二乘法确定。有时，系统的输出输入在局部范围内是直线，则取此段做为标称输出范围。c)回程误差测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最大者为hmax，则定义回程误差为回程误差=(hmax/A)×100%d)静态响应特性的其他描述

精度：是与评价测试装置产生的测量误差大小有关的指标。

灵敏阀：又称为死区，用来衡量测量起始点不灵敏的程度。

分辨力：指能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量，表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。

测量范围：是指测试装置能正常测量最小输入量和最大输入量之间的范围。

稳定性：是指在一定工作条件下，当输入量不变时，输出量随时间变化的程度。可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。4.2测试系统静态响应特性

在对动态物理量进行测试时，测试装置的输出变化是否能真实地反映输入变化，则取决于测试装置的动态响应特性。4.3测试系统的动态响应特性第四章、测试系统特性

x(t)h(t)y(t)属于：系统分析中的三类问题13)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(预测)1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输特性。(系统辨识)2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。(反求)a)传递函数拉氏变换富氏变换4.3测试系统的动态响应特性优点：直观的反映了系统对不同频率成分输入信号的扭曲情况。传递函数测量

实验求传递函数的原理，简单明了。依次用不同频率fi的简谐信号去激励被测系统，同时测出激励和系统的稳态输出的幅值、相位，得到幅值比Ai、相位差φi。

从系统的最低测量频率fmin到系统的最高测量频率fmax，按一定的增量方式逐步增加正弦激励信号频率f，记录下各频率对应的幅值比和相位差，绘制在图上就可以得到系统的幅频和相频特性曲线。4.3测试系统的动态响应特性依据：频率保持性若x(t)=Acos(ωt+φx)则y(t)=Bcos(ωt+φy)第四章、测试系统特性

优点：简单，信号发生器，双踪示波器就可以缺点：效率低第四章、测试系统特性

案例：音响系统性能评定y(t)=x(t)*h(t)Y(f)=X(f)H(f)

改进：脉冲输入/白噪声输入，测量输出，再求输出频谱。飞机模态分析b)脉冲响应函数

若装置的输人为单位脉冲δ(t)，因δ(t)的傅立叶变换为1，因此装置输出y(t)的傅立叶必将是H(f)，即Y(f)=H(f)，或y(t)=F-1[H(S)]，并可以记为h(t)，常称它为装置的脉冲响应函数或权函数。4.3测试系统的动态响应特性时域波形参数识别优点：直观缺点：简单系统识别4.3测试系统的动态响应特性脉冲响应函数测量

实验求脉冲响应函数简单明了，产生一个冲击信号，再测量系统输出就可以了。案例：桥梁固有频率测量原理：在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车碍时的冲击对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。c)阶跃响应函数

若系统的输入信号为单位阶跃信号，即x(t)=u(t)，则X(s)=1/s，此时Y(s)=H(s)/s，固有y(t)=L-1[H(s)/s]。4.3测试系统的动态响应特性时域波形参数识别优点：直观缺点：简单系统识别4.3测试系统的动态响应特性阶跃响应函数测量

实验求阶跃响应函数简单明了，产生一个阶跃信号，再测量系统输出就可以了。案例：桥梁固有频率测量原理：在桥中悬挂重物，然后突然剪断绳索，产生阶跃激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。

设测试系统的输出y(t)与输入x(t)满足关系

y(t)=A0x(t-t0)4.4系统不失真测量的条件第四章、测试系统特性

该测试系统的输出波形与输入信号的波形精确地一致，只是幅值放大了A0倍，在时间上延迟了t0而已。这种情况下，认为测试系统具有不失真的特性。时域条件y(t)=A0x(t-t0)

Y(ω)=A0e-jωt0X(ω)4.4系统不失真测量的条件不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别满足

A(ω)=A0=常数

φ(ω)=--t0ω做傅立叶变换频域定义4.5典型测试装置的动态特性

一个大的系统往往可以分解成一些小系统的组合，这些小系统可分为零阶系统，一阶系统，二阶系统。其他高阶系统可由这三个理想化的小系统组合而成。因此只需要对这三个环节的动态特性有所了解，对高阶系统的性能分析也是可能的。N阶系统1一阶系统4.5典型系统的动态响应传递函数温度湿度酒精阶跃响应0.63一阶系统主要的动态特性参数是时间常数。1.1数学描述1.2一阶系统的特点系统特性取决于时间常数τ。τ越大，系统惯性越大，响应时间越长。τ越小，响应越快，可测频率范围越宽。为保证不失真测量，最好使信号的最高频率ωmax≤0.2ωc。4.5典型系统的动态响应1.3τ值的试验测定

时域法：测试系统对于单位阶跃输入的响应y(t)，令：画出Z-t曲线，若该曲线为直线时，τ即直线斜率绝对值的倒数。不然，该系统不是一阶系统。对于一阶系统，其动态参数τ值可以经过试验测定。频率法：系统输入正弦波，依次求出输出与输入的幅值比及相位差，描出幅、相频特性曲线。若其曲线与一阶系统相符，低频段幅频特性平直，高频段斜率为20db/10信频，相频由0~90度变化，则在相频为-45度处，和水平幅频直线与倾斜直线的交点处的频率为τ的倒数。否则不是一阶系统。4.5典型系统的动态响应2二阶系统称重(应变片)加速度(压电)

对二阶系统而言，主要的动态特性参数是系统固有频率和阻尼系数。

4.5典型系统的动态响应2.1数学描述2.2二阶系统特性其动态参数有两个：ξ－阻尼比；ωn—固有频率。为保证不失真测量，希望系统ξ＝0.707，这时，幅频特性曲线的平直段最宽，相频特性曲线在ω<<ωn时近似为一直线，表明不同频率成分的滞后时间为常数。为保证不失真测量，还希望信号的最高频率ωmax≤0.4ωn(对于低通而言)4.5典型系统的动态响应4.5典型系统的动态响应阻尼系数的作用4.5典型系统的动态响应传递函数0.707阶跃响应函数

d=2

/tb2.3参数估计2.4二阶系统特性其动态参数有两个：ξ－阻尼比；ωn—固有频率。为保证不失真测量，希望系统ξ＝0.707，这时，幅频特性曲线的平直段最宽，相频特性曲线在ω<<ωn时近似为一直线，表明不同频率成分的滞后时间为常数。为保证不失真测量，还希望信号的最高频率ωmax≤0.4ωn(对于低通而言)4.5典型系统的动态响应

在实际测量工作中，测量系统和被测对象之间、测量系统内部各环节相互连接会产生相互作用。接入的测量装置，构成被测对象的负载；后接环节成为前面环节的负载。彼此间存在能量交换和相互影响，以致系统的传递函数不再是各组成环节传递函数的叠加(并联)或连乘(串联)。4.6负载效应第四章、测试系统特性

未接入测量电路时，R2上的电压降为：

接入测量电路后，R2上的电压降为：

令R1=100K,R2=150K,Rm=150K,E=150V,得:U0=90V,U1=64.3V，误差达28.6%。若将电压表测量电路负载电阻加大到1M，则U1=84.9V，误差减小为5.76%。

案例：电阻传感器重量测量

第四章、测试系统特性

造成非线性

在测量过程中，除了待测量信号外，各种不可见的、随机的信号可能出现在测量系统中。这些信号与有用信号叠加在一起，严重扭曲测量结果。4.7测量系统的抗干扰第四章、测试系统特性

第五章、传感器测量原理5.1概述1.传感器定义

传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。目前，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信号的装置。物理量电量2.传感器的构成

传感器一般由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件是传感器的核心，它的作用是直接感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。

5.1概述dV3.传感器的分类5.1概述(1)按被测物理量分类:(2)按工作的物理基础分类:(3)按信号变换特征:(4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:位移,力,温度等.机械式,电气式,光学式,流体式等.物性型,结构型.能量转换型和能量控制型.5.1概述A物性型与结构型传感器物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.

例如:水银温度计,压电测力计.结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.

例如:电容式和电感式传感器.B能量转换型和能量控制型传感器能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作.

例如:热电偶温度计,压电式加速度计.能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化.

例如:电阻应变片.5.1概述4.常见的被测物理量机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度,旋转角,转数,

质量,重量,力,压力,真空度,力矩,风速,流速,

流量;声:

声压,噪声.磁:

磁通,磁场.温度:

温度,热量,比热.光：亮度，色彩5.2电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器,按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式.123132直线型旋转型1变阻器式传感器

(1)工作原理第五章、传感器测量原理等效电路分析:Rp-总电阻;xp-变阻总长;RL负载电阻;x-电刷移动量.132xxpEinEoutRxRLRp-Rx0x100%100%Output0负载效应5.2电阻式传感器(2)变阻器式传感器的性能参数:1)线性(或曲线的一致性);4)移动或旋转角度范围;2)分辨率;5)电阻温度系数;3)整个电阻值的偏差;6)寿命;(3)变阻器式传感器的分类变阻器按电阻元件分单圈电位器直线滑动式电位器多圈电位器混合式电位器导电塑料电位器金属陶瓷电位器线绕电位器5.2电阻式传感器(4)变阻器式传感器的特点电阻器

制作

特点

绕线式

直径0.012-0.1mm的镍铬合金的精密电阻丝绕在绝缘的薄膜铜丝或绝缘胶木板等卷芯上而制作

电阻温度系数非常好，为±5-20*10-6/0C;精度,稳定性,重复性比薄模式好,分辨力低于薄模式.

金属陶瓷式

电阻胶印在陶瓷基板上,并用高温烧制而成.

分辨力高,环境适应性强前,电阻温度系数,为±200*10-6/0C左右.

导电-塑料式

将基板的树脂与电阻墨制成一体,获将电阻胶涂于薄膜基片上.

分辨力,寿命,高速现响应特性好,电阻温度系数为±400*10-6/0C

混合式

导电性树脂涂于限绕式电阻元件上

兼有绕线式和导电-塑料式的优点,电阻温度系数为±150*10-6/0C

5.2电阻式传感器(5)应用案例：重量的自动检测--配料设备重量设定原材料

比较原理用弹簧将力转换为位移;再用变阻器将位移转换为电阻的变化5.2电阻式传感器案例：煤气包储量检测原理直接将代表煤气包储量的高度变化转换为钢丝的电阻变化煤气包钢丝特点：（1）测量量程大；（2）防爆；（3）可靠；（4）成本低。5.2电阻式传感器案例：玩具机器人（广州中鸣数码）原理直接将关节驱动电机的转动角度变化转换为电阻器阻值变化5.2电阻式传感器2电阻应变式传感器-