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测试技术复习题1
2012测试技术复习题
第一章绪论信号分析基础
1.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。
测试技术研究的主要内容为:
被测量的测量原理、测量方法、测量系统以及数据处理四个方面。
2.测量是指确定被测对象属性量值为目的的全部操作。
3.测试是具有试验性质的测量,或者可以理解为测量和试验的综合。
4.一般说来,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。
传感器将被测物理量(如压力、温度、流量)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放大、调理、信号分离、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。
5.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。
6.信号的分类
从信号描述上分--确定性信号与非确定性信号;
从信号的幅值和能量上--能量信号与功率信号;
从分析域上--时域与频域;
从连续性--连续时间信号与离散时间信号;
从可实现性--物理可实现信号与物理不可实现信号。
7.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。
8.周期信号:
在确定性信号中,经过一定时间可以重复出现的信号
●谐波信号:
在周期信号中,按正弦或余弦规律变化的信号。
谐波信号的三要素指幅值、频率和初相角。
非周期信号:
在不会重复出现的信号。
准周期信号:
由多个周期信号合成,但各信号频率不成公倍数。
瞬态信号:
持续时间有限的信号,
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。
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:
时域有限信号:
在时间段(t1,t2)内有定义,其外恒等于零。
9.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。
信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的大小,能够提供比时域信号波形更直观,丰富的信息。
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。
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。
10.傅里叶级数的表达形式:
常值分量:
余弦分量:
正弦分量:
例题:
PP11方波信号的频谱
●信号的频域描述包括:
傅里叶级数;频谱函数;频谱图。
由它们可以分析出:
(1)该周期信号由那些频率成分组成;
(2)各频率成分的振幅和相角是多大;
(3)各振幅的大小比例还表明了各次谐波在该周期信号中所占比重的大小。
●常见周期信号频谱的共同特点:
离散性;谐波型;幅值频率的收敛性
11.周期T,频率f=1/T
12.峰值P:
信号可能出现在最大瞬时值
均值E[x(t)]:
表示集合平均值或数学期望值。
13.非周期信号是时间上不会重复出现的信号,一般为时域有限信号,具有收敛可积条件,其能量为有限值。
这种信号的频域分析手段是傅立叶变换。
傅里叶级数的复数表达形式:
与周期信号不同的是,非周期信号的谱线出现在0,fmax的各连续频率值上,这种频谱称为连续谱。
例题:
PP18矩形窗函数的频谱
14.傅立叶变换的性质
(1)奇偶虚实性
(2)线性叠加性
(3)对称性证明例题PP19
(4)时间尺度改变性
(5)时移性证明
(6)频移性
15.δ函数:
是一个理想函数,是物理不可实现信号。
δ函数性质:
乘积特性(抽样)
积分特性(筛选)
卷积特性
第二章测试装置的静、动态响应特性
16.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。
17.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。
18.灵敏度:
当测试装置的输入x有一增量△x,引起输出y发生相应变化△y时,定义:
S=△y/△x为该装置的灵敏度。
19.非线性度:
标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。
非线性度=B/A×100%
20.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:
(hmax/A)×100%
21.分辨力:
指能引起输出量发生变化的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。
22.阀值:
又称为死区,用来衡量测量起始点不灵敏的程度。
23.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。
24.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。
25.一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
b)比例性
c)微分性
d)积分性
e)频率保持性证明
第三章工程常用传感器的转换原理及应用
26.传感器是以一定的精确度把被测量转换成与之有确定关系的、便于精确处理和应用的另外一种量的测量装置或系统。
传感器通常由三部分组成:
(1)敏感元件:
直接感受被测量,输出与被测量成确定关系。
(2)转换元件:
敏感元件的输出就是转换元件的输入,它把输入转换成电量参量。
(3)转换电路:
把转换元件输出的电量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的有用的电信号的电路。
27.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.
物性型:
依靠敏感元件材料本身物理性质来实现信号变换。
例如:
压电式传感器.
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.
28.电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的传感器,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。
29.金属电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应,即金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象,称为金属的电阻应变效应。
30.半导体应变片传感器基本工作原理是基于半导体材料的压阻效应。
压阻效应是指单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时,其电阻率发生变化的现象。
31.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织时,其显示值应大于500M欧。
32.变极距型电容传感器的灵敏度:
变面积型中的平面线位移式电容传感器的灵敏度:
33.电感式传感器是基于电磁感应原理进行工作的。
★低频透射式涡流传感器的基本工作原理
34.某些物质受到外力作用时,不仅几何尺寸会发生变化,而且内部会被极化,表面产生电荷;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。
如果在这些物质的极化方向施加电场,这些物质就在一定方向上产生机械变形或机械应力,当外电场撤去时,这些变形或应力也随之消失,这种现象称为逆压电效应,或称为电致伸缩效应。
明显呈现压电效应的敏感功能材料叫压电材料。
35.由于存在电荷泄漏,利用压电式传感器测量静态值时,必须使电荷从压电元件经测量电路的漏电流减到足够小的程度;作动态测量时,电荷可以不断补充,供给测量电路电流,故压电式传感器适宜作动态测量。
36.仅用单片压电元件工作要产生足够的表面电荷就要很大的作用力,因此一般采用两片或两片以上压电元件组合在一起使用。
连接方法有两种:
并联连接和串联连接。
37.金属或半导体薄片置于磁场中,当有电流流过时,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势,这种物理现象称为霍尔效应。
38.光电传感器指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量,并能将光能转化成电信号的器件。
其工作原理是基于光电效应。
光电效应有三种:
内光电效应、外光电效应、光生伏特效应。
光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管、光电池、光电管。
39.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。
第五章信号调理方法
40.信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。
41.直流电桥的平衡条件:
R1R3=R2R4
42.交流电桥的平衡条件:
43.调制与解调解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。
对应于信号的三要素:
幅值、频率和相位,根据载波的幅值、频率和相位随调制信号而变化的过程,调制可以分为调幅、调频和调相。
其波形分别称为调幅波、调频波和调相波。
幅度凋制(AM)
频率调制(FM)
相位调制(PM)
调幅是将一个高频正弦信号(或称载波)与测试信号相乘,使载波信号幅值随测试信号的变化而变化.
44.频率调制的优缺点:
因为调频信号所携带的信息包含在频率变化之中,并非振幅之中,而干扰波的干扰作用则主要表现在振幅之中。
缺点是占频带宽度大,复杂。
调频波通常要求很宽的频带,甚至为调幅所要求带宽的20倍;调频系统较之调幅系统复杂,因为频率调制足一种非线性调制。
45.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。
46.低通滤波器,只允许0~fc2(上截止频率)的频率成分通过,而大于f2的频率成分衰减为零;
高通滤波器与低通滤波器相反,它只允许fc1(下截止频率)~∞的频率成分通过,而f 带通滤波器只允许fc1~fc2之间的频率成分通过,其他频率成分衰减为零; 带阻滤波器与带通滤波器相反,它将fc1~fc2之间的频率成分衰减为零,其余频率成分几乎不受衰减地通过。 高通滤波器的幅频特性可以看作为低通滤波器做负反馈而得到,即A2(f)=1-A1(f);带通滤波器的幅频特性可以看作为带阻滤波器做负反馈而获得;带通滤波器为低通滤波器和高通滤波器串联而成;带阻滤波器是低通和高通滤波器的并联而成。 49.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
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