测试技术复习

1测试技术——课程复习复习2平时：20％试验：20％期末闭卷考试：60％考试题型：填空题：20％辨析正误：20%简答题：40％综合应用题：20%课程考核与安排课程考核与安排31、绪论1、绪论¾测量与测试的关系¾测试方法分类9直接测量、间接测量测量结果是否经过中间函数运算而获得9接触测量、非接触测量是否与被测物体接触来完成测量9静态测量、动态测量被测信号时候随时间变化41、绪论1、绪论测试对象传感器信号调理数据采集显示数据处理控制驱动执行单元电源测试系统信号处理测试对象传感器信号调理数据采集显示数据处理控制驱动执行单元电源测试系统信号处理¾测试系统的组成9传感器按一定规律将被测量转换成同种或别种量值输出把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置9信号调理对（传感器输出）信号进行转换、隔离、滤波、放大等，以便进行进一步的传输和处理9信号处理对来自信号调理环节的信号，进行各种运算、分析，并输出结果9显示记录以观察者易于识别的形式来显示测量结果，或者将测量结果存储51、绪论1、绪论¾测试技术的发展9传感器技术的发展物性传感器→新材料集成、智能化传感器化学传感器9计算机测试技术的发展一般计算机测试系统网络化测试系统：资源共享嵌入式测试系统：量身定做虚拟仪器：以计算机为核心、开放式6¾信号的表示9信号以时域、频域或时频域来表示9不同分析域只是从不同角度认识同一事物，不改变信号的实质¾信号的分类9按所传递信息的物理属性：机械量、电学量、光学量…9按时间函数取值的连续性：连续时间信号、离散时间信号9按信号随时间变化的特点：确定性信号和非确定性信号2、机械测试信号分析2、机械测试信号分析7¾信号的时域分析9特征参数9相关分析（原理、性质、应用）2、机械测试信号分析2、机械测试信号分析{})(maxtxxp={}{})(min)(maxtxtxxpp−=−∫∞→===TTTxdttxtxEx01)(lim)]([μ22210[(])]l()im[))((()TxxTTxtExtExtdtσμ→∞==−−∫222xxxμσϕ+=信号的强度波动量波动量静态量静态量方均值方均值方差方差均值均值dttxTTx)(1022∫=ϕ01()()()dTxRxtxttTττ=−∫01()()()dTxyRxtyttTττ=−∫8¾信号的频域分析9周期信号的频谱分析傅里叶级数展开（三种形式）欧拉公式周期信号幅值谱特点：谐波性、离散性、收敛性信号和频谱图先判断奇函数还是偶函数，然后积分求各分量幅值2、机械测试信号分析2、机械测试信号分析∑∞=++=1000)sincos(2)(kkktkbtkaatxωω∑∞=++=100)cos(2)(kkktkAatxφω∑∞−∞==ktjkkectx0)(ω0ω03ω05ω07ω09ω0ωA4/π∫−=2/2/0)(2TTdttfTa∫−=2/2/0)cos()(2TTkdttktfTaω∫−=2/2/0)sin()(2TTkdttktfTbω9¾信号的频域分析9非周期信号的频谱分析傅里叶变换性质：叠加性、时移性、频移性、卷积性几种典型函数的傅里叶变换和频谱（冲击、闸门函数的作用）非周期信号幅值谱特点：连续性、幅值密度求非周期信号的频谱图积分求解常用信号的频谱+傅里叶变换的性质2、机械测试信号分析2、机械测试信号分析⎪⎩⎪⎨⎧==−∞∞−∞∞−∫∫dtetfjFdejFtftjtjωωωωωπ)()()(21)(001)(tδ)(ωFtωεε110¾信号的频域分析9随机信号的频谱分析实偶函数复函数¾时频分析9非平稳信号分析的工具9短时傅里叶变换9测不准原理9短时傅里叶变换的缺点2、机械测试信号分析2、机械测试信号分析⎪⎩⎪⎨⎧==∫∫∞∞−∞∞−−ωωπτττωωτωτdeSRdeRSjxxjxx)(21)()()(⎪⎩⎪⎨⎧==∫∫∞∞−∞∞−−ωωπτττωωτωτdeSRdeRSjxyxyjxyxy)(21)()()(τττττττde)()(de)()(π2jπ2jffttthxxfX−∞∞−−∞∞−−==∫∫πσσ41≥ft11¾时频分析9小波变换基本原理小波分解的概念9信号的检验与预处理平稳随机信号和非平稳随机信号的概念野点剔除-3σ法则趋势项消除概念2、机械测试信号分析2、机械测试信号分析)(1)(,atataτϕϕτ−=12¾测量系统的数学描述9线性定常测量系统线性定常系统辨识：已知输入量和输出量，求传递特性响应预测：已知输入量和传递特性，求输出量载荷识别：已知传递特性和输出量，求输入量•叠加性•可微性•同频性3、测量系统的基本特性3、测量系统的基本特性测试系统输入x输出y1111011011ddddddddnnmmnnmmnnmmdydyyxxxaaaaybbbbxdtdttttt−−−−−−++++=++++).cos()(xxtAtxΦ+=ω).cos()(yytAtyΦ+=ω三个基本特性的作用13¾测量系统的静态特性9量程9精度：相对误差、绝对误差、引用误差（仪表精度）9灵敏度9非线性度9分辨率9回程误差9重复性9零漂9稳定性9负载效应3、测量系统的基本特性3、测量系统的基本特性xySsΔΔ=/14¾测量系统的动态特性9频率响应函数9不失真测试系统的特性3、测量系统的基本特性3、测量系统的基本特性[]()[]()[][])(Re)(Im)()(Im)(Re)()()()()()(/)()(22)(ωωωϕωωωωωωϕωωωωωϕjHjHarctgjHjHjHAeAAjXjYjHj=+===∠==S-t0ω()⎩⎨⎧−==ωωϕω0)(tSA15¾测量系统的动态特性9一阶测量系统的特性动态灵敏度时间常数可用频率范围幅频特性、相频特性（幅度失真、相位失真）3、测量系统的基本特性3、测量系统的基本特性)()(00)(1txbtyaadttdy=+())()(11)(2ωτωφωτωarctgA−=+=01/aa=τ16¾测量系统的动态特性9二阶测量系统的特性固有频率阻尼比动态灵敏度可用频率范围幅频特性、相频特性（幅度失真、相位失真）3、测量系统的基本特性3、测量系统的基本特性)(..)(..2)()(22)()(00)(1)(22222txStytxbtyaaanndttdyndttyddttdydttydωωωξ=++=++20aan=ω2002aaa=ζ22222)/(1)/(2)()/(4])/(1[/1)(nnnnarctgAωωωωξωϕωωξωωω−−=+−=17¾测量系统的动态特性9动态测量误差和非线性误差的区别9动态误差补偿基本原理频域时域3、测量系统的基本特性3、测量系统的基本特性yx△L-最大偏差YA量程0理论直线18¾问题9线性系统具有哪些基本静态特性？9测量装置的静态灵敏度与动态灵敏度的差别是什么？9测试系统实现不失真测量的条件是什么？9一阶系统、二阶系统的主要技术指标有哪些？取值有什么原则？9由质量-弹簧-阻尼组成的系统为几阶系统？幅频特性的物理意义是什么？请描述其随频率的变化规律。9动态测量误差和非线性误差的区别？9如何根据一阶或二阶系统物理参数计算其动态测量误差？9测量系统非线性度引起的误差与频响特性引起的测量误差有什么不同？3、测量系统的基本特性3、测量系统的基本特性19¾计算题9求通过某二阶测量装置后的稳态响应，其中9求二阶系统可用频率范围3、测量系统的基本特性3、测量系统的基本特性15.0)30200sin(2.0)20cos(5.0)(−−+=Dtttx1,707.0,/100===SnSsradξω)(ηA1η1误差允许范围可用频率范围22222)/(1)/(2)()/(4])/(1[/1)(nnnnarctgAωωωωξωϕωωξωωω−−=+−=20¾传感器的分类参数式传感器工程参数Æ电参数基本类型:电阻、电感和电容式无源传感器：本身没有内在的能量转换，不产生电信号输出发电式传感器工程参数Æ电信号基本类型:压电式、磁电式、光电式、霍尔式以及热电式有源传感器：本身就有内在的能量转换，能够产生电信号输出4、参数式传感器及其应用4、参数式传感器及其应用21¾电阻式传感器9电阻应变式传感器金属材料-应变效应半导体材料-压阻效应9热电阻式传感器金属热电阻和半导体热电阻的特点与用途9电位计式电阻传感器原理4、参数式传感器及其应用4、参数式传感器及其应用lRAρ=tmtSCRdRRRεενν=−++=≈Δ)]21()21[(ttSERdRRRεεπνρ=++=≈Δ])21[(22¾电容式传感器变极板间距线性关系仅在小位移是成立变极板面积线性关系变介电常数线性关系4、参数式传感器及其应用4、参数式传感器及其应用dACorεε=00ddCCΔ≈Δ20000dAdCdCSrεε=≈ΔΔ=xdbCr00εε−=Δ00dbxCSrεε=ΔΔ=dAddCSr.0εε==xhCCr0201−=Δε9提高灵敏度的方法减小d0、差动结构9测量小位移？中等位移？9应用中注意的问题23¾电感式传感器自感型（变磁阻）变气隙式与变面积式比较互感型（差动变压器）电涡流传感器电涡流效应、集肤效应4、参数式传感器及其应用4、参数式传感器及其应用9提高灵敏度的方法减小δ0、差动结构9应用小位移001/δδ=ΔΔ=LLsL理论实际24¾压电式传感器压电效应¾磁电式传感器电磁感应原理¾光电式传感器光电效应¾固态图像传感器¾霍尔传感器霍尔效应¾热电偶传感器热电效应¾红外探测器红外辐射5、发电式传感器及其应用5、发电式传感器及其应用掌握基本原理、测量对象、特点、应用类型、安装要求：根据测试任务，选择合适的传感器25¾电桥将电阻、电感、电容等电参数的变化转变为电压或电流输出的一种转换电路9直流电桥和差特性差动补偿9交流电桥6、信号的调理6、信号的调理eyabcde0R1R2R3R4I1I24132RRRR=)(443210RRRRReeyΔ−Δ+Δ+Δ−=3241ZZZZ=010402031423ZZZZφφφφ=+=+26¾信号的调制和解调高频区交流放大器不易产生幅值和相位失真被测低频信号提高到交流放大器的工作频带上用被测信号来调整和制约高频振荡波的参数6、信号的调理6、信号的调理)2cos()(φπ+=ftAtz载波)2cos()]([)(φπ+×=fttxAty))]([2cos()(0φπ+×+=ttxfAty)])([2cos()(0txftAty++=φπ调幅波调频波调相波解调：从已调波中恢复被测信号27¾信号的调制和解调9幅值调制和解调交流电桥调制相敏检波器的特性9频率调制和解调6、信号的调理6、信号的调理－ωo0ωoF被测量振荡器电桥放大器相敏检波低通显示记录频率—幅值线性变换幅值检波28¾信号的放大9对放大器的基本要求9各种放大器的工作原理（测量、可编程、隔离、电荷）9电荷放大器+压电式传感器输出电压与传感器的电荷量成正比，与电缆长度和分布电容无关¾信号的滤波9分类：低通、高通、带通、带阻9特性参数：截止频率、带宽与品质因数、纹波幅度、倍频程选择9RC低通滤波、RC高通、RC带通、有源滤波6、信号的调理6、信号的调理29¾问题9参数式传感器与发电式传感器的区别？9在直流电桥中，半桥与全桥测量有什么优势？9电桥平衡的条件是什么？9差动式传感器有什么优点？9相敏检波器的功能是什么？9压电传感器的工作原理是什么？主要用来测量什么物理量？9压电传感器调理电路中电荷放大器性能特点如何？9磁电式传感器的工作原理是什么？主要用来测量什么物理量？9光电式传感器的工作原理是什么？主要用来测量什么物理量？9霍尔传感器的工作原理是什么？主要用来测量什么物理量？9热电偶传感器的热电势由什么组成？9电荷耦合器件传感器主要用来测量什么机械量？9工程测量中常用的放大器有哪几种？传感器与信号调理传感器与信号调理30¾测试系统设计的一般步骤9确定测试任务9选择测量方法9选择传感器9后续测量系统9软件设计与编制9性能评定¾抗干扰设计9干扰因素、传播途径9抗干扰技术屏蔽、隔离、一点接地…7