矿山测试技术复习题

1、测试系统的组成有几部份？测试系统是由被测对象、传感器、中间变换装置、显示记录装置组成。2、信号分几种类型？各类型定义是什么？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，包括静态信号和动态信号；随机信号：不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号，即无法确切预测未来任何瞬间的精确值的信号，只能用数学统计模型来预测、描述和分析。3、传感器的定义和作用？传感器是一种把物理量和化学量转换为电量的装置。传感器直接感受被测物理量并将被测物理量转换成便于放大、记录的电量(如电流、电压或电路参量)。3、信号调理器的作用有哪些？常见的信号调理电路包含哪些？信号调理器的作用有三种：（1）放大：传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大（测控放大器）；（2）预滤波：传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比（高频、低频、带通、带阻滤波器）；（3）阻抗变换、调制解调。常见的信号调理电路有：电桥电路、放大电路、滤波电路、调制解调电路、相敏检波电路、湝振电路、阻抗变换电路、A/D转换电路、V/F转换电路、线性化电路等。4、线性系统具有哪些性质？（1)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)（2)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)（3)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)（4)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)dt（5)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)→y(t)且x(t)=Acos(ωt+φx)，则y(t)=Bcos(ωt+φy)5、什么是测试系统的静态特性？静态校准条件是什么？静态特性（staticcharacteristic）指系统在被测信号处于不变或缓慢变化时，输入与输出的关系，测试系统综合性能体现。静态校准条件：指没有加速度，没有冲击，振动，环境温度为20±5℃，相对适度不大于85％，大气压力为0.1±0.08MPa的情况。6、什么是回程误差？在相同测试条件下和全量程范围yFS内，在输入由小增大和由大减小的行程中，对于同一输入值所得到的两个输出值之间的最大差值Δhmax与量程yFS的比值的百分率，，如图所示。%100maxFSfyh7、什么是分辨力和阀值？分辨力（Resolution）是指系统能检测到的输入信号的最小变化值的能力。阀值（Threshold）是指当一个系统的输入从零开始极缓慢地增加，只有达到了某一最小值后，才测得出输出变化，这个最小输入值输入就称为系统的阈值(死区Deadband)。8、什么是动态范围，其计算公式是什么？动态范围是系统对输入信号大小的综合检测能力，是跨度与分辨力的比值，计算公式：动态范围=20∗lg𝑥𝑚𝑎𝑥−𝑥𝑚𝑖𝑛∆𝑑𝑏9、传感器的构成有几部分？每部分的功能是什么？传感器主要由弹性元件和变换元件组成。弹性元件(敏感元件sensingelement)由弹性材料做成，它直接感受被测非电量，其作用是实现各种非电量之间的转换，如把力、压力、位移、加速度、温度等变换成应变量或位移量等变换元件（transductionelement）其作用是把弹性元件输出量(如应变量或位移量)转换成电学量。如电阻应变片把应变转换成电阻，差动变压器把位移转换成电压等10、应用电阻应变片进行测量时，如何消除环境温度影响？常采用桥路补偿法消除温度变化引起的应变。在常温范围内，采用桥路补偿方法，就是利用在电桥的两个相邻桥臂上，同时产生量值相同、符号亦相同的电阻变化量，不改变电桥输出的性质，消除温度变化带来的附加应变。这种方法有两种实现方式：（1）补偿片补偿法在与被测试件材料相同、但不受应力的补偿件上，粘贴和工作片性能完全相同的补偿应变片，并使补偿件和被测试件同处于相同的温度环境中。工作片与补偿片分别接入测量电桥的相邻桥臂，通过电路本身的特性来抵消两应变片由温度产生的电阻增量。（2）工作片补偿法在一定条件下，补偿片亦可由工作片代替。如图悬臂梁，上下两表面应变量值相等，符号相反，温度条件相同，各贴一个类型、阻值和灵敏度系数均相同的应变片，并各自连接在电桥的两个相邻桥臂上。这两个工作片互为温度补偿片。同时可使电桥灵敏度提高。增加测量的精度：)(4)]([442121443322110RRRERRRRRERRRRRRRREUTTFTFTFRRERRRRRERRRRRRRREU2)]([4444332211011、简述电容式传感器的工作原理对于平板电容器，当忽略边界效应时，两个金属平板之间的电容为：其中：ε—两极板间的介电常数；S—两极板相对有效面积；d—两极板间的间隙；C—两金属板间的电容。改变电容C的方法有三种：其一改变两个极板间的距离；其二改变形成电容的有效面积；其三改变介质介电常数；以上任何一种变化都将产生电容值的改变，从而构成电容式变换器。12、简述液位计的工作原理？液位计：是一根绝缘层覆盖金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数𝜀1和液面上的介电常数𝜀2不同，所以，可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。13、简述典型的数据采集系统的组成及各部分功能？典型的数据采集系统由硬件和软件组成，其中硬件由程控放大器、抗混滤波器、采样保持器、模数转换器、总线与接口和计算机组成。计算机——是数据采集系统的核心，在软件引导下，对整个数据采集系统进行控制，并对采集的数据进行处理；软件——使PC和数据采集硬件形成了一个完整的数据采集、分析和显示系统；程控放大器——使不同数量级的输入电压都具有最合适的电平，使A/D变换器达到最佳变换；抗混滤波器——滤去高频干扰，保证后续的采样/保持器、A/D变换器有合适的工作频率（满足采样定理所要求的频率）；采样/保持器（sample/hold）——以一定时间间隔拾取模拟信号的瞬时值，并保持幅值恒定，以保证A／D转换器正常工作。A/D变换器——实现瞬时值量化、编码，将模拟信号转换数字信号；系统总线和接口——把数据采集系统各部分连接起来，实现计算机与系统各部分之间的数据通讯。14、简述动态信号记录仪的工作原理？dSCxrRHrRC/ln)(2/ln2211动态信号记录仪主要由CPU（中央处理器）、存储管理控制器、显示控制器等几个部分组成，通过系统总线把这几部分连接起来。各自独立的N路采集通道和内部计算机通过存储管理控制器相连共同组成整个系统，每个通道均由程序控制放大器、高速A/D（模／数）变换器、RAM存储器等组成。被测信号经过相应的传感器变成模拟电压信号，输入到动态测试分析记录仪；经程序控制放大器成合适的电平加至高速A/D变换器，通过A/D变换器以一定的速率采样、量化、编码，模拟信号转变为离散的数字信号；A/D变换器的数字输出由控制电路发出的指令脉冲控制，先逐一地存入RAM存储器，再通过存储管理控制器控制磁盘控制器工作，使数据存入磁盘，控制显示控制器工作，使数据通过高分辨率显示器显示出来15、简述电阻应变测量的优缺点？电阻应变测量的优点：（1）测量范围广、灵敏度和精确度高；最小可测1～5微应变，最大可测2～3万微应变。其测量误差一般小于2％。（2）频率响应范围大可以测量静载下的应变，而且可以测量动载以及冲击载荷（5×105Hz）的应变。（3）应变片尺寸小，重量轻、惯性小尺寸只有（0.2mm）,对被测试件工作状态和应力状态影响极小.（4）适用范围广高温、低温、高压、高速、旋转等特殊环境下均可使用，将应变片做成各种形式的传感器，用以测量加速度、位移、压力、重量等物理力学参数。（5）能实现远距离测量和自动记录电阻应变测量的缺点：（1）常规应变片在大应变状态下，电阻变化率与应变的关系呈现较大的非线性；（2）普通电阻应变片输出信号较小，在强电磁场内易受干扰；（3）测出的应变是一小块面积的平均应变，对几何尺寸较小的被测试件就难以显示其应力梯度和应力分布情况。16、解释电阻应变片的零漂和蠕变现象，分析其原因？（1）零漂：是指贴在试件上的应变片，在温度不变且试件无荷载作用时，应变片的指示值随时间的变化。零漂原因：应变片受潮，绝缘电阻降低，应变片安装的初始应力的松驰以及通电后热电势等造成。（2）蠕变：是指贴在试件上的应变片，在恒定的温度和荷载长时间作用下，应变片的指示值随时间变化的现象。蠕变原因：基底和粘贴剂发生松驰造成的。17电阻应变测量时，应变片的选择规则有哪些？（1）应变片结构类型选择：在测量精度要求不高情况下，可用丝绕式应变片；在重要测量和传感器上使用，宜选用短接式或箔式应变片；半导体应变片和薄膜应变片体积小，输出大，高精度传感器上选用较多。（2）基底种类选择应变片基底材料有纸基、胶、金属等，在常温下可用纸基应变片；在温度较高、湿度大，甚至水下，应选择胶基应变片；重要测量和传感器上应用，也应选择胶基应变片。（3）敏感栅材料选择应变片敏感栅材料有铜镍合金、康铜、镍铬合金等，铜镍合金、康铜材料温度系数小，有良好温度稳定性，适用长期静载下使用；镍铬合金灵敏系数大，热稳定性差，适合动载下测应变。在特殊环境和特殊要求情况下，应选用特种应变片。18、应变片的粘贴工艺过程有哪些？应变片粘贴工艺过程包括：（1）应变片的准备(外观检查、阻值测定)（2）贴片处试件表面处理(清洗、打毛、标出贴片位置)（3）应变片的粘贴与固化（4）导线的焊接和固定（5）防护(防水、防潮)（6）质量检查(粘贴位置、粘贴层和绝缘电阻)19、电阻应变仪按其所测应变信号的频率范围可分为几类？电阻应变仪按其所测应变信号的频率范围不同可分为：（1）静态电阻应变仪，用以测量静态载荷下的应变；（2）静动态电阻应变仪，工作频率为0-200Hz，用以测量静态应变或频率在200Hz以下的低频动态应变；（3）动态电阻应变仪，工作频率为0-2000Hz，用以测量2000Hz以下的动态应变。（4）超动态电阻应变仪，工作频率为0-20000Hz，用以测量爆炸冲击等瞬态变化过程下的超动态应变。20、数字静态电阻应变仪组成有几部分？数字静态电阻应变仪组成有8部分：（1）信号调理电路——提供电源和桥臂补偿电路；（2）信号放大器——微伏级直流放大器；（3）抗混叠滤波器——滤去无用频带的信号；（4）多通道切换器——任一时刻只选择某一通道接通；（5）自动增益放大器——各通道所共用；（6）直流电源——仪器供电（7）数字显示表—直接显示应变读数；（8）输出接口—扩展功能。21、应变仪中的电桥输出电压与各桥臂的电阻变化关系是什么？应变仪读数和电阻值变化的关系是什么？其中：R1、R2、R3、R4——四个电桥的额定电阻；∆R1、∆R2、∆R3、∆R4——四个电桥电阻值变化；∆U0——电桥电压变化；U——电桥输入电压。设𝑘𝑦为应变仪的灵敏系数，𝜀𝑦为应变仪读数，则应变仪读数与应变片电阻相对变化的关系：44332211221210RRRRRRRRRRRRUU44332211RRRRRRRRKyy22、名词解释：响应；响应函数；幅频曲线；相频曲线。响应：在强迫振动的激励(输入)下，拾振器质量块发生相对运动(输出)，称为响应；响应函数：输入输出之间的关系称为响应函数；幅频曲线：当给定阻尼比，质量块振幅和频率比的关系曲线，称为振幅频率响应曲线（幅频曲线）；相频曲线：当给定阻尼比，相位角与频率比的关系曲线，称为相位频率响应