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第一章绪论1基本测试系统一般组成环节和各个环节的功能测试系统包括传感器、信号调理、信号处理、显示与记录等四个典型环节。1）传感器的作用是：当接受被测量的直接作用后，能按一定规律将被测量转换成电信号。例如，金属电阻应变片是将机械应变值的变化转换成电阻值的变化，电容式传感器测量位移时是将位移量的变化转换成电容量的变化等等。2）中间变换中的信号调理环节的主要作用就是对信号进行转换、放大和滤波，即把来自传感器的信号转换成更适合于进一步传输和处理的信号。例如，将幅值放大、将阻抗的变化转换成电压的变化等等。在多数情况下是电信号之间的转换。3）中间变换中的信号处理环节接受来自信号调理环节的信号，并进行各种运算、滤波、分析，将结果输出至显示、记录或控制系统。例如，为了对机械故障进行诊断，常常需要对测量的振动时域信号进行傅里叶变换，使时域信号变成频率域信号，然后通过对其频谱特性分析判断其故障原因。4）信号显示与记录环节以观察者易于识别的形式来显示测量的结果，或者将测量结果存储，供必要时使用。5）激励装置环节是在系统的特性参数难于检测出来时，人为地对系统增加的激励环节，并非所有的测试系统均有之。2汽车试验标准的种类、应用价值国际标准、国家标准、行业标准、企业标准1）统一规定了试验检测项目，试验检测规程。可以作为制定试验检测大纲的依据。2）规定了性能参数、技术要求、允许值。可以为试验检测评价的指标。3）规定了汽车各项试验检测规程、操作方法。可以为汽车定型，合格产品出厂的检验标准。3汽车试验按其试验目的、试验对象和试验方法的分类按试验目的：质量检查试验；新产品定型试验；科研性试验按试验对象：整车试验；机构及总成试验；零部件试验按试验方法：室内台架试验；室外道路试验；试验场试验4汽车试验过程中各阶段的内容试验准备阶段；试验实施阶段；试验总结阶段。第二章信号的描述及分析基础1按信号随时间变化的特点，信号的分类信号按其随时间变化的特点可以分为确定性信号和非确定性信号两大类。能够用明确的数学关系式来表达的信号，或者可以通过实验方法重复产生的信号称为确定性信号，如振动台的正弦振动，水银温度计的示值变化等。反之，不能用明确的数学关系式表达的或者无法重复产生的信号称为非确定性信号，又称随机信号，如机加工车间内的噪声，汽车行驶中的振动等。2信号一般的描述方法信号一般有时间域(简称时域)、频率域(简称频域)描述方法。以时间t为自变量，用一个时间函数来表示信号称为信号的时域描述，以频率f作为自变量建立信号与频率之间的函数关系，称为信号的频域描述，一个信号从时域描述转换为频域描述的数学方法是傅立叶分析法。信号时域描述直观地反映出信号瞬时值随时间变化的情况；频域描述则反映信号的频率组成及其幅值、相角之大小。3周期信号和非周期信号的频谱图的特点周期信号是按一定时间间隔周而复始，且无始无终的信号。一类是最简单的周期信号，即正弦信号和余弦信号，统称为简谐信号或谐波；另一类则是以方波为代表的复杂周期信号或称非简谐周期信号。周期信号的频谱：幅值频谱和相位频谱；离散谱由没有公共整数倍周期的各个分量合成的信号是一种非周期信号。非周期信号理解为是由无限多个频率极其接近的频率分量合成的。非周期信号的频谱：幅值频谱和相位频谱；连续谱4求图示周期性三角波信号的频谱，并画出其频谱图。第三章测试装置及其基本特性1测试系统的静态特性和表征的指标测试系统的静态特性是指被测量不随时间变化或随时间变化很缓慢时测试系统的输入、输出及其关系的特性或技术指标。1）量程是指测试系统允许测量的输入量的上、下极限值。2）精度表征测试系统的测量结果y与被测真值μ的一致程度。即表示测试系统给出接近于被测量真值的示值的能力。3）当系统输入一个变化量Δx时，使输出产生的变化量Δy，输出的变化量Δy与输入的变化量Δx的比值称作系统的灵敏度(S)。4）非线性度(δf)系指测试系统的输出与输入偏离线性关系的程度。5）输出与输入在升程与回程中的不重合程度称为回程误差(δh)。2频率响应H(jω)通常采用的表达方式频率响应函数H(jω)是复变函数，它可以用其实部和虚部或模与幅角两种形式来表达。在正(余)弦信号输入下，其模A(ω)反映的是系统稳态输出与输入的幅值比(Y／X)与被测信号频率ω的对应关系，称为系统的幅频特性；其幅角反映的是系统稳态输出与输入的相位差角与被测信号频率ω的对应关系，称为系统的相频特性。幅频与相频特性两者统称为系统的频率特性。频率响应一般用作图方式来表达，有如下几种形式：（1）将A(ω)—ω和φ（ω）—ω分别作图，得到系统的幅频特性曲线和相频特性曲线，这是频率响应的常用表达方式。(2)作图时还可以对自变量ω或f=ω／2π取对数标尺，幅值比A(ω)的坐标取分贝(dB)标尺，相位差角φ（ω）仍取实数标尺，由此所作的曲线分别称为对数幅频特性曲线和对数相频特性曲线，总称为伯德图(Bode图)。(3)若将H(jω)的虚部和实部分开，即H(jω)＝Re(ω)+jIm(ω)，据此画出的Re(ω)—ω和Im(ω)—ω曲线分别称为装置的实频特性曲线和虚频特性曲线。（4）如果将H(jω)的虚部Im(ω)和实部Re(ω)分别作为纵、横坐标，画出曲线称为幅相频特性曲线，又称奈奎斯特(Nyqu以)图。3用一个一阶测试系统作100Hz正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，问：此仪器的时间常数应不大于多少？若用具有该时间常数的仪器测量50Hz正弦信号，相应的振幅误差和相位滞后是多少？4某力传感器可以作为二阶振荡系统处理。已知传感器的固有频率为800Hz，阻尼比14.0，问使用该传感器作频率为400Hz的正弦力测试时，其振幅比A和相角差各为多少？若该装置的阻尼比可改为7.0，问A和又将作何种变化？5为实现理想的不失真测试，其系统应满足的动态特性要求若要求系统的输出波形不失真，则其幅频和相频特性应分别满足其物理意义是：（1）输入信号中各额率分量的幅值通过系统时，均应被放大(缩小)相同的倍数A。，即幅频特性曲线是平行于横轴的直线。（2）输入信号中各频率分量的相位角在通过系统时作与频率成正比的滞后移动，换句话说，各频率分量通过系统后均应延迟相同的时间t0，即相频特性曲线为一通过原点并具有负斜率的斜线。第四章常用的传感器1金属丝式电阻应变片与半导体式应变片在工作原理和特点金属电阻应变片的工作原理是基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。金属丝式电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于；前者利用导体形变引起电阻的变化，后者利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。半导体应变片最突出的优点是灵敏度高；最大缺点是温度稳定性能差、灵敏度分散度大以及在较大应变作用下，非线性误差大等。2电容式传感器的分类和应用电容式传感器是将被测物理量转换为电容量变化的装置。可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三类。极距变化型电容传感器的优点是可进行动态非接触式测量，对被测系统的影响小；灵敏度高，适用于较小位移(0.01μm—数百微米)的测量。但这种传感器有线性误差、传感器的杂散电容也对灵敏度和测量精确度有影响，与传感器配合使用的电子线路也比较复杂。由于这些缺点，其使用范围受到一定限制。面积变化型电容传感器的优点是输出与输人成线性关系。但与极距变化型相比，灵敏度较低，适用于较大直线位移及角位移的测量。介质变化型电容传感器可用来测量电介质的液位或某些材料的厚度、温度和湿度等，也可用来测量空气的湿度。3按结构方式不同，磁电式传感器可分为几种。试述其各自的工作原理。磁电式传感器是利用电磁感应原理，将被测量转换成感应电动势输出，具有不需要供电电源、电路简单、性能稳定等优点。按照结构方式不同，磁电式传感器可分为动圈式和磁阻式两种。线速度型传感器结构和工作原理；角速度型传感器结构和工作原理；磁阻式传感器结构和工作原理。4压电效应？压电式传感器是一种典型的发电式传感器，它利用某些物质的压电效应制成的传感器。压电效应是指某些电介质材料，在沿一定方向受到外力作用而发生变形时，在其一定方向的表面将产生电荷，当外力去掉后，电介质表面又回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。5光电效应、透射式光电转速传感器的结构和工作原理。光电式传感器是一种将光量转化为电量的传感器，其基本工作原理是光电效应。半导体光电效应是半导体中束缚电子在吸收光子后所产生的电学效应，它可分为内光电效应和外光电效应两大类。透射式光电传感器结构示意图。当多孔圆盘随转轴旋转时，光敏元件交替受到光照，产生交替变换的光电动势，从而形成与转速成比例的脉冲电信号，其脉冲信号的频率正比于转轴的转速和多孔圆盘的透光孔数。市场上的光电式传感器测速范围可达每分钟几十万转，使用方便，对被测轴无干扰。第五章信号调理、记录、处理和分析1电桥及其应用按照电桥所采用的电源不同，可分为直流电桥和交流电桥。供桥电源电压为直流电压时，称直流电桥；供桥电源电压为交流电压时，称交流电桥。接桥方式：半桥单臂、半桥双臂、全桥三种接桥方式电桥的差和特性是合理布置应变片、进行温度补偿、提高电桥灵敏度的依据。“相邻异性，相对同性”图1-a所示悬臂梁受力F和F’作用，要求只测出引起梁纯弯曲的力F，试画出应变片的粘贴位置与电桥的连接方式图。2滤波器滤波器按照能够通过的频率范围可以分为四类。它们分别是低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。信号能够通过它的频率范围称之为频率通带；被它抑制或者极度衰减掉的信号频率范围称之为频率阻带；通带与阻带的交界点称之为截止频率。理想滤波器在通带频段内应满足不失真条件，即幅频特性为常数，相频特性是频率的线性函数。实际滤波器的基本参数：1）纹波幅度(d)2）截止频率(fc，fc1，fc2)幅频特性值A0下降到0.707A0时，所对应的频率为截止频率fc，也称“负三分贝频率(-3dB)”3）带宽和品质因素上下截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽。把中心频率fn和带宽B之比称为带通滤波器的品质因素。应用实例：4信号的调制和常见种类缓变信号变成高频交变信号的过程称为调制，调制也可以称用被测缓变信号对一个标准高频振荡进行控制的过程；被测信号称为调制信号；标准高频振荡称为载波；经过被测信号调制后的载波称为已调制波。调制信号控制高频振荡幅值的调制称幅值调制，调幅（AM）；调制信号控制高频振荡频率的调制称频率调制，调频(FM)；调制信号控制高频振荡相位的调制称相位调制，调相(PM)。5信号记录仪器的作用和类型记录仪器用于记录反映被测信号变化过程的输出设备。它是测试系统中不可缺少的环节，它所起的作用可归纳为两个主要方面：(1)将测试系统所获取的信号，转变成人们能够直接观察的图形(波形)；(2)保存测试系统所获取的信号，使之能够借助其他仪器进行分析和重放。用于测试系统的输出设备有显示仪器和记录仪器两类。6测试数据处理结果通常采用的表达方法测试数据处理结果通常采用的方法有表格法、图示法和经验公式。1)表格法简单方便，但要进行深入的分析，表格就不能胜任了。2)图示法根据试验数据作出尽可能反映真实情况的曲线，其最大优点是一目了然，即从图形可以非常直观地看出函数的变化规律，如递增性或递减性，最大使或最小值，是否具有周期性变化规律等。但从图形上只能得出函数变化关系而不能进行数学分析。3)常把与曲线对应的公式称为经验公式。它是利用回归分析方法确定经验公式的函数类型及其参数。把全部测试数据用一个公式来表示，它的优点不仅紧凑扼要，而且可以对公式进行必要的数学运算，以研究各自变量与函数之间的关系。便于数学分析方法进一步从理论上进行研究。一元非线性回归（例题）对非线性的回归即曲线的拟合问题，其处理步骤如下：（1）根据测量数据(xi，yi)绘制图形；（2）由绘制的曲线分析确定其属于何种函数类型；（双曲线、指数曲线、幂函数曲线和对数曲线等）（3）将已确定函数类型变换坐标，曲线方程变为直线方程，称为曲线化直；（4）根据变换后的直线方程，采用某种拟合方法确定直线方程中的未知量；（5）求得直