工程測試技術(shù) 復(fù)習(xí)資料2016版 武漢工程大學(xué)

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1、 第一章 信號(hào)分析基礎(chǔ) ⒈信息：描述事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和方式 ⒉信號(hào)：信息是客觀存在或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特征，它總是通過某些物理量的形式表現(xiàn)出來，這些物 理量就是信號(hào) ⒊信息與信號(hào)之間的關(guān)系：信號(hào)時(shí)信息的載體，是物質(zhì)，具備能量；信息是信號(hào)所載的內(nèi)容，不等于物質(zhì)，不具備能量。同一個(gè)信息，可以用不同的信號(hào)來運(yùn)載；同一種信號(hào)，也可以運(yùn)載不同的信息 ⒋諧波信號(hào)：在周期信號(hào)中，按正弦或余弦規(guī)律變化的信號(hào)。表達(dá)式為 圓頻率，頻率為，周期 ⒌周期信號(hào)的頻譜特性：①周期信號(hào)各諧波頻率必定是幾波平率的整數(shù)倍頻率分量（諧波性

2、） ②頻譜是離散的（離散性） ③有幅頻譜線看出，諧波復(fù)制總的趨勢是隨諧波次數(shù)增多而減小（收斂性） 6.傅里葉級(jí)數(shù)定理：以T為周期的函數(shù)，如果在[]上滿足狄利克雷條件，即在[]上滿足：①連續(xù)或只有有限個(gè)第一類間斷點(diǎn) ②只有有限個(gè)極值點(diǎn)。則在[]上可展開成傅里葉級(jí)數(shù)。為基頻。連續(xù)點(diǎn)處： = = ， 其中。 ⒏傅里葉變換的主要性質(zhì)：①奇偶虛實(shí)性質(zhì) ②線性疊加性質(zhì) ③對(duì)稱性質(zhì) ④時(shí)間尺度改變性質(zhì) ⑤時(shí)移性質(zhì) ⑥頻移性質(zhì) ⑦卷積定

3、理 ⑧微分性質(zhì) ⑨積分性質(zhì) ⒐單位脈沖函數(shù)（函數(shù)）的性質(zhì)： 定義： 性質(zhì)：①乘積性質(zhì) ②篩選性質(zhì) ③卷積性質(zhì) 第一章 測試裝置的基本特性 ⒈測試裝置的基本特性：測試裝置的靜態(tài)響應(yīng)特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 ⒉靜態(tài)測量的定義：如果測量時(shí)，測試裝置的輸入、輸出信號(hào)不隨時(shí)間而變化，則稱為靜態(tài)測量 ⒊常見靜態(tài)響應(yīng)特性的參數(shù)：①靈敏度 ②非線性度：標(biāo)定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。 ③回程誤差：同樣測試條件下，若在全量程輸出范圍內(nèi)，對(duì)于同一個(gè)輸入量所得到兩個(gè)數(shù)值不同的輸出量之間差值最大者為，則 ⒋線性定常系統(tǒng)及其主要性質(zhì)： 線性定常系統(tǒng)：滿足線性，當(dāng) 主要性質(zhì)：①疊加性 ②比例

4、性 ③微分性 ④積分性 ⑤頻率保持性 ⒌常見測試裝置的傳遞函數(shù)：①一階系統(tǒng)： ②二階系統(tǒng)：，其中 ⒍頻率響應(yīng)函數(shù)：確定輸入、輸出信號(hào)兩者的幅值與相位之間的關(guān)系。即， 常見測試裝置的頻率響應(yīng)函數(shù)：①一階系統(tǒng)， ②二階系統(tǒng)： ⒎測試裝置不失真測試的條件：要實(shí)現(xiàn)不失真測試，測試裝置的幅頻特性應(yīng)為常數(shù)，相頻特性應(yīng)為直線（線性）。即 ⒏測試裝置對(duì)典型輸入信號(hào)的響應(yīng)：①一階裝置的脈沖響應(yīng)函數(shù) ②二階裝置的脈沖響應(yīng)函數(shù) ③一階裝置的階躍響應(yīng) ④二階裝置的階躍響應(yīng)函數(shù) 第二章 傳感器轉(zhuǎn)換原理及應(yīng)用 ⒈傳感器定義：廣義—能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件裝置

5、 狹義—能把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的裝置 ⒉傳感器分類：①按被測物理量來分：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、溫度傳感器等 ②按傳感器工作的物理原理來分：機(jī)械式、電氣式、輻射式、流體式傳感器等 ③按信號(hào)變換特征來分：物理型、結(jié)構(gòu)型傳感器 ④按傳感器與被測量之間的關(guān)系來分：能量轉(zhuǎn)換型、能量控制型傳感器 ⒊傳感器選用原則：靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、、精確度、測量方式 ⒋電阻式傳感器工作基本原理：能將被測物力量的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化輸出 ①電位

6、計(jì)式：此類傳感器都由線圈、骨架和滑動(dòng)觸頭等組成。線圈繞于骨架上，出頭可在繞線上滑動(dòng)，當(dāng)滑動(dòng)觸頭在繞線上的位置改變時(shí)，即實(shí)現(xiàn)了將位移變化轉(zhuǎn)換為電阻變化。 ②電阻應(yīng)變式：應(yīng)變片粘貼于北側(cè)構(gòu)建的便面時(shí)，在外力作用下，應(yīng)變敏感柵隨構(gòu)建一起變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化，由此可將被測量轉(zhuǎn)換成電阻的變化 ⒌電阻應(yīng)變式傳感器的典型應(yīng)用：①將應(yīng)變片粘貼于被測構(gòu)件上，直接用來測頂構(gòu)建的應(yīng)變或應(yīng)力 ②將應(yīng)變片粘貼于彈性元件上，于彈性元件一起構(gòu)成應(yīng)變式傳感器 ⒍電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器工作原理： 電容式：以最簡單的評(píng)星

7、級(jí)板電容器為例—若不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為其中ε為介質(zhì)的相對(duì)介 電常數(shù) ，對(duì)空氣，對(duì)真空，A為兩極板間的有效覆蓋面積（），δ為兩板間的距離（） 。則知，只要ε、A或δ發(fā)生變化，則C改變。如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變，就可把另一個(gè)參數(shù)的單一變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化，再通過配套的測量電路，將電容的變化轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)輸出。 電感式：渦流式與差動(dòng)變壓器式。渦流式：在軸上開一鍵槽，靠近軸表面安裝一渦流傳感器。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感器與軸之間的間隙將變化，經(jīng)測量電路處理后，可得到與轉(zhuǎn)速成比例的脈沖信號(hào)。 磁電式：給予電磁感應(yīng)原理，把被測物理量轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電動(dòng)勢輸出。對(duì)一個(gè)匝數(shù)為W的線圈做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，或者

8、當(dāng)穿過該線圈的磁通Φ發(fā)生變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為 。感應(yīng)電動(dòng)勢的大俠，取決于線圈匝數(shù)和磁通變化率。而磁通變化率與磁場強(qiáng)度、磁路磁阻、線圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，只要改變其中一個(gè)參數(shù)，就會(huì)改變線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢。 ⒎熱電效應(yīng)、熱阻效應(yīng)、了解熱電偶的溫度補(bǔ)償 熱電效應(yīng)：將兩種不同材料的金屬導(dǎo)體（或半導(dǎo)體），連接成閉合回路，把兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分別置于不同溫度的熱源中，回路中就有電流產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為熱點(diǎn)效應(yīng)。 產(chǎn)生電動(dòng)勢的兩個(gè)條件是： ①閉合回路必須用兩不同的金屬材料構(gòu)成 ②閉合回路的兩節(jié)點(diǎn)必須具有不同的溫度 熱電偶的溫度補(bǔ)償方法：①冷端冰點(diǎn)恒溫法 ②計(jì)算校正法 ③補(bǔ)

9、償導(dǎo)線法 ④補(bǔ)償電橋法 第五章 信號(hào)調(diào)理方法 ⒈信號(hào)調(diào)理的作用：使傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)理，使之與后續(xù)環(huán)節(jié)相適應(yīng) 常見信號(hào)調(diào)理的環(huán)節(jié)：電橋、放大器、濾波器、調(diào)制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等 調(diào)理的方法：轉(zhuǎn)換、濾波、放大 ⒉電橋的作用：將電阻，電容或電感器等電參量的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出。轉(zhuǎn)換的實(shí)質(zhì)是一種信息的傳遞，即通過電參量來控制工作電壓的幅值變化，從而將電參量變化的信息加到輸出電壓信號(hào)上，其能量由工作工作電源提供 ⒊電橋的平衡關(guān)系：當(dāng)電橋是個(gè)橋臂的阻抗值具備一定關(guān)系時(shí)，可使電橋的輸出=0，此時(shí)稱電橋處于平衡狀態(tài) ①直流電橋的平衡：，平衡條件為 ②交流電橋的平

10、衡:即，平衡條件為 ⒊信號(hào)的調(diào)制與解調(diào):先將微弱的緩變信號(hào)加載到高頻交流信號(hào)中去，然后利用交流放大器進(jìn)行放大，最后再從放大器的輸出信號(hào)中取出放大了的緩變信號(hào)，這種信號(hào)傳輸中的變換過程成為調(diào)制與解調(diào)。 ⒋濾波器：凡是可以是信號(hào)中特定的頻率成分提供，二極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統(tǒng) ⒌ 濾波器的的類型：①根據(jù)頻率特性不同：低通、高通、帶通、帶阻 ②根據(jù)物理原理不同分：機(jī)械式、電路式 ③根據(jù)處理信號(hào)的形式不同分：模擬濾波器（處理連續(xù)信號(hào)）、數(shù)字濾波器（處理離散信號(hào)） ⒍濾波器的作用：①將有用的信號(hào)與大量的干擾噪聲分離開來，這樣可以提高信號(hào)傳輸過程中的抗干擾性，提高信噪比

11、。②提高分析精度，降低對(duì)分析儀器的性能要求。③對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析 ⒎錄波器的描述參數(shù)：①通帶內(nèi)的幅頻特性用平均值來描述 ②上下截止頻率用-3dB截止頻率來描述 ③選擇性用倍頻程選擇性或?yàn)V波器因素來描述（越小，選擇性越好） ④分辨力用品質(zhì)因素Q來描述（Q越大，分辨力越高） ⒏A/D轉(zhuǎn)換的基本過程：分為三個(gè)步驟，即采樣、量化和編碼。了解A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換原理，A/D選擇原則。 ⒐A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換原理：①技術(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器（加減計(jì)數(shù)器+D/A轉(zhuǎn)換器+比較器）②逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器（比較器+N位寄存器+N位D/A轉(zhuǎn)換器+控制電路） ③雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（） ⒑A/D轉(zhuǎn)換器主要技

12、術(shù)指標(biāo)：分辨力、轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度 ⒒A/D選擇原則：位數(shù)選擇，轉(zhuǎn)換速率，是否加采樣保持器，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制 第七章 信號(hào)分析儀及微機(jī)測試系統(tǒng) ⒈計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)常見結(jié)構(gòu)形式：①多路分時(shí)采集單端輸入結(jié)構(gòu)形式 ②多路同步采集分時(shí)輸入結(jié)構(gòu)形式 ③多路同步采集多通道輸入結(jié)構(gòu)形式 ⒉計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：①確保性能指標(biāo)完全實(shí)現(xiàn) ②系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理 ③軟件設(shè)計(jì)選擇 ④安全可靠，有足夠抗干擾能力 第八章 虛擬儀器及工程工程應(yīng)用 ⒈虛擬儀器：在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上加上一組軟件

13、和硬件或街頭其他儀器，用戶根據(jù)自己的需要定義和設(shè)計(jì)儀器 的測試功能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測對(duì)象的數(shù)據(jù)采集、信號(hào)分析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、可視化顯示等功能，完成測試、測量、控制等任務(wù)。 ⒉虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的區(qū)別：與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程度、處理能力、性能價(jià)格比及資源共享等方面都具有明顯的優(yōu)勢。它們的對(duì)比如下 ⒊虛擬儀器的組成：由計(jì)算機(jī)、儀器硬件、應(yīng)用軟件三要素構(gòu)成 ⒋虛擬儀器的應(yīng)用：①在測量方面的應(yīng)用 ②在自控方面的應(yīng)用 第九章 典型非電量參量的測量方法 ⒈位移測量：一般是在位移方向上測量物體的絕對(duì)位置或相對(duì)位置的變動(dòng)量。包括線位移和角位移的測量。 ⒉位

14、移測量的方法及原理：①模擬式：將能將位移量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器與相應(yīng)的測量電路結(jié)合在一起，組成常用測量儀表進(jìn)行測量。 ②數(shù)字式：在數(shù)控機(jī)床和其他精密數(shù)控裝置中，將直線位移或角位移轉(zhuǎn)換為脈沖量輸出。 ⒊溫度測量的方法及原理： ⑴按原理和所用感溫元件不同分：①膨脹式（玻璃溫度計(jì)—熱脹冷縮原理，雙金屬溫度計(jì)—采用膨脹系數(shù)不同的兩種金屬牢固地粘合在一起作為感溫元件，溫度變化時(shí)，通過金屬片的彎曲變形來帶動(dòng)指針來指示相應(yīng)的溫度） ②壓力式（由溫包、毛細(xì)管和彈簧管組成的封閉系統(tǒng)。溫包放入被測介質(zhì)中，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，封閉系統(tǒng)中的壓力隨之變化，通過彈簧管的變形帶動(dòng)指針指示相應(yīng)的溫度） ③電阻式（利用金

15、屬或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化情況來顯示相應(yīng)的溫度值）④熱電式（利用金屬導(dǎo)體的熱點(diǎn)效應(yīng)，將溫度轉(zhuǎn)換為熱電勢輸出）⑤輻射式（通過檢測被測物體的熱輻射強(qiáng)度來確定其溫度） ⑵俺測溫元件是否與被測物體接觸：接觸式（將測溫元件與被測物體直接接觸，是兩者進(jìn)行熱交換，達(dá)到平衡后，測溫元件的輸出即為被測物體的溫度值），非接觸式 ⒋壓力敏感元件：彈簧管、膜片、波紋管 ⒌常用壓力傳感器：膜片應(yīng)變式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器、其他壓力變送器 ⑥應(yīng)力及應(yīng)變測量：應(yīng)變、應(yīng)力測量系統(tǒng)中的最重要環(huán)節(jié)是電阻應(yīng)變儀，電阻應(yīng)變儀中必不可少的構(gòu)件就是電橋。 電阻應(yīng)變儀常用的有：靜態(tài)電阻應(yīng)變儀（低頻）、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀（中頻）、超動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀（高頻） 計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)的組成及各部分的作用：輸入通道（對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集），數(shù)據(jù)輸出通道（用來輸出和顯示測試結(jié)果），主計(jì)算機(jī)（核心部分，主要完成對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的變換、分析和處理工作，同時(shí)還對(duì)輸入、輸出通道進(jìn)行控制管理，以協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作）。 5