机械工程测试技术.doc

名词解释
1. 测量：以确定被测物属性量值为目的的全部操作；测试则是具有实验性质的测量，或者可理解为测量和实验的结合。
2. 测试:是具有试验性质的测量，或者可理解为测量和试验的结合。
3. 测试技术：是指测试过程中所涉及的测试理论、测试方法、测试设备等。
4. 测试方法:是指在实施测试中所涉及的理论运算方法和实际操作方法.
5. 直接测量法：指被测量直接与测量单位进行比较，或者用预先标定好的测量仪器或测试设备进行测量，而不需要对所获取数值进行运算的测量方法。
6. 间接测量法:指被测量的数值不能直接由测试设备来获取，而是通过所测量到的数值同被测量间的某种函数关系运算而获得的被测值的测量方法。
7. 静态测量:被测值被认为恒定不随时间变化的测量称为静态测量.
8. 测量系统的静态特性：是指被测量不随时间变化或随时间变化很缓慢是测量系统的输入、输出及其关系的特性或技术指标。
9. 动态测量：被测量值随时间变化的这种测量称为动态测量。
10. 测量系统的动态特性:是指测量系统的输出对于快速变化的输入信号的动态响应特性。
11. 系统的动态测量误差:测量系统低于动态量的测量过程中，若测量系统的动态响应特性不够理想,则输出信号的波形与输入信号的波形相比就会产生畸变,这种畸变造成的测量误差称为测量系统的动态测量误差。
12. 确定性信号：能够用明确的数学关系式描述的信号，或者可以用实验的方法以足够的精度重复产生的信号。
13. 非确定性信号：又称随机信号。如果描述随机信号的各种统计特征（如平均值、均方根值、概率密度函数等）不随时间推移而变化，这种信号成为平稳随机信号；反之，如果在不同采样时间内测得的统计参数不能看作常数，则这种信号就称为非平稳随机信号。
14. 传感器：是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
15. 参数式传感器：将输入的工程参数变化转变为电参数变化的传感器。
16. 发电式传感器：在工作时其本身就有内在的能量转换，且能够产生电信号输出.
17. 电阻式传感器:是将非电量变化转换为电阻变化的传感器.
18. 电容式传感器:将被测量的变化转换为电容变化的一类传感器。
19. 电感式传感器：是利用电磁感应将被测物理量如位移、压力、振动、等转换为电感线圈自感L或互感M变化的传感器。
20. 量程：指测量系统允许测量的输入量的上、下极限值。
21. 精度（测量的准确度）:表征测量系统的测量结果y与被测真值μ的一致程度.反映了测量中各类误差的综合。
22. 测量的不确定度:表示对被测量真值不能肯定的误差范围的一种评定，或者说它是被测量值不能肯定的程度,是被测结果应有的指标。不确定度越小，测量结果的可信度越高,使用价值越高。
23. 灵敏度:指单位输入量所引起的输出量的大小。
24. 非线性度：用来表示标定曲线偏离理想直线程度的技术指标。
25. 分辨率：表示输出量的每个“阶梯"（最小变化量)所代表的输入量的大小。
26. 飘零：表示测量系统在零输入状态下,输出值得漂移。
27. 稳定性:表示测量系统在一个较长时间内保持其性能参数的能力,即在规定的条件下，测量系统的输出特性随时间的推移而保持不变的能力。
28. 压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。
29. 压阻效应：是指当半导体受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的现象。
30. 霍尔效应：当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的平行于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。
31. 负载效应：测量系统进入测量状态时，多数情况下总要从被测对象内吸取功率或能量，使得被测对象偏离了其本来的状态，导致测量误差，这种现象被称为负载效应。
32. 电桥:将电阻.电感、电容等电参数的变化变为电压或电流输出的一种转换电路.
33. 调制：用被测信号来调整和制约高频振荡波的某个参数（幅值、频率或相位），使其按照被测信号的规律变化,以便放大和传输。
34. 解调:对已经放大的以调波进行鉴别以恢复被测信号的过程称为解调.
35. 智能仪器：是计算机技术与测量仪器相结合的产物，是内嵌微计算机或微处理器的测量仪器，它具有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能。
36. 虚拟仪器：是指以通用计算机为核心,通过扩展专用的仪器硬件模块和用户自定义的测试软件而构建的一种计算机仪器系统。
简答题
1. 静态测量与动态测量的区别是什么?
答:“静态”和“动态”是指被测量是否随时间而变化，而不是指被测物体是否处于机械静止或运动中.当被测值可以认为是恒定的,这种测量被称为静态测量;当被测量值是随时间变化的这种测量被称为是动态测量。
2. 测量系统一般有那些环节组成，各个环节有什么功能？
答：测量系统包括传感器、信号调理、信号处理、显示与记录等四个典型环节组成。
功能：传感器-—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同种或别种量值输出,其输出通常是电信号。
信号调理-—对信号进行转换,放大和滤波，即把来自传感器的信号转换或更适合进一步传输和处理的信号。
信号处理-—接受来自于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.
信号显示与记录——以观察者易于是别的形式来显示测量的结果，或者将测量结果存储，必要时使用.
3. 信号一般有哪几种分类与描述方法？简要说明.
答:（1）按所传递信息的物理属性分为:机械量、电学量、声学量、光学量.
（2）按照时间函数取值的连续性和离散性分类，信号可分为连续时间信号和离散时间信号.
(3）按照信号随时间变化的特点分类，信号分为确定性信号与非确定性信号。
a.确定性信号又分为周期信号和非周期信号
b。非确定性信号又分为平稳随机信号和非平稳随机信号。
4. 傅里叶变换有哪些性质？
答：叠加性质、
时移性质、
频移性质、
卷积性质
5. 线性定常系统有哪些基本特性？简述同频性在动态测量中的重要意义.
答:特性:叠加性、可微性、同频性、积分性
意义：1）可以把一个复杂信号的作用看成为若干个简单信号作用的和；
2）可采用相应的滤波技术将在很强噪声干扰下的有用信息提取出来。
6。测试方法的分类
答：1）按是否直接测定被测量的原则分类，可分为直接测量与间接测量;
2）按传感器是否与被测物接触分类，可分为接触测量与非接触测量；
3）按被测量值是否随时间变化分类，可分为静态测量与动态测量。
7. 热电偶温度计具有哪些特点?
答：1）结构简单，制造方便，价格便宜；
2）测温精确度较高，高温区的复现性和稳定性很好；
3)由于测温显示电信号，便于信号的远传和记录，有利于集中检测和控制；
4）热电偶的体积、热容量及热惯性君小。
8。 简述同频性在动态测量中的重要意义.
答：当测量系统的输入信号为由多种频率成分叠加而成的复杂信号时，对应的输出信号就等于组成输入信号的各频率成分分别输入到此测试系统时所引起的输出信号的叠加，这样就可以把一个复杂信号的作用看成为若干个简单信号作用的和，从而使问题简化。
9。什么是测量准确度？什么是测量不确定度?他们的作用如何?
答：测量结果与被测真值之间的一致程度成为测量的准确度，在工程领域又称“精度”.
作用:测量的准确度是精密度与正确度的结合，一般测量精密度指的是重复测量所得的各测量值的离散程度,反映的是随机误差的大小;而正确度指的是测量值偏离真值的程度，反映了系统误差的大小。
测量的不确定度表示对被测量真值不能肯定的误差范围的一种评定，或者说它是测量值不能肯定的程度,是测量结果所应有的指标.
作用：只有知道了测量结果的不确定度，才能知道测量结果的可信赖程度。不确定度越小，测量结果的可信度越高，使用价值就越高。
10。 什么是智能仪器？它有什么特点？
答:智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物，是内嵌微计算机或微处理器的测量仪器，它具有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能.
特点：测量自动化、很强的数据处理能力、友好的人机交互方式、具有远程控制功能。
11. 什么是虚拟仪器？它有什么特点？
答：虚拟仪器是指以通用计算机为核心，通过扩展专用的仪器硬件模块和用户自定义的测试软件而构建的一种计算机仪器系统。
特点:虚拟仪器的各种测试盒人机交互功能均可由用户自行开发定制，打破了仪器功能只能由厂家定义，用户无法改变的模式；仪器硬件的模块化设计,使得仪器系统易于集成和扩展，大大缩短了研发周期；具有灵活的测试过程控制和强大的数据处理能力，易于实现测试的智能化和自动化；与传统仪器相比，虚拟仪器技术与计算机技术的发展进步，具有显著的性能、体积和价格优势。
12。 测试系统设计的基本原则是什么？它在工程实践中有何意义?
答：1）测试系统具有良好的特性，能够满足各种静、动态性能指标；
2)测试系统具有很高的性能价格比;
3)测试系统具有良好的可靠性与足够的抗干扰能力；
4）测试系统的组建容易实现，便于维护。
13.什么叫调制？什么叫解调？在测量中为何要将限号先调制然后又解调?
答：1)调制用被测信号来调整和制约高频振荡波的某个参数(幅值、频率或相位）,使其按照被测信号的规律变化，以便放大和传输。
2）解调是指对已经放大的以调波进行鉴别以恢复被测信号的过程称为解调.
3）因为传感器的输出往往是一些缓变的微小电信号,它需要进一步放大,因直流放大器存在零漂和级间耦合两个主要问题,不失真放大比较困难,一般先把缓变信号变为频率适当的交流信号,用交流放大器放大，然后再恢复原来的缓变信号。
14.测试系统中放大器的要求是什么？四种典型的放大器是什么？
答:1）频带宽，且能放大直流信号;2）精度高,线性度好;3)高输入阻抗,低输出阻抗；4）低漂移，低噪声；5）强的抗共模干扰能力。
a. 运算放大器
b. 测量放大器
c. 可编程增益放大器
d. 隔离放大器
15。 电阻式传感器的工作原理及其分类
答：电阻式传感器是将非电量变化转换为电阻变化的传感器.分为电阻应变式传感器、热电偶式传感器、电位计式传感器。
16. 调制波有哪几种？分别说明其含义，并指出常用的有哪两种。
答：调制波有调幅波、调频波和调相波三种.
载波信号的幅值受调制信号控制时,输出的已调波称为调幅波;
载波信号的频率受调制信号控制时，输出的已调波称为调频波；
载波信号的相位受调制信号控制时，输出的已调波称为调相波；
常用的调制波有调幅波和调频波两种。
17。 设计利用霍尔元件测量转速的装置，并说明其原理。
答:系统原理图如图所示，其工作原理为:将带有凹口或突起的旋转体与被测件同轴安装，霍尔元件和旋转体同置于磁场中，当凹口或突起转至霍尔元件处时,引起磁场变化,霍尔元件将其转换为一个脉动电压信号，此脉动信号的频率即为被测件的转动频率,用调频振荡器输出的频率作为调制信号对其进行调制,再经鉴频和放大后，可得被测件的频率，从而可得其转速。
18。 设计用电涡流传感器实时监测扎制铝板厚度的装置，试画出装置的框图,简要说明。
答:利用差动式测厚原理，系统原理图如图所示，其工作原理为:将两涡流传感器分别置于被测钢板的上下两边，位置固定，间隔为H，设被测钢板厚度为h，两涡流传感器与被测钢板距离分别为x1和x2，涡流传感器和电容C组成谐振回路，则回路频率f将随间隙的变化而改变，使其输出电压幅值也随之变化，经放大、检波和滤波后,可得被测距离x1和x2,将它们输入运算器中进行如下运算,即可实时监测钢板厚度：h=H-（x1+x2）