工程测试技术知识点.doc

1.测试技术：测量技术与实验技术的综合
2. 测试技术的发展：古老测量方法——机械测量方法——非电量的电测方法——计算机测试技（CAT）
3.测试技术的发展趋势：1）、 量程范围更加宽广2）、传感器向新型、微型、智能型发展3）、测量仪器向高精度和多功能发展4）、参数测量与数据处理项自动化发展
4.测量分类：1）.直接测量：无需对被测量与其他实测量进行一定函数关系的辅助计算而直接得到被测量值得测量。（分为：直接比较，间接比较）2）.间接测量：通过直接测量与被测参数有已知函数关系的其他量而得到该被测参数量值的测量。
5. 要使测量具有普遍科学意义的条件：1）、作比较的标准必须是精确已知的，得到公认的；2）、进行比较的测量系统必须工作稳定，经得起检验。
6. 非电量测量的基本思想：首先要将输入物理量转换成电量，然后再进行必要的调节、转换、运算，最后以适当的形式输出。
7.测量系统的组成：
8.传感器的组成：
敏感元件 ： 将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量，传感元件 ： 凡是能将感受到的非电量（如力、压力、温度梯度等）直接变换为电量的器件称为传感元件
9.

10. 展成指数形式的傅里叶级数：1）幅度谱以成偶对称，相位谱成奇对称2）1）谱线的密度只与周期T有关， 3），谐波系数An=0的点，由 τ值决定 3）当τ一定时，周期T越大，谱线越密，谐波系数衰减越慢，且高度越低，4）当T一定时，脉宽 τ 越小，则谱线衰减越慢。
11. 周期信号的傅里叶谱有三个特点：a、离散性：频谱由一条条不连续的谱线组成，是离散的，相邻谱线的间距是 ；b、谐波性：各频率分量符合谐波关系，是基波的整数倍；c、收敛性：谐波分量的幅值有随其阶数的增高而逐渐减小的总趋势
12. 对于周期矩形信号来讲，其频带宽为 则 著名的海森博格“测不准原理”。
13. 傅里叶变换
14. 周期信号与时限信号的异同点：1、相同点： 周期信号频谱的包络线与时限信号频谱的包络线相似2、不同点：a. 时限信号的频谱是连续谱，周期信号的频谱是离散谱b. 周期信号用功率谱表示；时限信号用能量谱表示。C.周期信号幅值谱纵坐标表示相应的谐波分量的幅值；时限信号幅值谱纵坐标表示幅值谱密度；d.周期信号采用傅立叶级数（FS）分析； 时限信号采用傅立叶积分分析。
15.平稳随机过程：（自相关函数Rx,均值μx）
非平稳随机过程：
16. 对于各态历经的随机过程，可以用三方面进行描述。①幅值域： 概率密度，联合概率密度。②时间域：自相关，互相关函数等。③频率域：自功率谱，互功率谱，相干函数等。
17.标定：用已知的标准校正仪器或测量系统的过程称为标定。静态标定：就是将原始基准器，或比被标定系统准确度高的各级标准器或已知输入源作用于测量系统，得出测量系统的激励－响应关系的实验操作。
18. 静态标定的主要作用：①确定仪器或测量系统的输入－输出关系，赋予仪器或测量系统分度值；②确定仪器或测量系统的静态特性指标；③消除系统误差，改善仪器或测量系统的正确度
19.静态特性曲线的参考直线的选用方案：①端点连线 ②端点平移线 ③最小二乘直线 ④过零最小二乘直线
20.静态特性指标：灵敏度S：是仪器在静态条件下响应量的变化△y和与之相对应的输入量变化△x的比值。量程：测量上限值与下限值的代数差称为量程。测量范围：测量系统能测量的最小输入量（下限）至最大输入量（上限）之间的范围称为测量范围。 非线性：通常也称为线性度，是指测量系统的实际输入输出特性曲线对于参考线性输入输出特性的接近或偏离程度，用实际输入－输出特性曲线对参考线性输入－输出特性曲线的最大偏差量与满量程的百分比来表示。即 迟滞：亦称滞后量、滞后或回程误差，表征测量系统在全量程范围内，输入量由小到大(正行程)或由大到小(反行程)两者静态特性不一致的程度。显然, 越小,迟滞性能越好 重复性：表示测量系统在同一工作条件下，按同一方向作全量程多次(三次以上)测量时，对于同一个激励量其测量结果的不一致程度。分辨率：是指测量系统能测量到输入量最小变化的能力，即能引起响应量发生变化的最小激励变化量，用△x表示。漂移：外界干扰下，输出量发生与输入量无关的变化。
21. 线性时不变系统有两个十分重要的性质，即叠加性和频率不变性。根据叠加性质，当一个系统有n个激励同时作用时，那么它的响应就等于这n个激励单独作用的响应之和。 频率不变性表明，当线性系统的输入为某一频率时，则系统的稳态响应也为同一频率的信号。
22. 减小动态误差的方法：1） 一阶系统：一般的讲，时间常数 τ越小越好 2）二阶系统：ξ、两参数要正确、合理的选择，一般地， 要尽可能大，ξ选择在0.6～0.8之间
23. 无失真测试条件：理想的测量系统的幅频特性应当是常数，相频特性应当是线性关系，否则就要产生失真。幅值失真： 不等于常数所引起的失真。相位失真 ： 与 不是线性关系所引起的失真。
24. 自动测试系统的组成由五部分组成：①控制器；②程控仪器、设备；③总线与接口；连接控制器与各程控仪器④测试软件；⑤被测对象
25. IEEE-488.1是一种数字式8位并行通信接口，其数据传输速率可达1Mbps。采用负逻辑，任一根线上都以零逻辑代表“真”条件，这样做的重要原因之一是负逻辑方式能提高对噪声的抗御能力。
讲者
听者
被控者指定去讲
被控者指定去听
将数据放到GPIB上
读出由讲者送到GPIB上的数据
一次只能有一个器件被寻址讲话
每次可有多台器件被寻址为听者
26. 1）控者: 控者指明谁是讲者，谁是听者（如PC）2) 讲者：产生指令及数据器件,3)听者：接收指令及数据器件.

26. 产生误差的主要因素：①工具误差：它包括试验装置、测量仪器所带来的误差；②方法误差：方法引起的，这种误差亦称为原理误差或理论误差；③环境误差：在测量过程中，因环境条件的变化而产生的误差。④人员误差：测量者生理特性和操作熟练程度的优劣引起的误差称为人员误差。
27.误差的分类：随机误差；系统误差；粗大误差

28.
表征测量结果质量的指标：常用正确度（正确度表示测量结果中系统误差大小的程度）、精密度（精密度表示测量结果中随机误差大小的程度）、准确度（准确度表示测量结果中系统误差与随机误差综合大小的程度，即测量结果与被测真值偏离的程度）、不确定度（不确定度表示合理赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。不确定度越小，测量结果可信度越高）等来描述测量的可信度。
29.有关不确定度的术语: 1)、标准不确定度：以标准差表示的测量不确定度。2)、 A类不确定度评定：用对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度。3)、B类不确定度评定：用不同于观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度4)、合成标准不确定度：当测量结果是由若干个其它量的值求得时，按其它各量的方和协方差算得标准不确定度。 5)、扩展不确定度：确定测量结果区间的量，合理赋予被测量之值分布的大部分可望含于此区间，有时也称为展伸不确定度或范围不确定度。
30. 标准不确定度的A类评定:( X在重复性条件或复现性条件下进行n次独立重复观测)算术平均值单次测量的实验标准差平均值的实验标准值
31. B类不确定度的评定方法: (当被测量X的估计值不是由重复观测得到，其标准不确定度可用的可能变化的有关信息或资料来评定) （a——置信区间半宽； k——对应置信水准的包含因子）或U/K（扩展不确定度U和包含因子k）或（扩展不确定度和置信水准p的正态分布）或(扩展不确定度 以及置信水准p 与有效自由度的t分布)
32. 根据滤波器的选频作用，一般分为低通、高通、带通、带阻滤波器。
33. 实际滤波器：通带中幅频特性也并非常数，所以其主要参数有纹波幅度、截止频率(幅频特性值等于所对应的频率称为滤波器的截止频率)、带宽(上、下两截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽)、品质因素(把中心频率 和带宽B之比称为滤波器的品质因素Q)以及倍频程选择性等。
34.

低通（， ，）
高通（，）
35. 调幅：是将一个高频正弦信号（载波）与测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化。
由傅里叶变换的性质知，时域中两信号相乘，则对应在频域这两个信号进行卷积，
一个函数与单位脉冲函数卷积的结果，就是将其图形由坐标原点平移至该脉冲函数处

36. 上述调制方法是将调制信号x(t)直接与载波信号z(t)相乘，这种调幅波具有极性变化，即在信号过零线时，其幅值发生由正到负或由负到正的突然变化，此时调幅波的相位（相对于载波）也相应地发生的相位变化。这种调制方法称为抑制调幅。抑制调幅需采用同步解调，才能反映出原信号的幅值和极性。
若把调制信号x(t)进行偏置，叠加一个直流分量A，使偏置后的信号都具有正电压， 该调制方法为非抑制调幅或偏置调幅。 其调幅波的包络线具有原符号形状如下图所示，对于非抑制调幅波，一般进行整流、滤波后，就可恢复原信号。
37. 调频：是利用信号 的幅值调制载波的频率，或者说，调频波是一种随信号 的电压幅值而变化的疏密不同的等幅波
38.采样：由连续的模拟信号变成离散模拟信号，然后再通过模/数转换为数字信号。 采样定理：保为确采样后的离散信号能恢复原来的连续信号，要遵守采样定理，否则将出现信号的严重畸变。设对信号采样周期为Ts，采样频率为f=1/Ts。采样频率必须大于或等于信号最高频率的两倍，此即采样定理，也称奈奎斯特定理。
39. 电阻应变片的工作原理：基于金属的应变效应
金属的电阻应变效应：金属丝的电阻随着它所受的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应的变化的现象。
40. 电桥输出公式(直流电桥、交流电桥均适合) ：

41. 半导体应变片 工作原理：压阻效应 。 压阻效应：半导体材料的电阻率随作用应力而变化。●优点：尺寸、横向效应、机械滞后都很小，灵敏系数大，输出大，可不需放大器连接，使得测量系统简化 ●缺点：电阻值和灵敏系数的温度稳定性差；测量较大应变时非线性严重；灵敏系数随受拉或压而变，且分散度大 。

42. 应变片粘贴工艺：（1）应变片检查 ①外观检查 ②电阻值检查 （2）修整应变片（3）试件表面处理 ：（4）划粘贴应变片的定位线 （5）贴应变片（6）粘合剂的固化处理（7）应变片粘贴质量的检查（8）引出线的固定保护（9）应变片的防潮处理
43. 电阻应变片的温度误差补偿方法：(1) 桥路补偿法（补偿片法）：在温度变化梯度较大的情形下难。(2) 应变片自补偿法：当温度变化时，应变片产生的附加应变为零或相互抵消，称为温度自补偿应变片。
44. 交流电桥平衡条件：相对桥臂阻抗之积相等→可分解为：a相对桥臂电阻之积相等b相对应的电容、电阻之积相等
直 流 电 桥
交 流 电 桥
输出的是正或负的直流电压，与应变同频率变化。
输出的是正弦调幅波；
从输出电压的正或负，以判断是拉应变还是压应变
可通过输出与参考桥压的相位相同或是相反来判断拉、压应变的关系；
只要电阻调平衡
既有电阻调平衡，又有电容调平衡
45.交、直流电桥的异同点: ★相同点：输出电压的幅值都与被测的应变成正比；★不同点：如图
★为使电桥调制后不失真，载波频率ω应比应变信号频率nΩ大10倍左右。
46. ★正压电效应：有些材料，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，又重新恢复为不带电的状态。当作用力的方向改变时，电荷的极性随之改变。
★逆压电效应：在这些材料的极化方向施加电场，它们就会产生变形，这种现象称为“逆压电效应”，或称为“电致伸缩效应”。
★压电常数dij的物理意义： 在“短路条件”下，单位应力所产生的电荷密度。（）
“短路条件”是指压电元件的表面电荷从一开始发生就被引开，因而在晶体变形上不存在“二次效应”的理想条件。压电常数d有时也称为压电应变常数。
47. 压电元件的等效电路：1）电荷源 可等效成为一个电荷源和一个电容的等效电路。 2)电压源 可以等效为一个电压源和一个串联电容表示的电压等效电路
2）完整的等效电路
Ra为传感器的绝缘电阻； Ri为前置放大器的输入电阻；Ca为传感器内部电容 Cc为电缆电容； Ci为前置放大器输入电容。
48. 灵敏度有两种:电压灵敏度Ku:单位力的电压; Ku=U/F电荷灵敏度Kq:单位力的电荷; Kq=Q/F
两种灵敏度的关系:
49. 前置放大器有两种：a电压放大器: 输出电压与输入电压（传感器的输出电压）成比例，这种电压前置放大器一般称为阻抗变换器；b电荷放大器: 输出电压与输入电荷成比例。
主要区别： 使用电压放大器时，整个测量系统对电缆电容的变化非常敏感，尤其电缆长度变化更为明显; 使用电荷放大器时，电缆长度变化的影响可忽略不计。
50. 电压放大器： ★但应当指出:不能靠增加测量回路的电容量来提高时间常数(传感器的电压灵敏度是与电容成反比)。可行的办法:提高测量回路的电阻 解决电缆问题的方法:将超小型放大器装入传感器之中，组成一体化传感器
51.电荷放大器：使用电荷放大器优点：在一定条件下，传感器的灵敏度与电缆长度无关。工作原理 电荷放大器是一个具有深度电容负反馈的高增益放大器。
（放大器的输入级采用了场效应晶体管，因此放大器的输入阻抗极高）电荷放大器的输出电压只与输入电荷量和反馈电容有关，而与放大器的放大系数的变化或电缆电容等均无关系 。
可见：输出电压是与电缆电容有关的。只有在放大器的开环增益K足够高，并满足以下条件：，才能保证放大器的输出
52. 物体在光的照射下产生电子发射的现象称为光电发射效应或外光电效应，光子的能量E=h·f
光敏电阻利用光电导效应制成，一般选用禁带宽度较宽的半导体材料。（光电导原理：当入射光照到半导体上时，光子的能量如果大于禁带宽度，即hf≥Eg,则电子受光子的激发由价带越过禁带跃迁到导带，在价带中留下带正电的空穴，在外加电压作用下，导带中的电子和价带中的空穴同时参与导电，即载流子数增多使其电阻下降。）光电池基于阻挡层的光电效应工作的。（ 在光线照射下，直接将光量转变为电动势的光电元件。实质上它就是电压源。所以应用光电池作测量元件时，负载电阻越小越好）
光敏二极管又称光电二极管，管芯是一个具有光敏特性的PN结，光敏二极管在电路中处于反向偏置，在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流(暗电流)很小。当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附近产生光生电子及光生空穴，因此使PN结的反向电流增大。(原理图P259)
光敏三极管像普通三极管一样有两个PN结，具有电流增益。当集电极加上正电压，基极开路时，集电极处于反向偏置状态。当光线照射在集电结的基区时，会产生电子-空穴对，光生电子被拉到集电极，基区留下空穴，使基极和发射极间的电压升高，便有大量的电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的β倍。
53. 数值孔径NA :描述集光的能力(反映纤芯接受光量的多少) NA意义：无论光源发射功率多大，只有入射光处于2 的光角内，光纤才能导光。

54. 光纤位移传感器：光纤位移传感器是利用光导纤维传输光信号的功能，根据探测到的反射光的强度来测量被测反射表面的距离。（原理：1.光纤探头端部紧贴被测部件时，发射光纤中的光不能反射到接收光纤中去，因而就不能产生光电流信号；2.被测表面逐渐远离光纤探头时，发射光纤照亮被测表面的面积A越来越大，因而相应的发射光锥和接收光锥重合面积B1越来越大，因而接收光纤端面上被照亮的区B2也越来越大，有一个线性增长的输出信号；3.当整个接收光纤的端面被全部照亮时，输出信号就达到了位移-输出信号曲线上的“光峰点”，光峰点以前的这段曲线叫前坡区；4.当被测表面继续远离时，由于被反射光照亮的面积B2大于C，即有部分反射光没有反射进接收光纤，且由于接收光纤更加远离被测表面，接收到的光强逐渐减小，光敏检测器的输出信号逐渐减弱，便进入曲线的后坡区。）

55. 温度测量方法可分为：接触式、非接触式 （★接触式测温 基于热平衡原理，即测温敏感元件必须与被测介质接触，使两者处于同一热平衡状态。 如水银温度计、热电偶温度计、电阻温度计。★非接触式测温 利用物质的热辐射原理，测温元件不需与被测介质接触。如:辐射温度计、红外热象仪等。）
56. ★热电式传感器: 将温度变化转换为电量变化的装置。常用热电式传感器的敏感元件有：热电偶、热电阻 ●热电偶：将温度转换为电势之变化●热电阻：将温度转换为电阻阻值之变化
57热电偶：热电势可用函数关系式表示： EA=Bf(T,T0) 温差电势是由两种导体的接触电势（珀耳贴电势）与同一种导体的温差电势（汤姆逊电势）所组成的。
热电偶的基本实验定律：1.均质导体定律 ▲由一种均质导体组成的闭合回路，不论回路中是否存在温度梯度，都不会产生热电势。2.热电势定律 ★热电偶的热电势只和接点温度有关,而和其它部位的温度无关。3.中间导体定律 ★在热电偶回路中加入第三种均质材料，只要它的两个接点温度相同，则对回路的热电势没有影响。4.标准电极定律(参考电极定律) ★有三种金属A、B、C两两相接，当接点温度分别为T1和T2时，金属A和C的热电势为EAC，金属C和B的热电势为ECB，则金属A和B的热电势：EAB=EAC+ECB 5.中间温度定律 ★某热电偶接点温度为T1和T2时的热电势为E1，接点温度为T2和T3时的热电势为E2，则当接点温度为T1和T3时的热电势为E1+E2。
58. 声级和分贝 ：通常声压（）、声强（）和声功率（）以分贝表示 ，分贝表示的量与选定的基准量有关。总的声压级
声级计的工作原理： 声级计主要由传声器、输入级、放大器、衰减器、计权网络，检波电路和电源等部分组成。 声信号通过传声器转换成交变的电压信号，经输入衰减器、输入放大器的适当处理进入计权网络，以模拟人耳对声音的响应，而后进入输出衰减器和输出放大器，最后通过均方根值检波器检波输出一直流信号驱动指示表头，由此显示出声级的分贝值 。
59. a 筒式应变测压传感器 b. 活塞式应变测压传感器（活塞压缩应变管产生轴向压缩变形）

60.电涡流式位移测量系统：★ 一般： 被测物体电导率越高→则灵敏度越高。 被测物体磁导率越高→则灵敏度越低。 被测物体的平板半径应大于线圈半径的1.8倍，否则不能全部利用所能产生的电涡流效应，致使灵敏度降低。
61. 永磁感应测速传感器结构特点：速度线圈均匀密绕，采用串联连接方式 位移线圈：相邻两个位移绕组的绕向相反，相邻绕组之间距离称为节距。

锯齿波的峰—谷、 谷—峰为运动体运动了一个节距的距离。
疏密程度：可以判断运动体速度大小：
疏——速度慢
密——速度快
可利用此信号对速度信号进行标定
62.惯性式加速度计