测试整理 福建农林大学

一、名词解释（15）、1、非线性度：（-P10）测试装置的输出，出入间是否能保持常值比例关系（线性关系）的一种量度2、静态标定：静态标定是一个实验过程，这一过程是在只改变测量装置的一个输入量，而其他所有的可能输入严格保持为不变的情况下，测量对应的输出量，由此得到测量装置输入与输出间的关系。3、零漂：（P48）测量装置的输出零点偏离原始零点的距离。4、温漂：（-P8）温度改变引起的灵敏度漂移5、灵敏度：（P47）单位输入变化所引起的输出的变化，通常使用理想直线的斜率作为测量装置的灵敏度值。6、灵敏度漂移：（P48）由于材料性质的变化所引起的输入与输出关系（斜率）的变化。7、回程误差：（P48）也称为迟滞，是描述测量装置同输入变化方向有关的输出特性。8、静态特性：（P42）通常以测量装置所要测量的量为输入，得到的输入与输出间的关系作为静态特性。10、幅频特性（P49）：定常线性系统在简谐信号的激励下，其稳态输出信号和输入信号的幅值比（A（w）11、相频特性：（P49）稳态输出对输入的相位差12、频率响应函数：（P50）描述系统的简谐输入与相应的稳态输出关系15、定标（标定）：静态标定和动态标定。静态标定最主要的目的是确定标定曲线、灵敏度和各向交叉干扰度；动态标定的目的在于获得传感器的动态特性曲线，再由动态特性曲线求得测力传感器的固有频率、阻尼比、工作频带、动态误差等反映动态特性的参数。P23916、压电效应：（P90）某些物质，当收到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，某些表面上出现电荷，形成电场的性质17、霍尔效应：（P111）将霍尔元件置于磁场B中，如果在a、b端通以电流i，在c、d端就会出现电位差，称为霍尔电势18、外光电效应：（P99）在光照作用下，物体内的电子从物体表面逸出的现象（光电子发射效应）19、内光电效应：（P100）在光照作用下，物体的导电性能如电阻率发生改变的效应（光导效应）20、光电伏特效应：（P100）在光照射下能使物体产生一定方向的电动势的现象21、热电效应：（P95）把两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若将它们的两个接点分别置于温度为T及To（设TTo）的热源中，则在该回路内就会产生热电动势24、A/D（D/A）：(P155)A/D模-数转换是模拟信号经采样、量化并转化为二进制的过程27、采样定理：（P159）为了避免混叠以使采样处理后仍有可能准确地恢复其原信号，采样频率 必须大于最高频率 的两倍，即（）28、带宽：亦称“信道通频带”。信道能够顺利传送电信号的频率范围29、函数：（P33）在时间内激发一个矩形脉冲S(t)(或者三角形脉冲，双边指数脉冲，钟形脉冲等)，其面积为1。当0时，S(t)的极限就称为函数。30、传递函数：（P46）H(s)=,H（s）与系统初始条件及输入无关，值反映系统本身的特性，被称为系统的传递函数。31、频谱分析：（P20）把信号的时域描述通过适当方法变成信号的频域描述，即以频率为独立变量来表示信号。32、不失真测试条件：（P57）即满足式A（）=A=常数（幅值不失真）和（）=-t（相位不失真）33、低通滤波器：（P139）滤波器根据选频方式划分，允许截止频率以下的频率成分通过而高于此频率的频率成分被衰减的滤波器称为低通滤波器34、高通滤波器：（P139）只允许截止频率以上的频率成分通过而低于此频率的频率成分被衰减的滤波器称为高通滤波器35、带通滤波器：（P139）只允许在中心频率附近一定范围内的频率分量通过的滤波器称为带通滤波器36、泄露：（P160）信号的能量在频率轴分布扩展的现象41、全桥：（P129）工作中四个桥臂阻值都随被测量而变化，即R1+R1，R2+R2，R3+R3，R4+R442、半桥：（P128）工作中有两个桥臂（一般为相邻桥臂）的阻值随被测量而变化，即R1+R1，R2+R243、温度补偿：在一般情况下，温度变化总是同时作用到应变片和试件上。消除由温度引起的影响，或者对它进行修正，以求出仅由载荷作用下引起的真实应变的方法，称为温度补偿。P23244、误差：（P8）测量结果与被测真值之差45、系统误差：（P8）在对同一被测量进行多次测量过程中，出现某种保持恒定或按确定的方式变化着 的误差46、过失误差：（-P34）明显超出规定条件下预期的误差47、引用误差：（-P36）绝对误差与测量仪表量程之比，用百分数表示48、量化：（P159）采样所得的离散信号的电压幅值，若用二进制数码组来表示，就使离散信号 变成数字信号的成49、信号的截断：（P160）将信号乘以时域的有限宽矩形成窗函数50、量化误差：（P160）当离散信号采样值X（n）的电平落在两个相邻量化电平之间时，就要舍入到相近的一个量化电平上，该量化电平与信号实际电平之间的差值55、巴塞法尔定理：(P169)在时域计算的信号总能量，等于在频域中计算的信号总能量56、线性系统：(-P8)输入与输出是线性关系的系统57、线性系统的频率保持性：(-P8)若系统输入为某一频率的正弦（余弦）激励，则稳态输出也江只有该同一频率而不改变四、简答题（23）1、 较说明电感式传感器和磁电式传感器的工作原理、异同点和优缺点。电感式传感器电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移,压力，流量，振动等转换成线圈的电感量的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。1、结果简单,2、灵敏度和分辨力高、3 线性度和重复性都比较好。 磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。 2简述交直流电桥的平衡条件，应用的特点和注意点。直流电桥的平衡条件为R2/R1=R3/R4。 应用特点：若相连两桥臂电阻同向变化（即同时增大或同时减小），所产生的输出电压的变化将相互抵消；若相连两桥臂电阻反向变化（即两电阻一个增大一个减小），所产生的输出电压的变化将相互迭加；是为电桥的和差特性。 注意点：需要调节零位平衡。采用交流电桥时要注意影响测量误差的一些因素，比如电桥中元件之间的互感影响、无感电阻的残余电抗、邻近交流电路对电桥的感应作用、泄露电阻以及元件之间、元件与地之间的分布电容等。 3.用你所学的知识举出三种测量转速的传感器，说明测量的原理，并画出测量结构简图。1.磁阻式传感器，此种传感器由永久磁铁及缠绕其上的线圈组成。当物体旋转时，其上的凸起引起磁阴变化，使磁通量变化，在线圈中感应出交流电动势 2.涡流式传感器，交流磁场中涡电流的变化 3.霍尔元件磁敏传感器，霍尔元件磁感应强度的变化 4.什么是压电效应？举二个应用的例子，说明测量原理，并画出测量结构简图。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电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为压电效应。 1. 加速度计，力传感器 ，此种传感器的压电片处于其壳体和一质量块之间，用强弹簧将质量块、压电片紧压在壳体上。运动时，传感器壳体推动压电片和质量块一起运动。在加速时，压电片承受由质量块加速而产生的惯性力。2. 压力变送器，5.用你所学的知识试举三种可测压力的传感器，说明测量的原理，并画出测量的结构图。电容式传感器，差动变压器式传感器，压点式传感器6.用你所学的知识举出三种测量位移的传感器，说明测量的原理，并画出测量结构简图。1.电容式传感器（平面线位移型），当动板沿x 方向移动时，覆盖面积变化，电容量也随之发生变化 2.变阻器式传感器，触点C 沿变阻器移动，若移动x,则C 点与A 点之间的电阻值随之发生变化 3.磁电式传感器，在永久磁铁产生的直流磁场内，放置一个可动线圈，当线圈在磁场中作直线运动时，其产生的感应电动势随之发生变化。7用你所学的知识举出三种振动的传感器，说明测量的原理，并画出测量结构简图。磁电式，压电式，半导体8.用你所学的知识举出三种测量加速度的传感器，说明测量的原理，并画出测量结构简图。1、 压电式加速度计 压电式加速度传感器是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。2、 压阻式加速度计 压阻式加速度计是利用半导体应变片的压阻效应工作的。梁的一端固定在加速度计的底座上，在其根部上下两面各贴2片单品硅半导体应变片.梁的另一端安装一个质量块，其质量为m.当上述加速度计安装在被测振动物体上时，由于惯性力的作用，质量块以相反的方向振动，作用于梁出由端的惯性力等于mal贴在梁根部的半导体应变片分别受拉伸和受压缩，导致以变片电阻发生变化.将它们接成差功电侨，共输出电压就与被测物体的加速度成正比.3、 电容式微加速度计:电容式微加速度计是通过可动质量块感应加速度，利用平行班电容将质量块的相对位移转换为电容的变化，再通过检查电路将电容的微小变化转换为与其成正比的电容的变化。9.用你所学的知识举出三种测量转速的传感器，说明测量的原理，并画出测量结构简图。 1、投射式光电转速传感器投射式光电转速传感器的读数盘和测量盘有间隔相同的缝隙。测量盘随被测物体转动，每转过一条缝隙，从光源投射到光敏元件（见光电式传感器）上的光线产生一次明暗变化,光敏元件即输出电流脉冲信号 2、 面积变化型电容式转速传感器图3中是面积变化型的原理，图中面积变化型电容式转速传感器由两块固定金属板和与转动轴相连的可动金属板构成。可动金属板处于电 容量最大的位置，当转动轴旋转180时则处于电容量最小的位置。电容量的周期变化速率即为转速。可通过直流激励、交流激励和用可变电容构成振荡器的振荡槽路等方式得到转速的测量信号。 3、电感式变磁阻式转速传感器电感式变磁阻式转速传感器利用磁通变化而产生感应电势，其电势大小取决于磁通变化的速率。10说明集流环的作用，并举例说明集流环在应用中的注意事项。集流环的作用就是“集流”-把分相（各个同电势线圈）的电流集中到一起。11不失真测试条件是什么？如何保证系统接近于不失真测试条件？不失真测试条件其幅频和相频应分别满足：A()=A 0 =常数 ()=t 0 首先要选用合适的侧量装置，在测量频率范围内，其幅、相频率特性接近不失真测试条件。其次，对输入信号做必要的前置处理，及时虑去非信号频带内的噪声。尤其要防止某些频率位于测量装置共振区的噪声的进入。12为什么电容式传感器多做成差动式？试述电容式传感器的优点及应用范围。为了提高传感器的灵敏度、线性度以及克服某些外界条件（如电源电压、环境温度等）的变化对测量精确度的影响。电容式传感器的优点是结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。广泛应用于测量位置、位移、压力振动、噪声和倾角13什么是压电效应？试述压电传感器的类型及其各自的特点。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电荷，形成电场。类型和特点还没找到答案21:什么是光电效应？试述光电式转速传感器的工作原理及其在汽车实验上的应用?用光照射某一物体，即为光子与物体的能量交换过程，这一过程中产生的电效应称为光电效应。 光电式转速传感器，基本用途有用在齿轮上，其工作原理是通过感测齿片的数量来间接感测齿轮的转速。22、画出各种滤波器的特性图23、 试述热电偶与热敏电阻的优缺点及使用方面的不同。1. 热电偶 优点：可测量到小范围内的温度，热响应快，耐振动和耐冲击，可以测量高温区 缺点：变化率小，需修正冷接点温度； 2. 热敏电阻 优点：可测量到小范围内的温度，变化率较大，固有电阻大，无需延长导两种传感器检测的温度范围不同，热敏电阻一般检测温度范围为50150温度范围。热电偶的检测温度范围为02400，所以24、集流环有哪几种？使用时需注意些什么问题？分为接触式和非接触式集流环 集流环的优劣直接影响测量精度，质量低劣伙维护不当的集流环所产生的电噪声甚至能淹没扭矩信号，使测量无法进行。因此对集流环的要求是：接触电阻变化要小，一般希望接触电阻的变化小到应变片电阻变化的1/501/100。25、什么是电桥灵敏度？其影响因素是什么？电桥的灵敏度可以用电桥测量臂的单位相对变化量引出输出端电压的变化来表示，即：S=Uo/(R/R) 电桥电路有单臂桥、双臂桥、全桥之分 1、单臂变化时U0=0.25UeR/R2、两臂变化时U0=0.5UeR/R3、四臂变化时Uo=UeR/R 推出单臂、半桥、全桥电桥的灵敏度分别为Ue/4、Ue/2、Ue。所以其影响因素为激励电压Ue，和电桥的接法即变化的桥臂 的数量有关。26产生应变相同的多片应变片串联或并联于同一桥臂，能否提高电桥奶灵敏度？为什么？ 不能提高电桥的灵敏度设桥臂比为，由R1R1 ，同为分母中的R1/R1，可忽略，结合电桥平衡条件定义电桥的电压灵敏度为所以不能。27、 将产生应变相同的多片应变片串联或并联在电桥的同一桥臂上，能提高电桥的灵敏度吗？为什么？不能提高灵敏度。因为半桥双臂时，其输出电压为：uo=ui Error! No bookmark name given.当量桥臂各串联电阻应变片时，其电阻的相对变化量为 = 即仍然没有发生变化，故灵敏度不变。要提高灵敏度只能将双臂电桥改为全桥连接。uo=ui Error! No bookmark name given.28、在受拉（压）、弯曲载荷的试件上，如何布片（即应变片在试件上的位置和方向）和接电桥，以消除弯曲的影响而只测出拉（压）？ 两片应变片分别贴在试件两侧，另一种就是半桥接法两工作片互为补偿片29有人说，对于一个线性时不变系统，当系统的输入为x(t)，输出为y(t), 则y(t)的所含的频率成分可能与x(t)不同，该说法是否正确？为什么？ 错，根据线性时不变系统的频率保持性，可知输入函数x(t)与输出函数y(t)的频率不变,31.有人说，对于一个线性时不变系统，当系统的输入为x(t)，输出为y(t), 则y(t)的幅值与x(t)可能不同，但其相位却是相同的，该说法是否正确？为什么？不正确， 线性时不变系统：任意频率分量经过系统后输出频率相同的分量，振幅改变了，相位改变了，由系统的频率响应决定；振幅=原振幅 乘以 系统的 幅频特性|H(jw)|，相位=原相位+相频特性32、 简述应变片的粘贴步骤用锉刀和粗砂纸等工具将试纸在钢板上的贴片位置的油污、漆层、锈迹、电镀层除去，再用细砂纸刀磨成45度支叉纹。用镊子捏起酒精棉球，将贴片处擦洗干净，至棉球洁白为止。在试件上用钢板尺和划针画一个十字线（一根长，一根短），在十字线的交叉点对准测点位置，较长的一根线要与应变测量方向一致。注意分清应变片的正反面，用左手捏住应变片的引线，右手上胶在应变片的粘贴面上匀而薄的涂上一层粘贴剂，待一分钟后当胶水发粘时，校正方向，垫上塑料薄膜，用手捏住应变片的引线，倾斜放下，反复轻轻滚压表面，将里面多余的胶水和气泡挤出。胶干后，用导线挂锡的一端将应变片的引出线压在接线柱上，再把烙铁将引出线焊在接线柱上，注意完成后必须将引出线多余部分剪掉。将配置好的防潮剂涂在应变片上（包括引线的裸露部分），在用万用表和兆欧表检查一遍，防潮剂一般需要固化24小时。1在微型汽车发动机处于稳定工作情况下，对输出转矩进行了十次测量，得到如下测定值：143，143，145，143，138，140，144，145，143，140（Nm）,试表达测试结果，并进行分析1-2 求正弦信号的绝对均值和均方根值。解答：1-5 求被截断的余弦函数(见图1-26)的傅里叶变换。图1-26 被截断的余弦函数ttT-TT-Tx(t)w(t)1001-1解：w(t)为矩形脉冲信号所以根据频移特性和叠加性得：可见被截断余弦函数的频谱等于将矩形脉冲的频谱一分为二，各向左右移动f0，同时谱线高度减小一半。也说明，单一频率的简谐信号由于截断导致频谱变得无限宽。fX(f)Tf0-f0被截断的余弦函数频谱1-6 求指数衰减信号的频谱指数衰减信号x(t)解答： 所以单边指数衰减信号的频谱密度函数为根据频移特性和叠加性得：00X()-()指数衰减信号的频谱图2-2 用一个时间常数为0.35s的一阶装置去测量周期分别为1s、2s和5s的正弦信号，问稳态响应幅值误差将是多少？解：设一阶系统，T是输入的正弦信号的周期稳态响应相对幅值误差，将已知周期代入得2-5 想用一个一阶系统做100Hz正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，那么时间常数应取多少？若用该系统测量50Hz正弦信号，问此时的振幅误差和相角差是多少？解：设该一阶系统的频响函数为，t是时间常数则稳态响应相对幅值误差令d5%，f=100Hz，解得t523ms。如果f=50Hz，则相对幅值误差：相角差：2-10 设某力传感器可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z=0.14，问使用该传感器作频率为400Hz的正弦力测试时，其幅值比A(w)和相角差j(w)各为多少？若该装置的阻尼比改为z=0.7，问A(w)和j(w)又将如何变化？解：设，则，即，将fn = 800Hz，z = 0.14，f = 400Hz，代入上面的式子得到A(400) 1.31，j(400) 10.57如果z = 0.7，则A(400) 0.975，j(400) 43.03