测试技术复习题第一章绪论第二章信号分析基础1. 一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。

传感器将被测物理量(如压力、温度、流量) 检出并转换为电量；中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行放大、调理、信号分离、分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析；显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。

这些环节中必须遵循的基本原则是：各环节的输出量与输入量之间应保持一一对应和尽量不失真的关系，并必须尽可能地减小或消除各种干扰。

2. 信号波形：被测信号幅度随时间的变化历程称为信号的波形。

3. 信号的分类从信号描述上分--确定性信号与非确定性信号；从分析域上--时域与频域；从连续性--连续时间信号与离散时间信号；4. 可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。

不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。

5. 周期信号：在确定性信号中，经过一定时间可以重复出现的信号nT=n=+txxt),23,1(±)(±±谐波信号：在周期信号中，按正弦或余弦规律变化的信号。

谐波信号的三要素指幅值、频率和初相角。

6. 直接观测或记录到的信号，一般是以时间为独立变量的，称其为信号的时域描述。

信号的时域描述能反映信号幅值随时间的变化关系，而不能明显揭示信号的频率组成关系。

以频率为独立变量来表示信号的方法，称其为信号的频域描述。

（以复杂信号的频率结构来描述信号的方法）目的是为了研究信号的频率结构和各频率成分的幅值、相位关系。

把复杂信号分解成某种类型基本信号之和，易于实现、分析和处理。

信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。

信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。

时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除单频率分量的简谐波外，很难明确揭示信号的频率组成和各频率分量大小。

7. 傅里叶级数的三角函数表达形式：（单边频谱）常值分量：余弦分量：正弦分量： 注意利用奇偶性正弦形式：振幅：初相角：余弦形式：)sin cos ()(0102t n b t n a t x n n n a ωω∑∞=++=,...)3,,2,1(=n振幅：n A =初相角：arctan()n n n b a ϕ=-● 信号的频域描述包括：傅里叶级数；频谱函数；频谱图。

由它们可以分析出：（1）该周期信号由那些频率成分组成； （2）各频率成分的振幅和相角是多大；（3）各振幅的大小比例还表明了各次谐波在该周期信号中所占比重的大小。

● 常见周期信号频谱的共同特点：离散性；谐波型；幅值频率的收敛性 傅里叶级数的复指数表达形式：（双边频谱）⎰--=2200)(1T T t jn n dt e t x T C ω8. 非周期信号是时间上不会重复出现的信号，一般为时域有限信号，具有收敛可积条件，其能量为有限值。

这种信号的频域分析手段是傅立叶变换。

与周期信号不同的是，非周期信号的谱线出现在0~fmax 的各连续频率值上，这种频谱称为连续谱。

x(t)与X(ω)建立起确定的对应关系，这种对应关系称为傅里叶变换对，记为X(ω)是x(t)的傅里叶正变换， x(t)是X(ω)的傅里叶逆变换。

,...)2,1,0(,)(0±±==∑∞-∞=n e C t x n tjn n ω⎪⎩⎪⎨⎧==⎰⎰∞∞--∞∞-dte t xf X df e f X t x ft j ft j ππ22)()()()(9. 傅立叶变换的性质(1) 线性叠加性(2) 对称性 证明 例题PP19 (3) 时间尺度改变性 (4) 时移性 (5) 频移性 (6) 卷积特性10. δ函数: 是一个理想函数，是物理不可实现信号。

δ函数性质：（1）乘积特性（抽样）（2）积分特性（筛选）（3）卷积特性d 函数傅里叶变换：⎩⎨⎧≠=∞=0,00,)(t t t δ⎰∞∞-=1)(dt t δ12121212()*()()()()()()*()x t x t X f X f x t x t X f X f )()()()()()0()()(000t t t x t t t x t x t t x -=-=δδδδ)0(d )()0(d )0()(d )()(f t t f t f t t t f t ===⎰⎰⎰+∞∞-+∞∞-+∞∞-δδδ)(d )()(d )()(0000t f t t f t t t t f t t =-=-⎰⎰+∞∞-+∞∞-δδ)()(*)(t x t t x =δ)(d )()()(*)(000t t x t t x t t t x ±=-±=±⎰∞∞-ττδτδ1d )()(02===∆⎰∞∞--e t e t f ft j πδ第三章 测试装置的静、动态响应特性1 如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，则称为静态测量。

2. 静态测量时，测试装置表现出的响应特性称为静态响应特性。

3. 灵敏度：当测试装置的输入x 有一增量△x,引起输出y 发生相应变化△y 时,定义: S=△y/△x 为该装置的灵敏度。

4. 非线性度：标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。

绘图说明 非线性度=B/A ×100%5. 回程误差：测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最大者为h max ，则定义回程误差为: (h max /A)×100%。

绘图说明6. 一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。

线性系统性质：a)叠加性 b)比例性 c)微分性 d)积分性e)频率保持性 证明7. 动态特性:输入量随时间作快速变化时，测试系统的输出随输入而变化的关系。

8. 传递函数：初始条件为零时，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，串联：∏==ni i (s)H H(s)1并联： 传递函数的特点：（1）H(s)与输入x(t)及系统的初始状态无关，它只表达了系统的传输特性。

（2）H(s)是把物理系统的微分方程取拉氏变换求得的，它只反映系统传输特性而不拘泥于系统的物理结构。

对于实际的物理系统，输入和输出都具有各自的量纲。

（3）传递函数与微分方程等价。

（4）H(s)中的分母取决于系统的结构。

9. 一阶系统传递函数：∑==ni i (s)H H(s)111)(+=s s H τ一阶系统频响函数：其幅频、相频特性表达式：10. 二阶系统：ωn 为系统的固有频率；ζ为系统的阻尼比11. 不失真测试的条件：A(ω)=A 0=const φ(ω)=-t 0ω（t 0为常数）物理意义:（1）系统对输入信号中所含各频率成分的幅值进行常数倍数放缩，也就是说，幅频特性曲线是一与横轴平行的直线。

（2）输入信号中各频率成分的相角在通过该系统时作与频率成正比的滞后移动，也就是说，相频特性曲线是一通过原点并且有负斜率的直线。

如果A(ω)不等于常数，引起的失真称为幅值失真； φ(ω)与ω不成线性关系引起的失真称为相位失真。

22)(1)(1111)(τωτωτωτωω+-+=+=jj H 2)(11)(τωω+=A )arctan()(τωωϕ-=2222)(nn ns s s H ωζωω++=第四章工程常用传感器的转换原理及应用1. 传感器是以一定的精确度把被测量转换成与之有确定关系的、便于精确处理和应用的另外一种量的测量装置或系统。

传感器通常由三部分组成：（1）敏感元件：直接感受被测量,输出与被测量成确定关系。

（2）转换元件：敏感元件的输出就是转换元件的输入,它把输入转换成电量参量。

（3）转换电路：把转换元件输出的电量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的有用的电信号的电路。

2. 物性型：依靠敏感元件材料本身物理性质来实现信号变换。

例如：压电式传感器.结构型：依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.例如：电容式和电感式传感器.3. 电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的传感器，按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式。

4. 金属电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。

5. 半导体应变片传感器基本工作原理是基于半导体材料的压阻效应。

压阻效应是指单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。

6. 电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型三种类型。

7. 变极距型电容传感器的灵敏度：8. 变面积型中的平面线位移式电容传感器的灵敏度：9. 电感式传感器是基于电磁感应原理进行工作的，它是把被测量转化为电感量的一种装置。

10. 差动自感传感器灵敏度提高了1倍，线性度也有所改善。

具有以下优点：（1）提高了线性度 （2）灵敏度提高了1倍（3）温度变化、电源波动、外界干扰等相互抵消，所以精度提高。

（4） 电磁吸力对测力变化的影响也由于能互相抵消而减小。

11. 低频透射式涡流传感器的基本工作原理12. 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。

13. 某些物质受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。

如果在这些物质的极化方向施加电场，这些物质就在一定方向上产生机械变形或机械应力，当外电场撤去时，这些变形或应力也随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩效应。

明显呈现压电效应的敏感功能材料叫压电材料。

14. 仅用单片压电元件工作要产生足够的表面电荷就要很大的作用力，因此一般采用两片或两片以上压电元件组合在一起使用。

连接方法有两种：并联连接和串联连接。

15. 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。

16. 光电传感器指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。

其工作原理是基于光电效应。

光电效应有三种：内光电效应、外光电效应、光生伏特效应。

光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管、光电池、光电管。

qq U U C C 2''2'===第五章 信号调理方法1. 信号调理的目的是便于信号的传输与处理。

2. 直流电桥：平衡条件：R 1R 3=R 2R 4电桥的灵敏度：连接方式：3. 交流电桥的平衡条件：io U R R R R R R R R U ))((43214231++-=0/R R U S o B ∆=⎩⎨⎧+=+=42314231φφφφZ Z Z Z4. 调制与解调解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。