现代测试技术95824

1、一、信号及其表述1、信号随时间变化规律分类：确定性信号：1周期（谐波，一般）、2非周期（准周期，一般非周期）；非确定性信号：1平稳随机（各态历经，非各态历经）、2非平稳随机2、信号分类：按数学、取值特征、能量功率，可分为确定性信号和非确定性信号、连续信号和离散信号、能量信号和功率信号(谐波信号频率单一，一般周期信号由多个或无穷个频率成分叠加，存在公共周期，准周期信号由多个频率成分叠加，不存在公共周期）3、周期信号频谱的特点：1离散性：其频谱是由一系列不连续的线条组成，每一条谱线代表一个谐波分量。所以亦称离散谱，也就是说具有离散性。2谐波性：每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，不存在非整数倍的频

2、率分量。3收敛性：各条谱线的高度，也既各次谐波的振幅，总的趋势是随着谐波的次数增高而逐渐减小的。当谐波次数无限增高时，谐波分量的振幅也就趋向无穷小。4、傅立叶变换的主要性质1）奇偶虚实性 2）线性迭加性3）对称性4）尺度改变性质5）时移性6）频移性7）微分性质8）积分性质9）卷积性质5、模拟信号幅值和独立变量均连续，数字信号相反6、非周期信号与周期信号频谱的区别：非周期信号幅值谱密度曲线是纵轴为对称的连续谱线，周期信号幅值谱是离散谱线；两者量刚不同，不是频率为f的分量的幅值，而是f分量邻近的单位频宽的幅值二、信号的分析与处理1、时域分析参数：均值、绝对均值、均方值、方差及概率密度函数和概率分布

3、函数等。2、相关：用来描述一个随机过程自身在不同时刻的状态间，或者两个随机过程在某个时刻状态间线性依从关系的数字特征。 3、采样定理 ：为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍，这是采样的基本法则，称为采样定理。4、信号截断：用计算机进行测试信号处理时，不可能对无限长的信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析，这个过程称。5、能量泄漏：将截断信号谱 XT()与原始信号谱X()相比较可知，它已不是原来的两条谱线，而是两段振荡的连续谱. 原来集中在f0处的能量被分散到两个较宽的频带中去了，这种现象称之为频谱的。6、数字信号处理的基本步

4、骤：1）信号调理2）A/D转换.3）数字信号分析4）输出结果三、测试系统的特性（系统的特性 是指系统的输出和输入的关系）1、静态测量：如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化。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。测试系统的静态特性就是在静态测量情况下描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度；1灵敏度：灵敏度是指传感器在稳态下输出变化量（增量）与输入变化量（增量）的比值，2非线性度：定度曲线偏离其拟合直线的程度即为非线性度，常用百分数表示。非线性度 B/A100%它反映了测试系统的输入、输出关系保持常值线性比例关系的程度 。3分辨力：分辨力是指测试系统所能检测

5、出来的输入量的最小变化量，通常是以最小单位输出量所对应的输入量来表示。4回程误差：在输入量增加和减少的过程中，对于同一输入量会得到大小不等的输出量，在全部测量范围内，这个差别的最大值与标称输出范围之比称回程误差。5漂移：是指测试系统在输入不变的条件下，输出随时间而变化的趋势。3、测试系统的动态特性：是指输入量随时间变化时，其输出随输入而变化的关系。4、传递函数：在初始条件为零时，也就是在测量系统激励之前，所有储能元件（如质量件、弹性元件、电器元件等）均没有积存能量，使系统完全处于零的起始状态下工作。5、实现不失真测试的条件：测试的目的是为了获得被测对象的原始信息。这就要求在测试过程中采取相应的

6、技术手段，使测试系统的输出信号能够真实、准确地反映出被测对象的信息。这种测试称之为不失真测试。6、测试系统组成：激励装置，被策对象，传感器，信号调理，信号处理，显示记录，观测者，反馈、控制。激励装置：作用于被测对象，使之产生有用信息。被测对象：研究对象。传感器（由敏感器和转换器组成）：将被测信息转换成可测信号。信号调理：将信号转换成更适合于进一步传输和处理的形式。信号处理：对信号进行各种运算和分析。显示、记录：将信号以利于观察和分析的形式来显示或储存。反馈主要作用于闭环控制系统。7、测试技术的发展动向：1） 传感器向新型、微型、智能型方向发展； （2） 测试仪器向高精度、多功能、小型化、在线监

7、测、性能标准化和低价格发展； （3） 参数测量与数据处理以计算机为核心，使测量、分析、处理、打印、绘图、状态显示及故障预报向自动化、集成化、网络化发展。8、静态量：被测量是固定不变的，不随时间变化，或虽然有所变化但相对观测时间而言变化非常缓慢而忽略不计的量称之。对静态量进行的测试就称为静态测试。动态量：被测量随时间的变化而改变的量称为动态量。对动态量进行的测试称为动态测试。静态测量 如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，静态响应特性 静态测量时，测试装置表现出的响应特性。动态特性是指输入量随时间变化时，其输出随输入而变化的关系。9、测试技术在日常生活中的应用1）数码相机、数码摄像

8、机：自动对焦-红外测距传感器2）自动感应灯：亮度检测-光敏电阻3）空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶4）电话、麦克风：话音转换-驻极电容传感器5）遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管6）可视对讲、可视电话：图像获取-面阵CCD四、常用传感器1、传感器的组成：传感器通常由敏感元件、转换元件二部分组成，有时也将测量电路及辅助电源作为传感器的组成部分。2、传感器的分类：1按输入量：位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器、湿度传感器等 2按工作原理：应变式、电容式、电感式、压电式、热电式、电涡流式等等3按物理现象：结构型传感器（电容式、电感式、电阻式）、物性型传感

9、器（压电式、光电式等 ）4按能量关系：能量转换型传感器、能量控制型传感器5按输出信号：模拟式传感器、数字式传感器（栅数字传感器、脉冲盘式角度数字传感器等）3、传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。4、电阻式传感器：将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化；工作原理分：变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式。1电阻应变式传感器:是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片（利用电阻应变效应的原理来进行测量）。 应用范围：可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。电阻应变效

10、应：即金属导线的电阻值随其自身的变形（伸长和缩短）而改变的一种物理现象。5、电感式传感器的工作原理：它是利用电磁感应原理，把被测量如位移等，转换为电感量变化的一种装置。用途及特点：常用来测量位移、振动、压力、应变、流量、比重等物理量参数。分类：自感型（可变磁阻式、涡流式）、互感式。1涡流式传感器：是利用金属导体在交流磁场中的涡电流效应。分类;高频反射式和低频透射式两种。应用：利用位移作为变换量做成测量位移、厚度、振动、转速等传感器，也可做成接近开关，计数器等；利用材料电阻率作为变换量，可以做成温度测量、材质判别等传感器；利用材料磁导率作为变换量，可以做成测量应力、硬度等的传感器；利用上述变量的

11、综合影响，可以制成探伤装置。2互感式（差动变压器式）传感器：利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。6、电容式传感器：将被测量的变化转化为电容量变化的一种传感器，广泛应用与测量位移、压力、流量、液位等。分类：极距变化型电容式传感器（常用的是：差动式电容式）、面积变化型电容式传感器（常用的是：角位移型和线位移型）、介电常数变化型电容传感器。7、压电式传感器：是以某些物质的压电效应为基础的。压电效应（纵向，横向，切向）：某些物质(物体)，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部也会被极化，表面上也会产生电荷;当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称之为。8、霍尔

12、传感器：属半导体磁敏传感器，也是一种磁电式传感器。它是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量转换成电动势输出的一种传感器。1由于霍尔元件在静止状态下，具有感受磁场的独特能力，并且具有结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽、寿命长等特点，因此获得了广泛应用。例如，在测量技术中用于将位移、力、加速度等量转换为电量的传感器；在计算技术中用于作加、减、乘、除、开方、乘方以及微积分等运算的运算器等。2霍尔效应：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。（霍尔元件：基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件，霍尔元件多采用N型半导体材料。）9

13、、光电传感器：是利用光电效应将光量转换成电量的一种传感器（金属材料在受到光源照射时，表面层的自由电子受到激发而逸出表面的现象，称为光电效应）。光电效应大体可以分为二类：外光电效应：光照射固体而从表面逸出电子的现象，称为外光电效应；内光电效应：受光照物体由于吸收了光能，部分原子释放出电子或者激发出电子空穴对，使材料内部的自由电子或载流子密度增加，导致电阻率发生变化或产生光电动势的效应称为内光电效应，一般分为：光电导效应和光生伏特效应。10、传感器技术的主要发展动向：一是开展基础研究，发现和应用新现象，开发传感器的新材料、新工艺；二是实现传感器的集成化和智能化。11、趋势 采用新原理、开发新型传感

14、器； 大力开发物性型传感器(因为靠结构型有些满足不了要求)；传感器的集成化；传感器的多功能化；传感器的智能化；研究生物感官，开发仿生传感器。六、信号的调理与记录 1、调制：就是利用缓变信号来控制、调节高频振荡信号的某个参数（幅值、频率或者相位），使其按缓变信号的规律变化。2、解调：从已调频波中恢复出调制信号的过程。3、滤波器分类1按选频作用分：低通、高通、带通和带阻四种；2按电路性质：有源滤波器和无源滤波器；3按信号性质分：模拟滤波器和数字滤波器。4、理想滤波器：理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器（理想滤波器是不存在的）。5、实际滤波器：1截止频率fc：0.707A0所对应的频率 2带宽B：下两截频间的频率范围称为带宽。八、振动的测量1、振动的分类1产生振动的方式：自由振动、受迫振动；2振动规律：稳态振动（周期和非周期）、随机振动（平稳和非平稳）。2、一般说来测试系统应该包括下述三个主要部分：激