0912测试系统原理与设计课程复习资料全

1、测试系统原理与设计课程复习资料12.4.17 一、概念1 频率响应函数 反映了 系统的稳定的输出和输入 关系。2 压电式传感器 是一种 可逆型换能器 ，它也可以 将电能转换为机械能 。3噪声是来自元器件部 的一种 污染信号 。任何处于绝对零度以上 的导电体都会产生热噪声。 4悬浮接地 的优点 是不受电流的影响 ，5. 常用的灭弧元件有RC回路、泄放二极管、硅堆整流器、压敏电阻、雪崩二极管等。 6霍尔元件 是一种能 实现磁电转换 的半导体器件 ，它必须在有磁场 的条件下 才能工作 。7. 相敏检波 既能反映被测缓变信号的 幅值，又能鉴别缓变信号 的极性。8. 由于箔式应变片 的诸多优点，因而应用

2、比较广泛 。目前，在 常温条件 下，已逐步 取代了金属丝式应变片 。9. 频谱是离散的，则对应的时间函数 一定是周期信号 。 ？（不一定）10. 随机误差 是 没有规律 的 ，不可以 通过统计平均 将其消除 。11. 抑制静电感应采用 金属网屏蔽 线，抑制电磁感应干扰 采用双绞线。12. 白噪声发生器 所提供的 信号 是完全随机的 。13. 光电隔离器 是由光电耦合器件完成的 。14. 频率的保持性 是指：若 输入为某一频率 的正弦 （或余弦 ）信号，则系统的 稳态输出将 有且 只有该 同一频率 ，只不过 幅值与相位发生了变化 。15. 电容式传感器 的后续测量电路 是电荷放大器 、而不是电桥

3、型电路 。？ （压电式传感器）16. 差动变压器式电感式传感器 可提高传感器的 灵敏度 ，同时传感器的 测量围扩大 。17. 滤波器 的 带宽越窄 ，则 分辨率越高 ，测量时的 响应越慢 。18. 温度补偿片与工作应变片应贴在电桥相邻两臂上。19. 如果 采样频率 fs 选得足够 高，则 频域各周期的图形不会发生重叠 。20. 正弦信号通过一阶系统 后，输出的幅值不一定减小 ，但相位一定滞后 。 ？ （不一定）21. 地线压降 是形成公共阻抗干扰 的重要原因 。22. 测量缓变的力 时，压电式传感器 的晶片应 选用并接形式 。23. 开关电源 的噪声源主要来自 开关变压器、功率开关管、高频整流

4、二极管 。24. 标定时所用测量仪器精度 至少要 比被标定测试系统 的精度高一个等级 。25. 机床强迫振动 和自激振动 主要 取决于机床部件或整台机床的动态特性 。26. 频率为1000HZ的周期性正弦波，经过截止频率为2000Hz的理想低通滤波器后的输出仍为1000HZ 的正弦波。？（ 500MHZ27. 用 涡流式传感器 能够 实现动态非接触式测量 。28. 标称围 是指在测量器具的 误差处于允许极限 的情况下 , 测量器具所能测量的被测量值的 围。？ 测量（工作）围29. 测试装置的灵敏度 是一个无量纲的比例常数 。30 .将1V模拟电压用8位A/D转换器进行量化，其 最大量化误差为1

5、/256V。31 .当采样点数 N 一定时，采样频率 f s 越高，频率增量大，频率分辨力越低。32. 误差是客观存在的，在实验和测量中总有误差。33. 周期信号的频谱是由无限多条离散谱线组成，每一条谱线 （单边谱 ）代表一个谐波分量。34. 采样过程可以看成是信号与单位脉冲函数的简单乘积。二、基本知识1、应用电阻应变测量技术作应力测试。（ 1）测图示轴的扭矩，在考虑温度补偿的情况下且为了得到最大的灵敏度和输出，如何正确地布置贴片？试直接在轴面上画出电阻应变片，并画出其接入的电桥电路，需正确标注 应变片或电阻的序号；(2)测图示梁板的弯曲，已知力 F垂直作用于板面且在其宽度的中点，在考虑温度补

6、偿的情 况下且为了得到较大的灵敏度和输出，试直接在梁板上画出电阻应变片，并画出其接入 的电桥电路，需正确标注应变片或电阻的序号。2、电磁兼容的概念是什么？干扰与噪声的耦合方式一般包括哪些？电磁兼容的概念：指装置或系统在其设备的预定场所 投入实际运行 时，既不受周围电磁 环境的影响，又不影响 周围环境，也不发生性能恶化和工作失误，而能按设计要求正常工作的能力。干扰与噪声的耦合： 静电、互感、公共阻抗和漏电流耦合。3、离散傅里叶变换产生误差的原因有哪些？应如何设法减少这些误差？ 答：时域函数的 离散 导致 频域图形的周期化 ，这是离散傅里叶变换引入的 第一次误差 ； 时域函数的 截断 导致 频域函

7、数出现皱波 ，这是离散傅里叶变换引入的 第二次误差 ； 减少这些误差的方法：- 采样频率 fs 选的足够高 ，并且只有 fs2fm 时，离散傅里叶 变换 才 不会发生混淆；- 采样点数必须是 2的正整数次幂 ，2P（P为正整数），般的取值：P 911 ；- 处理数据时， 选择合适的窗函数- 数据平均化处理 ；4、何谓压电效应？压电式传感器对测量电路有何特殊要求？为什么?压电效应概念：某些 晶体材料 在沿某方向 施加压力 而使之 变形时， 部产生电荷 ，当 外力去掉 时， 电荷 随之 消失，此现象称 为正压电效应 ；反之，若施加外电场 ，晶体产生机械变形 ，称为逆压电效应 ；特殊要求：测量电路具

8、有 极高的输入阻抗 ，一般要求输入阻抗 在数百兆欧以上 ；原因：可以避免由于漏电造成输出减少 而产生测量误差5、在测试系统中主要通过什么措施抑制干扰与噪声？常用的数字滤波技术有哪些？ 答：抑制干扰和噪声 措施：屏蔽接地 、隔离、合理布线 、灭弧、滤波和采用专门的电路与器 件来抑制干扰与噪声。 常用数字滤波技术：6、欲检测某机器上一轴的转速， 可采用哪些类型的传感器？请举三例并简要画示意图说明之。P28/38/427、何谓温度补偿？产生电阻应变片温度误差的原因有哪些？ 温度补偿概念：在 常温下测量 ，因环境温度 很难保持恒定 ，所以 必须采取 一定的 措施 ，减小 或消除 由于温度变化的影响。产

9、生电阻应变片温度误差的原因： 敏感栅 材料的 电阻温度系数 ； 试件材料和敏感栅 材料的膨胀系数；8、滤波器与鉴频器有何不同？它们各适用于什么场合？9、何谓滤波器的分辨率？它与哪些因素有关？滤波器的分辨率：滤波器对于频率筛选的等级；与波纹幅度d、截止频率、带宽B、品质因素Q倍频选择性、滤波因素入和响应时间有关。10、测试系统实现不失真测试的条件是什么？答：各频率分量 的幅值输出比输入应放大（或衰减）同样的倍数, 各频率分量的 滞后相位与各自的角频率 必须成正比，11、欲测量100度左右的温度，现有 0300度、0.5级和0120度、1级的两支温度计，试问 选用哪一支温度计较好？为什么？答：选择

10、0120度、1级的温度计较好；原因：0300度、0.5级的测量误差：0.5% 3001.5 C测量100度左右的温度是的误差:21.2 C -100% 100% 1.2%100100C 1 J1 5 C100%5 C 100%1.5%测量100度左右的温度疋的误差：100100 C0120度、1级的测量误差：21% 120 C1.2 C使用0120度、1级温度计测量100度的温度时，比0300度、0.5级的温度计误差小，所以 选用0120度、1级的温度计12、振动的测试主要有哪些类型？振动的激励方式通常可分为哪三类?振动的测试主要类型：振动的基本参量（如位移、速度、加速度、频率 等等）；测量的

11、结构或部件的动态特性；振动的激励方式：稳态正弦、随机、瞬态激振 。13、某种电容式传感器如图所示，电容量为C=e 0£ A/ 3,式中£极板间介质的相对介电常数，£ 0 真空中介电常数，3 极板间距离，A极板表面积。问：(1) 该传感器属于哪种形式的电容传感器？(2) 简述该传感器的工作原理；(3 )其灵敏度S= ?(4)该种传感器是否会有线性误差？为什么？A fi1111答：问题1 :差动变极距式电容传感器；问题2 :当动极板因被测量变化而左右移动时，改变了两极板之间的间距，从而引起电容量的 变化；问题3 :灵敏度：S 问题4:有线性误差，但是2 C02 A20

12、 0误差非常小；因为其灵敏度提高了 1倍。三、计算1、设间接测量量z=x2+y,在测量x和y时是一对一同时读数的，直接测量的量x和y互不相关。测量数据如下表，试求Z的平均值卩z。()测量序号12345X读数1010.410.29.810.1Y读数5154525350解:10 10.4 10.29.8 10.110.1-5154 5253 5052z (x)2 y 154.012、一电容测微仪，其传感器的圆形极板半径r= 4mm,工作初始间隙3 =0.3mm,介电常数&=8.85 X 10-12F/m，试求：工作中，若传感器与工件的间隙减小=2卩m电容变化量是多 少？（）解：计算初始电容

13、量：G3.14C。8.85 10 123.14 (4 10 3)20.310121.48 10 F/mC Co121.48 102 10 610 30.30.01pF3、已知低通滤波器如图 4.35所示，其中R=1KD, C=1 F,求：当输入信号 ex =10sin1000t时，滤波器的输出信号。（）R e C -rey解：R C 1 1031 10 6 F 1 10 3根据条件：ex 10 sin 1000t得: A0 10,10002 f 1 103A(f)、2(2)2(f)arctan()45得：ey 52 sin(1000t 45 )4、压电加速度传感器与电荷放大器连接的等效电路如图

14、2.65 （P55）所示。图中C为传感器固有电容、电缆等效电容和放大等效电容之和。已知传感器电荷灵敏度SQ=100PC/G反馈电容CF=1000PF，试求当被测加速度为 0.5G时，输出电压为多少？（G为重力加速度）。解：加速度：a=0.5G，Sq=100PC/G则 q Sq a 100 0.550 pCqCf1250 101000 10 120.05V5、磁电式速度计的工作原理如图2.66 （ P55）所示。齿轮随被测轴转动，已知齿数Z=60,求：当测得频率计感应电势频率F=2400HZ时，被测轴的转速（r/min ）。解：n zf60备注：f :频率；n：转速；z:齿数；除以60是换算成s

15、 （秒）f 602400 602400r / min606、图4.34 ( P112)为电阻应变仪中常用的标定电路简图。R为电阻应变片，阻值为 120 Q,灵敏系数为2。若分别取 R=1 X 106Q, FB=5X 105Q, R=1X 105Q时，各相当于多大应变？解：计算电阻并联公式：R1 R2RiR2当并联电阻为Ra时，并联电阻阻值如下:Ra12011061201106当并联电阻为Rb时,Rb12051051205105当并联电阻为Rc时,Rc12011051201105119.9856119.9712119.8652并联电阻阻值如下:并联电阻阻值如下:则相关的电阻变化量如下:Ra &a

16、mp; Ra 120119.98560.0144则对应的电阻应变为：Ra10.014416 10 51 RS1202Rb R1 Rb 120119.97120.0288则对应的电阻应变为：Rb10.028811.2 102 RS1202RC R1 RC 120119.86520.1438则对应的电阻应变为：RC10.143816 10 43R1S12027、某复合信号由频率分别为724HZ、600、500、44的同相正弦波叠加而成，试求该复杂信号的周期。若要对该复杂信号进行不失真采样，最小采样频率应为多少? 解：2| 724, 600,442| 362 300, 25, 221S1, 150,

17、 125, 11复合信号的频率是各组成信号频率的公约数，即：1 1复杂信号的周期：T -0.25sf 4若要对该复杂信号进行不失真采样，最小采样频率：fmax 2 7241448Hz8、设时间常数为5S的温度计，从20 C的室温条件下突然置入 80 C的水中，经过15秒之后, 温度计的指示值为多少度？解：广九=20u i < 0= t >= o已知一阶测试系统，温度计的时间常数5s，经过t 15s后，测得温度如下：y(t)A0(AA。)(1 e")3y(t)20(8020)(1 e )770, -1 ),振幅为2,周期为4n,求9、从示波器光屏中测得正弦波图形的“起点”坐

18、标为( 该正弦波的表达式。解：正弦波的表达式：x(t) x° sin( t 0)根据条件，振幅为2,则幅值：x0 12f 1T1 T 21 420.5根据初始条件："起点”坐标为(0, -1 )，当t=0时，x(t)=-1 带式公式11 sin(0.5 t o)计算的：090则：正弦波的公式为： x(t) 1 sin(0.5 t 90 )10、用一阶测试系统去测量 100Hz的正弦信号，若要求幅值误差不大于5%该系统的时间常数应取多大？解：一阶测试系统幅频特性：H()11 ( )22 f，其中 f 100Hz则 200根据条件，幅值误差不大于5%则1 H ( )5%即：H( )95%11 ( )295%11 (200)295%则 5.23 10 4s11、右图为电阻应变仪中常用的标定电路简图。R为电阻应变片，阻值为 150 Q,灵敏系数为3。若分别取Fa=2 X 106Q,甩=1X 106Q,艮=2X 105Q时，