中南林测试技术课程总复

1、测试技术课程总复习测试技术课程总复习绪论绪论测试的基本概念测试的基本概念 测量测量： 是指确定被测对象属性量值为目的是指确定被测对象属性量值为目的的全部操作。的全部操作。 试验：试验： 对未知事物探索性的认识过程对未知事物探索性的认识过程 测试测试： 是具有试验性质的测量，或者可以是具有试验性质的测量，或者可以理解为测量和试验的综合。理解为测量和试验的综合。测试技术研究的主要内容为：被测量的测测试技术研究的主要内容为：被测量的测量原理、测量方法、量原理、测量方法、 测量系统以及数据处测量系统以及数据处理理 四个方面。四个方面。 测试系统是指由相关的器件、仪器和测试测试系统是指由相关的器件、仪器

2、和测试装置有机组合而成的具有获取某种信息之装置有机组合而成的具有获取某种信息之功能的整体。功能的整体。信息的定义：事物运动的状态和方式信息的定义：事物运动的状态和方式 信息的基本性质信息的基本性质 1 1可识别可识别 通过各种探测与检测手段识别通过各种探测与检测手段识别2 2可以转换可以转换 可从一种形态转换成另一种形态可从一种形态转换成另一种形态 如：语言、文字、图象、图表，电信号，电压电流如：语言、文字、图象、图表，电信号，电压电流 3 3可以存贮可以存贮 如：计算机，内外存贮器，磁盘，光盘，录音带如：计算机，内外存贮器，磁盘，光盘，录音带4 4可以传输可以传输 如：电视，电话，手机如：电

3、视，电话，手机信号：传输信息的载体信号：传输信息的载体 信息蕴含于信号之中信息蕴含于信号之中信息信息 信号信号 系统误差系统误差 测量系统本身所有的误差测量系统本身所有的误差 随机误差随机误差 不可预知变化的误差不可预知变化的误差 粗大误差粗大误差 由读数，操作，记录，计算机失由读数，操作，记录，计算机失 误引起，或设备突然故障，粗大误处理方误引起，或设备突然故障，粗大误处理方法易除。法易除。测量误差的分类测量误差的分类 精度、精密度、精度、精密度、及及准确度准确度 1.精密度：表示示值的分散程度，表现为示值在平均值精密度：表示示值的分散程度，表现为示值在平均值左右波动，反应了随机误差的大小和

4、程度，精密度高则随机左右波动，反应了随机误差的大小和程度，精密度高则随机误差小。误差小。 2.准确度：表示示值均值的准确程度，表现为均值与真准确度：表示示值均值的准确程度，表现为均值与真值的相差程度，反映了系统误差的大小和程度。准确度愈低值的相差程度，反映了系统误差的大小和程度。准确度愈低则系统误差愈大。则系统误差愈大。 3.精确度（精度）：表示精密度和准确度的综合程度。精确度（精度）：表示精密度和准确度的综合程度。反映了随机误差和系统误差合成的大小和程度。反映了随机误差和系统误差合成的大小和程度。第一章第一章 信号及其描述信号及其描述信号的分类信号的分类 确定性信号确定性信号和和非确定性信号

5、非确定性信号 （随机信号）确定性信号确定性信号 能用明确的数学关系式或图象表能用明确的数学关系式或图象表 达的信号称为确定性信号。达的信号称为确定性信号。 非确定性信号非确定性信号(随机信号随机信号)是无法用明确的数学是无法用明确的数学 关系式表达的信号。关系式表达的信号。 信号的时域和频域描述信号的时域和频域描述 时域描述时域描述以时间以时间t为独立变量的，直接观测为独立变量的，直接观测或记录到的信号。信号时域描述直观地出或记录到的信号。信号时域描述直观地出信号瞬时值随时间变化的情况信号瞬时值随时间变化的情况。 频域描述频域描述信号以频率信号以频率f为独立变量的，称为为独立变量的，称为信号的

6、。频域描述则反映信号的频率组成信号的。频域描述则反映信号的频率组成及其幅值、相角之大小。及其幅值、相角之大小。 时域描述和频域描述为从不同的角度观察、时域描述和频域描述为从不同的角度观察、分析信号提供了方便。运用傅里叶级数、分析信号提供了方便。运用傅里叶级数、傅里叶变换及其反变换，可以方便地实现傅里叶变换及其反变换，可以方便地实现信号的时、频域转换。信号的时、频域转换。 时域时域 相互转换数学工具相互转换数学工具 频域频域 周期信号周期信号 傅里叶级数傅里叶级数 离散频谱离散频谱 周期信号周期信号 傅里叶积分傅里叶积分 离散频谱离散频谱1 离散性离散性 周期信号的频谱是离散的。周期信号的频谱是

7、离散的。2 谐波性谐波性 每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，每条谱线只出现在基波频率的整数倍上， 基波频率是诸分量频率的公约数。基波频率是诸分量频率的公约数。3 收敛性收敛性 各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅 值或相位角。工程中常见的周期信号，其值或相位角。工程中常见的周期信号，其 谐波幅值的总趋势是随谐拨次数的增高而谐波幅值的总趋势是随谐拨次数的增高而 减少的。减少的。非周期信号与连续频谱非周期信号与连续频谱时域时域 相互转换数学工具相互转换数学工具 频域频域非周期信号非周期信号傅里叶变换傅里叶变换连续频谱连续频谱非周期信号非周期信号连续频谱连续频谱傅里

8、叶逆变换傅里叶逆变换第二章第二章 测试装置的基本特性测试装置的基本特性线性系统及其主要性质线性系统及其主要性质测试系统为线性系统测试系统为线性系统叠加原理叠加原理比例特性比例特性微分特性微分特性积分特性积分特性频率保持性频率保持性xyS测试装置的静态特性测试装置的静态特性线性度线性度灵敏度灵敏度回程误差回程误差输出变化量与输入变化量之比称为输出变化量与输入变化量之比称为灵敏度灵敏度当灵敏度为定值就是线性系统当灵敏度为定值就是线性系统 串联环节串联环节niiSS1测试装置的动态特性测试装置的动态特性传递函数传递函数)()()(SXSYsH频率响应函数频率响应函数幅频特性幅频特性相频特性相频特性输

9、出的拉氏变换与输入拉氏变换之比为系统传递函数输出的拉氏变换与输入拉氏变换之比为系统传递函数H（S）niisHsH1)()(环节的串联和并联环节的串联和并联对n个环节串联组成的系统由n个环节并联组成的系统，有niisHsH1)()( 11ssH一阶、二阶系统的特性一阶、二阶系统的特性1、一阶系统一阶系统 arctan11211AjHj一阶系统的特点一阶系统的特点 系统特性取决于时间常数系统特性取决于时间常数。 越大，系统惯越大，系统惯性越大，响应时间越长。性越大，响应时间越长。 越小，响应越快，越小，响应越快，可测频率范围越宽。为保证不失真测量，最好可测频率范围越宽。为保证不失真测量，最好使信号

10、的最高频率使信号的最高频率max0.2c 。2、二阶系统二阶系统 2222nnnsssH动态参数有两个：动态参数有两个：阻尼比；阻尼比；n 固有频率。固有频率。当：当：1过阻尼过阻尼 无振荡无振荡1临界阻尼临界阻尼 01欠阻尼欠阻尼 阻尼振荡阻尼振荡0无阻尼无阻尼 等幅振荡等幅振荡对于二阶系统一般对于二阶系统一般=0.60.8时，可以获得较为合适的综时，可以获得较为合适的综合特性。所以合特性。所以=0.7，=00.58n实现不失真测量的条件实现不失真测量的条件 00tAA常数第三章第三章 常用传感器与敏感元件常用传感器与敏感元件传感器传感器是将被测物理量按一事实上规律转是将被测物理量按一事实上

11、规律转换为与其对应的另一种物理量输出的装置换为与其对应的另一种物理量输出的装置常用的是将非电量转换成电量常用的是将非电量转换成电量(1) 传感器是测量装置传感器是测量装置,能完成检测任务能完成检测任务; (2) 它的输入量是某一被测量它的输入量是某一被测量; (3) 它的输出量是某种物理量它的输出量是某种物理量,这种量要便于传输、这种量要便于传输、转换、处理、显示等转换、处理、显示等,主要是电量主要是电量; （4）输出与输入有一定的对应关系）输出与输入有一定的对应关系;电阻、电容、与电感式传感器电阻、电容、与电感式传感器电阻应变式传感器电阻应变式传感器电阻应变式传感器分为电阻应变式传感器分为金

12、属金属电阻应变片式与电阻应变片式与半导体半导体应变片式两类应变片式两类 .工作原理工作原理优点优点缺点缺点金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：前者利用导体形变引起的电阻的变化，后者利用半前者利用导体形变引起的电阻的变化，后者利用半导体电阻率变化引起的电阻的变化。导体电阻率变化引起的电阻的变化。 电容式传感器电容式传感器电容式传感器可以分成三种类型：电容式传感器可以分成三种类型：极距变化型极距变化型（变（变）、）、面积变化型面积变化型（变（变A）和）和介质变化型介质变化型（变（变）。）。 工作原理工作原理优点优点缺点缺点测量电路测量电路电桥

13、型电路电桥型电路运算放大器电运算放大器电路路极距变化型极距变化型改善非线性改善非线性电容传感器电容传感器主要优点主要优点 (2)电参量相对变化大。电参量相对变化大。(3) 动态特性好。动态特性好。(4) 能量损耗小。能量损耗小。(5)结构简单，适应性好。结构简单，适应性好。（6）可进行动态非接触式测量。）可进行动态非接触式测量。 (1) 输人能量小而灵敏度高。输人能量小而灵敏度高。 主要缺点主要缺点: （1）非线性）非线性 （2）电缆分布电容影响大。）电缆分布电容影响大。电感式传感器电感式传感器电感式传感器可分为自感型电感式传感器可分为自感型(可变磁阻式可变磁阻式)和互感型两大类和互感型两大类

14、工作原理工作原理优点优点缺点缺点差动变气隙型：提高灵敏度，改善非线性差动变气隙型：提高灵敏度，改善非线性 磁电、压电与热电式传感器磁电、压电与热电式传感器磁电式传感器磁电式传感器被测量被测量电量电量它把被测物理量的变化转变为它把被测物理量的变化转变为感应电动势感应电动势。 放大器放大器 或或dtd输出输出检波检波eZ0RCCCRLuL传感器传感器电缆电缆压电式传感器压电式传感器利用某些物质的压电效应将被测量转换为电量的一种传感器。 压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗变换后，方可输入到到

15、高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。前置放大器有后续显示仪表中。前置放大器有电压放大器电压放大器和和电荷放大器电荷放大器。 电压灵敏度电压灵敏度与与电电 缆缆电容电容Cc有关，当改变电缆长度或布有关，当改变电缆长度或布线方法时，线方法时，电压灵敏度电压灵敏度都会改变，从而导致测量误差。都会改变，从而导致测量误差。电荷灵敏度电荷灵敏度与电与电 缆缆电容电容Cc值无关，值无关，改变电缆长度或改变电缆长度或布线方法时，布线方法时，电缆电容并无影响。与电压放大器比较，电缆电容并无影响。与电压放大器比较，这是一个突出的优点，但是，电荷放大电路复杂，价这是一个突出的优点，但

16、是，电荷放大电路复杂，价格较高。格较高。第四章第四章 信号调理与记录信号调理与记录 电桥电桥电桥是将电阻、电容、电感等参量的变化转换为电电桥是将电阻、电容、电感等参量的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路压或电流输出的一种测量电路. .电桥按其电源性质的电桥按其电源性质的不同可以分为直流电桥和不同可以分为直流电桥和 交流电桥。交流电桥。 一、直流电桥一、直流电桥单臂电桥单臂电桥双臂电桥双臂电桥全臂电桥全臂电桥在RR0的条件下 eUS41eUS21eUS电桥的灵敏度电桥的灵敏度 电桥的输出与R/R0成线性关系 电桥的输出与R/R0成线性关系 124nnk012n21n02Lcn2neUkS=常数常数kn21要合理选择要合理选择C和和L 交流电桥的灵敏度的分析交流电桥的灵敏度的分析第七章第七章 振动的测试振动的测试各种振动测量传感器的工作过程各种振动测量传感器的工作过程测振传感器的合理选择测振传感器的合理选择振动位移、振动速度、振动加速度振动位移、振动速度、振动加速度激振器的工作原理激振器的工作原理电动式、电磁式电动式、电磁式和和电液式电液式三种。三种。振动的激励方式通常有振动的