中南林測試技術課程總復

1、測試技術課程總復習測試技術課程總復習緒論緒論測試的基本概念測試的基本概念 測量測量： 是指確定被測對象屬性量值為目的是指確定被測對象屬性量值為目的的全部操作。的全部操作。 試驗：試驗： 對未知事物探索性的認識過程對未知事物探索性的認識過程 測試測試： 是具有試驗性質的測量，或者可以是具有試驗性質的測量，或者可以理解為測量和試驗的綜合。理解為測量和試驗的綜合。測試技術研究的主要內容為：被測量的測測試技術研究的主要內容為：被測量的測量原理、測量方法、量原理、測量方法、 測量系統(tǒng)以及數據處測量系統(tǒng)以及數據處理理 四個方面。四個方面。 測試系統(tǒng)是指由相關的器件、儀器和測試測試系統(tǒng)是指由相關的器件、儀器

2、和測試裝置有機組合而成的具有獲取某種信息之裝置有機組合而成的具有獲取某種信息之功能的整體。功能的整體。信息的定義：事物運動的狀態(tài)和方式信息的定義：事物運動的狀態(tài)和方式 信息的基本性質信息的基本性質 1 1可識別可識別 通過各種探測與檢測手段識別通過各種探測與檢測手段識別2 2可以轉換可以轉換 可從一種形態(tài)轉換成另一種形態(tài)可從一種形態(tài)轉換成另一種形態(tài) 如：語言、文字、圖象、圖表，電信號，電壓電流如：語言、文字、圖象、圖表，電信號，電壓電流 3 3可以存貯可以存貯 如：計算機，內外存貯器，磁盤，光盤，錄音帶如：計算機，內外存貯器，磁盤，光盤，錄音帶4 4可以傳輸可以傳輸 如：電視，電話，手機如：電

3、視，電話，手機信號：傳輸信息的載體信號：傳輸信息的載體 信息蘊含于信號之中信息蘊含于信號之中信息信息 信號信號 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差 測量系統(tǒng)本身所有的誤差測量系統(tǒng)本身所有的誤差 隨機誤差隨機誤差 不可預知變化的誤差不可預知變化的誤差 粗大誤差粗大誤差 由讀數，操作，記錄，計算機失由讀數，操作，記錄，計算機失 誤引起，或設備突然故障，粗大誤處理方誤引起，或設備突然故障，粗大誤處理方法易除。法易除。測量誤差的分類測量誤差的分類 精度、精密度、精度、精密度、及及準確度準確度 1.精密度：表示示值的分散程度，表現為示值在平均值精密度：表示示值的分散程度，表現為示值在平均值左右波動，反應了隨機誤差的大小和

4、程度，精密度高則隨機左右波動，反應了隨機誤差的大小和程度，精密度高則隨機誤差小。誤差小。 2.準確度：表示示值均值的準確程度，表現為均值與真準確度：表示示值均值的準確程度，表現為均值與真值的相差程度，反映了系統(tǒng)誤差的大小和程度。準確度愈低值的相差程度，反映了系統(tǒng)誤差的大小和程度。準確度愈低則系統(tǒng)誤差愈大。則系統(tǒng)誤差愈大。 3.精確度（精度）：表示精密度和準確度的綜合程度。精確度（精度）：表示精密度和準確度的綜合程度。反映了隨機誤差和系統(tǒng)誤差合成的大小和程度。反映了隨機誤差和系統(tǒng)誤差合成的大小和程度。第一章第一章 信號及其描述信號及其描述信號的分類信號的分類 確定性信號確定性信號和和非確定性信號

5、非確定性信號 （隨機信號）確定性信號確定性信號 能用明確的數學關系式或圖象表能用明確的數學關系式或圖象表 達的信號稱為確定性信號。達的信號稱為確定性信號。 非確定性信號非確定性信號(隨機信號隨機信號)是無法用明確的數學是無法用明確的數學 關系式表達的信號。關系式表達的信號。 信號的時域和頻域描述信號的時域和頻域描述 時域描述時域描述以時間以時間t為獨立變量的，直接觀測為獨立變量的，直接觀測或記錄到的信號。信號時域描述直觀地出或記錄到的信號。信號時域描述直觀地出信號瞬時值隨時間變化的情況信號瞬時值隨時間變化的情況。 頻域描述頻域描述信號以頻率信號以頻率f為獨立變量的，稱為為獨立變量的，稱為信號的

6、。頻域描述則反映信號的頻率組成信號的。頻域描述則反映信號的頻率組成及其幅值、相角之大小。及其幅值、相角之大小。 時域描述和頻域描述為從不同的角度觀察、時域描述和頻域描述為從不同的角度觀察、分析信號提供了方便。運用傅里葉級數、分析信號提供了方便。運用傅里葉級數、傅里葉變換及其反變換，可以方便地實現傅里葉變換及其反變換，可以方便地實現信號的時、頻域轉換。信號的時、頻域轉換。 時域時域 相互轉換數學工具相互轉換數學工具 頻域頻域 周期信號周期信號 傅里葉級數傅里葉級數 離散頻譜離散頻譜 周期信號周期信號 傅里葉積分傅里葉積分 離散頻譜離散頻譜1 離散性離散性 周期信號的頻譜是離散的。周期信號的頻譜是

7、離散的。2 諧波性諧波性 每條譜線只出現在基波頻率的整數倍上，每條譜線只出現在基波頻率的整數倍上， 基波頻率是諸分量頻率的公約數?；l率是諸分量頻率的公約數。3 收斂性收斂性 各頻率分量的譜線高度表示該諧波的幅各頻率分量的譜線高度表示該諧波的幅 值或相位角。工程中常見的周期信號，其值或相位角。工程中常見的周期信號，其 諧波幅值的總趨勢是隨諧撥次數的增高而諧波幅值的總趨勢是隨諧撥次數的增高而 減少的。減少的。非周期信號與連續(xù)頻譜非周期信號與連續(xù)頻譜時域時域 相互轉換數學工具相互轉換數學工具 頻域頻域非周期信號非周期信號傅里葉變換傅里葉變換連續(xù)頻譜連續(xù)頻譜非周期信號非周期信號連續(xù)頻譜連續(xù)頻譜傅里

8、葉逆變換傅里葉逆變換第二章第二章 測試裝置的基本特性測試裝置的基本特性線性系統(tǒng)及其主要性質線性系統(tǒng)及其主要性質測試系統(tǒng)為線性系統(tǒng)測試系統(tǒng)為線性系統(tǒng)疊加原理疊加原理比例特性比例特性微分特性微分特性積分特性積分特性頻率保持性頻率保持性xyS測試裝置的靜態(tài)特性測試裝置的靜態(tài)特性線性度線性度靈敏度靈敏度回程誤差回程誤差輸出變化量與輸入變化量之比稱為輸出變化量與輸入變化量之比稱為靈敏度靈敏度當靈敏度為定值就是線性系統(tǒng)當靈敏度為定值就是線性系統(tǒng) 串聯環(huán)節(jié)串聯環(huán)節(jié)niiSS1測試裝置的動態(tài)特性測試裝置的動態(tài)特性傳遞函數傳遞函數)()()(SXSYsH頻率響應函數頻率響應函數幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性輸

9、出的拉氏變換與輸入拉氏變換之比為系統(tǒng)傳遞函數輸出的拉氏變換與輸入拉氏變換之比為系統(tǒng)傳遞函數H（S）niisHsH1)()(環(huán)節(jié)的串聯和并聯環(huán)節(jié)的串聯和并聯對n個環(huán)節(jié)串聯組成的系統(tǒng)由n個環(huán)節(jié)并聯組成的系統(tǒng)，有niisHsH1)()( 11ssH一階、二階系統(tǒng)的特性一階、二階系統(tǒng)的特性1、一階系統(tǒng)一階系統(tǒng) arctan11211AjHj一階系統(tǒng)的特點一階系統(tǒng)的特點 系統(tǒng)特性取決于時間常數系統(tǒng)特性取決于時間常數。 越大，系統(tǒng)慣越大，系統(tǒng)慣性越大，響應時間越長。性越大，響應時間越長。 越小，響應越快，越小，響應越快，可測頻率范圍越寬。為保證不失真測量，最好可測頻率范圍越寬。為保證不失真測量，最好使信號

10、的最高頻率使信號的最高頻率max0.2c 。2、二階系統(tǒng)二階系統(tǒng) 2222nnnsssH動態(tài)參數有兩個：動態(tài)參數有兩個：阻尼比；阻尼比；n 固有頻率。固有頻率。當：當：1過阻尼過阻尼 無振蕩無振蕩1臨界阻尼臨界阻尼 01欠阻尼欠阻尼 阻尼振蕩阻尼振蕩0無阻尼無阻尼 等幅振蕩等幅振蕩對于二階系統(tǒng)一般對于二階系統(tǒng)一般=0.60.8時，可以獲得較為合適的綜時，可以獲得較為合適的綜合特性。所以合特性。所以=0.7，=00.58n實現不失真測量的條件實現不失真測量的條件 00tAA常數第三章第三章 常用傳感器與敏感元件常用傳感器與敏感元件傳感器傳感器是將被測物理量按一事實上規(guī)律轉是將被測物理量按一事實上

11、規(guī)律轉換為與其對應的另一種物理量輸出的裝置換為與其對應的另一種物理量輸出的裝置常用的是將非電量轉換成電量常用的是將非電量轉換成電量(1) 傳感器是測量裝置傳感器是測量裝置,能完成檢測任務能完成檢測任務; (2) 它的輸入量是某一被測量它的輸入量是某一被測量; (3) 它的輸出量是某種物理量它的輸出量是某種物理量,這種量要便于傳輸、這種量要便于傳輸、轉換、處理、顯示等轉換、處理、顯示等,主要是電量主要是電量; （4）輸出與輸入有一定的對應關系）輸出與輸入有一定的對應關系;電阻、電容、與電感式傳感器電阻、電容、與電感式傳感器電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器分為電阻應變式傳感器分為金

12、屬金屬電阻應變片式與電阻應變片式與半導體半導體應變片式兩類應變片式兩類 .工作原理工作原理優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點金屬絲電阻應變片與半導體應變片的主要區(qū)別在于：金屬絲電阻應變片與半導體應變片的主要區(qū)別在于：前者利用導體形變引起的電阻的變化，后者利用半前者利用導體形變引起的電阻的變化，后者利用半導體電阻率變化引起的電阻的變化。導體電阻率變化引起的電阻的變化。 電容式傳感器電容式傳感器電容式傳感器可以分成三種類型：電容式傳感器可以分成三種類型：極距變化型極距變化型（變（變）、）、面積變化型面積變化型（變（變A）和）和介質變化型介質變化型（變（變）。）。 工作原理工作原理優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點測量電路測量電路電橋

13、型電路電橋型電路運算放大器電運算放大器電路路極距變化型極距變化型改善非線性改善非線性電容傳感器電容傳感器主要優(yōu)點主要優(yōu)點 (2)電參量相對變化大。電參量相對變化大。(3) 動態(tài)特性好。動態(tài)特性好。(4) 能量損耗小。能量損耗小。(5)結構簡單，適應性好。結構簡單，適應性好。（6）可進行動態(tài)非接觸式測量。）可進行動態(tài)非接觸式測量。 (1) 輸人能量小而靈敏度高。輸人能量小而靈敏度高。 主要缺點主要缺點: （1）非線性）非線性 （2）電纜分布電容影響大。）電纜分布電容影響大。電感式傳感器電感式傳感器電感式傳感器可分為自感型電感式傳感器可分為自感型(可變磁阻式可變磁阻式)和互感型兩大類和互感型兩大類

14、工作原理工作原理優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點差動變氣隙型：提高靈敏度，改善非線性差動變氣隙型：提高靈敏度，改善非線性 磁電、壓電與熱電式傳感器磁電、壓電與熱電式傳感器磁電式傳感器磁電式傳感器被測量被測量電量電量它把被測物理量的變化轉變?yōu)樗驯粶y物理量的變化轉變?yōu)楦袘妱觿莞袘妱觿荨?放大器放大器 或或dtd輸出輸出檢波檢波eZ0RCCCRLuL傳感器傳感器電纜電纜壓電式傳感器壓電式傳感器利用某些物質的壓電效應將被測量轉換為電量的一種傳感器。 壓電式傳感器輸出電信號很微弱，通常應把傳感器信號先輸入壓電式傳感器輸出電信號很微弱，通常應把傳感器信號先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經過阻抗變換后，方可輸入到到

15、高輸入阻抗的前置放大器中，經過阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。前置放大器有后續(xù)顯示儀表中。前置放大器有電壓放大器電壓放大器和和電荷放大器電荷放大器。 電壓靈敏度電壓靈敏度與與電電 纜纜電容電容Cc有關，當改變電纜長度或布有關，當改變電纜長度或布線方法時，線方法時，電壓靈敏度電壓靈敏度都會改變，從而導致測量誤差。都會改變，從而導致測量誤差。電荷靈敏度電荷靈敏度與電與電 纜纜電容電容Cc值無關，值無關，改變電纜長度或改變電纜長度或布線方法時，布線方法時，電纜電容并無影響。與電壓放大器比較，電纜電容并無影響。與電壓放大器比較，這是一個突出的優(yōu)點，但是，電荷放大電路復雜，價這是一個突出的優(yōu)點，但

16、是，電荷放大電路復雜，價格較高。格較高。第四章第四章 信號調理與記錄信號調理與記錄 電橋電橋電橋是將電阻、電容、電感等參量的變化轉換為電電橋是將電阻、電容、電感等參量的變化轉換為電壓或電流輸出的一種測量電路壓或電流輸出的一種測量電路. .電橋按其電源性質的電橋按其電源性質的不同可以分為直流電橋和不同可以分為直流電橋和 交流電橋。交流電橋。 一、直流電橋一、直流電橋單臂電橋單臂電橋雙臂電橋雙臂電橋全臂電橋全臂電橋在RR0的條件下 eUS41eUS21eUS電橋的靈敏度電橋的靈敏度 電橋的輸出與R/R0成線性關系 電橋的輸出與R/R0成線性關系 124nnk012n21n02Lcn2neUkS=常數常數kn21要合理選擇要合理選擇C和和L 交流電橋的靈敏度的分析交流電橋的靈敏度的分析第七章第七章 振動的測試振動的測試各種振動測量傳感器的工作過程各種振動測量傳感器的工作過程測振傳感器的合理選擇測振傳感器的合理選擇振動位移、振動速度、振動加速度振動位移、振動速度、振動加速度激振器的工作原理激振器的工作原理電動式、電磁式電動式、電磁式和和電液式電液式三種。三種。振動的激勵方式通常有振動的