考试复习
测试技术复习提纲
第一章 信号及其描述
重点：傅里叶展开、变换
第一节 信号的分类和描述
一个信号包含着反映被测系统的状态或特征的某些信息，它是人们认识客观事物内在规律、研究事物之间相互关系、预测未来发展的依据
一、信号分类
- 确定信号与随机信号
- 周期信号
周期信号是按一定时间间隔周而复始重复出现，无始无终的信号
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非周期信号（随机信号）
确定信号中不具有周期重复性的信号称为非周期信号
- 连续信号和离散信号
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信号数学表示式中的独立变量取值是连续的，则称为连续信号
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若独立变量取值离散，则称为离散信号
- 能量信号和功率信号
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能量有限信号
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功率有限信号
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二、信号的时域和频域
表1-1
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第二节 周期信号与离散频谱
一、傅里叶级数的三角函数展开
在有限区间上，凡满足狄利赫里条件的周期函数都可以展开成傅里叶级数
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通常把_____称为基频，并把成分____________ 称为n次谐波
例题1-1
二、傅里叶级数的复指数函数展开
根据欧拉公式
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双边幅频谱为偶函数，双边相频谱为奇函数
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周期信号的频谱具有三个特点
- 周期信号的频谱是离散的
- 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
- 各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角
三、周期信号的强度
表1-2
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第二节 周期信号与离散频谱
准周期信号，不是周期信号，但有离散的频谱
一、傅里叶变换
非周期信号，频谱连续
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表1-3 性质
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冲击信号 脉冲函数
梳状函数，等间隔的周期单位脉冲序列
第四节 随机信号
第二章 测试装置和基本特性
重点：一阶、二阶传递函数
- 静态特性
静态标定是一个实验过程，这一过程是在只改变测试装置的一个输入量，而其他所有的可能输入严格保持为不变的情况下，测量对应的输入量，由此得到测量装置输入与输出之间的关系
标准，用来定义输入输出变量的仪器和级数统称为标准
测试所使用的传感器用实验室标准标定，实验室标准用传递标准标定，传递标准用最终标准标定
- 动态特性
微分方程
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传递函数
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频响函数
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负载效应，传感器安装到被测物体上或进入被测介质，要从物体与介质中吸收能量和产生干扰，使被测物理量偏离原有的量值，从而不可能实现理想的测量
一、静态特性
- 线性度 测量装置输入输出之间的关系与理想比例关系的偏离程度
- 灵敏度 单位输入变化引起的输出变化
- 回程误差 也称迟滞，是描述测量装置同输入变化方向有关的输出特性
- 分辨力 引起测量装置的输出值产生一个可察觉变化的最小输入量变化值
- 零点漂移和灵敏度漂移 测量装置的输出零点偏离原始零点的距离
二、动态特性
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传递函数的特点：
- 与系统初始状态无关，只表达系统的传输特性
- 只反映系统传输特性而不拘泥于系统的物理结构
- 用传递函数描述系统传输、转换特性应真实地反映量纲的这种变换关系
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分母取决于系统的结构
- 频率响应函数
频率响应函数是在频率域中描述系统特性。而传递函数是在复数域中来描述系统的特性，比在时域中用微分方程来描述系统特性有许多优点
- 脉冲响应函数
可视为系统特性的时域描述
- 环节的串联和并联
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三、一阶、二阶系统的特性
- 一阶系统
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时间常数___
- 二阶系统
影响二阶系统动态特性的参数是固有频率和阻尼比
四、阶跃响应
图2-20、图2-21
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理论上，一阶系统在单位阶跃激励下的稳态输出误差为零
二阶系统在单位阶跃激励下的稳态输出也为零，但是系统的影响在很大程度上决定于阻尼比和固有频率
五、不失真条件
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____不等于常数时所引起的失真称为幅值失真，____与____之间的非线性关系所引起的失真称为相位失真
六、、测量装置动态特性的测试
- 频率响应法
通过稳态正弦激励测试可以求得装置的动态特性，对装置施以正弦激励，即输入____________，在输出达到稳态后测量输出和输入对幅值比和相位差
- 阶跃响应法
用阶跃相应法求测量装置的动态特性是一种时域测试的易行方法
七、负载效应
减轻负载效应的措施
- 提高后续环节的输入阻抗
- 在原来的两个相联接的环节之中，插入高输入阻抗、低输出放大器
- 使用反馈或零点测量原理，使后面环节几乎不从前环节吸取能量
八、测试装置的抗干扰
测试系统中的无用信号就是干扰，系统的抗干扰能力的大小很大程度上决定了系统的可靠性
机械振动或冲击会对测试装置（尤其是传感器）产生严重的干扰；光线对半导体器件会产生干扰；温度变化会导致电路参数的变化，产生干扰；以及电磁的干扰
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干扰源：电磁场干扰、信道干扰、电源干扰
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供电系统的抗干扰：交流稳压器、隔离稳压器、低通滤波器、独立功能块单独供电
信道干扰的种类：信道通道元器件噪声干扰、信道通道中信号的窜扰、长线传输干扰
- 信道通道抗干扰措施：合理选择元器件和设计方案、印制电路板设计时元器件排放要合理、数字信号可采用光耦合隔离技术
接地设计
第三章 常用传感器和敏感元件
重点：灵敏度计算
直接用于被测量，并能按一定方式将其转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器
直接受被测量作用的元件称为传感器的敏感元件
第一节 传感器分类
- 按被测物理量不同：位移传感器、力传感器、温度传感器
- 按传感器工作原理：机械式、电气式、光学式、流体式
- 按信号变换特征：物性型、结构型
- 能量关系：能量转换型、能量控制型
- 输出：模拟式、数字式
不同情况下，传感器可能只有一个，也可能有几个换能元件
表3-1
第二节 机械式传感器
以弹性体作为传感器器的敏感元件
为提高测量的频率范围，可先用弹性体元件将被测量转换成位移量，然后用其他形式的传感器将位移量转换成电信号输出
第三节 电阻、电容、电感式传感器（重点）
一、电阻式
电阻式传感器是一种吧被测量转换为电阻变化的传感器
- 变阻器式传感器
后接电路一般采用电阻分压电路
- 电阻应变片式传感器
金属丝电阻应变片与半导体电阻应变片的主要区别：前者利用导体形变引起电阻变化，后者利用半导体电阻率变化引起电阻变化
- 固态压阻式传感器
主要用于测量压力与加速度
电阻应变片
二、电容式
极距变化型与面积变化型的应用较为广泛
电容传感器将被测物理量转换为电容量的变化之后，由后续电路转换为电压、电流或频率信号
常用的电路有：电桥型电路、直流极化电路、谐振电路、调频电路、运算放大电路
三、电感式
- 自感性
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- 可变阻尼式
- 涡流式
涡流式传感器的变换原理是利用金属导体在交流磁场中的涡电流效应，涡流式传感器器的测量电路一般有阻抗分压式调幅电路以及调频电路
- 互感型——差动变压器式
这种传感器利用了电磁感应中的互感现象，实质上是一个变压器，其一次侧线圈接入稳定交流电源，二次侧线圈感应产生输出电压
第四节 磁电、压电与热电式传感器
一、磁电式传感器
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线圈感应电动势的大小，取决于匝数和穿过线圈的磁通变化
二、压电式传感器
压电式传感器是一种可逆型换能器，既可以将机械能转换为电能，又可以将电能转化为机械能
三、热电式传感器
热电式传感器是把被测量（主要是温度）转换为电量变化的一种装置，其变换是基于金属的热点效应
把两种不同的导体或半导体连接成热电偶闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度为T及T0的热源中，则在改回路内就会产生热电动势，这种现象称为热点效应
第七节 半导体传感器
半导体材料的一个重要的特性是对光、热、力、磁、气体、湿度、等理化量的敏感性。利用半导体材料的这些特性使其成为非电量电测的转换元件，是近代半导体技术应用的一个重要方面
霍尔效应
以微小位移测量为基础，霍尔元件还可以应用于微压、压差、高度、加速度和振动的测量
第十节 传感器的选用原则
- 灵敏度
- 响应特性
- 线性范围
- 可靠性
- 精确度
- 测量方法
- 其他
第四章 信号的调理与记录
第一节 电桥
电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路
一、直流电桥
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二、交流电桥
交流电桥采用交流电源激励
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第二节 调制与解调
调制是指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的，某个参数的过程。
解调是指从已调制信号中恢复出原低频调制信号的过程
图4-18
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第三节 滤波器
有源滤波与无源滤波
性能分析：截止频率、带宽、纹波宽度、品质因子、倍频程选择性、滤波因数
图4-28
