測試系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)課程復(fù)習(xí)資料

1、測試系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì) 課程復(fù)習(xí)資料12.4.17一、概念1頻率響應(yīng)函數(shù)反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定的輸出和輸入關(guān)系。2壓電式傳感器是一種可逆型換能器，它也可以將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。3 噪聲是來自元器件內(nèi)部的一種污染信號(hào)。任何處于絕對零度以上的導(dǎo)電體都會(huì)產(chǎn)生熱噪聲。4懸浮接地的優(yōu)點(diǎn)是不受大地電流的影響，5常用的滅弧元件有RC回路、泄放二極管、硅堆整流器、壓敏電阻、雪崩二極管等。6霍爾元件是一種能實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體器件，它必須在有磁場的條件下才能工作。7相敏檢波既能反映被測緩變信號(hào)的幅值，又能鑒別緩變信號(hào)的極性。8由于箔式應(yīng)變片的諸多優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用比較廣泛。目前，在常溫條件下，已逐步取代了金屬絲式應(yīng)變片。 9頻

2、譜是離散的，則對應(yīng)的時(shí)間函數(shù)一定是周期信號(hào)。？（不一定）10隨機(jī)誤差是沒有規(guī)律的，不可以通過統(tǒng)計(jì)平均將其消除。11抑制靜電感應(yīng)采用金屬網(wǎng)屏蔽線，抑制電磁感應(yīng)干擾采用雙絞線。12白噪聲發(fā)生器所提供的信號(hào)是完全隨機(jī)的。13光電隔離器是由光電耦合器件完成的。14頻率的保持性是指：若輸入為某一頻率的正弦(或余弦)信號(hào)，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出將有且只有該同一頻率，只不過幅值與相位發(fā)生了變化。15電容式傳感器的后續(xù)測量電路是電荷放大器、而不是電橋型電路。？（壓電式傳感器）16差動(dòng)變壓器式電感式傳感器可提高傳感器的靈敏度，同時(shí)傳感器的測量范圍擴(kuò)大。17濾波器的帶寬越窄，則分辨率越高，測量時(shí)的響應(yīng)越慢。18溫度補(bǔ)償

3、片與工作應(yīng)變片應(yīng)貼在電橋相鄰兩臂上。19如果采樣頻率fs選得足夠高，則頻域各周期的圖形不會(huì)發(fā)生重疊。20正弦信號(hào)通過一階系統(tǒng)后，輸出的幅值不一定減小，但相位一定滯后。？（不一定）21地線壓降是形成公共阻抗干擾的重要原因。22測量緩變的力時(shí)，壓電式傳感器的晶片應(yīng)選用并接形式。23開關(guān)電源的噪聲源主要來自開關(guān)變壓器、功率開關(guān)管、高頻整流二極管。24標(biāo)定時(shí)所用測量儀器精度至少要比被標(biāo)定測試系統(tǒng)的精度高一個(gè)等級(jí)。 25機(jī)床強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)主要取決于機(jī)床部件或整臺(tái)機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性。26頻率為1000HZ的周期性正弦波，經(jīng)過截止頻率為2000HZ的理想低通濾波器后的輸出仍為1000HZ的正弦波。？（500

4、MHz）27用渦流式傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)非接觸式測量。28標(biāo)稱范圍是指在測量器具的誤差處于允許極限內(nèi)的情況下,測量器具所能測量的被測量值的范圍。？測量（工作）范圍29測試裝置的靈敏度是一個(gè)無量綱的比例常數(shù)。30將1V模擬電壓用8位A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行量化，其最大量化誤差為1/256V。31當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)N一定時(shí)，采樣頻率fs越高，頻率增量大，頻率分辨力越低。32誤差是客觀存在的，在實(shí)驗(yàn)和測量中總有誤差。33周期信號(hào)的頻譜是由無限多條離散譜線組成， 每一條譜線(單邊譜)代表一個(gè)諧波分量。34采樣過程可以看成是信號(hào)與單位脈沖函數(shù)的簡單乘積。 二、基本知識(shí)1、應(yīng)用電阻應(yīng)變測量技術(shù)作應(yīng)力測試。（1）測圖示軸的扭

5、矩，在考慮溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下且為了得到最大的靈敏度和輸出，如何正確地布置貼片？試直接在軸面上畫出電阻應(yīng)變片，并畫出其接入的電橋電路，需正確標(biāo)注應(yīng)變片或電阻的序號(hào)；（2）測圖示梁板的彎曲，已知力F垂直作用于板面且在其寬度的中點(diǎn)，在考慮溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下且為了得到較大的靈敏度和輸出，試直接在梁板上畫出電阻應(yīng)變片，并畫出其接入的電橋電路，需正確標(biāo)注應(yīng)變片或電阻的序號(hào)。2、電磁兼容的概念是什么？干擾與噪聲的耦合方式一般包括哪些？ 電磁兼容的概念：指裝置或系統(tǒng)在其設(shè)備的預(yù)定場所投入實(shí)際運(yùn)行時(shí)，既不受周圍電磁環(huán)境的影響，又不影響周圍環(huán)境，也不發(fā)生性能惡化和工作失誤，而能按設(shè)計(jì)要求正常工作的能力。干擾與噪聲的耦

6、合：靜電、互感、公共阻抗和漏電流耦合。3、離散傅里葉變換產(chǎn)生誤差的原因有哪些？應(yīng)如何設(shè)法減少這些誤差？答：時(shí)域函數(shù)的離散導(dǎo)致頻域圖形的周期化，這是離散傅里葉變換引入的第一次誤差；時(shí)域函數(shù)的截?cái)鄬?dǎo)致頻域函數(shù)出現(xiàn)皺波，這是離散傅里葉變換引入的第二次誤差；減少這些誤差的方法：- 采樣頻率選的足夠高，并且只有時(shí)，離散傅里葉變換才不會(huì)發(fā)生混淆；- 采樣點(diǎn)數(shù)必須是2的正整數(shù)次冪，（P為正整數(shù)），一般的取值：；- 處理數(shù)據(jù)時(shí)，選擇合適的窗函數(shù)；- 數(shù)據(jù)平均化處理；4、何謂壓電效應(yīng)？壓電式傳感器對測量電路有何特殊要求？為什么? 壓電效應(yīng)概念：某些晶體材料在沿某方向施加壓力而使之變形時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉

7、時(shí)，電荷隨之消失，此現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)；反之，若施加外電場，晶體產(chǎn)生機(jī)械變形，稱為逆壓電效應(yīng)；特殊要求：測量電路具有極高的輸入阻抗，一般要求輸入阻抗在數(shù)百兆歐以上；原因：可以避免由于漏電造成輸出減少而產(chǎn)生測量誤差。5、在測試系統(tǒng)中主要通過什么措施抑制干擾與噪聲？常用的數(shù)字濾波技術(shù)有哪些？ 答：抑制干擾和噪聲措施：屏蔽接地、隔離、合理布線、滅弧、濾波和采用專門的電路與器件來抑制干擾與噪聲。常用數(shù)字濾波技術(shù)：6、欲檢測某機(jī)器上一軸的轉(zhuǎn)速，可采用哪些類型的傳感器？請舉三例并簡要畫示意圖說明之。P28/38/427、何謂溫度補(bǔ)償？產(chǎn)生電阻應(yīng)變片溫度誤差的原因有哪些？溫度補(bǔ)償概念：在常溫下測量，因環(huán)境溫

8、度很難保持恒定，所以必須采取一定的措施，減小或消除由于溫度變化的影響。產(chǎn)生電阻應(yīng)變片溫度誤差的原因：敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)；試件材料和敏感柵材料的膨脹系數(shù)；8、濾波器與鑒頻器有何不同？它們各適用于什么場合？9、何謂濾波器的分辨率？它與哪些因素有關(guān)？濾波器的分辨率：濾波器對于頻率篩選的等級(jí)；與波紋幅度d、截止頻率、帶寬B、品質(zhì)因素Q、倍頻選擇性、濾波因素和響應(yīng)時(shí)間有關(guān)。10、測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測試的條件是什么？答：各頻率分量的幅值輸出比輸入應(yīng)放大(或衰減)同樣的倍數(shù)，各頻率分量的滯后相位與各自的角頻率必須成正比， 11、欲測量100度左右的溫度，現(xiàn)有0300度、0.5級(jí)和0120度、1級(jí)的兩支

9、溫度計(jì)，試問選用哪一支溫度計(jì)較好？為什么？答：選擇0120度、1級(jí)的溫度計(jì)較好；原因：0300度、0.5級(jí)的測量誤差：測量100度左右的溫度是的誤差：0120度、1級(jí)的測量誤差：測量100度左右的溫度是的誤差：使用0120度、1級(jí)溫度計(jì)測量100度的溫度時(shí)，比0300度、0.5級(jí)的溫度計(jì)誤差小，所以選用0120度、1級(jí)的溫度計(jì)12、振動(dòng)的測試主要有哪些類型？振動(dòng)的激勵(lì)方式通?？煞譃槟娜?？ 振動(dòng)的測試主要類型：振動(dòng)的基本參量（如位移、速度、加速度、頻率等等）；測量的結(jié)構(gòu)或部件的動(dòng)態(tài)特性；振動(dòng)的激勵(lì)方式：穩(wěn)態(tài)正弦、隨機(jī)、瞬態(tài)激振。13、某種電容式傳感器如圖所示，電容量為C=0A/，式中極板間介質(zhì)

10、的相對介電常數(shù)，0真空中介電常數(shù)，極板間距離，A極板表面積。問：（1）該傳感器屬于哪種形式的電容傳感器？（2）簡述該傳感器的工作原理；（3）其靈敏度S = ？（4）該種傳感器是否會(huì)有線性誤差？為什么？ 答：問題1：差動(dòng)變極距式電容傳感器；問題2：當(dāng)動(dòng)極板因被測量變化而左右移動(dòng)時(shí)，改變了兩極板之間的間距，從而引起電容量的變化；問題3：靈敏度：問題4： 有線性誤差，但是誤差非常?。灰?yàn)槠潇`敏度提高了1倍。三、計(jì)算1、 設(shè)間接測量量z=x2+y，在測量x和y時(shí)是一對一同時(shí)讀數(shù)的，直接測量的量x和y互不相關(guān)。測量數(shù)據(jù)如下表，試求Z的平均值Z 。( )測量序號(hào)12345X 讀數(shù)1010.410.29.8

11、10.1Y 讀數(shù)5154525350解：2、 一電容測微儀，其傳感器的圓形極板半徑r= 4mm，工作初始間隙=0.3mm，介電常數(shù)=8.85×10-12F/m，試求：工作中，若傳感器與工件的間隙減小=2m，電容變化量是多少？( )解：計(jì)算初始電容量：C03、 已知低通濾波器如圖4.35所示，其中R=1K，C=1F，求：當(dāng)輸入信號(hào)ex =10sin1000t時(shí)，濾波器的輸出信號(hào)。( )exeyRC解：根據(jù)條件：得：，得：4、 壓電加速度傳感器與電荷放大器連接的等效電路如圖2.65（P55）所示。圖中C為傳感器固有電容、電纜等效電容和放大等效電容之和。已知傳感器電荷靈敏度SQ=100PC

12、/G，反饋電容CF=1000PF，試求當(dāng)被測加速度為0.5G時(shí)，輸出電壓為多少？（G為重力加速度）。解：加速度：a=0.5G，Sq=100PC/G則5、 磁電式速度計(jì)的工作原理如圖2.66（P55）所示。齒輪隨被測軸轉(zhuǎn)動(dòng)，已知齒數(shù)Z=60，求：當(dāng)測得頻率計(jì)感應(yīng)電勢頻率F=2400HZ時(shí)，被測軸的轉(zhuǎn)速（r/min）。解：備注：f：頻率；n：轉(zhuǎn)速；z：齒數(shù)；除以60是換算成s（秒）6、 圖4.34（P112）為電阻應(yīng)變儀中常用的標(biāo)定電路簡圖。R為電阻應(yīng)變片，阻值為120，靈敏系數(shù)為2。若分別取RA=1×106，RB=5×105，RC=1×105時(shí)，各相當(dāng)于多大應(yīng)變？解

13、:計(jì)算電阻并聯(lián)公式：當(dāng)并聯(lián)電阻為RA時(shí)，并聯(lián)電阻阻值如下：當(dāng)并聯(lián)電阻為RB時(shí)，并聯(lián)電阻阻值如下：當(dāng)并聯(lián)電阻為RC時(shí)，并聯(lián)電阻阻值如下：則相關(guān)的電阻變化量如下：則對應(yīng)的電阻應(yīng)變?yōu)椋簞t對應(yīng)的電阻應(yīng)變?yōu)椋簞t對應(yīng)的電阻應(yīng)變?yōu)椋?、 某復(fù)合信號(hào)由頻率分別為724HZ、600、500、44的同相正弦波疊加而成，試求該復(fù)雜信號(hào)的周期。若要對該復(fù)雜信號(hào)進(jìn)行不失真采樣，最小采樣頻率應(yīng)為多少？解：復(fù)合信號(hào)的頻率是各組成信號(hào)頻率的公約數(shù)，即：復(fù)雜信號(hào)的周期：若要對該復(fù)雜信號(hào)進(jìn)行不失真采樣，最小采樣頻率：8、 設(shè)時(shí)間常數(shù)為5S的溫度計(jì)，從20的室溫條件下突然置入80的水中，經(jīng)過15秒之后，溫度計(jì)的指示值為多少度？解：

14、已知一階測試系統(tǒng)，溫度計(jì)的時(shí)間常數(shù)，經(jīng)過后，測得溫度如下：9、 從示波器光屏中測得正弦波圖形的“起點(diǎn)”坐標(biāo)為（0，-1），振幅為2，周期為4，求該正弦波的表達(dá)式。解：正弦波的表達(dá)式：根據(jù)條件，振幅為2，則幅值：根據(jù)初始條件：“起點(diǎn)”坐標(biāo)為（0，-1），當(dāng)t=0時(shí)，x(t)=-1帶式公式計(jì)算的：則：正弦波的公式為：10、 用一階測試系統(tǒng)去測量100HZ的正弦信號(hào)，若要求幅值誤差不大于5%，該系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)應(yīng)取多大？解：一階測試系統(tǒng)幅頻特性：，其中則根據(jù)條件，幅值誤差不大于5%，則即： 則則11、右圖為電阻應(yīng)變儀中常用的標(biāo)定電路簡圖。R為電阻應(yīng)變片，阻值為150，靈敏系數(shù)為3。若分別取Ra=2×106，Rb=1×106，Rc=2×105時(shí)，各相當(dāng)于多大應(yīng)變？（求應(yīng)變或a或b或c）（應(yīng)有計(jì)算過程）e0eyRaRbRRcRRR解：