现代测试技术期末复习大纲

《现代测试技术期末复习大纲》湖南大学
题型：填空、选择、判断、简答、计算
绪论
1、测试的基本概念，静态测量和动态测量的定义
2、测试系统的组成及各组成部分的作用。

第一章信号分析基础
1、信息与信号的定义及其彼此之间关系，信号分析的任务（从信号中换取各种有用信息）
2、信号的分类及其各自的特点
3、周期信号的频谱特征（傅里叶级数定理）及强度特征，各傅里叶系数的物理意义，傅里叶级数三种形式（三角函数式、谐波形式、复指数式）之间的转换关系，傅里叶级数展开的物理意义，周期信号频谱的三个特点（周期信号的频谱是离数的，每个谱线只出现在基波频率的整数倍上，谐波幅值随波次数的增高而减小）。

了解时域分析与频域分析的关系。

4、非周期信号的频谱特征（傅里叶积分定理），傅里叶变换对，傅里叶变换的性质及其应用。

5、单位脉冲函数定义、性质及其频谱，常用信号的频谱函数。

6、随机信号的分类，描述各态历经随机信号的主要特征参数的定义、彼此之间的关系及简单计算，其中概率密度函数提供了随机信号的幅值分布规律。

7、自相关函数、互相关函数的定义、性质及运用，自功率谱密度函
数、互动率谱密度函数的定义及应用。

8、关于傅立叶变换的频率分辨率，采样时间，采样频率关系。

采样频率——fs;采样点数——N，根据这两个参数可以得到频率分辨率：
F div=fs/N
又因为采样时间TS可以表示为：
Ts=N/FS
因此有：f div=1/T
即频率分辨率只和采样时间长度有关，采样时间越长频率分辨率越高，采样频率的选择是根据奈奎斯特采样定理，即大于2倍信号频率。

当然为了后边信号处理，采样频率越高越好。

9、当用锤击法对测试对象进行激振时，不同的锤头材料对锤击力会有不同的影响：锤头材料越硬，作用时间越短，根据傅里叶变换的时间尺度改变性质可知，时域压缩，频谱扩展。

因此越加在测试对象上的力信号包含更丰富的频率成分越丰富；反之，锤头材料越软，作用时间越长，时域扩展，频谱压缩，因此频率成分较少。

而锤击力的大小则是由锤击质量和锤击被测系统对的运动速度决定的。

见下图10、绘制常见谐波函数的时域及频域图。

第二章测试装置的静、动态响应特性
1、测试装置静态响应特性的定义。

表示该特性所用的参数（定义、特点及其简单计算）
2、测试装置动态响应特性主要通过三种数学模型（微分方程、传递
函数、频率响应函数（即频率特性））来研究。

3、测试装置频率响应函数的定义（指的是在稳态下输入信号的频率变化时，输出信号与输入信号幅值比、相位差随输入信号频率变化的关系）
4、线性定常系统的重要性质及应用，传递函数的主要特点
5、常见测试装置（一阶、二阶）的数学模型及其时间常数的求取，其脉冲响应和阶跃响应的特点。

6、不失真测试条件及一阶、二阶测试装置不失真测试的频率范围，调整二阶测量装置的阻尼比=0.707,其目的是满足不失真测量条件。

第三章常用传感器的转换原理及应用
1、传感器的三大组成部分（敏感元件、转换元件、信号调理及转换电路）、分类及其特点P61，后面的具体小类的传感器分别属于哪种大类的传感器，比如说：电容式传感器是属于结构型传感器等。

2、选择传感器时主要考虑的参数及选用的原则。

3、电阻式传感器的转换原理、分类及各自的工作原理、特点、应用场合和具体的应用计算（电阻应变片中力的大小与电阻的相对变化的计算）。

应变式扭矩传感器的工作原理：应变片作为应变式扭矩传感器的敏感元件，对传感器的研制起着重要作用，用应变片测量应变时，需将应变片粘贴于弹性体表面，在扭矩作用下，弹性体表面产生微小的扭转变形，应变片随其发生时间变化，同时应变片电阻性发生相应变化，通过测量应变片电阻值变化就可得到被测对象的应变，从而得到
想的扭矩值。

4、电容式传感器的转换原理、分类及各自的工作原理、特点、应用场合和具体的应用计算（如变极距型电容式的位传感器只用于小位移测量，为什么，测量旋转轴的径向跳动量，最好选用什么类型的传感器等）。

5、电感式和电容式传感器常采用差动结构方式，不仅可提高灵敏度（提高一倍），且能改善或消除非线性误差。

6、电感式传感器的转换原理、分类及各自的工作原理、特点和具体应用场合。

7、压电式传感器的转换原理、分类及各自的工作原理、特点和具体应用场合。

如压电式加速度传感器的工作原理是基于压电晶体的压电效应工作的。

压电式传感器测量电路及其计算（如灵敏度、输出电压、画出测试系统框图等）其后通常需接电压放大器或电荷放大器。

8、磁电式传感器、磁敏传感器的转换原理、分类及各自的工作原理、特点和具体的应用场合。

9、热敏传感器的转换原理、分类及各自的工作原理、特点和具体的应用场合。

（热电偶）
10、气敏传感器的转换原理、分类及各自的工作原理、特点和具体的应用场合。

11、超声波传感器的转换原理、分类及各自的工作原理、特点和具体
的应用场合。

压电式超声波传感器的工作原理（P102）
压电式超声波发送器实际上是利用压电晶体的逆向压电效应来工作的，超声波发生器内部结构如图所示，它主要由两个压电晶片和一个锥形振子构成。

当它的两极外加电压脉冲信号，压电元件就变形引起空气振动，当脉冲信号频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并需动椎形振子振动，便产生超声波，超声波以波形式传播，传送给超声波接收器。

而超声波接收器是利用正向电压效应制成，如果压电晶体两电极间未外加电压，当锥形振子接收到的超声波时，促使接收器的振子随着相应频率进行振动，由于存在正向压电效应，将机械能转换为电信号，就产生与超声波频率相同的高频电压，当然这种电压非常小，必须采用放大器进行放大。

12、光电传感器的转换原理、分类及各自的工作原理、特点和具体的应用场合。

第五章信号调理方法
1、常用的信号调理环节及各环节的主要任务。

2、电桥的定义及其分类、电桥的平衡条件、直流电桥的连接方式及其各自的特点，不平衡电桥的转换原理。

3、信号的调制与解调的有关概念及其解决的问题，调制式直流放大器的主要组成及其基本原理，调制的类型及各自的原理，调幅波的解调过程及其具体应用场合。

调幅的定义（将一个高频载波信号与被测信号相乘，使高频信号的幅
值随被测信号的变化而变化）及其解调方法（同步解调、包络解调、相敏解调）
4、滤波的定义、滤波器的作用及分类，各类滤波器的特点、截止频率、中心频率、带宽等参数的定义及简单计算，理想滤波器及实际滤波器的区别及描述的参数，RC无源滤波器的分析及简单计算。

在对信号采样过程之前需进行抗混叠滤波，其作用是滤除高于0.5倍采样频率的无用的高频分量，以减少频谱混叠；它主要采用低通滤波器，工程实际中截止频率（fc）=采样频率（fc）/2 56
工程测量中采样频率不可能无限高也不需要无限高，因为一般只关心一定频率范围内的信号成份，为解决频率混叠，在对模拟信号进行离散化采集前，采用低通滤波器滤除高于1/2采样频率的频率成分。

实际仪器设计中，这个低通滤波器的截止频率（fc）为：
截止频率(fc)=采样频率(fs)/2.56
4、A/D、D/\A的转换的基本过程、常用的转换原理及主要的技术指标。

5、能根据要求正确设计测量力和测量弯矩所用的电桥电路（包括应变片的粘贴位置、电桥的连接形式等）写出所设计电路的输出与输入之间的关系式。

第九章典型非电量参数的测量方法
1、激振方式的分类及各自特点（P241）
稳态正弦激振：应用最普遍
优点：激振功率大，信嗓比高，能保证测试的精确度
缺点：测试周期长
随机激振：属于宽带激振方法。

优点：可实现快速“实时”测试。

缺点：所需设备复杂，且价格昂贵。

瞬态激振：属于宽带激振方法，按激振方式的不同又可分为：
快速正弦激振、脉冲激振（如脉冲锤）、阶跃激振（又称张弛激振）。