28440测试与传感检测技术知识点

传递函数是从拉氏变换导出的，拉氏变换的条件是一种线性变换，因此传递函数只适用于描述线性定常系统。
表述频率特性函数的物理意义：
频率特性反映了系统的内在性质，与外界因素无关，即当系统结构参数给定，频率特性ω变换的规律也随之确定。频率特性描述了在不同频率下系统（或元件）传递正弦信号的能力。（在测量系统频率响应函数时，必须在系统响应达到稳态时才能测量。）
表述灵敏度和灵敏度漂移的概念：
灵敏度：指测试系统在静态条件下，响应量y的变化Δy和与之对应的输入量x变化Δx的比值，即
（图见Ｐ11）
理想测试系统输入/输出特性为线性关系，则有
（灵敏度表征测试系统对输入信号变化的一种反应能力。）
表述系统灵敏度与系统的量程及固有频率的关系
虽然系统的灵敏度是由物理属性或结构所决定的，但在选择测试系统的灵敏度时，要充分考虑其合理性，因为系统的灵敏度和系统的量程及固有频率是相互制约的。一般来说，系统的灵敏度越高，则其测量范围往往越窄，越容易受外界干扰的影响，稳定性也越差。
3按一定规律转换成易于传输和处理的信号，而且这种规律是可复现的。
4从传感器的输出端看，传感器的输出信号中不仅承载着待测的原始信号，而且是能够被传输并成为便于后继检测环节接收和进一步处理的信号形式。
简述传感器的组成：
传感器通常由敏感wk.baidu.com件、转换元件和信号调节和转换电路组成。
传感器组成框图
表述传感器的分类方法：（详见P30表3.1）
电测法的优点：测试范围广、精度高、灵敏度高、响应速度快，特别适于动态测试。
领会：典型非电量电测法测量的工作过程：
信号检测与信号处理的相互关系：
信号检测是信号处理的前提，信号处理是信号检测的目的（P3）
3. 测试技术的典型应用
领会：测试技术在工程技术领域的典型应用。
产品质量测量、设备运行状态监控系统、家电产品的传感器、楼宇自动化。
课程内容与考核要求
（注：涉及计算和复杂原理见课本）
第1章 绪论
一、考核知识点与考核要求
1. 测试的含义
识记：测试的基本概念:测试就是对信号的获取、加工、处理、显示记录及分析的过程。（测试泛指测量和试验两个方面的技术，是具有试验性质的测量，是测量和试验的综合。）
测量的定义：测量是指一个被测量与一个预定标准之间进行定量比较，从而获得被测对象的数值结果，即以确定被测对象的量值为目的的全部操作。（测量分为直接比较法和间接比较法。）
3. 测试系统的动态特性
识记：测试系统动态特性的定义：
测试系统的动态特性是指输入量随时间作快速变化时，系统的输出随输入而变化的关系。
（系统的动态响应特性一般通过描述系统的传递函数、频率响应函数及脉冲响应函数等数学模型来进行研究。）
系统传递函数的定义：
当线性系统的初始条件为零，即在考察时刻以前，其输入量、输出量及其各阶导数均为零，且测试系统的输入x(t)和输入y(t)在t>0时均满足狄利克雷条件，则定义输出y(t)的拉普拉斯变换Y（s）与输入x（t）的拉普拉斯变换Ｘ（s）之比为系统的传递函数，并记为Ｈ（s），即
1按被测物理量
2按传感器工作原理
3按能量传递方式
4按内部物理结构
5按信号输出特征
2. 电阻传感器
识记：电阻传感器的定义：
电阻传感器是根据欧姆定律，将被测物理量的变化转化为电阻元件的电阻值变化的装置。
电阻传感器的种类:
电位器式、电阻应变式、热敏电阻式、光敏式、气敏式、湿敏式传感器等
应变效应及压阻效应概念：（P31-33）
丝式、箔式、薄膜式
半导体应变片的种类：
体型、薄膜型、扩散型
电阻应变式传感器的应用：（P34-35）
电阻应变式传感器，可以用于测力、扭矩、压力、位移、加速度等。应用方式：一种是直接用于测定被测物体的应力或应变，另一种是将应变片贴于弹性元件上进行测量。
热敏电阻的种类：
金属丝热电阻传感器、热敏电阻传感器
正温度系数、负温度系数、突变型负温度系数的含义：
）
系统频率特性的概念：令s=jω
线性定常系统（或元件）的频率特性是指零初始条件下稳态输出正弦信号与输入正弦信号的复数比，即
系统幅频特性的概念：
A（ω）称为幅频特性，它表示在稳态时，系统输出信号与输入信号的幅值之比，即描述了系统（或元件）对不同频率的正弦输入信号在稳态情况下的放大（或衰减）特性。
系统相频特性的概念：
不失真测试；（P22）
定义：在测试过程中采取相应的技术手段，使测试系统的输出信号能够真实、准确地反映出被测对象的信息，这种测试称为不失真测试。
不失真测试条件：
即：
1系统的幅频特性曲线应当是一条平行于 轴的直线。
2系统的相频特性曲线是一条通过坐标原点且具有负斜率的直线。
理想不失真条件
不失真测试分析：（P23）
产生原因：测量理论的近似假设、仪器结构的不完善、测量环境的变化、零位调整不好以及测量人员方面的因素。
随机误差：在相同条件下，多次重复测量同一个量时，其绝对值和符号变化无常，但随着测量次数的增加又符合统计规律的误差。（既不能用实验方法消去，也不能修正。多次重复测量时，随机误差的统计特性多服从正态分布。）
称为相频特性，它表示在稳态时，输出信号与输入信号的相位差，即描述了系统对不同频率的正弦输入信号在相位上产生的相角滞后或超前的特性。幅频特性和相频特性总称为系统的频率特性。
一阶、二阶测试系统频率特性的表达式：
一阶测试系统：
传递函数：
其频率特性为：
为负值表示系统输出信号的相位滞后于输入信号的相位。
二阶测试系统：
产生原因：测量过程中各种相关因素的微小变化的相互迭加。
粗大误差：是一种明显歪曲实验结果的误差。(根据检验方法的某些准则判断哪个测量值是坏值，在误差分析时将其剔除。)
产生原因：操作不当、疏忽大意、环境条件突然变化。
表述精确度、精密度、准确度的概念和区别：
精确度（精度）：是指由测试系统的输出所反映的测量结果和被测参量的真值相符合的程度，综合反映系统误差和随机误差。
1测试任务要求
2系统特性参数选择
简单应用：一阶、二阶测试系统频率特性的计算。
第3章 传感器及其应用
一、考核知识点与考核要求
1. 传感器的概念
识记：传感器的定义：
能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
领会：表述传感器定义的4层含义：
1传感器是测量装置，能完成检测任务。
2从传感器的输入端看，一个指定的传感器只能感受或响应规定的被测量，被测量既可以是电量也可以是非电量。
按不同分类方法对误差进行分类：
按照表示方法分：绝对误差、相对误差、引用误差
按照性质和特点：系统误差、随机误差、粗大误差
表述系统误差、随机误差和粗大误差的概念和区别：
系统误差：在相同条件下，多次重复测量同一个量时，其绝对值和符号固定不变，或改变条件（如环境条件、测量条件）后按一定规律变化的误差。（可采取适当的措施加以修正或消除。）
测试是主动的、涉及过程动态的、系统的记录与分析的操作，通过试验得到的试验数据成为研究对象的重要依据。
2. 测试基本原理及过程
识记：电测法的基本概念：将非电量先转换为电量，然后用各种电测仪表和装置乃至计算机对电信号进行处理和分析。
（电量分为：电能量：如电流、电压、电场强度、电功率
电参量：如电阻、电容、电感、频率、相位）
4．测试技术的发展动态
识记：物理性（物性型）传感器的基本概念：
物理型传感器依据机敏材料本身的物性随被测量的变化来实现信号转换的装置。
智能化传感器的组成：
测量电路、微处理器、传感器。
领会：计算机技术对测试技术发展的作用。
计算机技术使得测试技术不断提高灵敏度、精度和可靠性；向小型化、非接触化、多功能化、智能化和网络化方向发展。
应变效应：所谓“应变效应”是指金属导体或半导体在外力作用下产生机械变形而引起导体或半导体的电阻值发生变化的物理现象。
压阻效应：所谓压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率随之发生变化的现象。
应变片灵敏度的定义：
（强烈要求看书本32页）
应变片的种类：
金属电阻应变片和半导体应变片
金属电阻应变片的种类：
传递函数：
其频率特性为：
动态特性参数：系统无阻尼固有频率 、系统阻尼率 、系统的响应振荡频率 、最大超调量 。
领会：表述系统传递函数的主要特点：
1传递函数与微分方程有直接联系。
2传递函数与微分方程一样，只反映系统（元件）中输出信号与输入信号之间的变化规律，不反映原来物理系统（元件）的实际结构，即对于许多物理性质截然不同的系统（元件），可以具有相同形式的传递函数。
式中，s称为拉普拉斯算子；an,an-1,...,a1,a0和bm,bm-1,...b1,b0是由测试系统的物理参数决定的常数。、
（狄利克雷条件：
1在一周期内，如果有间断点存在，则间断点的数目应是有限个；
2在一周期内，极大值和极小值的数目应是有限个；
3在一周期内，信号是绝对可积的。
一般我们遇到的周期信号都能满足狄利克雷条件。
测试系统的输入、输出与测试系统的特性关系：
测试系统与输入/输出量之间的关系
2. 测试系统的静态特性
识记：测试系统静态特性的定义：
测试系统的静态特性是指当输入信号为不变或缓变信号时，输出与输入之间的关系。
测试系统的静态传递方程：
( 测试系统处于静态测试时，输入和输出的各阶导数均为零。)
测试系统静态特性的主要定量指标：
精确度、灵敏度、非线性度、回程误差、重复性、分辨率、漂移、死区。（Ｐ10－13）
测试系统绝对误差、相对误差和引用误差的定义。
绝对误差：绝对误差E是指测量值（指示值）与真值（或准确值）之差。
式中，y为测量值（或指示值）；x为真值（或准确值）。
相对误差：相对误差是绝对误差与被测量真值之比，即
引用误差：
领会：测试系统的静态特性中误差的概念；（P9）
脉冲响应函数的概念：
由系统的传递函数： ，可得
将上式进行拉普拉斯逆变换，可得
如果线性系统的输入 为单位脉冲函数 ，则该系统的输出： ，因而有： 。这表明， 等于系统的输入为单位脉冲函数 时的响应 ，因此，称 为单位脉冲响应函数。
动态特性参数的测定:（详见P18-22）
1频率响应法
2脉冲响应法
3阶跃响应法
第2章 测试系统的基本特性
一、考核知识点与考核要求
1. 测试系统基本概念
识记：测试系统的概念:
所谓测试系统是指为完成某种物理量的测量而由具有某一种或多种变换特性的物理装置的总体。
理想测试系统的特性：迭加性、比例特性、微分特性、积分特性和频率不变性。（P8）
领会：测试系统组成的基本概念：
根据测试的内容、目的和要求等的不同，测试系统的组成可能会有很大差别。（P7）
式中，Δmax为满量程内的最大可能误差；A为最大量程。
精密度：是精度的组成部分，它表示多次重复测量中，测量值彼此之间的重复性或分散性大小的程度。（精密度反映随机误差的大小，随机误差愈小，测量值就愈密集，重复性愈好，精密度愈高。）
准确度：表示多次重复测量中，测量平均值与真值接近的程度。（准确度反映系统误差的大小，系统误差愈小，测量的平均值就愈接近真值，正确度愈高。）
正温度系数：电阻值随温度的升高而升高。
负温度系数：电阻值随温度的升高而下降。
突变型负温度系数：电阻值当温度超过某一温度后减少。
光敏电阻的主要参数：暗电阻、暗电流、亮电阻、亮电流、光电流等。
领会：变阻器式传感器的优缺点:
优点：
1结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定；
2受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小；
3传递函数是复变量s的有理真分式函数，即m≤n且所有系数均为实数。（这是由系统的物理性质决定的。）
4传递函数只与系统（元件）本身内部结构参数有关，而与输入信号无关。（传递函数只表征系统（元件）本身的特性。）
表述系统传递函数的初始条件及适用范围：
传递函数是在零初始条件下定义出来的，所以它不能反映非零初始条件下系统的自由响应运动规律。
试验的含义：试验是对被研究的对象或系统进行实验性研究的过程。
领会：直接比较法的基本概念：直接比较法无须经过函数关系计算，直接通过测量仪器得到被测量值。
间接比较法的基本概念：间接比较法利用仪器仪表把待测物理量的变化换成与之保持已知函数关系的另一种物理量的变化。
测量和测试的概念及区别：
测量是被动的、静态的、较孤立的记录性操作，其重要性在于它提供了系统所要求的和实际所取得的结果之间的一种比较。
3可以实现输出—输入间任意函数关系；
4输出信号大，一般不需放大。
缺点：
因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大的输入能量；由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量精度，分辨力较低；动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。