测试技术复习

博主： tutu
发布时间：2023 年 02 月 24 日
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# 测试技术

## 第一章 测试信号及其描述

- 信号按以下几种分类

- 从信号的描述上分：确定信号与非确定性信号。
  - 从信号的幅值和能量上分：能量信号和功率信号。
  - 从分析域上分：时域信号和频域信号。
  - 从连续性上分：连续时间信号与离散时间信号。
  - 从可实现性上分：物理可实现信号和物理不可实现信号。

```mermaid
graph LR
	A[信号] --- B[确定性信号]
	A --- C[非确定性信号]
	B --- D[周期信号]
	B --- E[非周期性信号]
	D --- 简单周期信号
	D --- 复杂周期信号
	E --- 准周期信号
	E --- 瞬态信号
	C --- 平稳随机信号
	C ---准平稳随机信号
```

- 上图中集中信号的具体描述。

- 确定信号是指：可以用明确数学关系表达的信号。
  - 非确定信号是指：不能用数学式描述，其幅值、相位变化不可预知的信号，其描述的物理现象是一种随机过程。
  - 周期信号是指：经过一段时间可以重复出现的信号。
  - 非周期信号是指：再不会重复出现的信号。
  - 准周期信号是非周期信号的特例，处于周期与非周期的边缘。有限个周期信号合成，不满足周期条件。
  - 瞬态信号是持续时间有限的信号，可用数学关系式描述。
- $\omega_0$基频（角频率），$a_0,a_n,b_n$傅里叶系数，$a_1$直流分量（静态分量、常分量）

- 若满足函数$x_{(t)}=-x_{(t)}$，为奇函数。$a_0=0,a_n=0$傅里叶系数中只有正弦项：

$$
    b_n=\frac{4}{T}\int_0^{\frac{T}{2}}{x_{(t)}\sin \left( n\omega _0t \right) dt}
    $$
  - 若函数为偶函数$x_{(t)}=x_{(-t)}$，$b_n=0$，傅里叶系数中只有余弦项和常数项：

$$
    a_n=\frac{4}{T}\int_0^{\frac{T}{2}}{x_{(t)}\cos \left( n\omega _0t \right) dt}
    $$

运用傅里叶级数的三角函数得到的周期信号是单边频谱。
  - 比较傅里叶级数的两周形式可知：复指数形式的频谱为双边谱，三角函数形式的频谱为单边谱，双边幅值谱为偶函数，双边相位谱为奇函数。
- 周期信号频谱的三大特点：离散性，谐波性，收敛性。
- 周期强度表示：峰值、均值、绝对均值和平均功率。
- 时域有限，频域无限；频域有限，时域无限。
- 傅里叶变换的基本性质

- 时移性质：$x_{(t+t_0)}\Leftrightarrow x_{(\omega )}\ell ^{\pm j\omega t_0}$
  - 频移性质：$x_{(t)}\ell ^{\pm j\omega t_0}\Leftrightarrow x_{(\omega \mp \omega _0)}$
  - 卷积性质：

$$
  \begin{cases}
      	x_{(t)}*y_{(t)}\Leftrightarrow x_{(\omega )}\cdot y_{(\omega )}\\
      	x_{(t)}\cdot y_{(t)}\Leftrightarrow x_{(\omega )}*y_{(\omega )}\\
      \end{cases}
  $$
- 集合平均：将集合平均所有样本函数对同一时刻$t_i$的观则值取平均。
- 时间平均：按单个样本的时间历程进行平均的计算。
- 各态历经随机过程：在平稳随机过程中，若单个样本函数的时间平均统计特征等于该过程的集合平均统计特征。
- *阶跃响应*：当系统输入信号为阶跃信号时。
- *频率响应*：

# 第二章

- 测量装重的静态特性：线性度、灵敏度、圆程误差、分辨力、漂移
- 线性度：标定曲线与拟合直线的偏离程度 线性度=B/A*100%
  - 标定曲线与拟合直线的最大偏差B
  - 测量装置满量程输出位A
- 灵敏度：测量装查输入量的变化量所引起的输出量的变化量，通常使用理想直线的斜率表示。灵敏度=输出变化/输入变化。
- 动态特性：指在动态条件下，系统对激励（输入）的响应（输出）特性
- 线性系统：（时不变系统）
  - 基本性质：叠加性、比例性、微分特性、积分特性、频率保持性
- 线性系统的作用：线性系统的基本性质，尤其是叠加性和频率保持性，在测试中具有重要意义。例如，已知线性系统的输入信号频率，依据频率保持性，可以确定测得该系统的输出信号中只有与输入频率相同的成分才可能是由该输入引起的输出，而其他频率成分都是噪声（干扰）。进而采用相应的滤波技术，把有用的信号提取出来。

## 常用传感器

- 传感器的定义：能够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。
- 组成：敏感器件与转换元件。
- 分类

- 按被测物理量分类：位移、力、温度、速度传感器等。
  - 按工作原理分类：应变式、电阻式、电容式、电感式、磁电式。
  - 按输出信号分类：模拟式传感器、数字式传感器。
  - 按敏感元件与被测对象之间的能量关系分类：能量转换型和能量控制型。
- 电阻式传感器：是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。

- 按工作原理可分为：变阻式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式。
  - 电阻应变式传感器：是一种能够将试件上的应变转换成为电阻变化的传感元件。
- 金属电阻应变片基于金属的电阻应变效应原理工作。

- 优点为：允许电流密度大,工作温度范围广。
  - 缺点为：输出信号微弱，是非线性的，抗干扰能力差。
- 半导体应变片基于压阻效应工作的

- 优点：灵敏高、机械滞后小，横向效应小。
  - 缺点：温度稳定性能差、灵敏度、离散度大。
- 工作温度变化大，需求灵敏度低的选用金属应变片。
- 工作温度变化小，需求灵敏度高的选用半导体应变片。
- 电容式传感器：变极距型，变面积型，变介质型。微小位移（除变介质电容传感器）、小位移、大位移都可用。
- 电感式传感器：变气隙型，变面积型，可动铁芯型，自感型（可变磁阻式、涡流式），互感型（差动变压式）。
- 压电式传感器适宜作动态测量，不能测量静态量。

- 并联：电容量大，输出电荷量大。适宜以电荷量输出的场合。
  - 串联：电容量小，输出电压大。适宜以电压输出的场合。
- 热电偶测温原理是基于热电效应。
- 热电偶的四个基本定理：

- 均匀回路定律：

当热电偶回路的两种材料相同时，不论两结合点的温度是否相同，都不会产生热电势。另外，热电偶在两接点温度相同的情况下也不会产生热电势。
  - 中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种（或更多种）导体材料，只要接入的导体材料两端的温度相同，则对热电偶回路的热电势不产生影响。根据这一定律，可以将热电偶的一种导体断开，接入第三种导体，也可以将热电偶的一个接点断开，接入第三种导体。这样可以在热电偶回路中接入各种仪表和测量导线，可以采用任意焊接方法进行回路连接，而不会影响电势。
  - 中间温度定律：

任何两种均匀材料构成的热电偶，热端温度为、冷端温度为时的热电势等于此热电偶热端为t1、冷端为t3时的热电势和同一热电偶热端为t3、冷端为t2时的热电势代数和，如图3-40所示：

![](https://picture.home.tutu147.top:10443/2023/02/24/63f868f85b363.png)

通常，热电偶分度表是从冷端为0℃时作出的。在一般工程测量中，如果冷端不是0℃，就需要利用中间温度定律修正测量结果。
  - 标准电极定律：由材料A、B构成的热电偶，两端温度为t1，t2时的热电势，等于由材料A、C构成的热电偶，两端温度为t1，t2的热电势和由材料C、B构成的热电偶，两端温度仍为t1，t2时的热电势的代数和，如图3-41所示：

![](https://picture.home.tutu147.top:10443/2023/02/24/63f869b264fa1.png)
  - 实际使用的热电偶材料很多，因此热电偶材料相配的情况多种多样，常常找不到现成的热电势分度表，但只要找到这些材料与标准电极铂组成热电偶时的热电势分度表，利用标准电极定律便可获得这些材料相配体的热电势分度值。

## 第四章 信号调理

- 电桥根据供桥电压不同分为：直流电桥和交流电桥。
- 平衡条件：
  - 直流电桥：对臂电阻之积相等。
  - 交流电桥：对臂阻抗之积相等。相角之和相等。
- 电桥和差特性：
  - 邻臂同向电阻变化相同，电压变化相消。
  - 邻臂反向电阻变化，输出电压变化相加。
- 载波的参数：
  - 控制幅值——调幅
  - 控制频域——调频
  - 控制相频——调相
- 调制与解调：同步解调：把调幅波再次与原载波信号相乘，则频域的频谱图形将再次进行“搬移”，其结果是使原信号的频谱图形平移到0和正负2f0的频率处。
- 截止频率：指幅频特性值等于$A_0/\sqrt z$时所对应的频率点。
- 带宽：上下两截止频率之间的范围。表示滤波器的分辨能力。
- *模拟滤波器的应用：*

## 第五章 测试信号处理

- A/D转换过程包括采样、量化、编码。
- 数字信号处理基本步骤如下图。

![](https://picture.home.tutu147.top:10443/2023/02/24/63f8720a73ff6.png)
- 信号处理的目的：

- 剔除噪声与干扰，提高信噪比
  - 提取有用信号
  - 修正波形畸变
  - 信号变换
- A/D是模拟信号经采样，量化并转化为二进制的过程。
- A/D转换过程包括采样、量化、编码。
- A/D转换：把连续时间信号转换为与其对应的数字信号的过程。

最后修改：2023 年 02 月 24 日

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tutu • 2023 年 02 月 24 日

# 测试技术

## 第一章 测试信号及其描述

- 信号按以下几种分类

- 上图中集中信号的具体描述。

- 若满足函数$x_{(t)}=-x_{(t)}$，为奇函数。$a_0=0,a_n=0$傅里叶系数中只有正弦项：

$$
    b_n=\frac{4}{T}\int_0^{\frac{T}{2}}{x_{(t)}\sin \left( n\omega _0t \right) dt}
    $$
  - 若函数为偶函数$x_{(t)}=x_{(-t)}$，$b_n=0$，傅里叶系数中只有余弦项和常数项：

$$
    a_n=\frac{4}{T}\int_0^{\frac{T}{2}}{x_{(t)}\cos \left( n\omega _0t \right) dt}
    $$

- 时移性质：$x_{(t+t_0)}\Leftrightarrow x_{(\omega )}\ell ^{\pm j\omega t_0}$
  - 频移性质：$x_{(t)}\ell ^{\pm j\omega t_0}\Leftrightarrow x_{(\omega \mp \omega _0)}$
  - 卷积性质：

# 第二章

## 常用传感器

- 传感器的定义：能够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。
- 组成：敏感器件与转换元件。
- 分类

- 优点为：允许电流密度大,工作温度范围广。
  - 缺点为：输出信号微弱，是非线性的，抗干扰能力差。
- 半导体应变片基于压阻效应工作的

- 均匀回路定律：

![](https://picture.home.tutu147.top:10443/2023/02/24/63f868f85b363.png)

## 第四章 信号调理

## 第五章 测试信号处理

- A/D转换过程包括采样、量化、编码。
- 数字信号处理基本步骤如下图。

![](https://picture.home.tutu147.top:10443/2023/02/24/63f8720a73ff6.png)
- 信号处理的目的：

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