测试技术.doc

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第一章

在测试系统中，输入量与输出量之间一般是一一对应关系

信息与信号二者间的关系是信息在信号之钟

测量误差是指测量值与真实值的差值，有系统误差、随机误差和粗大误差3类。

测试数据处理的表达方法有表格法、图像法和经验公式法。

什么是测量？

什么是测试？

测量是指以确定被测对象值为目的的全部操作；测试是人们认识客观事物的方法，是具有实验性质的测量，是测量和试验的综合，是依靠一定的科学技术手段定量的获取某种研究对象原始信息的过程

测试系统一般由哪些部分组成？

各部分功能是什么？

测试系统一般由测量装置、标定装置和激励装置三部分组成、测量装置包括传感器、新号调理与信号分析仪器及显示、记录仪器三个部分。

传感器感受和市区被测的非电量信号，并把非电量信号转换成电信号，以便送入后续的仪器进行处理；信号调理仪器也称为中间转换电路，其目的是转换传感器送来的信号；信号分析仪器主要是对信号进行滤波、运算等，以求的信号中有用的特征值；显示仪、记录仪器的作用是提供人的直觉能够理解信息、标定装置用以找到测量装置的输入与输出之间的确切关系。

激励装置是根据测试内容的需要，是被测对象处于认为指定的工作状态，产生表征其信息的信号。

测试有哪些方法？

何为非电量测试法？

有何特点？

测试的方法主要有：

直接测量法和间接测量法；接触式测量和非接触式测量；静态表测量法和动态测量法；机械测量法、光测量法、气测量法、液测量法和电测量法、

非电量电测量法是将不同的被测机械量信号转换成相同的电信号，便于用同意的后继仪器进行处理和计算机分析的方法、这种测量方法的精度高、灵敏度高，特别适于动态测试，还便于进行远距离测量和控制，甚至可以进行无线遥控测量。

什么是测试误差？

误差有哪几种类型和表示方法？

表征测量结果质量的指标有哪些？

测量误差是测量结果与被测量真值之差、误差可分为系统误差、随机误差和粗大误差三种。

误差的表示方法有绝对误差、相对误差、和引用误差三种。

表征测量结果质量的指标主要有正确度、准确度和不确定度。

第二章

确定型号可分为周期和非周期两类，前者频谱具有的特点是离散，后者频谱具有的特点是连续。

信号的有效值又称均方根值，有效值的平方称均方根，它反映信号的强度。

余弦函数只有实频图，其图形关于纵轴对称；正弦函数只有虚频图，其图形关于远点对称。

工程中常见的周期信号，其谐波幅度总的趋势是随着谐波次数的增加而衰减的，因此，在频谱分析中，没必要取那些高次的谐波分量。

周期信号与瞬态信号都可以用频谱来表示。

周期量的频谱和瞬态两的睥睨铺区别在与：

前者是离散的，后者是连续的。

周期量的幅值谱的纵坐标表示，各次谐波的幅值，瞬态量的幅值谱纵坐标表示频谱密度。

对非周期信号，当时间尺度在压缩时，则其频谱带变宽，幅值压低。

什么是白噪声信号？

它有何特点？

白噪声信号是指信号的均值为零，功率谱密度在整个频域内为非零常数的噪声信号。

白噪声在各个频段上的功率是一样的，由于白光是由各种频率的单色光混合而成，因而此信号的这种具有平坦功率谱的性质被称做是“白色的”，此信号也因此被称为白噪声。

理想的白噪声具有无限带宽，因而其能量无限大，这在现实世界是不存在的。

什么叫信号的频带宽度？

如何确定？

把信号频谱中幅值下降到最大幅值的1/10时所对应的频率作为信号的频带宽度，也成为1/10法则。

信号的频宽可以根据信号频域波形确定，也可以根据信号的时域波形粗略确定。

对于有突变的信号，其频带宽度角宽，可取基频的10倍频宽；对于无突变的信号，其信号变化比较缓，可取其基频的3倍为频宽。

什么叫样本参数、参数估计和统计采样误差？

从随机信号中截取有限时间样本记录来计算出相应的特征参数称为样本参数；使用有限数目的样本记录来计算相应的样本参数并作为随机信号特征参数的估计值称为参数估计；由有限样本记录获取样本参数，以此样本参数作为随机信号特征参数的估计值所带来的误差称为统计采样误差。

第三章

在相关分析中，自相关函数保留了原信号的幅值与频率信息，丢失了相位信息，互相关函数则保留了幅值、相位差和频率信息

相关分析在工业中的主要应用有同频检测、相关滤波、信号成分分类型识别。

自相关函数是一个周期函数时，则原信号是一个同频率的周期信号；而自相关函数是一个脉冲信号时，原信号是宽带随机信号或白噪声。

在同频测试技术中，两信号的频率与相关关系可用同频一定相关、相关一定同频来进行概括。

常用的窗函数有矩形窗、三角窗、汉宁窗、海明窗、高斯窗。

频率混叠是由于采样频率过低，泄漏是由于截断引起的。

当=0时，信号的自相关函数值为最大值，它也等于信号的均方值

自相关函数能将淹没在噪声中周期信号提取出来，其保持频率不变，而丢失了相位信息。

对周期信号应进行整周期截断，这是获得准确频谱的先决条件。

信号经截断，其宽带将变为无限宽，因此，无论采样频率多高，将不可避免的发生混叠，从而导致误差。

信号处理的目的是什么？

（1）消除或削弱混杂在信号中的噪声、干扰，提高信噪比。

（2）将信号中感兴趣的部分强化、突出，以利于分析。

（3）修正信号波形的畸变，减小测量误差。

（4）将信号变换为更为符合要求的形式，便于分析、识别和解释。

信号处理有哪些主要方法？

各方法的主要内容是什么？

（1）频谱分析法：

研究信号领域构成

（2）相关分析法：

研究信号在不同时刻的相似性和关联性。

（3）功率谱分析法：

从领域中提供相关法分析说明提供的所有信息

数字信号处理方法与模拟信号处理方法有何不同？

模拟新号处理方法是直接对连续时间信号进行分析处理的方法。

其分析是按照一定的数学模型所组成的运算网络来实现的，即使用模拟滤波器、乘法器、微分放大器等一系列模拟运算电路构成模拟处理系统来获取信号的特征参数，如均值、均方根值、自相关函数、概率密度函数、功率谱密度函数等；数字信号处理方法是用数字方法处理信号，它可以在专用的数字信号处理仪上进行，也可以在通用计算机或dsp芯片上面通过编程实现。

在运算速度、分辨率和功能等方面，数字信号处理技术都优于模拟信号处理技术。

为了符合采样定理，使信号在做数字处理时不发生混叠，可采取哪些措施？

（1）提高采样频率

（2）降低信号中的最高频率

信号在加窗处理后会产生什么后果？

如何抑制这种后果？

信号在加窗处理后会产生泄漏，从而造成频谱函数的皱折效应，使频谱失真。

为了抑制这种后果的产生，可采用增长截断长度或采样不用的窗函数等措施。

截断会使信号的频谱发生什么变化？

截断实际上是在时域进行乘积，由傅立叶变换的特性，时域乘积会导致频域卷积，因此，截断后信号的频谱等于原信号的频谱与窗函数的频谱做卷积。

什么是矩形窗？

它的频谱有何特点？

矩形窗属于时间变量的零次幂窗，它的时域表达式为，该窗的有点是主瓣比较集中，缺点是旁瓣比较高，并且有负旁瓣，导致变换中带进了高频干扰和泄漏，甚至出现负谱的现象。

对随机信号或周期信号进行加窗处理应选用哪种窗函数？

说明理由。

在截取随机信号或对周期信号的截断为非周期时，被截取的信号两端会产生不连续的间断点，从而会在频谱中产生额外高频成分，造成泄漏误差。

汉宁窗可有效的抑制泄漏，因此对随机信号或周期信号加汉宁窗。

对冲击或瞬态信号进行加窗处理应选用哪种窗函数？

说明理由。

冲击和瞬态过程的情况与随机信号和周期信号有所不同，这些信号随时间衰减。

一般说来，开始时信号的信噪比比较好，随着相应信号的衰减，信噪比变差，如果仍对这种信号加汉宁窗，由于汉宁窗对信号起始端的平滑起削弱作用，就会打打影响到信号最重要部分。

因此一般不加汉宁窗而加矩形窗或者指数窗。

栅栏效应对周期信号处理有何影响？

如何避免？

由于周期信号的频谱是离散的，栅栏效应会使周期信号的采样点上重要的信息被忽略，从而丢失重要的或具有特征信息的频率成分，导致整个信号处理市区意义或失败。

对周期信号处理，避免栅栏效应的非常有效的措施是“整周期截取”

试述正弦波信号、正弦波加随机噪声信号、窄带随机噪声和宽带随机噪声信号自相关函数的特点。

（1）单一频率正弦波信号的自相关函数是同频率余弦函数，永不衰减。

（2）正弦波加随机噪声信号的自相关函数具有明显的周期性，并且在时都不衰减。

（3）窄带随机噪声信号的自相关函数具有缓慢的衰减性，在时，

（4）宽带随机噪声信号的自相关函数具有很快的衰减性，稍大时，

输入与输出信号y（t）的相干函数值为0，1及0~1之间，说明什么？

相干函数值为0，表示输出信号与输入信号不相干，输出完全是由干扰、噪声所引起的；相干函数为1时，表示输出信号与输入信号完全相干，系统不受干扰而且系统是线性的；相干函数值在0~1之间，表示3种可能，一是测试中可能有外界噪声干扰；二是输出可能是输入与其他输入的综合输出；三是联系输入信号x（t）与输出信号y（t）的系统可能是非线性的。

相关分析在工程上有哪些应用？

应用先骨干分析可以辨识不同类别的信号、有效地检测出信号中有无周期成分、线性定位和相关测速测距；还可以分析复杂信号的频谱、在混有周期成分信号中提取特定的频率成分等。

功率频谱分析在工程上有哪些应用？

应用攻略谱分析可获取系统的频率结构特性、测定系统的滞后时间、对设备进行故障检测、对选择机械震动特性进行检测等。

第四章

理想的测量系统应该具有单值的、确定的输入---输出关系，其中以输出和输入成线性关系，则称为线性系统。

测试装置的结构参数不随时间而变化的系统称为定常系统。

若输入与输出成线性关系，则称为线性系统。

测试系统动态特性参数的测试方法为稳态响应法、脉冲响应法和阶跃响应法。

测试系统动态不失真测试的频率相应特性的条件为：

幅频特性为常数、相频特性为线性。

理想测试系统的特性为叠加性、比例特性、微分特性、积分特性和频率保持性。

测试系统的静态指标主要有：

灵敏度、非线性度和回程误差。

一般说来，测试系统的灵敏度越高，其测量范围越窄。

反正测试系统动态特性的函数主要有：

传递函数、频率响应函数和阶跃响应函数等。

零初始条件下，测试装置的输出信号拉普拉斯变换与输入信号拉普拉斯变换之比称为装置的传递函数。

测试系统的基本要求有那些？

对测试系统的基本要求就是使测试系统的输出信号能够真实的反映被测物理量的变化过程，不使信号发生畸变，即实现不失真测试。

一个理想的测试系统应该具有单一的、确定的输入、输出关系，即对与每个确定的输入量，都应有唯一的输出量与之对应，并且以输出和输入呈线性关系为最佳。

而且系统的特性不应随时间的推移发生改变。

线性系统频率保持性在测量中有何作用？

线性系统频率保持性，在测试工作中具有非常重要的作用。

因为在实际测试中，测试得到的信号常常会受到其他信号或噪声的干扰，只有与输入信号频率相同的成分可能是由输入引起的相应，其他的频率成分都是干扰噪声。

利用这一特性，就可以采用相应的滤波技术，在有很强的噪声干扰的情况下，也能将有用的信息提取出来。

同样，在故障诊断中，根据测试信号的主要频率成分，在排除干扰的基础上，依据频率保持特性推出输入信号也应包含该频率成分，通过寻找产生该频率成分的原因，就可以诊断出故障的原因。

什么叫灵敏度和分辨率？

灵敏度是表征测试系统对输入信号变化的一种反应能力。

一般情况下，当系统的输入x有一个微小的增量时，将引起系统的输出y也发生相应的微量变化，则定义该系统的灵敏度为。

分辨率是指测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量，通常是以最小单位输出量所对应的输入量来表示的，是用来描述装置对输入微小变化的响应能力，分辨率与灵敏度有密切的关系，它是灵敏度的倒数。

一个测试系统的分辨率越高，表示它所能检测出的输入量最小变化量的值越小。

对于数字测试系统，其输出显示系统的最后一位所代表的输入量即为该系统的分辨率；对于模拟测试系统，使用其输出指示标尺最小分度值的一半所代表的输入量来表示其分辨