测试技术考点归纳分解.docx

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测试技术考点归纳分解

第一章

1.传感器的组成：

敏感元件，转换元件，转换电路。

2.传感器的静态特性有非线性度、灵敏度、迟滞（回程误差）和重复性等。

3.非线性度：

标定曲线偏离其拟合直线的程度（拟合直线的确定，可用最小二乘法）。

4.灵敏度：

测试系统在静态测量时被测量的单位变换量引起的输出变化量。

1）线性系统的灵敏度S为常数，静态特性曲线的斜率越大，其灵敏度就越高。

2）装置的灵敏度越高，就越容易受到外界干扰的影响，即装置的稳定性越差。

5.回程误差（迟滞，滞后）：

传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象。

6.重复性：

同一个测点，测试系统安同一方向作全量程的多次重复测量时，每一次的输出值都不是一样的，是随机的。

反映的测量值的分散性，随机性。

7.零点漂移：

传感器在受到环境影响（主要是温度）时，其零位动态变化的现象。

8.温度漂移：

传感器在外界温度下输出量的变换，温度稳定性。

第二章

1.引用误差：

表征仪器仪表的误差的物理量，是相对误差。

2.误差的分类:

系统误差，随机误差，粗大误差。

3.算术平均值是反映随机误差的分布中心，而标准差则反映随机误差的分布范围。

4.粗大误差的判别：

3ɑ准则，格罗布斯准则。

阿贝准则适用于发现周期性系统误差。

马利科夫准则适用于发现线性系统误差。

5.测量结果的最可信赖值应在残差平方和为最小的条件下求出，这就是最小二乘迭法原理。

第三章

1.信号的分类（按信号能量是否有限）：

能量信号（平均功率为零），功率信号（平均功率有限）。

2.傅里叶级数有三角函数展开式和指数函数展开式两种表达形式。

3.比较傅立叶级数的两种展开形式可知：

1）复指数函数形式的频谱为双边谱，三角函数形式的频谱为单边谱；

2）两种频谱各谐波幅值在量值上有确定的关系；

3）双边幅频谱为偶函数，双边相频谱为奇函数。

4.非周期信号的幅频谱|X（f）|是连续谱，周期信号的幅频谱|Cn|是离散谱（二者量纲不同，前者是频谱密度函数，后者是信号幅值）。

5.傅里叶变换的主要性质：

（1）傅里叶变换不改变奇偶性；

（2）偶函数变换不改变虚实性；

（3）奇函数变换改变虚实性；

6.当一个信号中包含多个频率成分时，为了避免混叠，一边采样后仍能准确地恢复原信号，要求采样频率

，必须高于信号频率成分中最高频率

的2倍，即

。

这就是采样定理。

第四章

1.线性时不变系统有两个重要的性质:

叠加性和频率保持性。

2.零阶系统（比例系统）

一阶系统（惯性系统）

二阶系统（二阶惯性系统、二阶振荡系统）

3.τ越小，响应越快，动态性能越好。

4.固有频率ωn越高，系统的响应越快。

补充：

当ωn为常数时，测试系统的响应取决于阻尼比ξ

ξ=0，为无阻尼，产生等幅振荡，达不到稳态；

ξ＞1为过阻尼，无振荡的衰减过程，但达到稳态所需时间较长；

0＜ξ<1，为欠阻尼，衰减振荡过程，达到稳态值所需时间随ξ的减小而加长；

ξ=1，临界阻尼，响应时间最短。

5.对于二阶测试系统推荐采用值ξ为0.7左右，ω≤0.4ωn（工程推荐值）。

第五章

1.电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应。

2.应变片的灵敏系数K恒小于同一材料金属丝的灵敏系数Ks，其原因是受到横向效应的影响。

横向效应：

由于横向应变使总电阻相对变化量减少的现象。

温度效应：

由温度变化造成虚假应变的现象称作温度效应。

1）产生原因：

温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生的附加应变

试件材料与敏感栅材料线膨胀系数不同使应变片产生附加应变

2）温度补偿的方法有桥路补偿法和应变片自补偿法。

3.半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应（压阻效应是指当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。

）

4.电阻应变片的主要参数

（1）灵敏系数（静态灵敏度K）：

其误差的大小是衡量应变片质量优劣的主要标志。

（2）疲劳寿命：

它反映了应变片对于动态应变的适应能力。

（3）绝缘电阻：

它是检查应变片的粘贴质量以及粘接层固化程度和是否受潮的标志。

（4）机械滞后是指对已安装的应变片，在温度恒定时，加载和卸载过程中同一载荷下指示应变的最大差值。

（5）零漂是指对已安装的应变片，在温度恒定且试件不受力的条件下，指示应变随时间的变化。

（6）蠕变是指对已安装的应变片，在温度恒定并承受恒定的机械应变时，指示应变随时间的变化。

5.应变片测量电桥在工作前应使用直流电桥平衡，称为预调平衡。

6.直流电桥时：

（1）单臂电桥

=

U

（2）双臂电桥

=

U

（3）全桥

=

U

7.交流电桥的平衡条件

=

和

+

=

+

（相对臂阻抗模的乘积必须相等，相对臂阻抗角的和必须相等）

直流电路平衡条件和预调平衡条件：

R1R4=R2R3.

8.交流电桥的预调平衡有电阻预调平衡，电容预调平衡（其中电容预调平衡的条件是R1R4=R2R3和R1C1=R2C2。

）

9.压阻式传感器的应用：

电子秤。

第六章

1.电容式传感器可以分为变间隙（极距）式、变面积式和变介电常数式。

2.电容式传感器做成差动式结构以后，灵敏度提高了一倍，非线性度大大降低了。

3.电容式传感器的应用：

（1）变极距d：

差动式电容测厚仪

微压/升压电容传感器

（2）变介电常数§：

液位/物位/限位

电容式接近开关

延时起爆器钻地导弹

（3）变极板面积S：

调频收音机

4.电容式传感器的信号调理电路：

1.）电桥电路

2.）调频电路

3.）谐振电路

4.）运算放大器式电路

5.）脉冲宽度调制电路

5.运算放大器式电路的优点是能够将电容式传感器的非线性特性转换为线性关系（前提条件是运算放大器的放大倍数K→无穷大、输入阻抗

→无穷大。

）

6.对于差动脉冲调宽电路，不论是改变平板电容器的极板面积或是极板距离，电容器变化量与输出量都成为线性关系。

可见：

1）差动脉冲调宽电路能适用于任何差动式电容传感器，并具有理论上的线性特性；

2）该电路采用直流电源，电压稳定度高，不存在稳频、波形纯度的要求，也不需要相敏检波与解调等；

3）对元件没有线性要求；

4）经低通滤波器可输出较大的直流电压，对输出矩形波的纯度要求也不高。

7.影响电容式传感器精度的因素分析

温度的影响（温度系数小）

边缘效应（等位环）

边缘效应：

电容器两极板间的电场在中心部分的分布均匀，边缘部分的分布不均匀的现象。

（滑动变阻器——声量）

第七章

1.电感式传感器的类型：

变气隙厚度的电感式传感器，变气隙面积式电感式传感器，螺管型电感式传感器（有单螺管线圈型和双螺管线圈型（也称为差动螺管型）两种。

）

2.变气隙厚度的电感式传感器，采用差动式结构后，灵敏度可以提高一倍，并且非线性误差减小。

3.变气隙面积的电感式传感器，在忽略边缘效应的条件下，其电感量L与面积S成线性关系。

4.变压器式交流电桥，当传感器的铁芯处于中间位置时，即Z1=Z2=Z，此时有

=0，电桥平衡。

8.零点残余电压——零位误差

9.螺管式差动变压器次级线圈S1和S2反极性串联。

10.差动变压器的信号调节电路常用的测量电路有差动整流电路和相敏检波电路。

11.涡流式传感器可分为高频反射式涡流传感器和低频透射式涡流传感器。

前者用于测量位移，后者用于测量厚度。

12.涡流式传感器的应用：

（1）无损检测（探伤）；

（2）安检门

13.对于单螺管线圈型，当x=0.5l时，传感器灵敏度最高；

对于双螺管线圈型，当x=0.6l时，传感器灵敏度最高。

14.相敏检波电路的作用：

（1）判断衔铁移动方向；

（2）消除零位误差；（3）滤除高频噪声。

15.消除温度漂移的方法：

（1）采用恒流源作激励；

（2）提高线圈品质因数；（3）采用差动电桥；（4）合理匹配线膨胀系数。

16.改善非线性特性的方法：

（1）采用差动结构；

（2）限制衔铁的最大位移量。

第八章

1.压电式传感器的工作原理是基于压电效应。

2.压电式传感器通常是利用纵向压电效应来实现的。

3.电能

机械能；

电能

机械能。

4.压电材料的三个特性：

（1）压电常数——衡量材料压电效应的强弱：

灵敏度。

（2）机电耦合系数——机电转换效率。

（3）居里点——压电材料开始丧失压电特性的温度，表征材料对温度的稳定性。

5.石英晶体x轴为电轴，y轴为机械轴，z轴为光轴。

6.压电陶瓷由无数细微的电畴组成。

为了使压电陶瓷具有压电效应，必须进行极化处理。

7.只有在外电路负载

为无穷大、内部无漏电时，压电式传感器受力所产生的电荷及其形成的电压U才能长期保存下来。

8.压电元件并联时，输出电荷；串联时，输出电压。

9.前置放大器的两个作用：

（1）把压电式传感器的微弱信号放大；

（2）把传感器高阻抗输出变换为低阻抗输出。

12.前置放大器有电压放大器和电荷放大器。

13.电压放大器又称阻抗放大器。

它的主要作用是把压电传感器的高阻抗变换为低输出阻抗，并将微弱信号进行适当放大。

14.当作用在压电元件上的力是静态力（w=0）时，则前置放大器的输出电压等于零，电荷就会通过放大器的输入电阻和传感器本身的泄露电阻漏掉。

这也就从原理上决定了压电传感器不能测量静态物理量。

15.电压放大器的一个缺点：

连接电缆不宜过长，而且也不能随意更换电缆，否则会使传感器实际灵敏度与出厂校正灵敏度不一致，从而导致测量误差。

16.电荷放大器能将高内阻的电荷源转换为低内阻的电压源，而且输出电压正比于输入电荷。

17.电荷放大器的优点是，在一定条件下，传感器的灵敏度与电缆长度无关。

18.压电式传感器的应用——破甲弹。

第九章

1.热电偶的测温原理是基于热电效应。

2.T热端/工作端/测量端

冷端/参考端/自由端

3.热电动势=接触电势+温差电势。

4.形成热电势的两个必要条件：

（1）两种导体的材料不同；

（2）接点的温度不同。

5.我国把性能符合专业标准或国标并具有统一分度表的热电偶材料称为定型热电偶材料。

6.集成温度传感器就是利用pn结的伏安特性与温度之间的关系研制成的一种固态传感器。

第十章

1.光栅传感器由光栅读数头和光栅数显表组成。

2.光栅数显表是实现细分、辨向（可逆计数器）和显示功能的电子系统。

3.为了提高分辨率能够测量比栅距更小的位移，采用细分技术。

4.对莫尔条纹的细分方法有电子细分法（四倍频细分）、光学细分法和机械细分法。

5.编码器分为脉冲盘式（增量式）和码盘式（绝对式）。

6.脉冲盘式编码器（增量式编码器）的输出是一系列脉冲，需要一个计数系统对脉冲进行加减（正向或反向旋转时）累计计数，一般还需要一个基准数据即零位基准，才能完成角位移测量。

（增量式编码器需要计数系统和零位基准才能测旋转角度。

）

7.直线感应同步器由定尺和滑尺两部分组成。

8.根据感应同步器输出信号的处理方式，可分为鉴幅型数字位移测量系统和鉴相型数字位移测量系统。

9.超声波的传播波型主要可分为纵波（三态）、横波（固体）、表面波（固体表面）。

第十一章

1.光电器件工作的物理基础是光电效应。

光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类

2.CCD的突出特点是以电荷作为信号。

CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。

3.构成CCD的基本单元是MOS电容器，Si

层，金属电极，像素。

4.表面陷阱耗尽层

5.外加在MOS电容器上的电压愈高，产生势阱愈深；可使信号电荷由势阱浅处流向势阱深处，实现信号电荷的转移。

6.CCD中信号电荷的产生有两种方式：

电注入和光注入。

7.固态图像传感器（CCD）从结构上讲可以分为线型和面型两类。

8.分辨率通常有两种不同的表示方式：

一种是极限分辨率；另一种是调制传递函数（MTF）。

1）极限分辨率是指人眼能够分辨的最细线条数，有很大的主观性。

2）调制传递函数（MTF）能够客观地反映CCD传感器对于不同空间频率的目标成像的清晰程度。

9.在无光条件下，图像传感器仍能产生的输出噪声电流称为暗电流。

10.CCD的应用：

（1）尺寸测量——非接触的在线自动检测。

（2）图像传真。

（3）文字识别。

11.红外辐射的物理本质是热辐射。

物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。

红外辐射是以波的形式在空间直线传播的。

12.红外传感器（也称为红外探测器）是能将红外辐射能转换成电能的光电器件。

13.根据探测机理可分为热传感器（基于热电效应）和光子传感器（基于光电效应）。

14.噪声等效功率是信噪比为1的红外传感器探测到的最小辐射功率。

15.探测率（D）与比探测率（D*）

1）它等于噪声等效功率的倒数。

2）探测率越高，传感器越灵敏。

3）比探测率又叫归一化探测率，或者叫探测灵敏度。

4）比探测率与传感器的灵敏元件面积和放大器的带宽无关。

5）D*越高，传感器的灵敏度越高，性能越好。

16.红外传感器的时间常数越小，则它对红外辐射的响应速度越快。

17.光子传感器是利用某些半导体材料在入射光的照射下，产生光子效应，使材料电学性质发生变化。

18.按照光子传感器的工作原理，分为内光电和外光电传感器。