1、第 1 章：测试系统组成框图：激励装置-被测对象- 传感器- 信号调理-信号分析与处理（两个信号合称中间变换装置）-显示记录7 页：绝对误差:测量值 X 与真值 A0 之差。=X-A0。绝对误差可正可负62 页：引用误差：等于绝对误差除以满量程第 2 章周期信号的频谱特点：离散性，谐波性（频谱中的每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，基波频率是各分量频率的公约数） ，收敛性。信号频宽的大小与允许误差的大小有关，通常把频谱中的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，称为 1/10 法则。对于无跃变的信号，其占有频带较窄，一般取基频的 3 倍为频宽。对于有跃变的信号，占有频
2、带较宽，一般取基频的 10 倍为频宽。非周期信号的频谱：看成是周期 T 为无穷大的周期信号。非周期信号：准周期信号，瞬态信号。非周期信号傅立叶变换性质：对称性 x(t)X(w),Xt=2.时移特性，频移特性非周期信号的频谱特点：1.非周期信号可以分解成许多不同频率的正弦，余弦分量之和，但它包含了从 0 到无穷大的所有频率分量。2.非周期信号的频率是连续的。3.非周期信号的频谱由频谱函数密度描述，表示单位上频宽上的幅值和相位。第 3 章产生回程误差原因：1.测试系统中有吸收能量的元件，如磁性元件和弹性元件 2.在机械结构中存在摩擦和间隙等缺陷。精度：即精确度，也叫准确度。表征测试系统的测量结果和
3、被测量真值的符合程度，反映了测试系统中系统误差和随机误差的综合影响。定量描述有：1.用测量误差来表征。2.用不确定度来表征。3.简化表示。测试系统的动态特性在复频域可用传递函数来描述，在频域可用频率响应函数来描述，在时域可用微分方程，脉冲响应函数，阶跃响应函数来描述。一阶和二阶系统的频率响应：一阶：RC 电路是低通滤波。t=a1/a0,系统是时间常数，S=b0/a0，系统的静态灵敏度。对于线性系统，S 为常数，不影响系统的动态特性。在动态特性分析时，常常约定采用 S=1。H(s)=1/（ts+1 ） 。一阶系统特点：1.一阶系统是一个低通环节，适用于测量缓变或低频信号。2.时间常数 t 决定着
4、一阶系统适用的频率范围。t 越小转折频率就越大，测试系统的动态范围越宽，反之，t 越大系统的动态范围就越小，所以 t 是反映系统动态特性的重要参数。为了减少一阶系统的稳态相应动态参数，增大工作频率范围，应尽可能采用时间常数 t 小的测试系统。二阶：RLC 电路是二阶系统二阶系统特点：1.二阶也是一个低通环节，2.二阶系统的频率响应与阻尼比有关。w 从 0 到，相位差从 0 到 180.。3.二阶系统的频率响应与固有频率 w0 有关。系统不失真的测试条件：1.系统的幅频特性为常数，具有无限宽的通频带。2.系统的相频特性是过原点向负方向延伸的直线。要设计一个不失真测试系统，一般要注意组成环节应尽可
5、能少，原则上在信号频带内都应能使每个环节基本满足不失真测试的要求。第 4 章：传感器定义：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置基本功能：是检测信号和信号转换。分类：按被测量分类，按测量原理分类，按能量关系分类，按信号变换特征分类，按输出量分类（模拟式传感器和数字式传感器） ，按照测量分类（接触式传感器和非接触式传感器）性能指标：输入量性能指标，静态性能指标，动态性能指标，可靠性指标，对环境要求指标，使用及配接要求。第 5 章电阻应变式传感器 ：弹性敏感元件和电阻应变片组成。特点 ：1.尺寸小，重量轻，良好的动态特性，适用于静态和动态测量，频率响应好。2.测量应变的灵敏
6、度和精度高，可测量 12um 应变，误差小于 12%。3. 可测量弹性变形，也可塑性变形。4.结构简单，环境适应性好。5.能量损耗小。 缺点： 输出信号微弱，在大应变状态下有较明显的非线性，电缆分布电容大。按工作原理分为：电阻应变式，变阻器式 R=密度*L/A电桥的和差特性的实际意义：提高灵敏度，实现温度补偿，消除非测量载荷的影响交流电桥的调制与解调交流电桥的调制与解调被测量经传感器变换输出的电信号多为低频缓变的微弱信号，还往往有各种噪声信号。调制的主要功用：为了将测量信号从含有噪声的信号中分离出来，调制就是用被测信号（称为调制信号）去控制载波信号，让后者的某一特征参数按前者变化。解调：在将被
7、测信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号1) 目的：解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题，提高被测信号抗干扰能力常用的调制方法载波信号为高频正弦信号（幅值、频率、相位）,即调幅、调频和调相；载波信号为脉冲信号（宽度等），即脉冲调宽。对应于正弦信号的三要素：幅值、频率和相位，调制可分为调幅AM、调频FM和调相PM；其波形分别称为调幅波、调频波和调相波。2) 调幅与解调原理调幅是将一个高频正弦信号(载波)与被测信号相乘，使载波信号的幅值随被测信号的变化而变化。若调制信号为简谐信号（正弦或余弦，单一频率fs），若调制信号为一般周期信号，其包含多
8、个频率分量(f1、f2 、)，调幅波的频谱都是离散谱。若调制信号为瞬态信号 (连续谱，信号最高频率fm)，则调幅波的频谱也是连续谱，位于f0 fm之间。只有f0fm，频谱不会产生交叠现象。为了正确进行信号调制，调幅信号的频宽（2fm）相对于中心频率（载波频率f0）应越小越好，实际载波频率通常f010fm解调时，滤波器能较好地将调制信号与载波信号分开，检出调制信号。但载波频率的提高受到后续放大电路截止频率的限制。幅值调制装置实质上是一个乘法器，在实际应用中经常采用交流电桥作调制装置，以高频振荡电源供给电桥作为载波信号，则电桥的输出为调幅波。第 6 章电感式传感器：原理：利用电磁感应原理，将被测非
9、电量转换成线圈自感量或互感量变化的一种装置。缺点：存在交流零位信号及不适用于高频动态测量。按工作原理分成：自感式，互感式和电涡流式电涡流式传感器应用：测量（轴振摆，轴回转，转速，厚度） ，物件计数，表面探伤电涡流式传感器的特点非接触测量，抗干扰能力强灵敏度高分辨力高，位移检测范围：1mm10mm，最高分辨率可达0.1%。结构简单，使用方便，不受油液等介质影响第7章电容式传感器：原理：以各种类型的电容器件作为传感原件，通过电容传感器原件将被测量转换成电容量的变化。分类：按电容器变化参数分:极矩变化型，面积变化型和介电常数变化型注意：极矩变化型:优点灵敏度高，缺点非线性特性。面积变化型 :输入输出
10、呈线性关系，灵敏度低，使用大位移和角位移实际应用中，为提高传感器灵敏度，改善非线性，电容式传感器常采用差动式结构消除外界干扰所造成的误差。第 8 章压电式传感器：原理：基于某些晶体材料的压电效应，是无源传感器也叫自发式和机电转换式传感器。压电效应：正向压电效应和逆向压电效应（电致伸缩效应） 。正向是有力产生电荷，逆向是电场产生机械形变。压电效应：某些物质，收到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部被极化，表面产生电荷，当外力去掉时又重新回到原来的状态。测量电路（放大电路） ，原因和方法和作用。压电式传感器输出信号很小，本身内阻很小，输出阻抗很大，给后续测量电路提出很高的要求。为了解决这一
11、问题，把传感器输出信号先送到一个高输入阻抗放大器，经过阻抗变换后在接入一般的放大，检波电路处理，才可以将输出信号提供给显示及记录仪表。与传感器配接的高阻抗输入放大器称为前置放大器。前置放大器两个作用：一是从传感器输入的高阻抗变为低阻抗输出，二把传感器输出的微弱信号进行放大。前置放大器分：电压和电荷放大器目前多采用性能稳定的电荷放大器。161 图压电式传感器应用：加速度传感器，测力传感器。压力传感器第 9 章霍尔传感器：霍尔效应：当电流垂直于外磁场方向通过导体或半导体薄片时,在垂直于电流和磁场方向的两侧产生电势差的现象器件电流(控制电流或输入电流):流入到器件内的电流。电流端子A、B相应地称为器
12、件电流端、控制电流端或输入电流端。霍耳输出端的端子C、D相应地称为霍耳端或输出端。若霍耳端子间连接负载,称为霍耳负载电阻或霍耳负载。电流电极间的电阻，称为输入电阻，或者控制内阻。霍耳端子间的电阻，称为输出电阻或霍耳侧内部电阻。2、霍耳电势 UH K HIBcos第 10 章光电式传感器：将光信号转换成电量的一种变换器，光电式传感器工作理论基础是光电效应。光电效应：由于物体吸收了能量为 E 的光子后产生的电效应。光电效应分为：外光电效应。内光电效应，光生伏特效应。外光电效应在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应当光照射在物体上，使物体的电阻率发生变化，或产生光生电动
13、势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类。光生伏特效应在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。接触的半导体和PN结中，当光线照射其接触区域时，产生光电动势的现象，称为结光电效应外光电效应的光电元件：光米管，光电倍增管。闪光电效应的光电元件：光敏电阻。光生伏特效应的光电元件：光电池，光敏二极管和光敏三极管第 11 章热电式传感器：一种将温度变化转换成电量的装置。利用某些材料或元件的性能随温度变化的特性来进行测量的。 （分为接触式传感器和非接触式传感器）接触式有：膨胀式温度计，热电阻温度计，热电偶。热电偶的
14、特点：种类多，适应性强，结构简单，应用广泛。需注意冷端温度补偿及动圈式仪表电阻对测量结果的影响。热敏电阻：（测温范围：-50300）体积小，响应快，灵敏度高，线性差，需注意环境温度的影响。11.2 热电阻：利用导体和半导体的电阻随温度变化的特性测量温度的。用金属或半导体材料作为温度元件的传感器，分别称为金属热电阻和热敏电阻。 （目前应用较广泛的金属热电阻材料是铂和铜）金属热电阻：（-200500）特点是：精度高，性能稳定，但热惯性大，因而响应速度不快。实际测温中用三线式电桥连接法来作为测量电路。热敏电阻：按半导体电阻随温度变化的特性分为:正温度系数（ PTC） ，负温度系数(NTC),临界温度
15、系数(CTR)。热敏电阻和金属热电阻比较：电阻温度系数大，灵敏度高，可测量微弱温度信号，体积小，热惯性小，响应速度快，适用于动态测量，热敏电阻的电阻值大，稳定性好。缺点是非线性严重，元件的互换性和稳定性差。由于热敏电阻的阻值随温度改变显著，只要很小的电流流过热敏电阻，就能产生明显的电压变化，而电流对热敏电阻自身有加热作用，所以注意勿使电流过大，以防带来测量误差。11.3 热电偶：两种不痛的金属导体 A 和 B 组成一个闭合回路，若两个结合点的温度不同，则在回路中就有电流产生，这种现象称为热电效应，相应的电势称为热电势。两种不同的金属 AB 组成的闭合回路称为热电偶， A.B 称为热电极，两电极
16、的连接点称为接点。热电势是由于两个导体接点的接触电势和同一导体的温差电势组成的。热电势的大小仅与热电极材料的性质，两个接点的温度有关，与热电偶的尺寸和形状无关。热电偶测量温度是用电偶分度表来确定被测温度，分度表是将冷端温度保持为 0 度，通过实验建立热电势与温度之间的函数关系。热电偶的基本定律：中间导体定律，中间温度定律，标准电极定律。对热电极材料的要求：1.测量范围内热电性稳定，不随时间变化。2.组成的热电偶电势要大，热电势与时间之间为线性或近似为线性关系 3.电阻温度系数要小，导电率高 4.制造方便，易于复制，有良好的互换性。热电偶的冷端温度补偿：冷端恒温法，补偿导线法（0100） ，补偿电路法(040）角度编码器是测量角位移的最直接，最有效的数字式传感器，将角位移转换成增量脉冲或二进制编码。有增量编码器和绝对编码器。根据其结构分为接触式，光电式和电磁式。光电编码器：
