111 1、点阵式全像立体光栅 是一种新型的立体表现方式，（也叫矩阵立体光栅）它的材料、观看、制作不同于柱镜立体光栅材料和狭缝立体光栅材料，制作出来的图象可以从上下、左右看。 2、柱镜光栅：表面有槽； 狭缝光栅：表面光滑，配合灯光效果极佳。有颜色。柱镜光栅种类繁多主要有板材和模材两大类，其成像原理为弧面透镜折射反射成像原理。1光栅尺的构造和种类光栅尺包括标尺光栅和指示光栅，它是用真空镀膜的方法光刻上均匀密集线纹的透明玻璃片或长条形金属镜面。 对于长光栅，这些线纹相互平行，各线纹之间距离相等，我们称此距离为栅距。对于圆光栅，这些线纹是等栅距角的向心条纹。栅距和栅距角是决定光栅光学性质的基本参数。常见的长光栅的线纹密度为25,50,100,125,250条／mm。对于圆光栅，若直径为70mm,一周内刻线100-768条；若直径为110mm，一周内刻线达600-1024条，甚至更高。同一个光栅元件，其标尺光栅和指示光栅的线纹密度必须相同。 222] 光栅的结构和类型 光册主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。通常，标尺光栅固定在活动部件上，如机床的上作台或耸钉卜。光栅读数头则安装在固定部件L、川机床的底限L。当活动部件移动时，读数头和标尺光栅也就阳之做相对的移动。 333 光栅尺：其实起到的作用是对刀具和工件的坐标起一个检测的作用，在数控机床中常用来观察其是否走刀有误差，以起到一个补偿刀具的运动的误差的补偿作用，其实就象人眼睛看到我切割偏没偏的作用，然后可以给手起到一个是否要调整我是否要改变用力的标准。 一、位移传感器基本原理 光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90°的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。444 1、辨向原理在实际应用中，位移具有两个方向，即选定一个方向后，位移有正负之分，因此用一个光电元件测定莫尔条纹信号确定不了位移方向。为了辨向，需要有π/2相位差的两个莫尔条纹信号。如图2，在相距1/4条纹间距的位置上安放两个光电元件，得到两个相位差π/2的电信号u01和u02，经过整形后得到两个方波信号u01’和u02’。光栅正向移动时u01超前u02 90度，反向移动时u02超前u01 90度，故通过电路辨相可确定光栅运动方向。
莫尔条纹 机电科学与工程系 电子信息工程
莫尔条纹是十八世纪法国研究人员莫尔先生首先发现的一种光学现象。所谓莫尔条纹，是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹。数控方面的莫尔条纹是由光栅固定在机床活动部件上，读数头装在机床固定部件上，并且两者相互平行放置，在光源的照射下形成明暗相见的条纹。 莫尔条纹具有如下特点：变化规律，两片光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹距离。由于光的衍射与干涉作用，莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数，变化周期数与光栅相对位移的栅距数同步；放大作用，在两光栅栅线夹角较小的情况下，莫尔条纹宽度W和光栅栅距ω、栅线角θ之间有下列关系（θ的单位为rad，W的单位为mm），由于倾角很小，sinθ很小，则W=ω /θ，若ω＝0．01mm，θ＝0.01rad，则上式可得W＝1，即光栅放大了100倍；均化误差作用，由若干光栅条纹共用形成莫尔条纹，例如每毫米100线的光栅，10mm宽度的莫尔条纹就有1000条线纹，这样栅距之间的相邻误差就被平均化了消除了由于栅距不均匀、断裂等造成的误差。 莫尔条纹现象是由于信号取样频率接近感光器分辨率所致，通常解决方法用一个低通滤镜把高于感光器分辨率的信号挡住，其副作用就是降低成像分辨率。因此在设计低通滤镜时设计师要在分辨率和莫尔条纹之间做一个妥协选择。因为D70的CCD前面使用效果比较弱的低通滤镜，所以在提高成像分辨率也造成了莫尔条纹出现几率的增大，此现象也广泛出现于其他DSLR上。 根据莫尔条纹的形成原理制成了光栅尺位移传感器，其工作原理是，当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。在光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带。
现代测试技术及应用作业学号2013010106 姓名刘浩峰 专业核技术及应用 提交作业时间2014 12 10
无损检测中的CT重建技术 1无损检测 1.1无损检测概述 无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，其重要性已得到公认。中国在1978年11月成立了全国性的无损检测学术组织——中国机械工程学会无损检测分会。此外，冶金、电力、石油化工、船舶、宇航、核能等行业还成立了各自的无损检测学会或协会；部分省、自治区、直辖市和地级市成立了省（市）级、地市级无损检测学会或协会；东北、华东、西南等区域还各自成立了区域性的无损检测学会或协会。 无损检测缩写是NDT（或NDE，non-destructive examination），也叫无损探伤，是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，采用射线、超声、红外、电磁等原理技术并结合仪器对材料、零件、设备进行缺陷、化学、物理参数检测的技术。利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试。无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，无损检测的重要性已得到公认，主要有射线检验（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）、液体渗透检测（PT）、涡流检测（ECT）、声发射（AE）和超声波衍射时差法（TOFD）。 1、射线照相法（RT）是指用X射线或γ射线穿透试件，以胶片作为记录信息的器材的无损 检测方法，该方法是最基本的，应用最广泛的一种非破坏性检验方法。工作原理是射线能穿透肉眼无法穿透的物质使胶片感光，当X射线或r射线照射胶片时，与普通光线一样，能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜影，由于不同密度的物质对射线的吸收系数不同，照射到胶片各处的射线强度也就会产生差异，便可根据暗室处理后的底片各处黑度差来判别缺陷。RT的定性更准确，有可供长期保存的直观图像，总体成本相对较高，而且射线对人体有害，检验速度会较慢。 2、超声波检测（UT）原理是通过超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研 究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。适用于金属、非金属和复合材料等多种试件的无损检测；可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金属材料，可检测厚度为1～2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；而且缺陷定位较准确，对面积型缺陷的检出率较高；灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；并且检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。缺点是对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；并且缺陷的位置、取向和形状以及材质和晶粒度都对检测结果有一定影响，检测结果也无直接见证记录。 3、磁粉检测（MT）原理是铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表 面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。磁粉探伤适用于检测铁磁性材料表面和近表面尺寸很小、间隙极窄（如可检测出长0.1mm、宽为微米
1.A/D转换器的位数越多，则其（）。 A.分辨力越低 B.转换精度越高 C.转换速度越快 D.转换时间越短 答案：B 2.误差按表示方法分为绝对误差和相对误差，其中不属于相对误差表示形式的是（）。 A.实际相对误差 B.基本相对误差 C.示值相对误差 D.引用相对误差 答案：B 3.下列不属于测量误差来源的是（）。 A.仪器误差和（环境）影响误差 B.满度误差和分贝误差 C.人身误差和测量对象变化误差 D.理论误差和方法误差 答案：B 4.用万用表交流电压档(频率上限仅为5kHz)测量频率高达500kHz、10V左右的高频电压，发现示 A.系统误差 B.随机误差 C.粗大误差 D.动态误差 答案：A 5.（）用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。 A.传递函数 B.互相关函数 C.互谱密度函数 D.相干函数 答案：D 6.一阶系统的动态特性参数是（）。 A.固有频率 B.阻尼比 C.时间常数 D.灵敏度 答案：C 7.一阶系统的阶跃响应中，超调量（）。 A.存在，但＜5％
B.存在，但＜1 C.在时间常数很小时存在 D.不存在 答案：D 8.时不变线性装置的灵敏度是（）。 A.随机变量 B.常数 C.时间的线性函数 D.曲线上各点的斜率 答案：B 9.系统在全量程内，输入量由小到大及由大到小时，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输 A.回程误差 B.绝对误差 C.相对误差 D.非线性误差 答案：A 10.一般来说，测试系统的灵敏度越高，则其测量范围（）。 A.越宽 B.越窄 C.不变 D.宽窄不确定 答案：B 11.为使电缆的长短不影响压电式传感器的灵敏度，应选用（）放大器。 A.电压 B.电荷 C.微分 D.积分 答案：B 12.测试系统动态特性的测定方法包括阶跃响应试验和（）试验。 A.频率响应 B.脉冲响应 C.传递函数 D.任意输入响应 答案：A 13.测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取（）。 A.干扰噪声信号 B.正弦信号 C.有用信号
《现代测试技术》课程总结 学校：太原科技大学 班级：力学141802班 姓名：曹华科 学号：201418020202
《现代测试技术》课程总结 经过这学期现代测试技术的学习，让我对测试技术有了一个全新的认识和理解。让我以前对现代测试技术浅薄的认知有了很大的变化，现代测试的飞速发展也让我对之充满信心。 随着自动化技术的高速发展，仪器及检测技术已成为促进当代生产的主流环节，同时也是生产过程自动化和经营管理现代化的基础，没有性能好、精度高、质量可靠的仪器测试到各种有关的信息，要实现高水平的自动化就是一句空话。随着自动化程度要求的不断提高，测试技的作用越来越明显。可以说，自动化的提高很大作用取决于现代测试技术的提高。科学技术的发展历史表明，许多新的发现和突破都是以测试为基础的。同时，其他领域科学技术的发展和进步又为测试提供了新的方法和装备，促进了测试技术的发展。 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息又是蕴涵在某些随时间或空间变化的物理量中，即信号之中的。因此，首先要检测出被测对象所呈现的有关信号，再加以分析处理，最后将结果提交给观察者或其他信息处理装置、控制装置。测试技术已成为人类社会进步和各学科高级工程技术人员必须掌握的重要的基础技术。 测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。当测试的目的、要求不同时，所用的测试装置差别很大。测试系统的基本特性是测试系统与其输入、输出的关系，它一般分为两类：静态特性和动态特性。在选用测试系统时，要综合考虑多种因素，其中最主要的一个因素是测试系统的基本特性是否能使其输入的被测物理量在精度要求范围内真实地反映出来。 基于计算机的测量师现代测试技术的特点。20多年来，仪器开始与计算机连接起来。如今，计算机已成为现代测试和测量系统的基础。随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展，传感器技术、通信技术和计算机技术者3大技术的结合，使测试技术领域发生了巨大变化。 第一种结合是计算机技术与传感器技术的结合。其结果是产生了智能传感器，为传感器的发展开辟了全新的方向。多年来，智能传感器技术及其研究在国
现代测试技术在液压缸设计中的应用 摘要：随着自动化技术的高速发展及其对测试技术要求的不断提高，从而使测试技术作为一种新产品开发的重要手段，可以有效缩短新产品研发周期，提高产品研发成功率。本文以液压缸缓冲设计为例，介绍测试技术在液压缸中的应用。结果表明，采用测试技术能够直观、量化缓冲性能指标及结果，并能进行改进前后性能的对比，缩短了元件满足主机性能需要的试制周期。最后，通过对工程机械的研发过程的总结，提出现代测试技术的主要任务及其发展方向。 关键词：测试技术，液压缸，智能化，集成化，网络化 1 引言 我国工程机械主机技术仍落后于发达国家，为其配套的关键液压元件是制约其发展的主要因素，尽快缩短与国外技术的差距，已在行业形成共识。 随着自动化技术的高速发展，仪器及检测技术已成为促进当代生产的主流环节，同时也是生产过程自动化和经营管理现代化的基础，没有性能好、精度高、质量可靠的仪器测试到各种有关的信息，要实现高水平的自动化就是一句空话。因此，借鉴测试技术与传感技术在工程技术的成功应用，在液压件开发领域中引入测试技术的理念，将大幅度提高国产液压件的发展速度。 液压缸作为主要的执行元件，在某些主机上对其缓冲性能要求越来越高。利用较好的缓冲结构延长液压缸的寿命越来越受到关注。本文介绍利用测试与传感技术建立计算机辅助测试系统，如何研究液压缸缓冲结构的设计和定型。利用测试结果，调节液压缸缓冲参数和节流孔参数。通过测试不同工况下缓冲腔工作压力及行程等参数，实现仿真设计，确保样机性能验证结果的可信度。 2 测试技术及传感技术 在传统的产品开发模式中，进行产品的改进是被动的，是由主机厂使用过程中发现问题、提出问题并反馈，得到信息后再进行设计改进的。鉴于传统产品开发模式耗费开发周期时间长，被动改进，我们提出了新型产品开发模式如图1。 图1 新型产品开发模式 结合自身的需求，我们开发出一套适用于液压缸缓冲结构研发过程中的计算机辅助测试系统。图2为计算机辅助测试系统的构成示意图，由液压系统传感器和数据采集系统组成，被测液压缸为带缓冲的液压缸，在主机上进行规定动作试验，采用多功能数据采集模块及数据采集软件，完成两腔压力( 缓冲压力或工作压力) 位移-时间的采集和测量。
现代测试技术及应用作业 学号2013010106 姓名刘浩峰 专业核技术及应用 提交作业时间2014 12 10 无损检测中的CT重建技术 1无损检测 1、1无损检测概述 无损检测就是工业发展必不可少的有效工具,在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平,其重要性已得到公认。中国在1978年11月成立了全国性的无损检测学术组织——中国机械工程学会无损检测分会。此外,冶金、电力、石油化工、船舶、宇航、核能等行业还成立了各自的无损检测学会或协会;部分省、自治区、直辖市与地级市成立了省(市)级、地市级无损检测学会或协会;东北、华东、西南等区域还各自成立了区域性的无损检测学会或协会。 无损检测缩写就是NDT(或NDE,non-destructive examination),也叫无损探伤,就是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下,采用射线、超声、红外、电磁等原理技术并结合仪器对材料、零件、设备进行缺陷、化学、物理参数检测的技术。利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化,以物理或化学方法为手段,借助现代化的技术与设备器材,对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查与测试。无损检测就是工业发展必不可少的有效工具,在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平,无损检测的重要性已得到公认,主要有射线检验(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)、液体渗透检测(PT)、涡流检测(ECT)、声发射(AE)与超声波衍射时差法(TOFD)。 1、射线照相法(RT)就是指用X射线或γ射线穿透试件,以胶片作为记录信息的器材的无损检 测方法,该方法就是最基本的,应用最广泛的一种非破坏性检验方法。工作原理就是射线能穿透肉眼无法穿透的物质使胶片感光,当X射线或r射线照射胶片时,与普通光线一样,能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜影,由于不同密度的物质对射线的吸收系数不同,照射到胶片各处的射线强度也就会产生差异,便可根据暗室处理后的底片各处黑度差来判别缺陷。RT的定性更准确,有可供长期保存的直观图像,总体成本相对较高,而且射线对人体有害,检验速度会较慢。 2、超声波检测(UT)原理就是通过超声波与试件相互作用,就反射、透射与散射的波进行研究, 对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构与力学性能变化的检测与表征,并进而对其特定应用性进行评价的技术。适用于金属、非金属与复合材料等多种试件的无损检测;可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金属材料,可检测厚度为1～2mm的薄壁管材与板材,也可检测几米长的钢锻件;而且缺陷定位较准确,对面积型缺陷的检出率较高;灵敏度高,可检测试件内部尺寸很小的缺陷;并且检测成本低、速度快,设备轻便,对人体及环境无害,现场使用较方便。缺点就是对具有复杂形状或不规则外形的试
光栅莫尔条纹技术的发展 光栅莫尔条纹技术是一门既古老又现代的测量技术。对莫尔条纹的研究最早可以追溯到十九世纪末期，二十世纪五十年代以后开始应用于实际测量，并逐步对莫尔条纹的形成机理开展了广泛的研究，至今已形成了三种主要的理论：（1）基于阴影成像原理：认为由条纹构成的新的轨迹可表示莫尔条纹的光强 分布；（2）基于衍射干涉原理：认为由条纹构成的新的光强分布可按衍射波 之间的干涉结果来描述；（3）基于傅立叶变换原理：认为形成的莫尔条纹是 由低于光栅频率项所组成。这三种理论都可以较完满地解释莫尔条纹现象。一般来说，第三种理论是一种广义的解释。光栅条纹较疏的可直接用遮光阴影原理来解释，而光栅条纹较密的用衍射干涉原理来解释则更为恰当。上世纪六、七十年代，由于光栅制造工艺的改进以及电子技术的发展，能够批量提供廉价的光栅产品，并出现了电子细分技术，使光栅的分辨率和精度能够适应现代计量的要求，莫尔条纹技术得到迅速推广应用，且出现了许多崭新的光栅莫尔条纹测量技术。传统的四场扫描光栅系统（成都工具研究所开发的光栅传感器均属这种系统）由于受污染影响较大，已逐渐被准单场扫描和单场扫描系统所取。准单场扫描系统的指示光栅由两个相位不同的光栅组成，标尺光栅（主光栅）反射后由四个光电池接收，得到相位差为90°的4个莫尔条纹信号；单场扫描 系统采用栅距与主光栅略有不同的一个大光栅组成指示光栅，用栅状光电器件接收信号。这两种结构中，由于都使用一个扫描场，光栅上的局部污染对各组信号的光强影响大致相同，大幅度减少了因污染造成的测量误差。这二种扫描系统都属于成像扫描原理，是目前广泛应用的光栅系统。1987年，Haidenhain 公司推出了一种干涉扫描系统，该系统中，标尺光栅和指示光栅均采用相位光栅，通过合理设计光栅线纹高度方向的形状来控制衍射的级次和相位，莫尔条
光栅尺工作原理 常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。图4-9是其工作原理图。当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度 来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。在光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带。这些与光栅线纹几乎垂直，相间出现的亮、暗带就是莫尔条纹。莫尔条纹具有以下性质： (1) 当用平行光束照射光栅时，透过莫尔条纹的光强度分布近似于余弦函数。 (2) 若用W表示莫尔条纹的宽度，d表示光栅的栅距，θ表示两光栅尺线纹的夹角，则它们之间的几何关系为W=d／sin当 角很小时，上式可近似写W=d／θ 若取d=0.01mm,θ=0.01rad，则由上式可得W=1mm。这说明，无需复杂的光学系统和电子系统，利用光的干涉现象，就能把光栅的栅距转换成放大100倍的莫尔条纹的宽度。这种放大作用是光栅的一个重要特点。 (3) 由于莫尔条纹是由若干条光栅线纹共同干涉形成的，所以莫尔条纹对光栅个别线纹之间的栅距误差具有平均效应，能消除光栅栅距不均匀所造成的影响。 (4) 莫尔条纹的移动与两光栅尺之间的相对移动相对应。两光栅尺相对移动一个栅距d，莫尔条纹便相应移动一个莫尔条纹宽度W，其方向与两光栅尺相对移动的方向垂直，且当两光栅尺相对移动的方向改变时，莫尔条纹移动的方向也随之改变。 根据上述莫尔条纹的特性，假如我们在莫尔条纹移动的方向上开4个观察窗口A，B，C，D，且使这4个窗口两两相距1／4莫尔条纹宽度，即W／4。由上述讨论可知，当两光栅尺相对移动时，莫尔条纹随之移动，从4个观察窗口A，B，C，D可以得到4个在相位上依次超前或滞后(取决于两光栅尺相对移动的方向)1／4周期(即π／2)的近似于余弦函数的光强度变化过程，用表示，见图4-9(c)。若采用光敏元件来检测，光敏元件把透过观察窗口的光强度变化 转换成相应的电压信号，设为 。根据这4个电压信号，可以检测出光栅尺的相对移动。 1．位移大小的检测 由于莫尔条纹的移动与两光栅尺之间的相对移动是相对应的，故通过检测 这4个电压信号的变化情况，便可相应地检测出两光栅尺之间的相对移动。 每变化一个周期，即莫尔条纹每变化一个周期，表明两光栅尺相对移动了一个栅距的距离；若两光栅尺之间的相对移动不到一个栅距，因 是余弦函数，故根据 之值也可以计算出其相对移动的距离。 2. 位移方向的检测 在图4-9(a)中，若标尺光栅固定不动，指示光栅沿正方向移动，这时，莫尔条纹相应地沿向下的方向移动，透过观察窗口A和B，光敏元件检测到的光强度变化过程 和及输出的相应的电压信号和如图4-10(a)所示，在这种情况下，滞后的相位为／2；反之，若标尺光栅固定不动，指示光栅沿负方向移动，这时，莫尔条纹则相应地沿向上的方向移动，透过观察窗口A和B，光敏元件检测到的光强度变化过程和 及输出的相应的电压信号和如图4-10(b)所示，在这种情况下，超前的相位为／2。因此，根据和两信号相互间的超前和滞后关系，便可确定出两光栅尺之间的相对移动方向。 工作原理： 直线光栅尺和旋转编码器均依据相对运动的原理来产生光信号，这些信号经过光电器件的转换处理后，用来检测机械装置的位移。FAGOR公司反馈产品采用两种不同的材料来产生反馈信
西华大学课程考核试题卷 （ 中考卷） 试卷编号： （ 2012__ 至 2013____ 学年 第_2___学期 ） 课程名称：现代测试技术及应用 考试时间：90 分钟 课程代码：6002699 试总分：100分 考试形式： 网络考试 学生自带普通计算器: 允许 一、判断题（本大题共10小题，每小题2分，总计20分） 1.粗大误差具有随机性，可采用多次测量，求平均的方法来消除或减少。( ) 错 2. 当计数器进行自校时，从理论上来说还是存在±1个字的量化误差。（ ）对 3.一个频率源的频率稳定度愈高，则频率准确度也愈高。（ ）错 4. 给线性系统输入一个正弦信号，系统的输出是一个与输入同频率的正弦信号（）对 5.随机误差又叫随差，随机误差决定了测量的精密度。（ ）对 6.测量系统的理想静态特性为y=Sx+S0（ ）．答案：错 7. 从广义上说，电子测量是泛指以电子科学技术为手段而进行的测量，即以电子科 技术理论为依据，以电子测量仪器和设备为工具，对电量和非电量进行的测量。（ ） 答案：对 8. 在进行阿伦方差的测量时，组与组之间以及组内两次测量之间必须都是连续的。 （ ）答案：错 9.反射系数、 功率、 导磁率 、信号频率均为有源量（ ）。答案：错 10. 峰值电压表按有效值刻度，它能测量任意波形电压的有效值。（ ）答案：对 二、选择题（本大题共10小题，每小题3分，总计30分） 1. 若马利科夫判据成立，则说明测量结构中含有 ____ 。 A:随机误差 B: 粗大误差 C: 恒值系差 D: 累进性变值系差 答案：D 2. 如两组测量的系数误差相同，则两组测量的 相同。 A. 精密度 B. 准确度 C. 精确度 D. 分散度 答案：A 3.在使用连续刻度的仪表进行测量时，一般应使被测量的数值尽可能在仪表满刻度值的 ____ 以上 答案：D 4.±1误差称为____。 A.最大量化误差 B.仅测频的误差 C.±1一个字误差 D.闸门抖动引起的误差 答案：A 5.仪器通常工作在（ ），可满足规定的性能。
基本概念 1.传感器的定义：工程中通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件称作传感器。 2.传感器的分类。 （1）物性型传感器：依靠敏感元件材料本身物理化学性质的变化来实现信号变换的传感器。属于物性型传感器有：光电式和压电式，如：电阻应变片，压电式加速度计，光电管等。 （2）结构型传感器：依靠传感器结构参量的变化实现信号转换。属于结构型传感器的有：电感式，电容式，光栅式。如：电容传感器，涡流传感器，差动变压器式等。 （3）按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（光电式传感器） 3.静态指标：线性度，灵敏度，重复性等。 （1）线性度：指测量装置输出、输入之间保持常值比例关系的程度。 （2）灵敏度：输出的变换量与输入的变换量之比。 （3）重复性：指测量系统在输入量按同一方向做全量程连续多次测试时所得输入、输出特性曲线不重合程度。 4.动态指标：属于传感器动态性能的有：固有频率， 5.灵敏度： （1）测试系统的灵敏度越高，则其测量范围：越窄 （2）对于理想的定常线性系统，灵敏度是（常数） （3）传感器灵敏度的选用原则。①尽量选用灵敏度高的传感器②尽量选用信噪比大的传感器③当被测量是向量时要考虑交叉灵敏度的影响④过高的灵敏度会缩小其适用的测量范围 6.线性度：非线性度是表示校准曲线( 偏离拟合直线)的程度。 7.稳定性：测试装置在规定条件下保持其测量特性恒定不变的能力称( 稳定度 ) 8.精确度： （1）精度：也称为精确度，是反映测量系统误差和随机误差的综合误差指标，即准确度和精密度的综合偏差程度。 （2）传感器精确度的选用原则。①尽量选用精确度高的传感器，同时考虑经济性②对于定性试验，要求传感器的精密度高③对于定量试验，要求传感器的精确度高④传感器的精确度越高，价格越昂贵。 9.可靠性：是指在使用环境和运行指标不超过极限的情况下，系统特性保持不变的能力。 10.在静态测量中，根据绘制的定度曲线，可以确定测量系统的三个静态特性：
现代测试技术学习心得 摘要：随着微电子技术、通信技术、计算机技术的发展，现代测试技术进一步得到发展。测试技术与科学研究、工程实践密切相关。科学技术的发展促进测试技术的发展，测试技术的发展反过来又促进科学技术的提高，相辅相成推动社会生产力不断前进。如今，计算机已经成为现代测试与测量技术的基础和核心，现代测试技术的发展几乎是与计算机技术的发展同步的、协调向前发展的，离开了计算机、软件、网络、通信发展的轨道，测试技术将不可能壮大。现代测试技术的发展方向主要有四个方面：传感器的发展、测试手段的发展、测量信号处理的发展、开放平台的发展趋势。科学技术与生产水平的高度发达，要求有更先进的测试技术与仪器做基础。现代测试技术具有广阔的应用空间，由于各行各业的广泛要求，在各种现代装备系统的设计和制造工作中，测量工作内容已经占据首位，它是保证现代工程装备系统实际性能指标和正常工作的重要手段，是其先进性能及实用水平的重要标志。水力发电上的测试技术应用。水力机组是水电站的核心设备，它在运行过程中会产生一系列问题，振动故障是水力发电机组最常见的故障之一。对振动信号的进行分析，解决故障问题。 关键词：现代测试传统的发展发展方向水轮机发电机组振动故障诊断信号分析 Abstract:With the development of micro electronic technology,communication technology and computer technology,modern testing technology has been further developed.Test technology is closely related to scientific research and engineering practice.The development of science and technology to promote the development of test technology,test technology development in turn promote the improvement of science and technology,and promote social productive forces continue to progress. Today,the computer has become the core and foundation of modern testing and measurement technology,the development of modern testing technology is almost the coordinated development of computer technology and synchronization,moving forward, left the development of computer,software,network communication,track testing technology will not be able to grow.The development direction of modern test technology mainly has four aspects:the development of sensors,the development of testing means,the development of measurement signal processing,and the development trend of open platform.The level of science and technology is highly developed, which requires more advanced testing techniques and instruments.Modern testing technology has a broad application space,due to the extensive requirements of all walks of life,in a variety of modern equipment system design and manufacturing work, measurement work has to occupy the first place,it is the important means to guarantee that modern engineering equipment system of actual performance and the normal work, is an important indicator of the performance of advanced and practical level. Application of test technology in hydraulic power generation.Hydraulic power unit is the core equipment of the hydropower station,it will produce a series of problems in the process of operation,the vibration fault is one of the most common faults of the hydropower generating set.Analysis of the vibration signal to solve the problem of failure.
1.测试装置的静态特性指标主要有灵敏度、线性度、回差、精确度一阶系统的动态参数是时间常数τ，二阶系统的动态参数是时间常数τ和阻尼比ξ。 2测试装置的幅频特性描述的是输出信号与输入信号幅值比随输入信号频率变化的关系，相频特性描述的是输出信号与输入信号相位差随输入信号频率变化的关。 2.表征测试装置动态特性的频率响应特性应包括_幅频特性，和_相 频特性。 3.将信号x(t)=6sin2t输入时间常数τ=0.5 的一阶装置，则稳态 输出的幅值Y0 =，相位滞后φ0=_____，输出信号y(t)=。 t ?-?当测量较小应变值时，应选用根据压阻效应 45) 工作的半导体应变片，而测量大应变值时应选用根据电阻应变效应工作的金属电阻应变片。 4.常用的应变片有半导体与金属丝两大类。对于金属电阻应变片来 说：S=1+2μ，而对于半导体应变片来说 S＝πLE。前一种应变片的灵敏度比后一种低 5.金属电阻应变片的电阻相对变化主要是由于电阻丝的几何尺寸变 化产生的。 6.差动变压器式传感器工作时，如果铁芯做一定频率的往复运动， 其输出电压是调制波。 7.差动变压器式位移传感器是将被测位移量的变化转换成线圈_互 感_____系数的变化,两个次级线圈要求_反向____串接。 11交流电桥的平衡条件为相对桥臂阻抗之模的乘积相等和阻抗角和相等，因此，当桥路相邻两臂为电阻时，则另外两个桥臂应接入电阻性质的元件才能平衡。 12自感式传感器通过改变气隙、面积和有效线圈匝数从而改变线圈的自感量，可将该类传感器分为变气隙式自感式传感器、变面积式自感传感器和螺管式自感传感器。 13压电传感器在使用电荷放大器时，其输出电压几乎不受电缆长度变化的影响。 14压电传感器中的压电片并联时可提高电荷灵敏度，适用于测量缓变信号和以电荷为输出量的场合。而串联时可提高电压灵敏度，适用于以电压为输出量的场合。 15压电传感器在使用前置放大器时，连接电缆长度的改变，测量系统的灵敏度也将发生变化。 16压电式传感器是双向可逆型换能器，即可将机械能转换为电能，这是由于压电效应；也可将电能转换为机械能，这是根据逆压电效应。
光栅莫尔条纹原理 莫尔条纹是十八世纪法国研究人员莫尔先生首先发现的一种光学现象。从技术角度上讲，莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。 实验原理 如果把两块光栅距相等的光栅平行安装，并且使光栅刻痕相对保持一个较小的夹角θ时，透过光栅组可以看到一组明暗相间的条纹，即为莫尔条纹。莫尔条纹的宽度B为： B=P/sinθ其中P为光栅距。 光栅刻痕重合部分形成条纹暗带，非重合部分光线透过则形成条纹亮带。光栅莫尔条纹的两个主要特征是 (1)判向作用：当指示光栅相对于固定不动的主光栅左右移动时，莫尔条纹将沿着近于栅线的方向上下移动，由此可以确定光栅移动的方向。 (2)位移放大作用：当指示光栅沿着与光栅刻线垂直方向移动一个光栅距D时，莫尔条纹移动一个条纹间距B，当两个等距光栅之间的夹角θ较小时，指示光栅移动一个光栅距D，莫尔条纹就移动KD的距离。K=B/D≈1/θ。B=D/2sinθ/2≈d/θ，这样就可以把肉眼看不见的栅距位移变成清晰可见的条纹位移，实现高灵敏的位移测量。 实验仪器 光栅组、移动平台
实验步骤 1、安装好主光栅与指示光栅，使两光栅保持平行，光栅间间隙要尽量小，微调主光栅角度，使莫尔条纹清晰可见。 2、旋动移动平台螺旋测微仪，向前或向后，观察莫尔条纹上下移动与指示光栅位移方向的关系。 3、人工微位移测量：当指示光栅位移一个光栅距时，莫尔条纹就移动一个条纹距。调节位移平台，仔细记数条纹移动数目，根据实验二十测得的光栅距，与位移条纹数相乘，此即为指示光栅的位移距离，实验时可与螺旋测微仪的转动刻度相对照。（事实上光栅莫尔条纹记数所测得的位移精度远高于螺旋测微仪的精度）。
填空： 0-1、测试技术的基本任务是获取有用的信息，包含了_量测 _和_ 实验_两方面内容。 0-2、测试系统通常由__输入装置_、__中间变换装置_、及_输出装置_所组成。 1-1、如果所测试的信号不随时间变化,这种测试称为_静态_测试，如果所测试的信号随时间变化很快，这种测试称为__动态_测试. 1-2、周期信号的频谱具有以下三个特点：__离散性__、__谐波性__、___收敛性___。 1-3、描述周期信号的数学工具是__傅里叶级数展开__；描述非周期信号的数学工具是__傅里叶变换__。 1-4、周期信号的频谱是离散的，同时周期信号具有__谐波性和收敛特性。 1-5、某信号能够用明确的数学关系式来描述，可以准确预计其来任意时刻的值，则该信号称为确定性信号。 1-6、数字信号是指时间和幅值都具有离散特性的信号。 2-1、测试装置的特性可分为__静态__特性和__动态_特性。 2-2、测试装置的静态特性指标有__非线性度__及__灵敏度__等。 2-3、测试装置在稳态下，输出信号变化量和输入信号变化量之比称之为装置的___灵敏度__。 2-4、测试装置输出信号的拉氏变换和输入信号的拉氏变换之比称为装置的_传递函数__。 2-5、测试装置输出信号的付里叶变换和输入信号的付里叶变换之比称为装置的__频率响应函数__。 2-6、测试装置实现不失真测试，但有时间延迟t0的条件是：装置幅频特性A(ω)=__C2__;相频特性Ψ(ω)= _-τ0ω___。 2-7、对装置的动态特性进行测试，可用频率响应函数和传递函数两种方法进行测试。 2-8、二阶系统的固有频率越__大_，系统响应赶快影响其超调量的因素是二阶系统的__阻尼比__。 2-9、一阶系统的动特性参数是时间常数τ，为使动态响应快，该参数越小越好。 2-10、一阶装置的时间常数τ 越小，其响应速度越快；二阶装置的固有频率0 ω 越大，其工作频带越宽。 2-11、测量装置的特性描述有静态特性描述和动态特性描述。 2-12、某位移传感器，在输入量变化600 mm时，输出电压变化为300 mV，则其灵敏度为 0.5 。 2-13一阶装置的传递函数H(S)= ,幅频特性A(ω)= ，相频特性φ（ω）= 3-1、将被测物理量转换成与之相对应的、容易传输和处理的信号的装置称之为_传感器_。 3-2、变间距式电容传感器的灵敏度与(间距的平方)成反比，所以适合于微小位移的测量。 3-3、可变磁阻式传感器的灵敏度与气隙大小的关系是：气隙越小，灵敏度越大。 3-4、压电式传感器是利用某些材料的压电效应特性来制作的传感器。 3-5、传感器的灵敏度越高，则线性范围就越小。 3-6、半导体应变片传感器的工作原理是基于压阻效应；涡电流式传感器的工作原理是利用金属导体在交变磁场中的趋肤效应；压电式传感器的工作原理是利用某些材料的压电效应。 3-7传感器一般由敏感元件、二次变换部分、辅助部分三部分组成，是能把外界__被测的非电量_转换成__电量__的器件和装置。 3--8电容传感器从原理上可分为变面积、变极距、变介质。 3-8差动式涡流传感器是基于电涡流原理制成的。在金属体内涡流渗透的深度与传感器线圈激磁电流的频率有关。
第5章作业参考答案 8、石英晶体压电式传感器的面积为1cm 2，厚度为1mm,固定在两金属极板之间，用来测量通过晶体两面力的变化。石英晶体的弹性模量是9×109Pa ，电荷灵敏度是2PC/N,相对介电常数是5.1，晶体相对两面间电阻是1014Ω,传感器后接电路的输入电容为20PF ，输入电阻为100MΩ，若所加力F=0.01Sin(103t)N,求：两极板间电压峰-峰值。 解： 12412 03 8.8510 5.1110 4.5110 4.51110 r a S C F PF εεδ----?????===?=?， 1220 4.5124.5124.5110i a C C C PF F -=+=+==?， 6//10010a i a i i R R R R R R ==?Ω= 3 0126111024.511010010 2.451 RC ω-∴===???。 330.01sin(10),0.01,10m F t N F N ω=∴== ， 120.0120.020.0210m m Q F d PC C -=?=?==?， 11i Q U C j ωω =?+ ， 0.926m m m m Q Q Q U C C C ∴= = = ?， 1230.02100.9260.75610()0.7562.45110 m U V mV --?∴=?=?=? 220.756 1.512m m m U U mV -=?=?= 9、有一压电陶瓷晶体长20mm,宽20mm ，厚5mm,其相对介电常数为1200(真空介电常数为8.85×10-12F/m),将它置于液压T=10KPa 的硅油中，试计算其两极板间产生的电压。 解：根据（5-2-12）式 1212121233133(2)(2781019010)341034101010d d T T T σ----=+=-??+??=??=??? 1233 1200341010105100.168.85101200r a r Q S d U V S C d σσεεεε---???????= ====?? 或者： 12321203 8.85101200(2010)849.610510 r a S C F d εε----????= ==?? 123321234101010(2010)13610Q S C σ---==?????=?
干涉莫尔条纹原理 一．实验原理 莫尔条纹概述 莫尔条纹是18世纪法国研究人员莫尔先生首先发现的一种光学现象。从技术角度上讲，莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。 用数学计算来预测和分析莫尔条纹是可能的，而且计算结果也只是理论上的莫尔条纹，实际对丝网印刷造成影响的莫尔条纹则是对印刷结果有危害的可视莫尔条纹，莫尔条纹防护系统给丝印工作者提供了一个简便的视觉控制工具，使用这个工具会在复制工艺的任何步骤上避免莫尔条纹的产生。 如果把两块光栅距相等的光栅平行安装，并且使光栅刻痕相对保持一个较小的夹角θ时，透过光栅组可以看到一组明暗相间的条纹，即为莫尔条纹。莫尔条纹的宽度B为： B=P/sinθ其中P为光栅距。
光栅刻痕重合部分形成条纹暗带，非重合部分光线透过则形成条纹亮带。光栅莫尔条纹的两个主要特征是 (1)判向作用：当指示光栅相对于固定不动的主光栅左右移动时，莫尔条纹将沿着近于栅线的方向上下移动，由此可以确定光栅移动的方向。 (2)位移放大作用：当指示光栅沿着与光栅刻线垂直方向移动一个光栅距D时，莫尔条纹移动一个条纹间距B，当两个等距光栅之间的夹角θ较小时，指示光栅移动一个光栅距D，莫尔条纹就移动KD的距离。K=B/D≈1/θ。B=D/2sinθ/2≈d/θ，这样就可以把肉眼看不见的栅距位移变成清晰可见的条纹位移，实现高灵敏的位移测量。二．实验仪器 光栅组、移动平台 三．实验步骤 1、安装好主光栅与指示光栅，使两光栅保持平行，光栅间间隙要尽
量小，微调主光栅角度，使莫尔条纹清晰可见。 2、旋动移动平台螺旋测微仪，向前或向后，观察莫尔条纹上下移动与指示光栅位移方向的关系。 3、人工微位移测量：当指示光栅位移一个光栅距时，莫尔条纹就移动一个条纹距。调节位移平台，仔细记数条纹移动数目，根据实验二十测得的光栅距，与位移条纹数相乘，此即为指示光栅的位移距离，实验时可与螺旋测微仪的转动刻度相对照。（事实上光栅莫尔条纹记数所测得的位移精度远高于螺旋测微仪的精度）。 四．实验现象及结论 不难发现主光栅夹角越小，莫尔条纹越明显。 严格地说，莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度，以W表示。