检测技术---第二章--测试系统特性

检测技术Measurement Technology主撰人：赵锴审核人：赵敏批准人：崔亚辉一、课程基本信息学分：3.5总学时：56学时讲课学时：48学时实验学时：8 学时课程A/B类归属：B类课程代码：02190650开课学期：第七学期先修课程：工程力学（08100190）、工程光学（02110470）、模拟电子技术基础（04100220）、数字电子技术基础（04100200）、控制工程基础A（021110131）、误差理论与数据处理（02111320）、传感器原理及应用（02112040）、信号分析与系统（02112150）二、课程介绍及教学目的、教学要求《检测技术》是测控技术与仪器专业一门实践性很强的专业课。

主要介绍机械量、几何量和流量测量的理论与方法，使学生掌握测试工作所需要的基本知识和技能，培养学生掌握常见物理量检测的方法，了解测量仪器的工作原理，训练根据具体测试对象、测试要求、测试环境选择合适测量原理和测量方法的能力，具备设计简单测试系统的能力。

为从事测试与测量工程技术工作与科学研究打下坚实的理论基础。

三、本课程与其他有关课程的联系本课程涉及知识面较宽，在开本课程之前应先修有关光学、机械、电子技术基础课，如电子技术、控制工程基础、误差理论与数据处理、工程光学、信号分析与系统、误差理论与数据处理等课程内容。

四、课程内容及课时分配（一）课程内容第一章绪论1、检测的基本概念2、检测技术研究的主要内容3、本课程任务以及与其它课程的关联4、检测技术的发展方向第二章测试系统1、测试系统的组成2、测试系统的数学模型及频率特性3、测试系统对瞬态激励的响应4、测试装置的主要性能指标第三章信号及其描述1、周期信号及其描述2、非周期信号及其描述3、离散傅立叶变换4、随机信号第五章长度及线位移测量1、长度单位和定义2、长度测量基本原则3、长度尺寸的测量4、形位误差和异形曲面的测量5、表面粗糙度误差的测量第六章角度及角位移测量1、角度单位及量值传递2、角度的圆周封闭原则3、单一角度尺寸的测量4、圆分度误差的测量5、角位移的测量第七章速度和转速的测量1、速度的测量2、转速的测量3、加速度的测量第八章力、力矩和压力的测量1、力的测量方法2、力的测量装置3、力值的检定和定度4、称重及称重装置第九章机械振动的测量1、机械振动的类型2、振动的激励和激振器3、测振传感器4、振动的测量第十一章流量的测量1、流量仪表的分类2、总量测量仪表3、差压流量计4、流体阻力式流量计5、测速式流量计第十二章现代测试系统1、智能仪器2、自动测试系统3、虚拟仪器五、实验环节内容实验内容(4个实验，每个实验2学时)：1、直线度误差的测量2、角度的测量（共两个选做实验：正弦规测量角度和双球测量内孔锥度中）3、单自由度系统自由衰减振动参数的测量4、拍振实验六、执行大纲应注意的问题1、课堂教学力求不断充实最新科学技术成果，拓展学生视野。

有关修改的说明红色字：建议删去的文字 绿色字：建议增加的文字黄色字：认为原稿中可能有问题的文字，请仔细考虑 灰色字：本人的说明性文字公式和图的带黄色的编号不用管他1.1 什么是检测装置的静态特性？其主要技术指标有哪些？ 答：静态特性是指检测系统在被测量各值处于稳定状态时，输出量与输入量之间的关系特性。

静态特性的主要技术指标有：线性度、精度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、可靠性等。

1.2 什么是检测装置的动态特性？其主要技术指标有哪些？答：动态特性是指动态测量时，输出量与随时间变化的输入量之间的关系。

动态特性的主要技术指标有：动态误差、响应时间及频率特性等。

1.3 不失真测试对测量系统动态特性有什么要求？答：①输入信号中各频率分量的幅值通过装置时，均应放大或缩小相同的倍数，既幅频特性是平行于横轴的直线；②输入信号各频率分量的相角在通过装置时作与频率成正比的滞后移动，即各频率分量通过装置后均延迟相同的时间t ，其相频率特性为一过原点并有负斜率的斜线。

1.4 测量系统动态参数测定常采用的方法有哪些？ 答：动态特性参数测定方法常因测量系统的形式不同而不完全相同，从原理上一般可分为正弦信号响应法、阶跃信号响应法、脉冲信号响应法和随机信号响应法等。

1.5 某位移传感器，在输入位移变化1mm 时，输出电压变化300mv ，求其灵敏度？ 答：灵敏度可采用输出信号与输入信号增量比表示，即3001300==∆∆=x u k mv/mm1.6 用标准压力表来校准工业压力表时，应如何选用标准压力表精度等级？可否用一台0.2级，量程0～25MPa 的标准表来检验一台1.5级，量程0～2.5MPa 的压力表?为什么？ 解：选择标准压力表来校准工业用压力表时，首先两者的量程要相近，并且标准表的精度等级要高于被校表精度等级，至少要高一个等级。

题中若标准表是0.2级，量程0～25MPa ，则该标准表可能产生的最大绝对误差为2.0)025(1max ⨯-=∆％＝0.05MPa被校表是1.5等级，量程0～2.5MPa ，其可能产生的最大绝对误差为5.1)05.2(2max ⨯-=∆％＝0.0375MPa显然1max ∆>2max∆，这种选择是错误的，因为虽然标准表精度等级较高，但是它的量程太大，故不符合选择的原则。

第一章测试技术的基本知识●测试技术的概念：测试技术：也称检测技术，是具有试验性质的测量，泛指测量和试验两个方面的技术。

工程中，“检测”视作为“测量”的同义词或近义词。

●什么叫测量？以确定被测对象属性量值为目的的全部操作●测量可以分为直接测量和间接测量。

●直接测量可以分为直接比较和间接比较。

2理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入－输出关系。

对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。

知道其中一个量就可以确定另一个量。

其中以输出和输入成线性关系最佳第二章测量系统的基本特性(1) 标定：用已知的标准校正仪器或测量系统的过程称为标定。

输入到测量系统中的已知量是静态量还是动态量，标定分静态标定和动态标定。

定义：静态标定：就是将原始基准器，或比被标定系统准确度高的各级标准器或已知输入源作用于测量系统，得出测量系统的激励－响应关系的实验操作。

静态标定的作用：①确定仪器或测量系统的输入－输出关系，赋予仪器或测量系统分度值；②确定仪器或测量系统的静态特性指标；③消除系统误差，改善仪器或测量系统的正确度静态标定的过程及要求：要求：标定时，一般应在全量程范围内均匀地取定5个或5个以上的标定点（包括零点）正行程：从零点开始，由低至高，逐次输入预定的标定值此称标定的正行程。

反行程：再倒序依次输入预定的标定值，直至返回零点，此称反行程。

几种曲线：正行程曲线，反行程曲线，实际工作曲线工作曲线：方程称之为工作曲线或静态特性曲线。

实际工作中，一般用标定过程中静态平均特性曲线来描述。

正行程曲线：正行程中激励与响应的平均曲线反行程曲线：反行程中激励与响应的平均曲线实际工作曲线：正反行程曲线之平均。

3，测量系统静态特性指标：灵敏度，线性度，迟滞，重复性，分辨率，阙值，测量范围……定义，求取方式灵敏度S：是仪器在静态条件下响应量的变化△y和与之相对应的输入量变化△x的比值。

示值范围是显示装置上最大与最小示值的范围。

当仪器有多档量程时，用标称范围取代示值范围。

测试技术与信号处理题库第⼀章习题测试信号的描述与分析⼀、选择题1.描述周期信号的数学⼯具是（）。

A.相关函数B.傅⽒级数C. 傅⽒变换D.拉⽒变换2. 傅⽒级数中的各项系数是表⽰各谐波分量的（）。

A.相位B.周期C.振幅D.频率3.复杂的信号的周期频谱是（）。

A ．离散的 B.连续的 C.δ函数 D.sinc 函数4.如果⼀个信号的频谱是离散的。

则该信号的频率成分是（）。

A.有限的B.⽆限的C.可能是有限的，也可能是⽆限的5.下列函数表达式中，（）是周期信号。

A. 5cos10()0x t ππ ≥?= ? ≤?当t 0当t 0B.()5sin 2010cos10)x t t t t ππ=+ (-∞<<+∞C .()20cos20()at x t e t t π-= -∞<<+∞6.多种信号之和的频谱是（）。

A. 离散的B.连续的C.随机性的D.周期性的７.描述⾮周期信号的数学⼯具是（）。

A.三⾓函数B.拉⽒变换C.傅⽒变换D.傅⽒级数８.下列信号中，（）信号的频谱是连续的。

A.12()sin()sin(3)x t A t B t ω?ω?=+++B.()5sin 303sin50x t t t =+ C.0()sin at x t e t ω-=?９.连续⾮周期信号的频谱是（）。

A.离散、周期的B.离散、⾮周期的C.连续⾮周期的D.连续周期的10.时域信号，当持续时间延长时，则频域中的⾼频成分（）。

A.不变B.增加C.减少D.变化不定11.将时域信号进⾏时移，则频域信号将会（）。

A.扩展B.压缩C.不变D.仅有移相12.已知 ()12sin ,()x t t t ωδ=为单位脉冲函数，则积分()()2x t t dt πδω∞-∞?-的函数值为（）。

A ．6 B.0 C.12 D.任意值13.如果信号分析设备的通频带⽐磁带记录下的信号频带窄，将磁带记录仪的重放速度（），则也可以满⾜分析要求。

第二章测试系统2-2 解释下列概念：频率特性、频响函数和工作频带解：频率特性是指测试系统反映出来的输出与输入幅值之比和两者之间相位差是输入频率的函数的特性。

频响函数是指系统稳态输出量的付立叶变换与输入量的付立叶变换之比。

（参见教材P11页）或者频响函数是指当测试系统的输入为正弦信号时，将该信号的输出与输入之比。

工作频带是指测试装置的适用频率范围，在该频率范围内，仪器装置的测试结果均能保证达到其它相关的性能指标。

（或P25工作频率范围）2-4 某动压力测量时，所采用的压电式压力传感器的灵敏度为90.0nC/MPa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，然后将其输出送入到一台笔式记录仪，记录仪的灵敏度为20mm/V，试计算系统的总灵敏度。

又当压力变化3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？解：系统总灵敏度为：90.0×0.005×20=9mm/MPa当压力变化3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量为：3.5×9=31.5mm2-5 用某一阶装置测量频率为100Hz 的正弦信号，要求幅值误差限制在5%以内，问其时间常数应取多少？如果用具有该时间常数的同一装置测量频率为50Hz 的正弦信号，试问此时的幅值误差和相角差分别为多少？解：（1）根据一阶系统的幅频特性可知：%51)(111)(A 2≤-+=-τωω，即%5)(1112≤+-τω将Hz f ππω0022==代入上式，可解得：41023.5-⨯≤τ （2）用该装置测量频率为50Hz 的正弦信号时：013.01)(111)(A 2=-+=-τωω，故幅值差为1.3%相角差： 3.9)arctan()(-=-=τωωφ2-6 设用一个时间常数为1s .0=τ的一阶装置测量输入为t t t x 40sin 2.04sin )(+=的信号，试求其输出)(t y 的表达式。

设静态灵敏度K=1。

解：根据一阶系统的幅频特性2)(1K )(A τωω+=、相频特性)arctan()(τωωφ-=以及静态灵敏度K=1， 将数据代入，可得：)96.7540sin(048.0)8.214sin(93.0)4arctan 40sin(1712.0)4.0arctan 4sin(16.11)( -+-=-⋅+-=t t t t t y2-8 两环节的传递函数分别为)55.3/(1.5+s 和)4.1/(412n n 22n ωωω++s s ，试求串联后所组成装置的灵敏度。

第一章测试1.测试技术是测量和试验技术的统称。

（）A:对B:错答案:A2.工程测量可分为静态测量和动态测量。

（）A:错B:对答案:B第二章测试1.所有周期信号都是功率信号。

（）A:对B:错答案:A2.各态历经随机过程是平稳随机过程。

（）A:错B:对答案:B3.瞬态非周期信号的幅值谱表示的是幅值谱密度与频率的函数关系。

（）A:错B:对答案:B4.信号在时域上波形有所变化，必然引起频谱的相应变化。

（）A:对B:错答案:A5.周期方波是简单周期信号。

（）A:错B:对答案:A第三章测试1.一个幅频特性为常数的线性系统，一定是不失真测量系统。

（）A:对B:错答案:B2.测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。

（）A:对B:错答案:B3.一阶低通测试装置适宜于测量缓变的信号。

（）A:对B:错答案:A4.测试装置传递函数H ( s )的分母与（）有关。

A:输出量y(t)B:输入点的位置C:装置结构D:输入量x(t)答案:C5.测试装置的频率响应函数H ( jω ) 是装置动态特性在（）中的描述。

A:幅值域B:时域C:复数域D:频域答案:D第四章测试1.压电式传感器的前置放大电路采用（）时，传感器的连接电缆可以达到百米以上，也不会影响其灵敏度。

A:比例运算放大器B:电荷放大器C:电桥D:电压放大器答案:B2.如果用电容传感器测电影胶片的厚度，那么可能是电容传感器的（）参数发生变化。

A:极距B:变化参数不定C:面积D:介质答案:D3.可以进行转速测量的传感器是（）。

A:光电式或霍尔式B:压电式或涡流式C:电阻式或霍尔式D:电阻式或涡流式答案:A4.在电容传感器的比例运算放大器电路中，传感器电容应接在（）回路中。

A:反馈B:电源C:输出D:输入答案:A5.在用涡电流传感器进行探伤时，是根据（）的变化。

A:物体的材质B:传感器线圈的激磁频率C:传感器与物体之间的间隙D:物体的磁导率答案:D第五章测试1.在使用电阻应变仪的时候，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片以提高灵敏度，下列方法（）可以提高电桥灵敏度。

北交《检测技术》在线作业二一、多选题（共 10 道试题，共 40 分。

）1. 通常用应变式传感器测量()。

. 温度. 速度. 加速度. 压力正确答案：2. 霍尔式传感器可用来测量()。

. 电流. 磁场. 位移. 压力正确答案：3. 在应变计设计过程中，为了减少横向效应，可采用()。

. 直角线栅式应变计. 金属丝应变计. 箔式应变计正确答案：4. 下面是反射式光纤位移传感器的特点()。

. 结构简单. 设计灵活. 性能稳定. 精度高正确答案：5. 光纤的结构由()组成。

. 纤芯. 包层. 护套正确答案：6. 下列传感器按基本效应分类的是()。

. 半导体传感器. 磁传感器. 物理传感器. 真空传感器正确答案：7. 单线圈螺线管式电感传感器主要由()组成。

. 线圈. 套管. 铁磁性外壳. 可沿线圈轴向移动的活动铁芯正确答案：8. 光电管是一个装有()的真空玻璃管。

. 光电阴极. 光电阳极. 金属丝正确答案：9. 压电谐振式传感器有 ()种。

. 应变敏感型. 热敏感型. 声敏感型. 质量敏感型正确答案：10. 电阻应变片的线路温度补偿方法有()。

. 差动电桥补偿法. 补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法. 补偿线圈补偿法. 恒流源温度补偿电路法正确答案：北交《检测技术》在线作业二二、单选题（共 10 道试题，共 30 分。

）1. 适用于测量狭小弯曲管道内温度的传感器是()。

. 普通热电偶. 铠装热电偶. 比色温度传感器. 薄膜热电偶正确答案：2. 减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是()。

. 减小激励电流. 减小磁感应强度. 使用电桥调零电位器正确答案：3. 发现某检测仪表机箱有麻电感,必须采取措施()。

. 接地保护环. 将机箱接大地. 抗电磁干扰正确答案：4. 下列温度传感器不属于非接触式温度传感器的是()。

. 亮度式温度传感器. 全辐射式温度传感器. P-N结温度传感器. 比色式温度传感器正确答案：5. 热电阻测量转换电路采用三线制是为了()。