测试技术课堂笔记

测试技术课堂笔记

实验：为了验证某个假设或概念的存在性和合理性而进行的测量和数据分析过程。

试验：为了检验某个功效的程度或特定参量的大小而进行的测量和数据分析过程。

测量：使用一定的装置，通过实验来测定某个物理数据的过程；

数据处理：利用特定的技术和设备，为了获得某种信息而对数据进行分析运算过程。包括：数据的传输、存储、检索、比较、变换和代数运算等等。

信息量：作用于的受体的不确定性 (uncertainty )消除的程度

不确定性：事件结果的不可预测程度。

信号：是信息的载体，其物理形态可以转换、传输和记录，而承载的信息不变。

导出量：以基本量为基础，为表示物质属性或运动状态而导出的量。

量：现象、物体或物质可定性区别和定量确定的一种属性。

基本量：确定单位制时选定的相互独立的量。

测试：测量 + 实验/试验，以获取被测对象的某个物理参数或物理性能而进行的实验或试验设计、数据测量和数据处理过程。

测试的一般解释：借助一定的测量或测定手段和试验方法，获得被观测对象的某个参量或特征的过程。

计量：为实现测量准确和单位统一而进行的测量过程

计量基准：用来保存和复现计量单位的计量器具

计量标准：按照国家计量检定系统规定的准确度等级制作的计量器具，用于检定低一级的计量标准或计量器具。

量值传递：通过自上而下逐级检定或校准，将国家基准所复现的单位量值逐级传递到测量用的器具上，以保证测量量值的准确和一致。

直接测量和间接测量：用测量器具直接测得被测值称为直接测量；先测得相关值，然后经计算得到被测值的测量方法称为间接测量。

直接比较和间接比较测量：将被测值与已知值进行比较的测量方法称为直接比较测量，利用仪器将原始被测量转换成与之保持固定关系的另一种量，然后再进行比较测量的方法称为间接比较测量。

接触测量和非接触测量，等精度测量和不等精度测量

粗大误差：明显超出合理预期的测量结果，连续测量中称之为“飞点”。通常是由于某种意外因素而造成的不合理测量结果，在数据处理时应予以剔除。

系统误差（偏差）：对同一对象进行多次测量，如果测量误差按一定规律变化或保持为一个常数，这种误差称为“系统误差”或称“偏差”。

偏差可以通过标定和补偿等技术手段予以减小或消除。

随机误差：对同一对象进行多次测量，如果测量误差的大小和符号以不可知的方式变化，这种误差称为“随机误差”。

误差产生原因：器具误差、方法误差、调整误差、观测误差、环境误差、电测噪声。

误差的表示方法：绝对误差、相对误差、引用误差、分贝误差。

测量结果的可信程度：测量的精密度、测量的正确度、测量的准确度、测量的不确定度。

消除系统偏差的方法—标定：反复多次用待标定的测量系统或传感器对已知的、大小不同的已知量进行测量，记录相应的测量数据。运用适当的统计方法对所得到的数据进行处理，建立被测量与 读数值之间的函数关系。

步骤：标定实验，确定模型，数据处理，确定模型参数。

测试系统：是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。

静态测量：如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，则称为静态测量。

静态测量时，测试装置表现出的响应特性称为静态响应特性。

静态响应特性：灵敏度是输出量与被测量之比，反映了测试系统或测量装置对被测量的敏感程度、线性度是标定曲线与拟合直线的偏差程度、回程误差是测量上升过程和下降过程读数的不重复程度、重复性是条件和环境不变，按同一方向对同一对象做多次全程测量，结果的不一致误差、灵敏阀又称为死区，用来衡量测量起始点不灵敏的程度、分辨力（灵敏度阈）、分辨率是测试系统能感知到的被测量的最小变化程度、漂移是工作条件和被测量不变，测试输出随时间或温度变化的程度。

系统分析中的三类问题：

1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输特性。(系统辨识)

2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。 (反求)

3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(预测)

线性系统：系统输入x(t)和输出y(t)间的关系可以用常系数线性微分方程来描述的系统。

线性系统性质：叠加性、比例性、微分性、积分性、频率保持性、

频响函数的测定(正弦信号激励)：依据：频率保持性。优点：简单；缺点：效率低。

脉冲信号激励：优点：直观；缺点：简单系统识别。

阶跃信号激励：一阶系统特征：测量滞后。二阶系统特征：震荡

系统不失真测量条件：设测试系统的输出y(t)与输入x(t)满足关系y(t)=A0x(t-t0)

该系统的输出波形与输入信号的波形精确地一致，只是幅值放大了A0倍，在时间上延迟了t0而已。这种情况下，认为测试系统具有不失真的特性。

不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别满足 A(ω)=A0=常数，φ(ω)= - t0ω。

负载效应：实际测量工作中，测量系统和被测对象会产生相互作用。测量装置构成被测对象的负载。彼此间存在能量交换和相互影响，以致系统的传递函数不再是各组成环节传递函数的叠加或连乘。

系统干扰：电磁干扰:干扰以电磁波辐射方式经空间串入测量系统。信道干扰：信号在传输过程中，通道中各元件产生的噪声或非线性畸变所造成的干扰。电源干扰：这是由于供电电源波动对测量电路引起的干扰。

良好的屏蔽及正确的接地可去除大部分的电磁波干扰。使用交流稳压器、隔离稳压器可减小供电电源波动的影响。信道干扰是测量装置内部的干扰，可以在设计时选用低噪声的元器件，印刷电路板设计时元件合理排放等方式来增强信道的抗干扰性。

传感器：是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。

传感器的构成：敏感元件，转换元件。 传感器的分类：按被测物理量分类：长度,厚度,位移,速度,加速度,旋转角,转数,质量，按工作的物理基础分类：机械式,电气式,光学式,流体式等。按信号变换特征：能量转换型：直接由被测对象输入能量使其工作。能量控制型：从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化。按敏感元件与被测对象之间的能量关系：物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.

电阻式传感器：电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器,按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式.

变阻器式传感器的分类：单圈电位器，多圈电位器，直线滑动式电位器。

变阻器式传感器的性能参数：线性、分辨率、整个电阻值的偏差、移动或旋转角度范围、电阻温度系数、寿命。

电阻应变式传感器--应变片：电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。

半导体应变计：优点：灵敏度大;体积小;缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。

应变片的主要参数：几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用 b×L表示，电阻值：应变计的原始电阻值。灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。

应变片测量电路：相邻桥臂极性一致，输出为二者之差，反之为二者之和，相对桥臂极性一致，输出为二者之和，反之为二者之差。

电阻应变片的选择、粘贴技术：目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴，用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆，试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于500M欧。应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮。

电容式传感器：将被测量的变化转化为电容量变化。

分类：极距δ变化型，面积变化型，介质变化型。

测量电路：电桥电路，调频测量电路，运算放大器电路。

电容式传感器特点：优点：温度稳定性好，结构简单，动态响应好，灵敏度高。缺点：输出阻抗高，负载能力差，寄生电容影响大。

电感式传感器：电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。

分类：自感型，互感型。自感型又分为可变磁阻型（原理电磁感应），涡流式（原理涡流效应）。

无损探伤：原理：裂纹检测，缺陷造成涡流变化。

自感式传感器测量电路：电桥电路，调频测量电路，运算放大器电路。

互感型--差动变压器：

磁电式传感器：是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。

分类：动圈式，磁阻式。动圈式又分为线速度型，角速度型。

压电式传感器：变换原理:压电效应：某些物质，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。

测量电路：压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。

信号波形：被测信号的幅度随时间的变化历程称为信号的波形。

信号波形图：用被测物理量的强度作为纵坐标，用时间做横坐标，记录被测物理量随时间的变化情况。

信号的分类：从信号描述上分：确定性信号与非确定性信号；从信号的幅值和能量上：能量信号与功率信号；从分析域上：时域与频域；从连续性：连续时间信号与离散时间信号；从可实现性：物理可实现信号与物理不可实现信号。

模拟信号：随时间变化的物理量，用时间函数表示。

信噪比：有用信号与无用信号功率之比。

噪声密度：单位带宽上噪声功率的开方值。

数字信号：定义在不连续的时间点上并且其取值为有限分辨率编码数字。

时间离散：只在一些离散的时间点上有定义的信号称为“离散信号”

数值离散：只有限精度编码的数值称为“离散数字”。时间和数字都离散的信号叫做“数字信号”；

时间序列：存储在计算机中的数字信号是一串数字，称为“时间序列”

确定性信号与非确定性信号：可用数学表达式准确表示的信号称为确定性信号，是实际信号的理想形式或抽象。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。

周期信号：经过一定时间可以重复出现的信号，非周期信号：再不会重复出现的信号。

能量信号：在所分析的区间（-∞，∞），能量为有限值的信号称为能量信号。一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。

功率信号：在所分析的区间（-∞，∞），能量不是有限值．此时，研究信号的平均功率更为合适。一般持续时间无限的信号都属于功率信号。

时域有限信号：在时间段 (t1，t2)内有定义，其外恒等于零。

频域有限信号：在频率区间(f1，f2 )内有定义，其外恒等于。

连续时间信号：在所有时间点上有定义。

离散时间信号：在若干时间点上有定义。

随机信号：不能用精确的数学表达式表示、不能预知未来时刻信号值、任意两时刻 t1 和 t2 的取值 x(t1) 与 x(t2) 之间没有确定关系的信号。随机信号的基本统计量可由随机序列进行估计：均值，均方差。

平稳随机序列：均值和方差均不随时间而变化的随机序列称为“平稳序列”，否则，称为“非平稳序列”。

频限信号：若一信号可以分解为一系列正弦波的叠加，并且，所有正弦波中最高频率为Kω<∞，则称该信号为频限信号，Kω称为带宽。