测量技术知识点汇总

误差的分类：系统误差、随机误差、粗大误差。

测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为 静态测量 和 动态测量 。 绘制周期信号x(t)的单边频谱图，依据的数学表达式是 傅氏三角级数中的各项系数 ，而双边频谱图的依据数学表达式是 傅氏复指数级数中的各项系数 。 频率调制是指利用（调制信号）控制（高频载波信号）频率变化的过程。

传感器的选用原则一般从灵敏度、(响应特性)、线性范围、（可靠性）、精确度、（测 量方法）和稳定性这些方面来综合考虑。

信号可分为 确定性信号 和 随机信号 两大类确定性信号可分为 周期信号 和 非周期信号 两类，前者的频谱特点是 离散的； 。后者的频谱特点是 连续的 。

根据载波受调制的参数的不同，调制可分为 调幅 、 调频 、 调相 。 测试系统的静态特性指标有 非线性度、灵敏度、回程误差

带通滤波器可由低通滤波器（fc2）和高通滤波器（fc1）串联 而成（fc2> fc1） 测试信号调理电路主要有 电桥、放大、调制解调电路

测试系统的线性度和滞后度是由 系统 误差引起的；而重复性误差是 由 随机 误差引起的 传感器按工作原理可分为 应变式、电容式、电感式、压电式、（或热电式等

周期信号x(t)的傅氏三角级数展开式中：an表示 余弦分量的幅值 ，bn表示 正弦分量的幅值 ，a0表示直流分量。

系统动态特性在时域可用 传递函数 来描述，在复数域可用 频率函数 来描述，在频域可用 脉冲响应函数 来描述。

将电桥接成差动方式习以提高__灵敏度___，改善非线性，进行___温度__补偿

测试系统的一般组成：被测对象、传感器、信号转换与调理电路、信号分析与处理装置、数据显示与记录仪器、观察者。传感器将被测物理量(如噪声,温度等) 检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。 数字信号的特性是时间、幅值上均离散

非线性度是表示定度曲线(A)的程度。 A．偏离其拟合直线 余弦函数只有 实频 谱图，正弦函数只有虚频谱图

差动式变极距式电容传感器的灵敏度是变极距式传感器的____2__倍 滤波器的频率分辨力主要由其 带宽 决定。

低通滤波器对阶跃响应的建立时间Te带宽B成 反比，或者说它们之间的乘机是 常数 周期信号的频谱具有以下三个特点：1、谐波性：各频率成分的频率比为有理数2、离散性：

....为整数：各次谐波在频率轴上取离散值，其间隔为有wnw,n1,2,3,.........3、收敛性：

各次谐波分量随频率增加，其总体趋势是逐渐衰减的。

根据滤波器的选频作用分，滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、 带阻滤波器。

传感器的动态特性以及描述动态特性主要技术指标？ 动态特性是指检测系统的输入为随时间变化的信号时，系统的输出与输入之间的关系。主要

动态特性的性能指标有时域单位阶跃响应性能指标和频域频率特性性能指标 压阻效应和压电效应的区别？举例说明应用。

压电效应：即一些电介质材料在一定 方向上受到外力作用而产生变形时，在它们的表面上会产生电荷，当外力被去除 后，表面又回到不带电状态。 压阻效应：是指当物质受到外力作用，其电阻率发生变化的现象。

试简述测试系统的静态特性和动态特性的含义，并写出静态特性的主要性能指标。 答：测试系统的静态特性是指测试系统的输入量为静态量时，系统的输出与输入之间的关系特性；测试系统的动态特性是指测试系统的输入量为动态量时，系统的输出与输入之间的关系特性；静态特性的主要技术指标有线性度、灵敏度、滞差。

根据信号的性质可分为：1、确定信号与随机信号、对应于某一确定时刻，就有某一确定数值与其对应的信号，称为确定信号。如果一个信号事先无法预测它的变化趋势，也无法预先知道其变化规律，则该信号称为随机信号，2、能量信号和功率信号、如果一个信号在无限大时间区域内信号的能量为有限值，则称该信号为能量有限信号或能量信号。如果在无限大时间区域内信号的功率为有限值，则称为功率有限信号或功率信号3、连续信号与离散信号、对任意一个信号，如果在定义域内，除有限个间断点外均有定义，则称此信号为连续时间信号。对任意一个信号，如果自变量仅在离散时间点上有定义，称为离散时间信号。

交流电桥的平衡条件：a相对两臂阻抗之模的成积应相等，并且它们的阻抗角之和也必须相

等

Z1Z3Z2Z41324

何谓压电效应?压电式传感器对测量电路有何特殊要求?为什么? 某些物质在外力的作用下，不仅几何尺寸发生了变化，而且内部极化，某些表面上出现电荷，形成电场。当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这一性质称为压电效应。压电式传感器的测量电路必须有高输入阻抗并在输入端并联一定的电容Ci以加大时间常数CR0。主要是为了在测量动态量时，获得一定的输出电压并实现不失真测量。

光电效应 它是光照射到某些物质上，使该物质的导电特性发生变化的一种物理现象，可分为外光电效应和内光电效应和光生伏特效应三类。

何谓霍尔效应？其物理本质是什么？用霍尔元件可测哪些物理量？ 答：霍尔效应：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过薄片时，则在垂直于电流和磁场方向的两侧面上将产生电位差，这种现象称为霍尔效应，产生的电位差称为霍尔电势。 霍尔效应产生的物理本质：在磁场中运动的电荷受到磁场力作用，而向垂直于磁场和运动方向的方向移动，在两侧面产生正、负电荷积累。 可用于测量的物理量：电流的测量，位移测量，磁感应强度测量，力测量；计数装置，转速测量，流量测量，位置检测与控制，电子点火器，制做霍尔电机—无刷电机等。

什么是滤波器的分辨力？与哪些因素有关？ 答：滤波器的分辨力是指滤波器分辨相邻频率成分的能力。与滤波器带宽B、品质因数Q、倍频程选择性、滤波器因数等有关。带宽越小、品质因数越大、倍频程选择性越小、滤波器

因数越小，分辨力越高。

什么是调制？调制的目的是什么？如何实现对信号进行调幅和解调？ 答：调制是指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的某个参数的过程。信号调制的目的：①实现缓变信号的传输，特别是远距离传输；②提高信号传输中的抗干扰能力和信噪比。 对信号进行调幅是将一个高频载波信号与被测信号相乘，使得高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。解调是指从已调制信号中恢复出原低频调制信号的过程。可使用同步解调、包络检波和相敏检波的方式来实现对信号进行解调。 什么是调制和解调？为什么要调制？（5分）

答：所谓调制，就是在调制信号（测试信号）的控制下，使载波信号（工作信号）的某些参数（如幅值、频率、相位）发生变化的过程。（2’）解调，就是从已调制波中恢复出调制信号的过程一般的被测量，如力、位移、应变等，经传感器检测变换后，常常是一些缓变的电信号。（1’）经过调制后，采用交流放大，比直接用直流放大，效果好；另外，调制波抗干扰能力强，也便于传输。（2’）

什么是不失真测试，不失真测试的条件是什么？（4’）

答：若A0,t0都是常数，如果一个测试装置，则有y(t)A0x(tt0)，即认为该测试装置实现了不失真测量。（2’）这表明，输出信号较输入信号，幅值放大了A0倍，时间上滞后了

t0，波形一致。对上式作傅里叶变换，有Y()A0ejt0X()。所以，若要实现输出波

形不失真，其幅频、相频特性应满足如下条件A()A0常数；()t0。（2’） 什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用。

答：测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索型的、论证型的测量过程，也是获取信息的过程。 （1） 测量对象 （2） 传感器：在测试系统和被测试对象之间建立了一定的连接关系，它直接感受被测量并将其转换成电信号。是测试系统中的关键部件。 （3） 中间转换电路（信号调理电路）：作用是将传感器的输出信号 进行传输、放大和转换，使其适合显示、纪录、数据处理。 （4） 信号处理单衣：它是以计算机为核心对中间转换电路的输出信号作进一步地处理（如：计算、频谱分析、数据储存等） （5） 显示、记录部分：作用是输出测试结果。

6.电器式传感器包括哪几种，各自的工作原理如何？（5’） 答：包括电阻式、电感式、电容式三种。

电阻式传感器工作原理：把被测量转换为电阻变化的一种装置；（2’） 电感式传感器工作原理：把被测量如位移转换为电感量变化的一种装置；（2’） 电容式传感器工作原理：把被测物理量转换为电容量变化的一种装置。（1’）

测试装置的静态特性和动态特性各包括那些？答：静态特性：（1）线性度，（2）灵敏度，（3）回程误差，（4）分辨率，（5）零点漂移和灵敏度漂移。动态特性：（1）传递函数，（2）频率响应函数，（3）脉冲响应函数，（4）环节的串联和并联。

交流电桥达到平衡时必须满足的条件是什么？如何来实现交流电桥的平衡？ 答：两个条件：相对两臂阻抗之模的乘机应相等，并且它们的阻抗角之和也必须相等。实现：电阻平衡，电容平衡。

求如图所示三何谓压电效应?压电式传感器对测量电路有何特殊要求?为什么?

某些物质在外力的作用下，不仅几何尺寸发生了变化，而且内部极化，某些表面上出现电荷，形成电场。当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这一性质称为压电效应。压电式传感器的测量电路必须有高输入阻抗并在输入端并联一定的电容Ci以加大时间常数R0C。主要是为了在测量动态量时，获得一定的输出电压并实现不失真测量。 角脉冲信号的频谱。

x(t) A -T/2 0 T/2 t 解：1.求如图所示三角脉冲信号的频谱。 解：一个周期内的表达式为：

2AtTx(t)2AtT0tT2Tt02（2’）

因为x(t)为偶函数，所以bn0， n1,2,3T2（1’）

1T/22T/22A4A12Ax(t)dttdttTT/2T0T2T2202T/24T/22A8A1anx(t)cosn0tdttcosn0tdt2(cosn1)（2’） 2T/20TTTT(n0)a04A2A(n)2n[(1)1](n)20n1,3,5n2,4,6出此得x(t)的三角函数形式傅里叶级数展开为

x(t)a0(ancosn0tbnsinn0t)n1A4A12n22cost2n1,3,5nT（1’）

n次谐波分量的幅值

22Ananbn4A（1’） n22n次谐波分量的相位

narctanbn（1’） an画出x(t)的频谱如图所示。

（2’）

2.用电阻应变片及双臂电桥悬臂梁的应变。其贴片及组桥方法如图所示。已知图中

'R1R1'R2R2120，上下贴片位置对称，应变3片的灵敏度系数k2。应变值1010，电桥供

桥电压ui3V。试分别求出如图组成桥路时的输出电压uo?

解：如图（b）组桥时的输出电压为（5’）

uo(R1R1RRR1R1)ui1uiuiuikui0.03(V)R1RR2R2RRR1R222R2如图（c）组桥时的输出电压为

R1R1R1'R1'Ruo()ui''''R1R1R1R1R2R2R2R2RR2R2R11Ruiuiui0.03(V)4R22R（5’

如图所示为两直流电桥，其中图(a)称为卧式桥，图(b)称为立式桥，且

R1R2R3R4R0，R1、R2为应变片，R3、R4为固定电阻。试求在电阻应变片阻值

变化为R时，两电桥的输出电压表达式并加以比较。

解：图（a）中，卧式桥的输出电压为

uoubudRRR0R1R1R4uiui0R1R1R2R2R3R42R02R0R0uuii2R0（4’）

图(b)中，立式桥的输出电压为

uoubudRRRRR1R1R2R2uiui00uiR1R1R4R2R2R32R0R2R0RR（4’）

2R0R2R0uu2i2i4R0RR12R02R由此可知，当2R01时，得uoRui，在忽略了高阶无穷小之后，两电桥的输出2R0电压是一样的，均为uo1Rui。（1’）不同之处是：立式桥由非线性误差，而卧式桥2R没有，所以卧式桥更精确。（1’）

对称方波的波形图如图所示。求傅里叶级数的三角形式展开，并画出频谱。

解：由图可知，它是正负交替的周期信号。其直流分量为：a00（1’），其脉宽等于周期的一半，即T1，（1’）将此代入式可得 2anEw1sinnw122Esinn；b0（3’）

nnw1n22因此，对称方波的傅立叶级数三角函数形式为：

f(t)2E1n2E11sincosnwt(coswtwtw1tn111235)（2’）

（3’）

已知调幅波xa(t)=(100+30cost+20cos3t)cosct，其中fc=10kHz，f=500Hz。试求： 1）xa(t)所包含的各分量的频率及幅值； 2）绘出调制信号与调幅波的频谱。 解：1）xa(t)=100cosct +15cos(c-)t+15cos(c+)t+10cos(c-3)t+10cos(c+3)t

各频率分量的频率/幅值分别为：10000Hz/100，9500Hz/15，10500Hz/15，8500Hz/10，11500Hz/10。

2）调制信号x(t)=100+30cost+20cos3t，各分量频率/幅值分别为：0Hz/100，500Hz/30，1500Hz/20。 调制信号与调幅波的频谱如图所示

以阻值120R，灵敏度5.2S的电阻丝应变片与阻值为120的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大，当应变片的应变为1000时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压

下面四个图分别是哪一种滤波器的幅频曲线特性图，并说明各自的工作特征。（4’）

答：①低通滤波器 0ff2之间为通频带，ff2的频率成分极大地衰减；（1’） ②高通滤波器 f1f之间为通频带，ff1的频率成分极大地衰减；（1’） ③带通滤波器 f1ff2之间为通频带，其它的频率成分极大地衰减；（1’） ④带阻滤波器 f1ff2之间为阻带频率，其它的频率成分通频带。（1’）