南京工程学院车辆测试技术复习.ppt

车辆测试技术复习,南京工程学院车辆工程系,1.测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。测量是以被测对象属性量值为目的的全部操作；计量是为了实现测量单位统一和量值准确性的一种科学方法；测试技术是测量技术与试验技术的综合。工程测试就是信号的获取、加工、处理、显示记录及分析的工程。,2.测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。测试系统与信息、信号之间的关系：获取信息是测试的目的信号是信息的载体测试是得到被测参数信息的技术手段。,3.信号的分类一：信号按数学关系分为确定性信号和非确定性信号确定性信号又分为周期信号和非周期信号；周期信号包括谐波信号和一般周期信号；非周期信号包括准周期信号和一般非周期信号。非确定性信号又称为随机信号，可分为平稳随机信号和非平稳随机信号；平稳随机信号又分为各态历经信号和非各态历经信号。,4.信号的分类二：信号按取值特征可分为连续信号和离散信号；连续信号又分为模拟信号（信号的幅值与独立变量均连续）和一般连续信号（独立变量连续）离散信号又分为一般离散信号（独立变量离散）和数字信号（信号的幅值和独立变量均离散）。,5.信号分类三：信号按能量功率可分为能量信号和功率信号。信号在某时间段内的能量就是瞬时功率对时间的积分。不考虑量纲，直接把信号的平方与其对时间的积分分别称为信号的功率和能量。若信号的能量有限，称为能量有限信号，简称能量信号，如各类瞬变信号。若能量无限，但在有限区间内满足功率有限的条件，则称为功率信号，如各种周期信号、常值信号、阶跃信号。,6.信号的定义：确定性信号是指能用明确的数学关系式表达的信号。周期信号是指按一定时间间隔周而复始重复出现的信号。频率单一的正弦或余弦信号称为谐波信号。谐波信号的特征参量有峰值、均值、绝对均值、方均差值、方均根值和方均值等。一般周期信号是由多个乃至无穷多个频率成分叠加所组成，叠加后存在公共周期，如周期方波、周期三角波等。准周期信号也是由多个频率成分叠加的信号，但叠加后不存在公共周期。一般非周期信号又称为瞬变非周期信号，是在有限的时间段存在，或随着时间的增加而幅值衰减至零的信号。,7.利用傅立叶级数，一般周期信号可以展开成多个乃至无穷多个不同频率谐波信号的线性叠加。在有限区间内满足狄利赫利条件的周期信号可展开为傅立叶级数的三角函数：,常值分量：余弦分量的幅值：正弦分量的幅值：,T0：周期；0：圆频率；第n次谐波的幅值：第n次谐波的初相角：,8.周期信号频谱的特点：离散性：只在n0离散值上取值；谐波性：每条谱线出现在基波频率0的整数倍的频率上，是诸分量频率的公约数，相邻谱线间隔为；收敛性：谱线高度表示该谐波的幅值或相位角，幅值谱具收敛性，常见的周期信号幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小。在频谱分析中可忽略次数过高的谐波分量。注意：几个简谐信号的叠加不一定是周期信号，也就是具有离散频谱的信号不一定是周期信号。只有各简谐成分的频率比是有理数，他们能在某个时间间隔后周而复始，合成后才是周期信号。准周期信号就是由几个简谐信号叠加形成，具有离散频谱，但频率比不是有理数，合成后不是周期信号。,9.非周期信号可看作是周期T为无穷大的周期信号，基波谱线及谱线间隔趋近无穷小，离散的n0就变为连续的，所以信号的频谱是连续的。10.随机信号的特点：不能用精确的数学关系式来描述时间函数；不能预测它未来任何时刻的准确值；每次观测这种信号，结果都不同。,11.典型的测试系统基本由三部分构成：信号的传感部分、信号的调理部分、信号的显示与存储部分。当被测量不随时间变化或变化很缓慢时，测试系统的输出与输入之间的关系称为静态特性；当被测量随时间变化时，测试系统的输出与输入之间的关系称为动态特性。,12.通常的工程测试问题总是处理输入量x(t)、装置（系统）的传输特性h(t)和输出量y(t)三者之间的关系。1）辨识：如果x(t)、y(t)可以观察(已知)，则可推断h(t)。2）反求：如果h(t)已知，y(t)可测，则可推断x(t)。3）预测：如果x(t)和h(t)已知，则可推断和估计y(t)。,13.1)理想的测试装置应该是：输出和输入成线性关系。即具有单值的、确定的输入输出关系。系统为时不变线性系统。2)实际的测试装置：只能在较小工作范围内和在一定误差允许范围内满足线性要求。很多物理系统是时变的。在工程上，常可以以足够的精确度认为系统中的参数是时不变的常数。,14.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。重复性：也称精度，表示由在相同测量条件下，重复测量同一被测量，测量仪器提供相近值的能力。它表示测量装置的随机误差接近于零的程度。灵敏度：当测试装置的输入x有一增量x，引起输出y发生相应变化y时，定义：S=y/x。对于理想的定常线性系统，灵敏度应当是常数，一般的测试装置总不是理想定常线性系统，用拟合直线的斜率来作为该装置的灵敏度。灵敏度有量纲，其单位取决于输入、输出量的单位。线性度：实际曲线与拟合直线的偏离程度就是线性度，也称为非线性误差，线性度=B/A100%。,4)回程误差：测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间最大差值为hmax，则定义回程误差为：(hmax/A)100%。5)分辨力：指能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量，表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。6)分辨率：指通过测试装置的输出所观察到的最小输入变化量。7)精确度：指测量仪器的指示值和被测量真值的符合程度。精确度是诸如线性度、温度漂移、回程误差等一系列因素所导致的不确定度之总和。,15.线性系统的基本特性：叠加特性：系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和；比例特性：常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的常数倍；微分特性：系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分；积分特性：当初始条件为零时，系统对原输入信号的积分等于原输出信号的积分；频率保持特性：若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的谐波信号。,16.传递函数能描述测试装置的固有的动态特性，是代数方程，它包括瞬态、稳态时间响应和频率响应的全部信息。特点：1)H(s)只表达系统的传输特性（即动态特性），与输入x(t)及系统的初始条件无关；2)H(s)不拘泥于系统的物理结构，不论是机、电、液系统，只要动态特性相似，就可用同一H(s)描述；3)H(s)反映x(t)、y(t)量纲变换关系；4)H(s)的分母取决于系统结构，一般测量装置属于稳定系统：n m。,17.当一个系统由若干环节组成时，对n个环节串联组成的系统，有由n个环节并联组成的系统，有,18.频率响应函数指在频率域中，反映一个系统的正弦输入（或激励）的稳态响应。它是复数，具有相应的模和相位角。幅频特性：相频特性：,19.一阶系统：,20.测试装置不失真测量的条件：即：线性关系,21.传感器定义：传感器是将被测物理量按一定规律转换成与之对应的另一物理量的转换装置。传感器一般由敏感元件及其他辅助元件和电路组成的整个装置。传感器的分类方法有：根据输入物理量分类，根据工作原理分类，根据输出信号的性质分类，根据能量转换原理分类。对传感器的要求：传感器的输出电量与被测非电量有单值函数关系，并尽可能为线性关系；具有较高的精确度和灵敏度；良好的稳定性和动态特性；结构简单、经久耐用；具有一定的抗振性能和对测量环境有较强的适应性。,22.电阻应变片式传感器可用来测量位移、应变、力和力矩等物理量。电阻应变效应金属电阻丝在外力作用下产生机械变形时，其电阻率、长度l和截面积A都将发生相应的变化，从而引起电阻值发生变化。金属电阻丝电阻的相对变化量：,灵敏度半导体应变片由于电阻率变化引起的阻值变化远大于几何尺寸变化引起的阻值变化，故 灵敏度半导体应变片优点：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。压阻式传感器的变换原理是利用某些半导体材料的压阻效应来实现的。,23.可变磁阻式电感传感器是建立在电磁感应基础上，利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量测量的。此类传感器结构简单，无机械磨损的影响，灵敏度和分辨力较高。涡电流式电感传感器的最大特点是非接触测量且不受油污等介质影响。24.电容式传感器是将被测物理量的变化转换成电容量变化的装置。根据其参数变化可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三类。,25.压电式传感器是一种有源传感器，也是一种可逆型换能器，既可将机械能转换为电能，又可将电能转换成机械能。变换原理是以某些物质的压电效应为基础的。压电效应石英、钛酸钡等在一定方向上受到外力作用而发生变形时，其表面将产生电荷，形成电场，当外力作用去除后，电场随之消失。电致伸缩效应或逆压电效应将具有压电效应的物质置于交变电场中，在电场作用下，其几何尺寸会在某些方向上发生伸缩。,26.磁电式传感器是基于电磁感应原理，将被测物理量转换为感应电动势的传感器。27.霍尔效应传感器是基于霍尔效应而工作的，霍尔效应将霍尔元件置于磁场中，在垂直于磁场的侧面通以电流，则在与磁场和电流均垂直的另一端就会出现电位差，即霍尔电动势。,28.半导体光敏管是一种利用光照射时载流子增加的半导体光电元件。具有一个PN结的称为光敏二极管具有两个PN结的称为光敏晶体管，他们均为近红外线接收管。把接收到的光变化变成电流的变化，经过放大及处理，用于各种控制场合。,29.超声波传感器：超过20kHz的声波称为超声波，频率高、波长短，其能量远远大于振幅相同的声波能量，超声波具有很高的穿透能力。超声波在反射、折射过程中，其能量及波形都将发生变化。超声波在介质中传播时，能量的衰减决定于波的扩散、散射及接受。利用超声波反射、折射、衰减等物理性质，可以实现物质结构无损探伤以及液位、流量、温度、粘度、厚度、距离等参数的测量。超声波应用有三种基本类型：1)透射型用于遥控器防盗报警器、自动门、接近开关等；2)分立式反射型用于测距离、液位或料位等；3)反射型用于材料探伤、测厚等。,30.传感器选用原则：1)灵敏度；2)频率响应特性；3)稳定性；4)精确度；5)测量方式。31.电桥电路的作用就是将传感器转换元件输出的电参量（电阻、电容、电感）的变化转换成电压量的变化。有直流电桥和交流电桥两种。直流电桥的灵敏度与桥路工作臂的多少有关，单臂电桥灵敏度是全桥的1/4，半桥灵敏度是全桥的1/2。,32.调制与解调的目的：将微弱电压信号放大；将非电信号转换为电压信号；抑制干扰噪声，提高信噪比；便于传输及后续环节的处理。调制：使一个信号的某些参数在另一个信号的控制下而发生变化的过程。解调：从已调制波中恢复出调制信号。调幅：将一个高频简谐信号（载波）与测试信号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值随测试信的变化而变化，此时可把调幅波再次与原载波信号相乘即可解调。调频：利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的是等幅波，但其振荡频率的偏移量与信号电压成正比。当信号电压为零时，调频波的频率就等于中心频率；信号电压为正值时，频率提高，负值时则降低。调频波的解调是先将调频波变换成调频调幅波，然后进行幅值检波，由鉴频器完成。,33.滤波器的分类：根据滤波器的选频作用分为四类，即低通、高通、带通和带阻滤波器。根据构成滤波器的元件类型可分为RC、LC或晶体谐振滤波器。根据构成滤波器的电路性质可分为有源滤波器和无源滤波器。根据滤波器所处理的信号性质可分为模拟滤波器和数字滤波器。理想滤波器：是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器，其通带和阻带之间有明显的分界线。也就是说，理想滤波器在通带内的幅频特性应为常数，相频特性的斜率为常值；在通带外的幅频特性应为零。实际滤波器：幅频特性曲线上没有明显的转折点，通带中幅频特性也并非常数，需要用多个参数来描述实际滤波器的性能，主要参数有波动幅度、截止频率、带宽、品质因素、倍频程选择性等。,34.集成运算放大器最基本的应用电路是反相与同相放大电路。许多集成运算放大器的功能电路都是在反相和同相两种放大电路的基础上组合和演变而来的。,35.笔式记录仪动圈式笔式记录仪的工作原理：如图5-18，磁电式检流计是其核心，因此又称为检流计式笔录仪，当信号电流输入检流计的线圈时，在磁场力的作用下，线圈产生与信号电流成正比的角度偏转，直接带动指针摆动，与此同时，弹簧产生与转角成正比的弹性恢复力矩与电磁力矩相平衡。,36.光线示波器的工作原理：如图5-19光线示波器由振动子系统、光学系统、记录纸传动系统以及电气系统组成。光线示波器是利用磁电式振动子将输入的电流信号转换成光点的横向移动，然后在等速移动的感光纸上将被测信号记录下来。振动子由张丝、支撑、线圈、反射镜、弹簧等组成。反射镜粘结在张丝上，当电流流经线圈时，在磁场中线圈受到电磁转矩的作用，带着反射镜一起转动，由光源射到反射镜的光束被反射到感光纸上，形成光点，随反射镜转动该光点在感光纸上产生横向偏移，于是在等速移动的感光纸上就描绘出波形，该波形表达了被测信号与时间的关系。,37.七段LED显示器工作原理：七段LED显示器由数个LED组成一个阵列，并封装于一个标准的外壳中，有共阳极和共阴极两种结构，以适用于不同的驱动电路，如图5-23，用七段LED显示器能够组成09数字和多种字母。如果要显示某个数或字符，就要点亮对应的段，就需要译码。译码有硬件译码和软件译码之分。由七段译码/驱动器完成的是硬件译码，BCD码转换为对应的七段字型码（简称段码）工作。软件译码与硬件译码相比，显示电路省去了硬件译码器，由软件来完成BCD码转换为对应的段码。,38.液晶显示器的结构原理：图5-25，向列型液晶材料封入在上下玻璃电极之间，液晶分子平行排列，上下扭曲90。外部的入射光线通过上偏振片后形成偏振光，该偏振光通过平行排列的液晶材料后被旋转90，再通过上下偏振片垂直的下偏振片，被反射板反射回来，呈透明状态。将一定的电压加在上下电极后，电极部分的液晶分子转成垂直排列，旋光性失去，从上偏振片入射的偏振光不再被旋转，光无法通过下偏振片返回，因而呈黑色。根据需要将电极做成各种文字、数字、图形，就能够获得各种状态显示。,39.误差就是测得值与被测量的真值之间的差，可用绝对误差或相对误差表示。绝对误差通常简称误差。相对误差是绝对误差与被测量的真值之比值，通常用百分数来表示。误差的分类：根据误差的特点与性质，可将误差分为系统误差、随机误差和粗大误差三类。真值某个物理量在某一时刻和某一位置的客观存在的真实值。实际上，真值不能确定，使用的是约定真值。系统误差在一定测试条件下，按一定规律变化的误差。随机误差因许多不确定性因素而随机产生。不明确、无规律，无法消除或修正。粗大误差超出在规定条件下预期的误差，明显与实际值不符。,40.随机误差的产生原因：1)测量装置方面的因素；2)环境方面的因素；3)人员方面的因素。随机误差通常正态分布，具有四个特征：1)误差的对称性；2)误差的单峰性；3)误差的有界性；4)误差的抵偿性。随机误差的总体标准差：样本标准差：贝塞尔（Bessel）公式：,41.系统误差的分类：根据系统误差的变化分为恒值系统误差和变值系统误差。根据误差产生的原因可分为工具误差、装置误差、环境误差、方法误差、人员误差。根据误差的变化规律，可将系统误差分为常值性的、累进性的、周期性的以及按复杂规律变化的系统误差，通常分为四类：固定不变的系统误差；线性变化的系统误差；周期性变化的系统误差；变化规律复杂的系统误差。系统误差的特点：确定性、重现性、可修正性。,42.粗大误差产生原因主要有：测量人员的主观原因；客观外界条件的原因；测量仪器内部突然故障。判别粗大误差的基本思想：给定一个显著性水平，按一定分布确定一个临界值，凡超过这个界限的误差，就认为它不属于随机误差的范畴，而是粗大误差，该数据应予以剔除。常用判别准则：1)莱以特准则；2)罗曼诺夫斯基准则；3)格罗布斯准则。,43.试验数据的处理通常采用表格法、图示法和经验公式法。回归分析是根据最小二乘法原理确定经验公式的数理统计方法。通过回归分析寻求经验公式，需要解决三个问题：一是确定经验公式的函数类型；二是确定函数中的各参数值；三是对该经验公式的精度作出评价。,44.动态测试数据可分为确定性的和随机性的两大类。确定性数据分成周期数据和非周期数据。周期数据分为正弦周期和复杂周期。非周期数据分为准周期数据和瞬态数据。随机过程数据分成平稳过程数据和非平稳过程数据。平稳过程数据分为各态历经数据和非各态历经数据。对于确定性数据，可以寻求数学函数式或经验公式来表达。对于随机数据，可从三个方面进行描述：1)时间域描述；2)幅值域描述；3)频率域描述。,45.微机测试系统的典型结构：1)微机基本子系统；2)数据采集子系统及接口；3)数据通信子系统及接口；4)数据分配子系统及接口；5)基本I/O子系统及接口。数据采集系统常见类型：串口数据采集卡；PCI/ISA数据采集卡；USB接口数据采集卡。,46.信号的自相关函数：信号的互相关函数：,46.微机测试系统的典型结构：1)微机基本子系统；2)数据采集子系统及接口；3)数据通信子系统及接口；4)数据分配子系统及接口；5)基本I/O子系统及接口。数据采集系统常见类型：串口数据采集卡；PCI/ISA数据采集卡；USB接口数据采集卡。,47.虚拟仪器是基于“信息的数据采集(ADC)-信号的分析与处理(DSP)-输出(DAC)及显示”的结构模式建立通用仪器硬件平台。虚拟仪器是指以计算机为核心，将计算机与测量系统融合于一体，用计算机软件代替传统仪器的某些硬件的功能，用计算机显示器代替传统仪器物理面板的测量仪器。虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件三大要素构成的。,48.Labwindoys/CVI具有的特点：1)集成开发平台；2)采用交互式编程方法；3)具有功能强大的函数库；4)设计简单直观的图形用户界面；5)完善的兼容性；6)多种灵活的程序调试手段；7)网络功能。,