测试技术-5.2 灵敏度及非线性
测试技术基础答案 第二章 测试装置的基本特性
第二章 测试装置的基本特性一、知识要点及要求(1)了解测试装置的基本要求，掌握线性系统的主要性质；(2)掌握测试装置的静态特性，如线性度、灵敏度、回程误差和漂移等；(3)掌握测试装置的动态特性，如传递函数、频率响应函数、单位脉冲响应函数； (4)掌握一、二阶测试装置的动态特性及其测试。
二、重点内容及难点(一) 测试装置的基本要求1、测试装置又称为测试系统，既可指众多环节组成的复杂测试装置，也可指测试装置中的各组成环节。
2、测试装置的基本要求：(1)线性的，即输出与输入成线性关系。
但实际测试装置只能在一定工作范围和一定误差允许范围内满足该要求。
(2)定常的(时不变的)，即系统的传输特性是不随时间变化的。
但工程实际中，常把一些时变的线性系统当作时不变的线性系统。
3、线性系统的主要性质 (1)叠加原理：若)()()()(2211t y t x t y t x −→−−→−，则)()()()(2121t y t y t x t x ±−→−±(2)频率保持性：若输入为某一频率的简谐信号，则系统的稳态输出也是同频率的简谐信号。
*符合叠加原理和频率保持性，在测试工作中具有十分重要的作用。
因为，在第一章中已经指出，信号的频域函数实际上是用信号的各频率成分的叠加来描述的。
所以，根据叠加原理和频率保持性这两个性质，在研究复杂输入信号所引起的输出时，就可以转换到频域中去研究。
(二)不失真测试的条件 1、静态不失真条件在静态测量时，理想的定常线性系统Sx x a b y ==0，S 为灵敏度。
2、动态不失真条件在动态测量时，理想的定常线性系统)()(00t t x A t y -=，A 0为灵敏度，t 0为时间延迟。
(三)测试装置的静态特性静态特性：就是在静态测量时描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度。
(1)线性度：指测试装置输出与输入之间保持线性比例关系的程度。
(2)灵敏度：指测试装置输出与输入之间的比例因子，即测试装置对输入量变化的反应能力。
测试技术复习题2 (1)
复习题1 绪论选择题：1.依据机敏材料本身的物性随被测量的变化来实现信号转换的装置称为（ A ）A.物理型传感器B.结构型传感器C.电桥D.A/D转换器2. 一个被测量与一个预定标准之间进行定量比较，从而获得被测对象的数值结果过程称为（ B ）A．测试 B．测量 C. 试验 D．传感3. 电测法具有测试范围广、精度高、灵敏度高、响应速度快等优点，特别适合于（ C ）A．静态测试 B．线性测试 C. 动态测试 D．非线性测试填空题：1.测试泛指测量和试验两个方面的技术，是具有试验性质的测量，是测量和试验的综合。
2.测量是指一个被测量与一个预定标准之间进行定量比较，从而获得被测对象的数值结果，即以确定被测对象的量值为目的的全部操作，可分为直接比较法和间接比较法。
3.依据机敏材料本身的物性随被测量的变化来实现信号转换的装置称为物理型传感器。
4.随着新材料的开发，传感器正经历着从机构型为主向物性型为主的转变。
名词解释：1.电测法答：电测法是将非电量先转换为电量，然后用各种电测仪表和装置乃至计算机对电信号进行处理和分析的方法。
2. 间接比较法答：间接比较法利用仪器仪表把待测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系的另一种物理量的变化。
3.直接比较法答：直接比较法无须经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测量值。
简答题：1.试述测量与测试的概念及其区别。
答：测量是指一个被测量与一个预定标准之间进行定量比较，从而获得被测对象的数值结果，即以确定被测对象的量值为目的的全部操作。
测试是对信号的获取、加工、处理、显示记录及分析的过程。
测量是被动的、静态的、较孤立的记录性操作，其重要性在于它提供了系统所要求的和实际所取得的结果之间的一种比较；测试是主动地、涉及过程动态的、系统的记录与分析的操作，通过试验得到的试验数据成为研究对象的重要依据。
2. 简述电测法概念及其优点。
答：电测法是将非电量先转换为电量，然后用各种电测仪表和装置乃至计算机对电信号进行处理和分析的方法。
测试技术考点归纳
第一章1.传感器的组成：敏感元件，转换元件，转换电路。
2.传感器的静态特性有非线性度、灵敏度、迟滞（回程误差）和重复性等。
3.非线性度：标定曲线偏离其拟合直线的程度（拟合直线的确定，可用最小二乘法）。
4.灵敏度：测试系统在静态测量时被测量的单位变换量引起的输出变化量。
1）线性系统的灵敏度S为常数，静态特性曲线的斜率越大，其灵敏度就越高。
2）装置的灵敏度越高，就越容易受到外界干扰的影响，即装置的稳定性越差。
5.回程误差（迟滞，滞后）：传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象。
6.重复性：同一个测点，测试系统安同一方向作全量程的多次重复测量时，每一次的输出值都不是一样的，是随机的。
反映的测量值的分散性，随机性。
7.零点漂移：传感器在受到环境影响（主要是温度）时，其零位动态变化的现象。
8.温度漂移：传感器在外界温度下输出量的变换，温度稳定性。
第二章1.引用误差：表征仪器仪表的误差的物理量，是相对误差。
2.误差的分类:系统误差，随机误差，粗大误差。
3.算术平均值是反映随机误差的分布中心，而标准差则反映随机误差的分布范围。
4.粗大误差的判别：3ɑ准则，格罗布斯准则。
阿贝准则适用于发现周期性系统误差。
马利科夫准则适用于发现线性系统误差。
5.测量结果的最可信赖值应在残差平方和为最小的条件下求出，这就是最小二乘迭法原理。
第三章1.信号的分类（按信号能量是否有限）：能量信号（平均功率为零），功率信号（平均功率有限）。
2.傅里叶级数有三角函数展开式和指数函数展开式两种表达形式。
3.比较傅立叶级数的两种展开形式可知：1）复指数函数形式的频谱为双边谱，三角函数形式的频谱为单边谱；2）两种频谱各谐波幅值在量值上有确定的关系；3）双边幅频谱为偶函数，双边相频谱为奇函数。
4.非周期信号的幅频谱|X（f)|是连续谱，周期信号的幅频谱|Cn|是离散谱（二者量纲不同，前者是频谱密度函数，后者是信号幅值）。
机械工程测试技术第5 章
上一页 下一页 返回
５. ４ 测量电路
• 环形二极管电容测量电路原理如图５－１４ 所示,输入方波加在电桥 的Ａ 点和地之间,Ｃｘ为被测电容,Ｃｄ为平衡电容传感器初始电容的 调零电容,Ｃ 为滤波电容,Ａ 为直流电流表。 在设计时,由于方波脉冲 宽度足以使电容器Ｃｘ和Ｃｄ充、放电过程在方波平顶部分结束,因此, 电桥将发生如下的过程。
的ΔＣ 可以增大,从而使传感器灵敏度提高。
上一页 下一页 返回
５. １ 工作原理和结构
• 但ｄ０ 过小,容易引起电容器击穿或短路。 因此,极板间可采用高介电 常数的材料(云母、塑料膜等)作为介质,如图５－４ 所示,此时电容变 为
• 云母片的相对介电常数是空气的７ 倍,其击穿电压不小于１ ０００ ｋ Ｖ/ ｍｍ,而空气仅为３ ｋＶ/ ｍｍ。 因此有了云母片,极板间起始距 离可大大减小。
• 一般变极板间距离电容式传感器的起始电容为２０~１００ ｐＦ,极板 间距离为２５~２００ μｍ。最大位移应小于间距的１/１０,故在微位 移测量中应用最广。
上一页 下一页 返回
５. １ 工作原理和结构
• ５. １. ２ 变面积型电容式传感器
• 图５－５ 所示为变面积型电容式传感器原理结构示意图。 被测量通 过动极板移动引起两极板有效覆盖面积Ｓ 改变,从而得到电容量的变 化。 当动极板相对于定极板沿长度方向平移Δｘ 时,则电容变化量为
薄膜等的厚度,也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体 介质的湿度。 图５－８ 所示为变介质型电容式传感器常用的结构形 式,图中两平行电极固定不动,极距为ｄ０,相对介电常数为εｒ２ 的电介 质以不同深度插入电容器中,从而改变两种介质的极板覆盖面积。 传 感器总电容量为
(完整版)测试技术试题库及答案
测试技术试题库（一）填空题1、测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来2、传输的。
这些物理量就是，其中目前应用最广泛的是电信号。
3、信号的时域描述，以为独立变量；而信号的频域描述，以为独立变量。
4、周期信号的频谱具有三个特点：， ，。
5、非周期信号包括信号和信号。
6、描述随机信号的时域特征参数有、、。
7、对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是对称，虚频谱（相频谱）总是对称。
8、某一阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输入信号2sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω，幅值=y ，相位=φ。
9、试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。
为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有、和。
10、当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y -=时，该系统能实现测试。
此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。
11、传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的越小。
12、一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有关系为最佳。
13、属于能量控制型的传感器有 等，属于能量转换型的传感器有等（每个至少举例两个）。
14、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于：前者利用引起的电阻变化，后者利用变化引起的电阻变化。
15、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响，实际应用时常常采用工作方式。
16、压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式：放大器和放大器，后接放大器时，可不受连接电缆长度的限制。
17、涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的效应。
18、磁电式速度计的灵敏度单位是。
19、压电式传感器是利用某些物质的而工作的。
20、电桥的作用是把电感、电阻、电容的变化转化为输出的装置。
测试技术答案
填空题1.位置传感器可用来检测（位置），反映某种状态的开关。
2.位置传感器有接触式和（接近式）两种。
3.用来测量机器人自身位置时，（直线位移）传感器常用于直线位移定位，具有工作原理简单、测量精度高、可靠性强的特点。
4.用来测量机器人自身位置时，角位移传感器可选（旋转式）定位器，具有可靠性高、成本低的优点。
5.角位移器可使用（光电）编码器，有增量式与绝对式两种形式。
6.直线位移传感器的功能在于把直线机械（位移量）转换成电信号。
7.接近开关是指当物体与其接近到（设定距离）时就可以发出“动作”信号的开关。
8.（霍尔）开关属于有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成。
9.常见的位移传感器有电位器式位移传感器、（霍尔）式位移传感器和光电式位移传感器。
10.根据运动方式，位移传感器可分为直线位移传感器和（角度）位移传感器。
11.位移传感器，按照接触被测物与否可以分为接触式和（非接触）式两种。
12.霍尔传感器的应用有霍尔式（位移）传感器、霍尔式转速传感器、霍尔计数装置等。
13.感应同步器是利用（电磁感应）原理将线位移和角位移转换成电信号的一种装置。
14.传感器在使用前或使用过程中或搁置一段时间再使用时，必须对其性能参数进行复测或作必要的调整与修正，以确保传感器的测量精度。
这个复测调整过程称为（校准）。
15.变极距型的电容位移传感器具有较高的灵敏度，但电容变化与极距变化之间为（非线性）关系。
16.根据运动方式，位移传感器可分为直线位移传感器和（角度）位移传感器。
17.对于线振动速度传感器，其输出的（感应电动势）正比于被测速度。
18.直线位移传感器的功能在于把直线机械（位移量）转换成电信号。
19.位置传感器有接触式和（接近式）两种。
20.用来测量机器人自身位置时，角位移传感器可选（旋转式）定位器，具有可靠性高、成本低的优点。
21.感应同步器是利用（电磁感应）原理将线位移和角位移转换成电信号的一种装置。
中南大学《测试技术》课程作业(在线作业)二及参考答案
(一) 单选题1. 为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用( )。
(A)电压放大器(B)电荷放大器(C)前置放大器(D)前置滤波器参考答案：(B)2. 为提高电桥的灵敏度，可采取的方法是( )。
(A)半桥双臂各串联一片电阻应变片(B) 半桥双臂各并联一片电阻应变片(C) 适当提高电桥的电源电压(D) 增大应变片的初始电阻值参考答案：(C)3. 电容式传感器中，灵敏度最高的是( )。
(A)面积变化型(B) 介质变化型(C) 极距变化型参考答案：(C)4. 半导体应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由( )来决定的。
(A)贴片位置的温度变化(B) 电阻丝几何尺寸的变化 (C) 电阻丝材料的电阻率变化参考答案： (C)5. 磁电式绝对振动速度传感器的动态数学模型是一个( )。
(A) 一阶环节(B) 二阶环节 (C) 比例环节参考答案： (B)6. 调频式电涡流传感器的解调电路是( )。
(A) 整流电路(B) 相敏检波电路 (C) 鉴频器参考答案： (C)7. 极距变化型电容传感器适宜于测量微小位移量是因为( )。
(A)电容量微小影响灵敏度(B) 灵敏度与极距的平方成反比，间距变化大则产生非线性误差(C) 非接触测量(D)参考答案： (B)8. 压电式加速度计，其压电片串联时可提高( )。
(A)电压灵敏度(B)电荷灵敏度(C)电压和电荷灵敏度参考答案：(A)9. 下列传感器中( )是基于压阻效应的。
(A)金属应变片(B) 半导体应变片(C) 压敏电阻参考答案：(D)10. 要使RC低通滤波器的通带加宽，则RC值应( )。
(A)增加(B) 减少(C) 不变参考答案：(B)11. 电涡流传感器是利用( )材料的电涡流效应工作的。
(A)金属导电(B)半导体(C)非金属(D)PVF参考答案：(A)12.交流电桥的供桥电压频率为，输入信号的最高频率为fm。
它们之间关系应满足( )。
(A)(B)(C)(D)参考答案：(D)13. 石英晶体沿机械轴受到正应力时，则会在垂直于( )的表面上产生电荷量。
2_5_2灵敏度分析
产品II利润为(1 ) 时的最终单纯形表
cj CB X B b 0 x3 15 / 2 2 x1 7 / 2 1 x2 3 / 2 cj zj
2 1 0 0 0 x1 x2 1 3 x41 3 x5 1 x , 4 0 0 0 41 05/ 2 2 15 / 2 4 1 0 10 11/ 4 1/ 2 即 0 1 30 1 / 4 3/ 2 1 1 1 3 0 0 0 4 4 2 2
3 x6 7 0 2
1
换基后有：
2 1 C B X B b x1 x2 0 x3 3 / 4 0 7 / 2 2 x1 7 / 2 1 0 3 x6 3 / 4 0 1 / 2 c j z j 0 1/ 2
cj
0 x3 1 0 0 0
0 x4 3/8 1/ 4 1/ 8 1/ 8
0 3 x5 x6 9/4 0 1/ 2 0 3/ 4 1 5/ 4 0
（2）检查原问题是否仍为可行解；
（3）检查对偶问题是否仍为可行解；
（4）按下表所列情况得出结论和决定继 续计算的步骤。
原问题 可行解 可行解 非可行解 非可行解
对偶问题 可行解 非可行解 可行解 非可行解
结论或继续计算的步骤 问题的最优解或最优基不变 用单纯形法继续迭代 用对偶单纯形法继续迭代 编制新的单纯形表重新计算
对偶问题最优解1 y 4 y5 y （相差负号）
一、分析 c j 的变化
一、分析 c j 的变化
Ⅰ 设备A 设备B 调试工序 利润（元） 0 6 1 Ⅱ 5 2 1 D 15时 24时 5时
1.5 2
2 1
问题1：当c1 1.5, c2 2 该公司最优生 产计划有何变化？
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 5.2 灵敏度及非线性
• 由式（5-4）可知，电容的相对变化量为
•
C 1
(5-13)
C0 1 d
d0
• 当|Δd/d0|<<1时，上式可按级数展开，可得
•
C C0
d d0
1
d d0
d d0
2
d d0
3
(5-14)
• 由式（5-14）可见，输出电容的相对变化量ΔC/C0与输入 位移Δd之间成非线性关系，当|Δd/d0|<<1时可略去高次 项，得到近似的线性关系， 如下式所示：
•
C d
(5-15)
C0 d0
5.2 灵敏度及非线性
• 电容传感器的灵敏度为
•
S C / C0 1
| d / d0 |
d0
(5-17) (5-18)
• 由式（5-16）与式（5-18）可以看出：要提高灵敏度，应减小起始 间隙d0 ，但非线性误差却随着d0 的减小而增大。
5.2 灵敏度及非线性
• 在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性误差，大都采用差动式 结构。图5-9是变极距型差动平板式电容传感器结构示意图。在差动
(5-16)
•
d
d0
•
它说明了单位输入位移所引起的输出电容相对变化的大小与 反比关系。如果考虑式（5-14）中的线性项与二次项，则
d0
呈
• •
C C0
d d0
1
d d0
• 由此可得出传感器的相对非线性误差 为
•
(d / d0 )2 100% d 100%
Hale Waihona Puke 式平板电容器中，当动极板位移Δd时，电容器C1的间隙d1变为d0-Δd ，电容器C2的间隙d2变为d0+Δd，则
• •
C1
C0
1
1 d
/
d0
(5-19)
•
C2
C0
1
1 •d
/
d0
(5-20)
0
d1
C1
0
d2
C2
S
• 图5-9 差动平板式电容传感器结构图