汽車測試基礎課件

汽車測試基礎第一章緒論一、汽車測試的作用與意義二、測試的基本概念三、測試系統(tǒng)的構成四、測試的一般方法

五、學習本課程的目的ACC(AdaptiveCruiseControl)ABS(AntilockBrakingSystem)歷史時代：手工化機械化自動化資訊化生產(chǎn)方式：人與簡單工具動力機與機械自動測量控制智能機械裝置……汽車的發(fā)展離不開測試技術

測試技術在汽車中的應用日新月異發(fā)動機：向發(fā)動機的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動機的工作狀況資訊，對發(fā)動機工作狀況進行精確控制溫度、壓力、位置、轉速、流量、氣體濃度和爆震感測器等

汽車感測器：汽車電子控制系統(tǒng)的資訊源，關鍵部件，核心技術內容

普通轎車：約安裝幾十到近百只感測器，豪華轎車：感測器數(shù)量可多達二百餘只。

底盤：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動力轉向系統(tǒng)、制動防抱死系統(tǒng)等車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動機轉速、水溫、油溫車身：提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等溫度、濕度、風量、日照、加速度、車速、測距、圖象等測量

是指確定被測對象屬性量值為目的的全部操作。測試

是具有試驗性質的測量，或者可以理解為測量和試驗的綜合。測試的基本概念

力學參數(shù)：表明機器工作負荷狀況的參數(shù)，力、力矩、應力、電壓等；

運動參數(shù)：表明機械運動規(guī)律的參數(shù)，位移、速度、加速度等；電參數(shù)：表明機器工作負荷狀況的參數(shù)，電流、電壓、功率等；工藝參數(shù)：表明加工工藝條件的有關參數(shù)，如加工對象的加工量、溫度、幾何形狀等。測量參數(shù)例：空調機測量控制室溫空氣被測對象：被測資訊：檢測器具：操作過程：室內空氣溫度溫度感測器---熱電阻、熱電偶

熱敏電阻

電信號

處理

顯示空調機測試系統(tǒng)的組成控制器即時採集懸架速度信號判斷電磁閥通斷電磁閥工作狀態(tài)改變減振器阻尼係數(shù)動畫演示檢測方法分類1.

直接測量（絕對測量、相對測量）間接測量2.

開環(huán)測量與閉環(huán)測量3.

偏差法、零位法、微差法測試方法分類1、直接測量與間接測量

直接測量：直接將被測量與標準量進行比較標準量標準計量單位（如米尺、光柵尺、鐳射、……）

絕對測量定值標準量（如某一固定尺寸）

相對測量--絕對測量：採用儀器、設備、手段測量被測量，直接得到測量值測量結果：20.1mm--相對測量：將被測量直接與基準量比較，得到偏差值特點：簡單、直觀、明瞭；測量精度不高基準量：20.00mm測量值：+0.08mm結果：20.08mm特點：精度高；複雜、成本高、要求高

間接測量如測導線的導電率ρ：測量與被測量有一定函數(shù)關係的參量，被測量由計算獲得2、開環(huán)測量與閉環(huán)測量開環(huán)測量：回饋測量：特點：簡單、直觀、明瞭；測量精度不高特點：精度高；複雜、成本高、要求高感測器輸入量x輸出量y感測器輸入量x輸出量y放大反響感測器3、偏差法、零位法和微差法偏差法：零位法：利用測量儀錶的指針相對於刻度的偏差位移直接表示測量的數(shù)值利用指零機構的作用，使用被測量和已知標準量兩者達到平衡，根據(jù)指零機構示值為零來確定被測量等於標準量值微差法：偏差法和零位法的結合被償測量被測量餘數(shù)被償測量大值與標準量大體平衡現(xiàn)代測試技術發(fā)展趨勢智能化虛擬化網(wǎng)路化微型化軟測量技術

通過測試技術的基礎理論學習和實驗，培養(yǎng)學生能正確地選用測試裝置,進行各種物理量的測量；初步掌握進行動態(tài)測試的方法和技能，為以後的生產(chǎn)實驗和科學研究打下一定的基礎。課程的目的

簡述測量參數(shù)的種類。簡述測量方法有哪些？思考題長光柵---直線位移；圓光柵---角位移構成：主光柵---尺規(guī)光柵，定光柵；指示光柵---動光柵長度---測量範圍；刻線密度

---測量精度(10、25、50、100、125線/mm)加速度計力感測器壓力變送器2分類

磁電式動圈式磁阻式線速度型角速度型N磁電式感測器

動圈式感測器線速度型

磁電式感測器

磁電式車速感測器第二章、信號分類及其描述本章學習要求：1.瞭解信號分類方法2.掌握信號時域波形分析方法3.掌握信號頻域頻譜分析方法1從信號描述上分--確定性信號與非確定性信號；2從信號的幅值和能量上--能量信號與功率信號；3從分析域上--時域與頻域；2.1信號的分類與描述

4從連續(xù)性--連續(xù)時間信號與離散時間信號；5從可實現(xiàn)性

--物理可實現(xiàn)信號與物理不可實現(xiàn)信號。2.1信號的分類與描述

1確定性信號與非確定性信號

可以用明確數(shù)學關係式描述的信號稱為確定性信號。不能用數(shù)學關係式描述的信號稱為非確定性信號。2.1信號的分類與描述

週期信號：經(jīng)過一定時間可以重複出現(xiàn)的信號

x(t)

=

x(t+nT)b)非週期信號：在不會重複出現(xiàn)的信號。c)非確定性信號：不能用數(shù)學式描述，其幅值、相位變化不可預知，所描述物理現(xiàn)象是一種隨機過程。非確定性信號根據(jù)是否能滿足平穩(wěn)隨機過程的條件，又可以分成平穩(wěn)隨機信號和非平穩(wěn)隨機信號。

2.1信號的分類與描述

2能量信號與功率信號

a)能量信號在所分析的區(qū)間（-∞，∞），能量為有限值的信號稱為能量信號，滿足條件：一般持續(xù)時間有限的瞬態(tài)信號是能量信號。2.1信號的分類與描述b)功率信號

在所分析的區(qū)間（-∞，∞），能量不是有限值．此時，研究信號的平均功率更為合適。一般持續(xù)時間無限的信號都屬於功率信號:1、信號波形圖

週期T，頻率f=1/T峰值PAtT

PPp-p雙峰值Pp-p2.2信號的時域波形分析

2.2信號的時域波形分析

4、均值

均值E[x(t)]表示集合平均值或數(shù)學期望值。均值：反映了信號變化的中心趨勢，也稱之為直流分量。5、均方值

信號的均方值E[x2(t)]，表達了信號的強度；其正平方根值，又稱為有效值(RMS)，也是信號平均能量的一種表達。

2.2信號的時域波形分析

6、方差方差：反映了信號繞均值的波動程度。信號x(t)的方差定義為：

2.3信號的頻域分析

1週期信號與離散頻譜採用三角函數(shù)展開式

週期信號頻譜的特點（1）離散性（2）諧波性（3）收斂性

2、非週期信號與連續(xù)頻譜傅裏葉變換對

:頻譜特點：其頻譜是連續(xù)的，它是由無限多個、頻率無限接近的頻率成分所組成。譜線幅值在各頻率上趨於無窮小。

第三章TestingSystemandPrincipalCharacteristic測試裝置的基本特性1、概述2、測試裝置的靜態(tài)特性3、測試裝置動態(tài)特性4、實現(xiàn)不失真測試的條件返回組成

試驗裝置數(shù)據(jù)處理裝置

測量裝置記錄顯示測試裝置的靜態(tài)特性

靈敏度：當測試裝置的輸入信號有微小變化時，引起輸出信號發(fā)生微變數(shù)，則稱它們的比值為靈敏度。線性度：是指測試裝置的輸入和輸出是否保持線性關係線性度=｜輸出的標定值-輸出的理論值｜/輸出信號的變化範圍100%回程誤差：在實際測試中，在同樣的條件下，當輸入信號大和由大減小的過程中，測試裝置會出現(xiàn)輸入同一個信號，而得到不同的兩個輸出信號,其最大差值稱為回程誤差。測試系統(tǒng)誤差與靈敏度

理想測試裝置的特性

疊加性superpositionality

比例性proportionality

頻率保持性frequencyretentivity傳遞函數(shù):(Transferfunction)在工程測試中，傳遞函數(shù)是輸出信號(時域)與輸入信號(時域)之比。頻率回應函數(shù)：(Frequencyresponsefunction)

在工程測試中，頻率回應函數(shù)是輸出信號（頻域）對輸入信號（頻域）之比。測試裝置輸入輸出頻率回應函數(shù)H（jw）可以用複指數(shù)來表示，複數(shù)的模為測試裝置的幅頻特性，複數(shù)的相角為相頻特性。

幅頻特性和相頻特性AmplitudeandPhaseFrequencyCharacteristic頻率回應法測量系統(tǒng)特性

動畫演示

一階測試裝置的頻率回應一階測試的微分方程幅頻特性相頻特性階躍信號:

測試裝置在典型輸入下的動態(tài)回應

系統(tǒng)的階躍輸入和回應

測試裝置的幅頻特性為常數(shù)。測試裝置的相頻特性為線性。實現(xiàn)不失真測試的條件

波形不失真複現(xiàn)思考題

求週期信號x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t-450)通過傳遞函數(shù)H(s)=1/(0.005s+1)的裝置後所得到的穩(wěn)態(tài)回應。把靈敏度為404x10-4pc/Pa的壓電式力感測器與一臺靈敏度調到0.226mV/pc的電荷放大器相接，求其總靈敏度。第四章常用的感測器

§3.1

概述§3.2

機械式感測器§3.3

電阻式感測器§3.4

電感式感測器§3.5

電容式感測器§3.6

壓電式感測器§3.7

其他感測器§3.9

傳動器的選用原則返回§3.1概述一感測器的作用二感測器的分類下一節(jié)回首頁可轉換的信號機械信號電信號輻射信號（光波超聲波紅外波）流體信號感測器的作用返回按被測對象按工作原理機械式電子式光學式流體式按能量變換關係能量轉換型

能量控制型物性型結構型集成化感測器多環(huán)節(jié)集成多參量集成模擬式數(shù)字式返回§3.2機械式感測器一工作原理

p58圖3-3二特點及應用

n低，適於靜態(tài)測量被測量彈性元件變形（位移）敏感元件電信號首頁下一節(jié)§3.3電阻式感測器一變阻器式感測器二

電阻應變式感測器首頁下一節(jié)1工作原理

p59圖3-5R=KiX2性能特點1°靈敏度Lo線性P59表3-6電阻分壓電路2°優(yōu)點：缺點：返回1

工作原理2分類比較金屬式半導體式絲式p60圖3-7箔式圖3-8S半=（50~70）S金電阻應變式感測器p63表3-10，p64圖3-113環(huán)境溫度對應變的影響p60圖3-7返回工作原理可表示為可到出傳感原理：S1+2u金屬式1.7~3.6之間線性半導體返回§3.4電感式感測器一

自感型二互感型—差動變壓器式電感感測器首頁自感型1

可變磁阻式（1）工作原理（2）分類比較2渦流式上一頁工作原理返回a.改變δ式S≈const*差動式p65表3-13（b）b.改變磁通互積式p65圖3-13（a）c.雙螺管線圈差動型測量範圍0.001~1mm測量範圍0~300um,分辨力0.5um測量電路首頁差動變壓器式電橋取D為參考點○Z1Z2D○○B(yǎng)A上一頁2

渦流式P66表3-15（1）工作原理金屬板材料ρμ↑↓線圈激勵頻率w↑↓測頻轉速鑒材與探傷測微小位移透射式測厚δ↑↓（2）性能特點Z↑↓首頁上一頁§3.5電容式感測器一傳感原理δε二分類比較1）δ↑↓2）A↑↓3)ε↑↓>0首頁§3.6電壓式感測器一壓電效應二

壓電材料三壓電式感測器及其等效電路四

測量電路五特點及應用首頁1.壓電單晶體2.多晶體壓電陶瓷☆銑鈦酸鉛材料系列鈦酸鋇3.壓電半導體壓電傳感器集成感測器半導體電子器件4.高分子壓電薄膜微壓機器人觸覺返回壓電式感測器為能量型感測器，也稱無源感測器，本身相當於高內阻微弱的電荷源CaCciqR0CqR0C=Ca+Cc在交變力的作用下產(chǎn)生交變電荷依電荷平衡原理下一頁首頁1ow↑

w→0e→0適於高頻信號測量：振動雜訊表面粗糙度2o測量低頻信號（靜態(tài)）CRo↑↑即Ro↑↑即後級需接高輸入阻抗的測量電路，按規(guī)定電纜接線上一頁回首頁前置放大器電壓放大高輸入阻抗的比例放大器電荷放大具備深度電容負回饋的高增益的高輸入阻抗的運放CaCcq-k1且不變電纜長度及型號的影響2可測超低頻信號用於衝擊振動與地震測量返回特點及應用1、體積小、重量輕、結構簡單、頻率範圍寬適於動態(tài)測量2、多用於力、振動加速度、雜訊、表面粗糙度的測量回首頁下一節(jié)1

磁電式感測器磁場強度↑↓運動速度↑↓↑↓Φ↑↓2半導體感測器半導體應變式集成感測器半導體壓電式集成感測器3光纖感測器發(fā)展迅速下一頁回首頁感測器的選用原則1靈敏度2動態(tài)回應物性型光電壓電快結構型慢3線性範圍4可靠性5精確度回首頁第五章信號調理、處理和記錄

§1電橋§2調製與解調§3濾波器§4

信號的指示和記錄裝置返回一、直流電橋二、交流電橋§1電橋目錄一、調幅及其解調二、調頻及其解調§2調製與解調目錄一、濾波器分類二、理想濾波器三、實際RC調諧式濾波器四、恒帶寬比濾波器和恒帶寬濾波器§3濾波器目錄§1電橋電橋是將電阻、電感、電容等參量的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵龅囊环N測量電路。分類：

按激勵電壓的性質直流電橋交流電橋

按輸出方式不平衡橋式電路平衡橋式電路目錄一、直流電橋1、電磁形式

2、平衡條件

為直流電源要使電橋平衡，輸出為零，應滿足為輸出電壓上頁目錄3、輸出特性（1）半橋單臂接法

輸出電壓為了簡化設計，取相鄰兩橋臂電阻相等，即若，則輸出電壓因，所以上頁目錄可見，電橋的輸出與激勵電壓成正比，且在條件下，與成正比。靈敏度上頁目錄（2）半橋雙臂接法輸出靈敏度與半橋單臂相比，靈敏度提高了一倍，電橋的輸出與成完全線性關係。上頁目錄（3）全橋接法輸出靈敏度上述電橋是在不平衡條件下工作的，它的缺點是當電源電壓不穩(wěn)定，或環(huán)境溫度變化時，會引起電橋輸出的變化，從而產(chǎn)生測量誤差。因此，在某些情況下採用平衡電橋。上頁目錄平衡電橋設被測量等於零時，電橋處於平衡狀態(tài)，此時指示儀錶G及可調電位器H指零。當某一橋臂隨被測量變化時，電橋失去平衡，調節(jié)電位器H，改變電阻R5觸電位置，可使電橋重新平衡，電錶G指針回零。電位器H上的標度與橋臂電阻值的變化成比例，故H的指示值可以直接表達被測量的數(shù)值。上頁目錄二、交流電橋交流電橋採用交流激勵電壓。電橋的四個臂可為電感、電容或電阻。電橋平衡條件把各阻抗用指數(shù)式表示代入上式上頁目錄阻抗角是各橋臂電流與電壓之間的相位差。純電阻時電流與電壓同相位，φ=0；電感性阻抗，φ>0；電容性阻抗，φ<0。上頁目錄電橋平衡必須滿足兩個條件其中，為各阻抗的模；為阻抗角。

電容感測器電感感測器電阻感測器上頁目錄第二節(jié)調製與解調調製：使一個信號的某些參數(shù)在另一信號的控制下發(fā)生變化的過程。前一信號稱為載波，後一信號（控制信號）稱為調製信號。最後的輸出是已調製波。解調：最終從已調製波中恢復出調製信號的過程。根據(jù)載波受調製的參數(shù)不同，調製可分為調幅（AM）調頻（FM）調相（PM）上頁目錄一、調幅及其解調調幅：將一個高頻簡諧信號（載波）與測試信號（調製信號）相乘，使高頻信號的幅值隨測試信號的變化而變化。1、調幅原理由傅立葉變換的性質知：在時域中兩個信號相乘，則對應在頻域中這兩個信號進行卷積，即余弦函數(shù)的頻域圖形是一對脈衝譜線一個函數(shù)與單位脈衝函數(shù)卷積的結果，就是將其圖形由座標原點平移至該脈衝函數(shù)處。上頁目錄若以高頻余弦信號作載波，把信號x(t)和載波信號相乘，其結果就相當於把原信號的頻譜圖形由原點平移至載波頻率處，幅值減半。即，上頁目錄調製器上頁目錄x(t)y(t)從調幅原理看，載波頻率必須高於原信號中的最高頻率才能使已調波仍保持原信號的頻譜圖形，不致重疊。為了減小放大電路可能引起的失真，信號的頻寬相對中心頻率（載波頻率）應越小越好。實際載波頻率常至少數(shù)倍甚至數(shù)十倍於調製信號。上頁目錄乘法器低通2、解調（1）同步解調把調幅波再次與原載波信號相乘，則頻域圖形將再一次進行“偏移”。若用一個低通濾波器濾去中心頻率為的高頻成分，那麼將可以複現(xiàn)原信號的頻譜（幅值減小為一半），這一過程稱為同步解調。“同步”指解調時所乘的信號與調製時的載波信號具有相同的頻率和相位。上頁目錄載波y(t)調幅波x(t)（2）偏置解調

把調製信號進行偏置，疊加一個直流分量A，使偏置後的信號都具有正電壓，那麼調幅波的包絡線將具有原調製信號的形狀。把該調幅波簡單地整流、濾波就可恢復原調製信號。如果原調製信號中有直流分量，則在整流後應準確地減去所加的偏置電壓。若所加的偏置電壓未能使信號電壓都在零線的一側，則對調幅波簡單地整流不能恢復原調製信號。相敏檢波技術可解決此問題。上頁目錄3、相敏檢波A54123BCd....上頁目錄工作原理：調幅波與載波y(t)同相載波電壓為正均為正（原信號x(t)為正）載波電壓為負調幅波與載波y(t)異相載波電壓為正均為負（原信號x(t)為負）載波電壓為負上頁目錄4、動態(tài)電阻應變儀上頁目錄二、調頻及其解調調頻（頻率調製）是利用信號電壓的幅值控制一個振盪器，振盪器輸出的是等幅波，但其振盪頻率偏移量和信號電壓成正比。當信號電壓為零時，調頻波的頻率等於中心頻率；信號電壓為正值時頻率提高，負值時則降低。上頁目錄兩種常用的調頻方法及一種解調方案：（一）直接調頻測量電路把被測量的變化直接轉換為振盪頻率的變化稱為直接調頻式測量電路，其輸出也是等幅波。（二）壓控振盪器壓控振盪器的輸出暫態(tài)頻率與輸入的控制電壓值成線性關係。上頁目錄（三）變壓器耦合的諧振回路鑒頻法調頻波的解調又稱為鑒頻，是將頻率變化恢復成調製信號電壓幅值變化的過程。隨著測量參數(shù)的變化，幅值隨調頻波頻率近似線性變化，調頻波的頻率和測量參數(shù)保持近似線性關係。因此，把進行幅值檢波就能獲得測量參量變化的資訊，且保持近似線性關係。頻率-電壓線性變換部分幅值檢波部分目錄上頁第三節(jié)濾波器一、概述1、作用：選頻作用①進行頻譜分析

②濾除干擾雜訊2、分類

①低通濾波器按選頻作用分②高通濾波器

③帶通濾波器

④帶阻濾波器

上頁目錄

①RC諧振濾波器按構成元件類型分②LC諧振濾波器

③晶體諧振濾波器按構成電路性質分①有源濾波器

②無源濾波器按所處理的信號信號分①模擬濾波器

②數(shù)字濾波器上頁目錄二、理想濾波器若濾波器的頻率回應H(f)滿足條件則稱為理想濾波器。上頁目錄f0脈衝回應函數(shù)在頻域為矩形窗函數(shù)的“理想”低通濾波器的時域脈衝回應函數(shù)是sinc函數(shù)。如無相角滯後，即，則h(t)具有對稱的圖形。上頁目錄理想濾波器是不能實現(xiàn)的。因為h(t)是濾波器在δ(t)作用下的輸出，其圖形卻表明，在輸入δ(t)到來之前，即t<0,濾波器就有了與輸入相對應的輸出。顯然，這違背了因果關係，任何現(xiàn)實的濾波器不可能有這種預知未來的能力，所以理想低通濾波器是不可能存在的?？梢酝普摚硐氲母咄?、帶通、帶阻濾波器都是不存在的。上頁目錄階躍回應給濾波器以單位階躍輸入u(t)，濾波器的輸出y(t)將是該輸入和脈衝回應函數(shù)h(t)的卷積：不考慮前、後皺波，輸出從零值（a點）到應有穩(wěn)定值（b點）需要一定的建立時間。上頁目錄0ty(t)時移只影響輸出曲線y(t)的右移，不影響值。濾波器的通頻帶越寬，即越大，則h(t)的圖形越陡峭，回應的建立時間也將越小。上頁目錄低通濾波器對階躍回應的建立時間和帶寬B成反比，或者說帶寬和建立時間的乘積是常數(shù)，即上頁目錄需要一定建立時間的解釋：輸入信號如有突變處必然含有豐富的高頻分量。低通濾波器阻衰了高頻分量，其結果是把輸出波形“圓滑”了。通帶越寬，阻衰的高頻分量越少，使信號能量更多、更快地通過，所以建立時間就短；反之，則長。三、實際RC調諧式濾波器（一）基本參數(shù)1、紋波幅度d

2、截止頻率

幅頻特性值等於所對應的頻率。3、帶寬B和品質因數(shù)Q值上下兩截止頻率之間的頻率範圍稱為濾波器帶寬。中心頻率和帶寬B之比稱為濾波器的品質因數(shù)Q。4、倍頻程選擇性倍頻程選擇性是指在上截止頻率與之間，或者在下截止頻率與之間幅頻特性的衰減量。5、濾波器因數(shù)λ

A(f)fff0c1c2.dd上頁目錄（二）RC調諧式濾波器的基本特性1、一階RC低通濾波器電路的微分方程式：令τ=RC，稱時間常數(shù)。傳遞函數(shù)上頁目錄1o、當時，A(f)=1,φ(f)-f近似於一條通過原點的直線。此時，RC低通濾波器是一個不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。2o、當時，，即

表明，RC值決定著上截止頻率。3o、當時，輸出與輸入的積分成正比，即此時，RC低通濾波器起著積分器的作用。上頁目錄2、RC高通濾波器微分方程式令RC=τ，則傳遞函數(shù)上頁目錄1o、當時，濾波器的-3dB截止頻率為2o、當時，；

RC高通濾波器可視為不失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。3o、當時，輸出與輸入的微分成正比，

RC高通濾波器起著微分器的作用。上頁目錄動態(tài)演示3、RC帶通濾波器帶通濾波器可看成是低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)組成。串聯(lián)所得的帶通濾波器以原高通濾波器的截止頻率為下截止頻率，即其上截止頻率為原低通的截止頻率，即分別調節(jié)高、低通環(huán)節(jié)的時間常數(shù)（及），就可得到不同的上、下截止頻率和帶寬的帶通濾波器。上頁目錄四、恒帶寬比濾波器和恒帶寬濾波器

①使帶通濾波器的中心頻率可調，通過改變RC

調諧參數(shù)而使其中心頻率跟隨所需量測的信號頻段。

②使用一組各自中心頻率固定的、但又按一定規(guī)律相隔的濾波器組。多個濾波器上頁目錄（一）恒帶寬比濾波器帶寬比

濾波器的中心頻率越高，其帶寬越大。若一個帶通濾波器的低端截止頻率為，高端截止頻率為，則其關係為：n稱為倍頻程數(shù)濾波器中心頻率恒帶寬比濾波器的頻率分辨力在低頻段較好，在高頻段則甚差。上頁目錄上頁目錄（二）恒帶寬濾波器恒帶寬濾波器在所有頻段都具有同樣良好的頻率分辨力。恒帶寬濾波器不宜做成固定中心頻率的。一般利用一個定帶寬的定中心頻率的濾波器加上可變參考頻率的差頻變換來適應各種不同中心頻率的定帶寬濾波的需要。上頁目錄第四節(jié)信號的指示和記錄裝置

動圈式磁電指示機構光線示波器伺服式記錄儀採用陰極射線管的信號顯示和記錄裝置數(shù)字式波形存儲記錄儀磁記錄器磁帶記錄器磁片記錄器上頁目錄結束§6.3系統(tǒng)誤差

第六章測量誤差分析§6.2隨機誤差§6.4粗大誤差與異常數(shù)據(jù)的取捨

§6.1誤差的基本概念

§6.5測量結果的誤差分析誤差的基本概念§6.1.1誤差的定義及表示方法測量結果與其真值的差異定義：定性概念，定量表示Δx–

測量誤差x–

測量結果x0

–

真值絕對誤差相對誤差§6.1.2誤差分類系統(tǒng)誤差隨機誤差粗大誤差系統(tǒng)誤差§6.3

系統(tǒng)誤差性質：有規(guī)律，可再現(xiàn)，可以預測原因：原理誤差、方法誤差、環(huán)境誤差、使用誤差處理：理論分析、實驗驗證→修正隨機誤差§6.2隨機誤差正態(tài)分佈性質：原因：裝置誤差、環(huán)境誤差、使用誤差處理：統(tǒng)計分析、計算處理→減小對稱性有界性抵償性單峰性絕對值相等的正負誤差出現(xiàn)的次數(shù)相等絕對值小的誤差比絕對值大的誤差出現(xiàn)的次數(shù)多偶然誤差絕對值不會超過一定程度當測量次數(shù)足夠多時，偶然誤差算術平均值趨於0

粗大誤差與異常數(shù)據(jù)的取捨§6.2.1粗大誤差性質：偶然出現(xiàn)，誤差很大，異常數(shù)據(jù)，與有用數(shù)據(jù)混在一起原因：裝置誤差、使用誤差處理：判斷、剔除粗大誤差與異常數(shù)據(jù)的取捨

§6.2.2異常數(shù)據(jù)剔除準則：說明：(1)測量誤差為隨機變數(shù)，且符合正態(tài)分佈(2)真值必然處於一個有限的範圍測量數(shù)據(jù)與算術平均值的偏差大於標準差的3倍原理：當測量結果超出正常範圍時，給與剔除(3)此法只適合於測量數(shù)據(jù)大於10個的情況概率95.4%測量結果的誤差分析

§6.5.1直接測量結果的誤差估計§6.5.2間接測量結果的誤差估計第七章靜態(tài)、動態(tài)測試數(shù)據(jù)處理

§7.1靜態(tài)測試數(shù)據(jù)處理§7.2動態(tài)測試數(shù)據(jù)處理靜態(tài)測試數(shù)據(jù)處理§7.1.1試驗數(shù)據(jù)的處理方法表格法圖示法經(jīng)驗公式法靜態(tài)測試數(shù)據(jù)處理§7.1.2回歸分析與曲線擬合曲線擬合多項式回歸

?

?

?

?

?

?

?直線擬合一元線性回歸方程多元線性回歸一元非線性回歸方程靜態(tài)測試數(shù)據(jù)處理實際測量值與回歸值之差:與偏差平方和：正規(guī)方程因擬合直線形式：一元線性回歸方程靜態(tài)測試數(shù)據(jù)處理解正規(guī)方程得：其中：一元線性回歸方程靜態(tài)測試數(shù)據(jù)處理曲線擬合一元非線性回歸方程(1)確定函數(shù)的類型（如雙曲線、指數(shù)曲線、對數(shù)曲線等…）(2)求解相關函數(shù)中的未知參數(shù)舉例:指數(shù)曲線

曲線問題直線問題（變數(shù)代換）

回歸曲線回歸多項式動態(tài)測試數(shù)據(jù)處理§7.2.1動態(tài)測試數(shù)據(jù)處理概述(1)動態(tài)測試(2)動態(tài)測試數(shù)據(jù)的分類：確定性數(shù)據(jù)隨機性數(shù)據(jù)(3)數(shù)據(jù)分析時間域描述幅值域描述頻率域描述

動態(tài)測試數(shù)據(jù)處理§7.2.2試驗數(shù)據(jù)的時域分析(1).相關係數(shù)

xy稱為x(t)，y(t)的相關係數(shù)動態(tài)測試數(shù)據(jù)處理§7.2.2試驗數(shù)據(jù)的時域分析(2).自相關分析(3).互相關分析為自相關函數(shù)互相關函數(shù)動態(tài)測試數(shù)據(jù)處理§7.2.3試驗數(shù)據(jù)的幅值域(1).均值、均方差、均方根值和方差均值：均方差、均方根值：

x均方根值方差：動態(tài)測試數(shù)據(jù)處理§7.2.3試驗數(shù)據(jù)的幅值域(2).概論密度函數(shù)式中分子表示波形落在

x內的概率，即波形落在

x內的所占的時間與波形總時間的比例。動態(tài)測試數(shù)據(jù)處理§7.2.4試驗數(shù)據(jù)的頻域分析與處理（1）.週期性數(shù)據(jù)的頻譜分析

諧波分析法（2）.非週期性數(shù)據(jù)的頻譜分析

傅裏葉積分變換法（3）.隨機性數(shù)據(jù)的頻譜分析

功率譜分析法

自功率譜函數(shù)密度互功率譜函數(shù)密度相干函數(shù)第八章微機在測試技術中的應用

§8.1數(shù)據(jù)採集及自動測試系統(tǒng)

§8.2系統(tǒng)現(xiàn)場匯流排與智能儀器

§8.3虛擬儀器與系統(tǒng)

數(shù)據(jù)採集及自動測試系統(tǒng)§8.1.1信號採集系統(tǒng)的基本功能§8.1.2信號採集系統(tǒng)的基本組成單元（1）連續(xù)量的時間離散化（2）連續(xù)量的數(shù)值化（1）信號調理（2）採樣/保持（3）摸/數(shù)轉換（4）慮波數(shù)據(jù)採集及自動測試系統(tǒng)§8.1.3信號測試系統(tǒng)結構形式（1）單通道數(shù)據(jù)採集系統(tǒng)（2）多通道數(shù)據(jù)採集系統(tǒng)（3）多通道同步型（4）多通道一般型數(shù)據(jù)採集及自動測試系統(tǒng)§8.1.4微機系統(tǒng)檢測系統(tǒng)一個自動測試系統(tǒng)，一般由四部分組成：第一是微機或微處理器，它是整個系統(tǒng)的核心；第二是被控制的測量儀器或設備，稱為可程式控制儀器；第三是介面；第四是軟體。數(shù)據(jù)採集及自動測試系統(tǒng)§8.1.4微機系統(tǒng)檢測系統(tǒng)系統(tǒng)現(xiàn)場匯流排與智能儀器§8.2.1現(xiàn)場匯流排§8.2.2現(xiàn)場匯流排控制系統(tǒng)中現(xiàn)場匯流排儀錶的特點（1）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡（2）現(xiàn)場設備互連（3）互操作性（4）分散功能塊（5）通信線供電（6）開放失互連網(wǎng)絡（1）控制功能（2）智能化功能（3）開放性與互換性（4）帶有匯流排介面（5）通訊功能系統(tǒng)現(xiàn)場匯流排與智能儀器8.2.3現(xiàn)場匯流排與智能儀器表的基本結構（1）現(xiàn)場匯流排的基本結構（2）現(xiàn)場匯流排儀錶的基本結構系統(tǒng)現(xiàn)場匯流排與智能儀器8.2.4HART協(xié)議簡介（1）HAPT協(xié)議現(xiàn)場匯流排技術（2）實現(xiàn)通訊功能的硬體介紹（HAPT協(xié)議）系統(tǒng)現(xiàn)場匯流排與智能儀器8.2.5現(xiàn)場匯流排儀錶實例簡介（1）系統(tǒng)硬體結構（2）系統(tǒng)軟體結構系統(tǒng)現(xiàn)場匯流排與智能儀器8.3.1虛擬儀器概述

虛擬儀器（VirtualInstrument簡稱VI）是電腦技術同儀器技術深層次結合產(chǎn)生的全新概念的儀器，是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是儀器領域內的一次革命。虛擬儀器是繼第一代儀器——模擬式儀錶、第二代儀器——分立元件式儀錶、第三代儀器——數(shù)字式儀錶、第四代儀器——智能化儀器之後的新一代儀器虛擬儀器與系統(tǒng)

1．虛擬儀器的內部功能

測量儀器的內部功能可劃分為：輸入信號的測量、轉換、數(shù)據(jù)分析處理及測量結果的顯示四個部分。虛擬儀器也不例外，但是實現(xiàn)上述功能的方式不同，下麵按三個部分來敘述。（1）信號採集與控制功能

虛擬儀器是由電腦和儀器硬體組成的硬體平臺，實現(xiàn)對信號的採集、測量/轉換與控制的。硬體平臺由兩部分組成：1、電腦可以是筆記本電腦、PC機或工作站；2、儀器硬體：可以是插入式數(shù)據(jù)採集板（含信號調理電路、A／D轉換器、數(shù)字I／O、定時器、D／A轉換器等），或者是帶標準匯流排介面的儀器，如GPIB儀器、VXI儀器、RS－232儀器等)。

8.3.1虛擬儀器概述虛擬儀器與系統(tǒng)

(2)數(shù)據(jù)分析處理功能

虛擬儀器充分利用了電腦的存儲、運算功能，並通過軟體實現(xiàn)對輸入信號數(shù)據(jù)的分析處理。處理內容包括進行數(shù)字信號處理＼數(shù)字濾波統(tǒng)計處理、數(shù)值計算與分析等。虛擬儀器比傳統(tǒng)儀器以及以微處理器為核心的智能儀器有更強大的數(shù)據(jù)分析處理功能。(3)測量結果的表達

虛擬儀器充分利用電腦資源如記憶體、顯示器等，對測量結果數(shù)據(jù)的表達與輸出有多種方式，這也是傳統(tǒng)儀器遠不能及的。例如，虛擬儀器可以實現(xiàn)：通過匯流排網(wǎng)路進行數(shù)據(jù)傳輸；通過磁片、光碟硬拷貝輸出；通過檔存於硬碟記憶體中；電腦螢幕顯示。8.3.1虛擬儀器概述VI系統(tǒng)有多種構成方式：

PC—DAQ測量系統(tǒng)：是以數(shù)據(jù)採集卡、信號調理電路及電腦為儀器硬體平臺組成的測試系統(tǒng)。

GPIB系統(tǒng)：是以GPIB標準匯流排儀器與電腦為硬體平臺組成的測試系統(tǒng)。

VXI系統(tǒng)：是以VXI標準匯流排儀器與電腦為硬體平臺組成的測試系統(tǒng)。

串口系統(tǒng)：是以Seial標準匯流排儀器與電腦為硬體平臺組成的測試系統(tǒng)。

現(xiàn)場匯流排系統(tǒng)：是以Fieldbus標準匯流排儀器與電腦為硬體平臺組成的測試系統(tǒng)。虛擬儀器與系統(tǒng)8.3.1虛擬儀器概述被測信號GPIB儀器串口儀器VXI模組PXI模組PC-DAQ電腦虛擬儀器與系統(tǒng)8.3.1虛擬儀器概述

I/O介面設備無論上述哪種VI系統(tǒng)，都是通過應用軟體將儀器硬體與各類電腦相結合，其中PC-DAQ測試系統(tǒng)是構成VI的基本方式。因為，實際上數(shù)據(jù)採集系統(tǒng)DAS是構成各種標準匯流排儀器的基礎，故虛擬儀器是基於“資訊的數(shù)據(jù)採集(ADC)-信號的分析與處理(DSP)-輸出(DAC)及顯示”的結構模式建立通用儀器硬體平臺。在這個通用儀器硬體平臺上，調用不同的測量軟體就構成了不同功能的儀器。虛擬儀器與系統(tǒng)8.3.1虛擬儀器概述VI構成要素:虛擬儀器系統(tǒng)是由電腦、應用軟體和儀器硬體三大要素構成的。電腦與儀器硬體又稱為VI的通用儀器硬體平臺虛擬儀器與系統(tǒng)8.3.1虛擬儀器概述8.3.2虛擬儀器開發(fā)工具及方法虛擬儀器與系統(tǒng)

軟體技術是虛擬儀器的核心技術。常用的儀器用開發(fā)軟體有LabVIEW、LabWindows/CVI、VEE等等。這些軟體已相當完善，而且還在升級、提高。以LabVIEW為例，這是基於圖形化編程語言G的開發(fā)環(huán)境，用於如GPIB、VXI、PXI、PCI儀器及數(shù)據(jù)採集卡等硬體的系統(tǒng)構成，而且，具有很強的分析處理能力。虛擬儀器與系統(tǒng)8.3.2虛擬儀器開發(fā)工具及方法LabView軟體組成1、編程設計圖形化軟體模組提供圖形化編程環(huán)境，通過調用控件、庫函數(shù)原碼模組進行儀器面板設計和數(shù)據(jù)分析處理。2、儀器驅動程式（InstrumentDrivers)與用戶介面開發(fā)工具（UserInterfaceDevelopment)標準軟體模組。虛擬儀器與系統(tǒng)8.3.2虛擬儀器開發(fā)工具及方法虛擬儀器與系統(tǒng)8.3.2虛擬儀器開發(fā)工具及方法LabView虛擬儀器與系統(tǒng)8.3.2虛擬儀器開發(fā)工具及方法虛擬儀器與系統(tǒng)虛似儀器和傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開發(fā)和維護費用低開發(fā)和維護費用高技術是更新週期短（0.5~1年）技術更新週期長（5~10年）軟體是關鍵硬體是關鍵價格低價格昂貴開放靈活與電腦同步，可重複用和重配置固定可用網(wǎng)路聯(lián)絡周邊各儀器只可連有限的設備自動、智能化、遠距離傳輸功能單一，操作不便第九章測試技術在汽車上的應用

§9.1概述

§9.2發(fā)動機參數(shù)的測試

§9.3汽車振動的測試

§9.4汽車動力學測試

概述隨著汽車性能的不斷提高，汽車測試技術水準也有了很大的發(fā)展，室內臺架試驗以較高的精度在室內試驗臺上測試汽車整車及總成和零部件，並能消除不需研究的某些因素，容易控制試驗條件。發(fā)動機參數(shù)的測試

發(fā)動機的主要性能指標有:動力性指標、經(jīng)濟性指標、振動與雜訊、排放性能指標等。針對這些性能指標的檢測，開發(fā)了各種測試設備，有通用儀錶，也有專用儀錶。隨著電子技術和電腦控制技術的不斷提高，智能化儀錶得到廣泛的應用。1）發(fā)動機應安裝方便，在一定功率和轉速範圍內能試驗不同類型的發(fā)動機，有一定的通用性．這需要合理地選擇測功器的型號。2）試驗條件與裝車條件儘量一致。發(fā)動機應帶有國家標準中規(guī)定的附件，包括空氣濾清器和排氣消聲器等。3）試驗設備和測量儀錶的精度和安裝位置應符合國家《汽車發(fā)動機性能試驗方法》（GB/T18297-2001）的要求，以保證正確測量及不同的試驗臺測量時的可比性。4）採用先進的測試技術和儀錶，實現(xiàn)測試設備的自動化和現(xiàn)代化。

發(fā)動機參數(shù)的測試§9.2.1對發(fā)動機試驗臺的要求

發(fā)動機參數(shù)的測試§9.2.2發(fā)動機試驗臺的組成

（1）測功器及控制系統(tǒng)

（2）發(fā)動機臺架

（3）燃油消耗量測量儀

（4）空氣消耗量測量儀（5）進排氣系統(tǒng)

（6）冷卻液溫控系統(tǒng)

（7）潤滑油溫控系統(tǒng)

（8）測量系統(tǒng)

（9）動態(tài)仿真試驗臺

（1）溫度測量是發(fā)動機測試的主要專案之一，在發(fā)動機中，環(huán)境溫度、進氣溫度、排氣溫度、缸內燃燒氣體溫度、冷卻液溫度、潤滑油溫度、測功器冷卻液溫度、燃油溫度等都是影響發(fā)動機性能的重要參數(shù)。

（2）溫度測量用感測器按測量方式一般有接觸式感測器和非接觸式感測器兩種。根據(jù)測試系統(tǒng)選用相應的溫度感測器。

發(fā)動機參數(shù)的測試§9.2.3溫度測量

發(fā)動機臺架測試系統(tǒng)中，一般需測定的壓力參數(shù)有：潤滑油壓力，大氣壓力、進氣壓力、排氣背壓、曲軸箱壓力、缸內壓力、進氣真空度、測功機冷卻水壓等。

發(fā)動機參數(shù)的測試§9.2.4壓力測量

在發(fā)動機的試驗中，需要進行各種液體和氣體的流量測量，包括：燃油消耗量、潤滑油流量、冷卻液流量、空氣進氣量、排氣流量、曲軸箱漏氣量等。常用流量測量方法一般分為容積型、速度型和品質型三類。一般根據(jù)被測介質的性質、流量計用途、工況條件、安裝條件、振動情況等進行合理選用。發(fā)動機參數(shù)的測試§9.2.5流量測量

發(fā)動機參數(shù)的測試§9.2.6轉速和功率測量

在發(fā)動機試驗研究中，轉速是一個重要的特性參數(shù)。發(fā)動機曲軸轉速的測量，可以用來計算發(fā)動機的有效功率；也可以由此判定或控制發(fā)動機工況的穩(wěn)定程度。

轉速的測量：

按照測量方法分類可分為儀錶直接與被測旋轉軸接觸測量的接觸法，儀錶不與被測旋轉軸接觸的非接觸法，以及從轉軸以外的檢測的方法等。

按測量原理分類可分為機械式、電氣式、電子式3種。發(fā)動機參數(shù)的測試§9.2.6轉速和功率測量功率的測量：

功率的測量通常採用間接測量的方法，即直接測出發(fā)動機輸出軸的轉矩和轉速後通過計算得出

式中

T（N?m）為轉矩，轉速n（r/min），功率P(kW)

汽車振動的測試

汽車振動是影響汽車性能的重要因素，這種振動會嚴重地影響汽車的平順性和操縱穩(wěn)定性以及汽車零部件的疲勞壽命。另外，嚴重的汽車振動還會影響汽車的行駛速度和產(chǎn)生雜訊，所以汽車振動的測試具有十分重要的意義。下麵以懸架性能測控分析系統(tǒng)為例來介紹汽車振動的測試。進行汽車懸架性能試驗研究的關鍵是由振動試驗臺、測控裝置及數(shù)據(jù)處理組成的懸架性能測控分析系統(tǒng)。汽車振動的測試§9.3.1系統(tǒng)方案方案工作流程：

測試系統(tǒng)的軟體介紹

汽車振動的測試§9.3.2硬體介紹

上所述的測試系統(tǒng)，需要由電腦控制變頻器改變試驗臺的振動頻率，由電腦發(fā)出控制信號給步進電動機改變試驗臺的振幅，所以開發(fā)了控制軟體，在程式中設計了控制演算法，使設備協(xié)調工作，實現(xiàn)對頻率和振幅的控制.汽車振動的測試§9.3.3測試系統(tǒng)的軟體介紹

試驗臺控制方式開環(huán)控制閉環(huán)控制

汽車振動的測試§9.3.3測試系統(tǒng)的軟體介紹

定頻振動閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖

掃頻振動頻率上升階段控制系統(tǒng)方框圖

2控制系統(tǒng)軟體介紹汽車振動的測試本模組採用VisualC++生成的SDI單文檔應用程式，主要完成試驗臺的開環(huán)和閉環(huán)控制，使硬體部分協(xié)調工作，達到控制目的。實現(xiàn)數(shù)據(jù)即時採集、繪製加速度即時變化曲線、觀測試驗臺的基本振動情況。§9.3.3測試系統(tǒng)的軟體介紹

（1）程式流程圖

汽車振動的測試2控制系統(tǒng)軟體介紹§9.3.3測試系統(tǒng)的軟體介紹

汽車振動的測試（2）程式運行

§9.3.3測試系統(tǒng)的軟體介紹

汽車振動的測試§9.3.3測試系統(tǒng)的軟體介紹

3.誤差分析處理

在開發(fā)實驗臺的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，加速度感測器在測量加速度信號時所產(chǎn)生的誤差，將直接影響控制精度。引起加速度測量誤差的因素是多方面的，主要是試驗設備的限制，以及外界原因造成。（1）