《機械工程測試技術基礎》期末考試復習題

1、傳感器與測試技術期末考試試卷一、填空（每空1份，共20分）1 測試技術的基本任務是 獲取有用信息 。2 從時域看，系統(tǒng)的輸出是其輸入與該系統(tǒng) 脈沖響應函數(shù) 的卷積。3 信號的時域描述，以 時間t 為獨立變量；而信號的頻域描述，以 頻率f 為獨立變量。4 如果一個信號的最高頻率為50Hz，為了防止在時域采樣過程中出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，采樣頻率應該大于 100 Hz。5 在橋式測量電路中，根據(jù)其 激勵電流 的性質(zhì)，可將其分為直流電橋與交流電橋。6 金屬電阻應變片與半導體應變片的主要區(qū)別在于：前者利用形變效應 引起的電阻變化，后者利用 壓阻效應 變化引起的電阻變化。 7 壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的 壓電效

2、應 而工作的。8 帶通濾波器的上下限截止頻率為fc2、fc1，其帶寬B = ；若其帶寬為1/3倍頻程則fc2 = fc1。9 屬于能量控制型的傳感器有電阻式傳感器、渦電流傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器等等。10 根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)不同，調(diào)制可分為 調(diào)頻 、 調(diào)幅 、 調(diào)相 。11 相關濾波的工作原理是 同頻相關不同頻不相關/同頻檢測原理12 測試裝置的動態(tài)特性可以用 傳遞 函數(shù)、 頻率響應 函數(shù)和脈沖響應 函數(shù)進行數(shù)學描述。二、選擇題（把正確答案前的字母填在空格上，每題1分，共10分）1 不能用確定的數(shù)學公式表達的信號是 d 信號。 A 復雜周期 B 非周期 C 瞬態(tài) D 隨機2 平穩(wěn)隨

3、機過程必須 b 。 A 連續(xù) B統(tǒng)計特征與時間無關 C 各態(tài)歷經(jīng) D 統(tǒng)計特征等于時間平均3 一階系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)是 c 。A 固有頻率 B 阻尼比 C 時間常數(shù) D 靈敏度4 系統(tǒng)在全量程內(nèi)，輸入量由小到大及由大到小時，對于同一個輸入量所得到的兩個數(shù)值不同的輸出量之間的最大差值稱為 a 。A 回程誤差 B 絕對誤差 C 相對誤差 D 非線性誤差5 電阻應變片的輸入為 b 。A 力 B 應變 C 速度 D 加速度6 d 用于評價系統(tǒng)的輸出信號和輸入信號之間的因果性。A 傳遞函數(shù) B 互相關函數(shù) C 互譜密度函數(shù) D 相干函數(shù)7 為使電纜的長短不影響壓電式傳感器的靈敏度，應選用 b 放大器。A

4、 電壓 B 電荷 C 微分 D 積分8 在測量位移的傳感器中，符合非接觸測量而且不受油污等介質(zhì)影響是d 傳感器。A 電容式 B 壓電式 C 電阻式 D 電渦流式9 信號分析設備可分析的頻率低于磁帶記錄儀記錄信號的頻率，可將磁帶 b ，也可達到分析的目的。 A 重放速度放快 B 重放速度放慢 C 重放速度不變 D 多放幾次10. 一階系統(tǒng)的階躍響應中，超調(diào)量 d 。 A 存在，但<5 B 存在，但<1 C 在時間常數(shù)很小時存在 D 不存在三、判斷題（用或×表示，在正確的題目對應的括號里填，反之填 ×，每題1分，共10分）1 （ ）非周期信號的頻譜是連續(xù)的。2 （

5、）傳遞函數(shù)相同的各種裝置，其動態(tài)特性均相同。3 （ ）調(diào)幅波是載波與調(diào)制信號的疊加。4 （ ）渦流傳感器屬于有源傳感器。5 （ ）滑線變阻器式傳感器不適于微小位移量的測量。6 （ ）窗函數(shù)頻譜的主峰瓣越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信號所引起的誤差越小。7 （ ）恒帶寬濾波器的中心頻率越高，其帶寬越寬。8 （ ）隨機激振屬于寬帶激振法。9 （ ）壓電式加速度計的靈敏度越高，其工作頻率越寬。10.（ ）若系統(tǒng)是完全線性的，則輸入輸出的相干函數(shù)一定為1。一、 簡答題（每題5分，共30分） 1（5分） 2分頻譜特點：離散性、諧波性、遞減性 3分(每答對一個得1分) 2（5分） 2分(每答對一個得1分)

6、3. （5分） 1.5分 或者用文字表述，表述正確同樣得分。 4. （5分）（或者解調(diào)） 1分 5. （5分）（3分）。四、簡答題（每題5分，共30分）1 已知周期方波的傅立葉級數(shù)展開式為 試繪出該周期方波的單邊幅值譜，并說明其頻譜特點。2 二階測試裝置的兩個動態(tài)特性參數(shù)是什么？為了實現(xiàn)不失真測試，如何確定其取值范圍？ 解；2固有頻率()和阻尼比() 3分(每答對一個得1.5分)為了實現(xiàn)不失真,阻尼比()取值0.6 0.8; 工作頻率取值小于等于0.583 何謂不失真測試？實現(xiàn)測試不失真的測試裝置的幅頻和相頻特性應如何？解；輸出y(t)與輸入x(t)滿足關系y(t)=A0x(t-t0), 其中

7、A0和t0為常數(shù),則為不失真測試。 2分實現(xiàn)不失真測試的測試裝置的 幅頻特性為 A()= A0 = 常數(shù) 1.5分 相頻特性為 ()= 4 信號的預處理包括那些環(huán)節(jié)？ 解；1）電壓幅值調(diào)理（或者放大） 1分（2）濾波（或者濾去高頻） 2分（3）隔離直流分量（或者隔直） 1分（4）如原信號進行調(diào)制，則應先進行解調(diào)5 為什么在動態(tài)電阻應變儀上除了設有電阻平衡旋鈕外，還設有電容平衡旋鈕？解；動態(tài)電阻應變儀采用的是純電阻交流電橋（1分），即使各橋臂均為電阻，由于導線間存在分布電容（1分），相當于在各橋臂上并聯(lián)了一個電容，因此，除了電阻平衡外，還須有電容平衡6 測得兩個同頻正弦信號的相關函數(shù)波形如圖1，

8、問：圖1（1） 這一波形是自相關函數(shù)還是互相關函數(shù)？為什么？（2） 從波形中可以獲得信號的哪些信息？解； （1）互相關函數(shù)，因為是非奇非偶函數(shù)。 2分 （2）頻率信息：正弦波形的頻率與此波形頻率相同 1分 相位信息：兩正弦波形之間的相位差就是此波形中的初相位 1分 幅值信息：此波形的振幅是兩個正弦波振幅乘積的一半 1分五、計算題（共14分）1 （6分）已知低通濾波器的頻率響應函數(shù)為， 式中 當輸入信號為時，求濾波器的穩(wěn)態(tài)輸出1. （6分） 令， 根據(jù)線性系統(tǒng)頻率保持性和幅頻相頻特性， 由，可以得到： 1分 1分 由，可以得到： 1分 1分 由線性系統(tǒng)的疊加性可得 2分2 （4分）有一信號，初始

9、相角為一隨機變量；試求 1）求其自相關函數(shù)；2）確定其均值和方差。解2.（4分） 自相關函數(shù)： 1分 = = 1分 均值：=0 1分 方差： 1分 3 （4分）以阻值，靈敏度的電阻絲應變片與阻值為的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V，并假定負載電阻無窮大，當應變片的應變?yōu)?000時，分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓 解 3. （4分）單臂：V 2分 雙臂：V 2分六、 應用題（共16分）1. （6分）某車床加工外圓表面時，表面振紋主要是由主軸箱轉(zhuǎn)動軸上齒輪不平衡慣性力使主軸箱振動所引起，實驗測得振紋的頻譜如圖2（a）所示，主軸箱內(nèi)的傳動示意圖如圖2(b)所示，傳動軸、和主軸上的齒輪齒數(shù)分別為Z1

10、 = 30, Z2 = 40, Z3=20, Z4=50, 傳動軸的轉(zhuǎn)速為 n1 = 2000轉(zhuǎn)/分（根據(jù)傳動比計算可知：傳動軸的轉(zhuǎn)速為 n2 = 1500轉(zhuǎn)/分，主軸的轉(zhuǎn)速為 n2 = 600轉(zhuǎn)/分），試分析哪一根軸上的齒輪不平衡量對加工表面的振紋影響較大？為什么？1. （6分）轉(zhuǎn)動軸I的轉(zhuǎn)動頻率為：2000/60=33.3HZ； 1分 轉(zhuǎn)動軸II的轉(zhuǎn)動頻率為：1500/60=25HZ； 1分轉(zhuǎn)動軸III的轉(zhuǎn)動頻率為：600/60=10HZ； 1分與實驗測得振紋的頻譜圖比較可知軸II上的齒輪不平衡量對加工表面的振紋影響最大。（a） (b)圖22. （10分）欲測試圖3(a)所示簡直梁的動態(tài)特

11、性參數(shù)（固有頻率和阻尼比），（1）請從現(xiàn)有設備中選擇，并用框圖表示測試系統(tǒng)構成，簡述測試過程；（2）測得該梁的幅頻特性曲線如圖3（b）所示，根據(jù)該曲線如何確定簡直梁的動態(tài)特性參數(shù)（給出原理、公式并在圖中表示）（現(xiàn)有設備： 壓電式加速度計、 壓電式力傳感器、磁電式速度計、電阻應變片、電荷放大器、功率放大器、信號發(fā)生器、激振器、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、顯示設備）圖3 (a)圖3 (b)xx大學200X200X學年第一學期傳感器與測試技術期末考試試卷參考答案學院 _ 年級 _ 考試班級 _二、 填空( 每空1分，答對得分，答錯不得分，共20分)1 獲取有用的信息2 脈沖響應函數(shù)3 時間()、頻率或4 10

12、0Hz5 激勵電壓（或工作電壓或橋壓或電源）6 導體機械形變、半導體電阻率的（或半導體壓阻效應）7 壓電效應8 、（或1.26）9 電阻式傳感器、渦電流傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器等，答對任何兩個均得2分10 調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相11 同頻相關不同頻不相關/同頻檢測原理12 傳遞、頻率響應、脈沖響應三、 選擇題（每題1分，答對得分，答錯不得分，共10分）15 D B C A B 610 D B D B D四、 判斷題（每題1分，答對得分，答錯不得分，共10分） 15 ×× 610 ××五、 簡答題（每題5分，共30分） 1（5分） 2分頻譜特點：離散性

13、、諧波性、遞減性 3分(每答對一個得1分) 2（5分）固有頻率()和阻尼比() 3分(每答對一個得1.5分)為了實現(xiàn)不失真,阻尼比()取值0.6 0.8; 工作頻率取值小于等于0.58 2分(每答對一個得1分) 3. （5分）輸出y(t)與輸入x(t)滿足關系y(t)=A0x(t-t0), 其中A0和t0為常數(shù),則為不失真測試。 2分或者用文字描述上述關系，描述正確2分，不完整1分，錯誤不得分。實現(xiàn)不失真測試的測試裝置的 幅頻特性為 A()= A0 = 常數(shù) 1.5分 相頻特性為 ()= 1.5分 或者用文字表述，表述正確同樣得分。 4. （5分）（1）電壓幅值調(diào)理（或者放大） 1分（2）濾波

14、（或者濾去高頻） 2分（3）隔離直流分量（或者隔直） 1分（4）如原信號進行調(diào)制，則應先進行解調(diào)（或者解調(diào)） 1分 5. （5分）動態(tài)電阻應變儀采用的是純電阻交流電橋（1分），即使各橋臂均為電阻，由于導線間存在分布電容（1分），相當于在各橋臂上并聯(lián)了一個電容，因此，除了電阻平衡外，還須有電容平衡（3分）。 5分其它的表述酌情給分。 6. （5分） （1）互相關函數(shù)，因為是非奇非偶函數(shù)。 2分 （2）頻率信息：正弦波形的頻率與此波形頻率相同 1分 相位信息：兩正弦波形之間的相位差就是此波形中的初相位 1分 幅值信息：此波形的振幅是兩個正弦波振幅乘積的一半 1分六、 計算題（共14分）1. （6分

15、） 令， 根據(jù)線性系統(tǒng)頻率保持性和幅頻相頻特性， 由，可以得到： 1分 1分 由，可以得到： 1分 1分 由線性系統(tǒng)的疊加性可得 2分 2.（4分） 自相關函數(shù)： 1分 = = 1分 均值：=0 1分 方差： 1分 3. （4分）單臂：V 2分 雙臂：V 2分七、 應用題（共16分）1. （6分）轉(zhuǎn)動軸I的轉(zhuǎn)動頻率為：2000/60=33.3HZ； 1分 轉(zhuǎn)動軸II的轉(zhuǎn)動頻率為：1500/60=25HZ； 1分轉(zhuǎn)動軸III的轉(zhuǎn)動頻率為：600/60=10HZ； 1分與實驗測得振紋的頻譜圖比較可知軸II上的齒輪不平衡量對加工表面的振紋影響最大。 3分2（10分）（1）（6分）測試系統(tǒng)組成框圖：（

16、4分）測試過程（2分）：信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號由功率放大器放大后傳送給激振器，激振器通過壓電式力傳感器對簡支梁激振；壓電力傳感器拾取激振力信號，壓電加速度傳感器拾取振動信號，分別經(jīng)電荷放大器放大后送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，最后由顯示設備顯示頻率響應函數(shù)。 幅頻特性峰值對應的頻率為簡支梁的固有頻率；2分 半功率點（或者或者0.707）對應的頻率分別為、；阻尼比如下方法估計： 2分 要求能在圖中正確表示，否則酌情扣分。 （2）（4分）一、 填空題（20分，每空1分）1.測試技術是測量和實驗技術的統(tǒng)稱。工程測量可分為 靜態(tài)測量 和 動態(tài)測量 。2.測量結(jié)果與 被測真值 之差稱為 測量誤差 。3.將電橋接成差動

17、方式習以提高 靈敏度 ，改善非線性，進行 溫度 補償。4.為了 補償 溫度變化給應變測量帶來的誤差，工作應變片與溫度補償應變片應接在 相鄰 橋臂上。5調(diào)幅信號由載波的 幅值攜帶信號的信息，而調(diào)頻信號則由載波的 頻率 攜帶信號的信息。6繪制周期信號的單邊頻譜圖，依據(jù)的數(shù)學表達式是 傅氏三角級數(shù)中的各項系數(shù) ，而雙邊頻譜圖的依據(jù)數(shù)學表達式是 傅氏復指數(shù)級數(shù)中的各項系數(shù) 。7信號的有效值又稱為均方根值，有效值的平方稱為 均方值，它描述測試信號的強度(信號的平均功率)。8確定性信號可分為周期信號和非周期信號兩類，前者頻譜特點是離散的，后者頻譜特點是連續(xù)的。9.為了求取測試裝置本身的動態(tài)特性，常用的實驗

18、方法是頻率響應法和 階躍響應法。10.連續(xù)信號與進行卷積其結(jié)果是： 。其幾何意義是 把原函數(shù)圖像平移至位置處 。二、 選擇題（20分，每題2分）1直流電橋同一橋臂增加應變片數(shù)時，電橋靈敏度將(C)。A增大 B減少 C.不變 D.變化不定2調(diào)制可以看成是調(diào)制信號與載波信號(A)。A相乘 B相加 C相減 D.相除3描述周期信號的數(shù)學工具是(D)。A相關函數(shù) B拉氏變換 C傅氏變換 D.傅氏級數(shù)4下列函數(shù)表達式中，(B)是周期信號。ABC5時域信號的時間尺度壓縮時，則其頻帶的變化為(B)。A頻帶變窄、幅值增高 B頻帶變寬、幅值壓低C頻帶變窄、幅值壓低 D頻帶變寬、幅值增高6非線性度是表示定度曲線(A

19、)的程度。A偏離其擬合直線 B接近真值 C正反行程的不重合7一般來說，測試系統(tǒng)的靈敏度越高，則其測量范圍(B)。A越寬 B越窄 C不變8.下列哪一種敏感元件不屬于彈性式壓力敏感元件（D）A.波登管 B膜片C波紋管 D電阻應變片9.對于單向應力狀態(tài)的測量，貼應變片時，應變片的方向與主應力方向應該相交成（A）A.0° B45°C90° D30°10二階裝置引入合適阻尼的目的是（C）。A使系統(tǒng)不發(fā)生共振 B使得讀數(shù)穩(wěn)定 C獲得較好的幅頻、相頻特性三、簡答題（共30分）1.信號分析和處理必需遵循的原則有哪幾點？（4分）答： 各環(huán)節(jié)的輸入量與輸出量之間應保持一一對

20、應的關系，并盡量不失真；（2） 盡可能減小或消除各種干擾。（2）2.周期信號的頻譜具有哪幾個特點？（6分）答： 周期信號的頻譜是離散的。（2） 每條譜線只出現(xiàn)在基波頻率的整倍數(shù)上，基波頻率是各分量頻率的公約數(shù)。（2） 各頻率分量的譜線高度表示該諧波的幅值或相位角。工程中常見的周期信號，其諧波幅值總的趨勢是隨諧波次數(shù)的增高而減小的。因此，在頻譜分析中沒必要取那些次數(shù)過高的諧波分量。（2）3.現(xiàn)有電阻和，電感L和電容C，連結(jié)成四臂交流電橋，試畫出能滿足電橋平衡的正確接橋方法，并寫出該電橋的平衡條件。（設激勵為，輸出為）。（5分）答：正確的接橋方法如圖所示：（3）電橋的平衡條件是：（2）4.有人在使

21、用電阻應變片時，發(fā)現(xiàn)靈敏度不夠，于是試圖在工作電橋上增加電阻應變片數(shù)以提高靈敏度。試問，在半橋上各串聯(lián)一片的情況下，是否可以提高靈敏度？為什么？（5分）答：不能提高靈敏度。因為半橋雙臂時，其輸出電壓為：（2）當量橋臂各串聯(lián)電阻應變片時，其電阻的相對變化量為（2）即仍然沒有發(fā)生變化，故靈敏度不變。要提高靈敏度只能將雙臂電橋改為全橋連接。這時。（1）5.什么是調(diào)制和解調(diào)？為什么要調(diào)制？（5分）答：所謂調(diào)制，就是在調(diào)制信號（測試信號）的控制下，使載波信號（工作信號）的某些參數(shù)（如幅值、頻率、相位）發(fā)生變化的過程。（2）解調(diào)，就是從已調(diào)制波中恢復出調(diào)制信號的過程一般的被測量，如力、位移、應變等，經(jīng)傳感

22、器檢測變換后，常常是一些緩變的電信號。（1）經(jīng)過調(diào)制后，采用交流放大，比直接用直流放大，效果好；另外，調(diào)制波抗干擾能力強，也便于傳輸。（2）6.在機械工程中常見的有哪些參數(shù)的測量？（5分）答：在機械工程的測試過程中，常見的參數(shù)測量有：應力的測量；應變的測量；扭矩的測量、振動信號的測量；聲強測量；聲發(fā)射測量；位移的測量；流量的測量；壓力的測量等。（每一種0.5分）四、計算題（共20分，每小題10分）1.求如圖所示三角脈沖信號的頻譜。0T/2-T/2Atx(t)解：1.求如圖所示三角脈沖信號的頻譜。解：一個周期內(nèi)的表達式為：（2）因為為偶函數(shù)，所以， （1）（2）出此得的三角函數(shù)形式傅里葉級數(shù)展開

23、為（1）n次諧波分量的幅值（1）n次諧波分量的相位（1）畫出的頻譜如圖所示。（2）2.用電阻應變片及雙臂電橋懸臂梁的應變。其貼片及組橋方法如圖所示。已知圖中，上下貼片位置對稱，應變片的靈敏度系數(shù)。應變值，電橋供橋電壓。試分別求出如圖組成橋路時的輸出電壓解：如圖（b）組橋時的輸出電壓為（5）如圖（c）組橋時的輸出電壓為（5）一、填空題（20分，每空1分） 8、帶通濾波器的中心頻率F=500HZ，負3分貝點的帶寬B=10HZ，則該濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q=（ 50 ）。1將電橋接成差動方式習以提高 靈敏度 ，改善非線性，進行 溫度 補償。2調(diào)幅信號由載波的 幅值 攜帶信號的信息，而調(diào)頻信號則由載波的 頻

24、率 攜帶信號的信息。3調(diào)幅過程在頻域相當于 頻率搬移 過程，調(diào)幅裝置實質(zhì)上是一個乘法器。4.測試技術是測量和實驗技術的統(tǒng)稱。工程測量可分為 靜態(tài)測量 和 動態(tài)測量 。測量結(jié)果與被測真值之差稱為測量誤差。5確定性信號可分為周期信號和非周期信號兩類，前者頻譜特點是 離散的 ，后者頻譜特點是連續(xù)的。6繪制周期信號的單邊頻譜圖，依據(jù)的數(shù)學表達式是 傅氏三角級數(shù)中的各項系數(shù) ，而雙邊頻譜圖的依據(jù)數(shù)學表達式是 傅氏復指數(shù)級數(shù)中的各項系數(shù) 。7周期信號的傅氏三角級數(shù)中的是從0到展開的。傅氏復指數(shù)級數(shù)中的是從 到 展開的。8周期信號的傅氏三角級數(shù)展開式中：表示 余弦分量的幅值 ，表示 正弦分量的幅值 ，表示直

25、流分量。9余弦函數(shù)只有 實頻 譜圖，正弦函數(shù)只有虛頻譜圖。10單位脈沖函數(shù)與在點連續(xù)的模擬信號的下列積分：。這一性質(zhì)稱為 脈沖采樣 。得分二、選擇題（20分，每題2分）1為了保證實現(xiàn)極距變化型差動電容傳感器的差動工作，傳感器的兩個電容應當連接成( a )。A并聯(lián)電路 B串聯(lián)電路 C電橋電路2要使RC低通濾波器的通帶加寬，則RC值應( b )。A.增加 B減少 C不變3描述非周期信號的數(shù)學工具是 c 。A三角函數(shù) B拉氏變換 C. 傅氏變換 D. 傅氏級數(shù)4下列信號中 c 信號的頻譜是連續(xù)的。A BC.5數(shù)字信號的特征是 b 。A時間上離散、幅值上連續(xù) B時間、幅值上均離散C時間、幅值上都連續(xù)

26、D時間上連續(xù)、幅值上量化6測試裝置能檢測輸入信號的最小變化能力，稱為( d )。A.精度 B靈敏度 C精密度 D.分辨率7測試裝置的脈沖響應函數(shù)與它的頻率響應函數(shù)間的關系是（ b ）。A卷積 B傅氏變換對 C拉氏變換對 D微分8多種信號之和的頻譜是 c 。A.離散的 B.連續(xù)的 C.隨機的 D.周期的9二階裝置，用相頻特性中時所對應的頻率作為系統(tǒng)的固有頻率的估計值，該值與系統(tǒng)阻尼率的大小（b ）。A有關 B無關 C略有關系 D有很大關系10.濾波器的上、下截止頻率為，中心頻率；則它們的關系是( a )。A= B= C.=三、簡答題（共30分）1.測量按測量值獲得的方法進行分類有哪些？（6）答：

27、直接測量指無需經(jīng)過函數(shù)關系的計算，直接通過測量儀器得到被測值得測量。（等精度直接測量和不等精度直接測量）；（2）間接測量指在直接測量值的基礎上，根據(jù)已知函數(shù)關系，計算被測量的量值的測量；（2）組合測量指將直接測量或間接測量與被測量值之間按已知關系組合成一組方程（函數(shù)關系），通過解方程組得到被測值得方法。（2）2.重復性誤差和遲滯誤差有何區(qū)別? （6）答：重復性是指測試裝置在輸入按同一方向做全量程連續(xù)多次變動時，所得特性曲線不一致的程度。一般來說正行程的最大重復性偏差為，反行程的最大重復性偏差為，重復性誤差取這兩個最大偏差中的較大者，再以滿量程輸出的百分數(shù)表示。即（3）遲滯是測試裝置在正反行程中

28、輸入輸出曲線的不重合程度。即式中，是正反行程間，對于同一輸入雖的最大差值。（3）3.什么是不失真測試，不失真測試的條件是什么？（4）答：若都是常數(shù)，如果一個測試裝置，則有，即認為該測試裝置實現(xiàn)了不失真測量。（2）這表明，輸出信號較輸入信號，幅值放大了倍，時間上滯后了，波形一致。對上式作傅里葉變換，有。所以，若要實現(xiàn)輸出波形不失真，其幅頻、相頻特性應滿足如下條件。（2）4.下面四個圖分別是哪一種濾波器的幅頻曲線特性圖，并說明各自的工作特征。（4）答：低通濾波器 之間為通頻帶，的頻率成分極大地衰減；（1）高通濾波器 之間為通頻帶，的頻率成分極大地衰減；（1）帶通濾波器 之間為通頻帶，其它的頻率成分

29、極大地衰減；（1）帶阻濾波器 之間為阻帶頻率，其它的頻率成分通頻帶。（1）5.試敘述信號的采樣和截斷的過程是怎樣實現(xiàn)的，結(jié)果如何？（5）答：采樣就是對時間歷程進行等時間距離的信號“摘取”，以便于計算機的存儲和計算分析。（2）而由因為計算機只能對有限長的信號進行處理，所以，必須截斷過長的信號時間歷程進行截斷，即對信號加窗。所加窗寬為的矩形窗函數(shù)，其傅里葉變換是一個無限帶寬的函數(shù)。（2）采用矩形窗函數(shù)截斷采樣信號，就是將采樣信號，乘以時域有限寬矩形窗函數(shù)；其時域和頻域數(shù)學描述為（1）6.電器式傳感器包括哪幾種，各自的工作原理如何？（5）答：包括電阻式、電感式、電容式三種。電阻式傳感器工作原理：把被

30、測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種裝置；（2）電感式傳感器工作原理：把被測量如位移轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置；（2）電容式傳感器工作原理：把被測物理量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種裝置。（1）四、計算題（共20分，每小題10分）1.對稱方波的波形圖如圖所示。求傅里葉級數(shù)的三角形式展開，并畫出頻譜。解：由圖可知，它是正負交替的周期信號。其直流分量為：（1），其脈寬等于周期的一半，即，（1）將此代入式可得（3）因此，對稱方波的傅立葉級數(shù)三角函數(shù)形式為：（2）（3）2.如圖所示為兩直流電橋，其中圖(a)稱為臥式橋，圖(b)稱為立式橋，且，為應變片，為固定電阻。試求在電阻應變片阻值變化為時，兩電橋的輸出電壓表達式并加以

31、比較。解：圖（a）中，臥式橋的輸出電壓為（4）圖(b)中，立式橋的輸出電壓為（4）由此可知，當時，得，在忽略了高階無窮小之后，兩電橋的輸出電壓是一樣的，均為。（1）不同之處是：立式橋由非線性誤差，而臥式橋沒有，所以臥式橋更精確。（1）五、分析題（10分）在輸油管道上，常裝有監(jiān)測裝置用以監(jiān)測管道的裂損或泄漏，并能確定損傷位置，如圖5-21所示。答題說明：漏損處K，視為向兩側(cè)傳播聲響的聲源，在兩側(cè)管道上分別放置傳感器1和傳感器2，因為放傳感器的兩點距漏損處不等遠，則漏油的音響傳至兩傳感器就有時差，在互相關圖上處有最大值，這個就是時差。由就可確定漏損處的位置：； 式中：s兩傳感器的中點至漏損處的距離

32、；音響通過管道的傳播速度。一、選擇題1、差動式變極距式電容傳感器的靈敏度是變極距式傳感器的_A_倍. A、2 B、3 C、4 D、52、信號有多種類型，從分析域上看，經(jīng)典的分析方法有_D_和 _。A、時域法，相頻法 B、時域法，幅頻法C、相頻法，幅頻法 D、時域法，頻域法3、壓電式傳感器的轉(zhuǎn)換原理是利用晶體材料的_B_。A、電阻應變效應 B、壓電效應C、電磁感應 D、霍爾效應4、傳感器的靜態(tài)特性中，輸出量的變化量與引起此變化的輸入量的變化量之比稱為_B_。A、線性度 B、靈敏度 C、穩(wěn)定性 D、回程誤差5、若電容式傳感器在真空中，其覆蓋板面為一圓形，r=20cm，極板間距d=2mm，

33、其電容量為：_答案都是錯的_。A、1.11×10-9 B、1.11×10-15C、3.27×10-9 D、3.27×10-96、信息與信號二者間關系是_C_。 A、信息與信號相同 B、信息包含信號C、信息在信號之中 D、信息與信號無關7、當兩信號的互相關函數(shù)在t0有峰值，表明其中一個信號和另一個信號時移t0時，相關程度_B_。A、最低 B、最高 C、適中 D、一般8、傳感器的靈敏度越高，意味著傳感器所能感知的_a_越小。A、被測量 B、輸出量 C、頻率特性 D、顯示值9、測試工作的任務主要是要從復雜的信號中提取(c )A、干擾噪聲信號 B、正弦信號 C、

34、有用信號 D、頻域信號10、時域信號的時移，則頻譜變化為（D ）A、擴展 B、壓縮 C、不變 D、相移11、 記錄磁帶快錄慢放，放演信號的頻譜帶寬(D )A、變窄，幅值壓低 B、擴展，幅值壓低C、擴展，幅值增高 D、變窄，幅值增高12、 用二階系統(tǒng)作測量裝置時，為獲得較寬的工作頻率范圍，則系統(tǒng)的阻尼比應(D )A、愈大愈好 B、愈小愈好C、接近1/2 D、接近1/213、 對二階系統(tǒng)輸入信號x(t)=A1sinw1t+A2sinw2t,則系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出方程的通式為( D) A、A1sin(w1t+1）+A2sin(w2t+2）B、A1A2sinw1tsinw2tC、A1sinw1t+A2sinw

35、2t D、A1sin（w1t+）+A2sin（w2t+）14、 概率密度函數(shù)提供了隨機信號（ B）的信息A、沿頻域分布 B、沿幅值域分布 C、沿時域分布 D、強度方面15、 在測量位移的傳感器中，符合非接觸測量，而且不受油污等介質(zhì)影響的是(D )A、電容式B、壓電式 C、電阻式 D、電渦流式16、 只使在fe1fe2間頻率的信號通過，應采用（B ）濾波器A、帶阻B、帶通 C、高通 D、低通17、 在選用振子時，除了使阻尼比接近.外，應使被測正弦信號的最高頻率fm(C )振動子的固有頻率fnA、等于 B、>2倍 C、（.-.）D、<.1倍18、 為使電纜的長度不影響壓電式傳感器的靈敏

36、度，應選用（B ）放大器。 A、電壓 B、電荷 C、微分 D、積分19、 當時,信號x（t）的自相關函數(shù)Rx（）呈周期性變化,說明該信號(B )。A、為周期信號B、含有周期成份C、為離散信號D、為非周期信號20、 正弦信號的自相關函數(shù)，使原有的相位信息(B )A、不變 B、丟失 C、移相 D、一定變?yōu)?0°21、 不能用確定的數(shù)學公式表達的信號是（D）信號。 A、復雜周期 B、瞬態(tài) C、非周期 D、隨機22、 非線性度是表示定度曲線（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏離其擬合直線 C、正反行程不重合D、滯后現(xiàn)象23、 自相關函數(shù)一定是（B ）函數(shù)。 A、奇 B、偶 C、周期 D、非

37、周期24、 為了能從調(diào)幅波中很好地恢復出原被測信號，通常用（D）做為解調(diào)器。A、鑒頻器 B、整流器 C、鑒相器 D、相敏檢波器25、 采樣時為了不產(chǎn)生頻譜混疊，采樣頻率必須大于信號最高頻率的（2 ）倍A、4 B、2 C、10 D、526、 壓電式傳感器前置放大器的主要作用是（B ）。 A、把傳感器的低阻抗輸出變換為高阻抗輸出 B、把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出 C、調(diào)制傳感器的輸出信號D、對傳感器的輸出信號盡行檢波27、在電橋測量電路中，由于電橋接法不同，輸出的電壓靈敏度也不同，_D_ 接法可以獲得最大的輸出。 A、單臂電橋B、差動半橋C、補償電橋 D、全橋28、壓電

38、傳感器所使用的前置放大器在電路中起著很重要的作用，以下說法錯誤的是_B_。  A、將傳感器的高阻抗輸入變成低阻抗輸出。B、將傳感器的底阻抗輸入變成高阻抗輸出。C、將壓電傳感器的微弱信號放大。D、電壓放大器和電荷放大器的區(qū)別在于電荷放大器帶有一個深度負反饋。29、幅值調(diào)制裝置實質(zhì)是一個C、低通濾波器 、高通濾波器 、乘法器 、振蕩器30、理想濾波器在通帶內(nèi)的幅頻特性為  A  、常數(shù) 、零 、零或常數(shù) 、無法確定31變極距型電容傳感器的輸出與輸入，成（A ）關系。A.非線性 B.線性 C.反比 D.平方32如果窗函數(shù)頻譜的主瓣峰值相對于左右旁瓣峰

39、值越大，則該窗函數(shù)的泄漏誤差（A ）。A.越小 B. 越大 C.不定 D.不確定33不能用渦流式傳感器進行測量的是( D )。A.位移 B.材質(zhì)鑒別 C. 探傷 D.非金屬材料34設時域信號x(t)的頻譜為X(f)，則時域信號（C ）的頻譜為X(ff0）。  A . B.    C.   D. 35壓電式傳感器后面的放大器的主要功能為（ C ）。 A.阻抗變換 B.信號放大 C. 阻抗變換和信號放大 D.不確定36一個相鄰雙臂工作的測力電橋，如果將兩工作臂的一個應變片均改為兩個應變片串聯(lián)，則電橋的輸出電壓（D）  A. 加大一倍 &#

40、160; B. 減小一倍    C. 不變     D. 加大兩倍 37一個相鄰雙臂工作的測力電橋，如果將兩工作臂的一個應變片均改為兩個應變片串聯(lián)，則電橋的輸出電壓（）  A. 加大一倍   B. 減小一倍    C. 不變     D. 加大兩倍 二、判斷題1、測試工作的任務主要是要從復雜的信號中提取有用信息。(T)2、周期信號各次諧波的頻率只能是基波頻率的整數(shù)倍。(T)3、一般把控制高頻震蕩波的緩變信號稱為調(diào)制波，載送緩變

41、信號的高頻震蕩稱為載波，調(diào)制后的震蕩波稱為已調(diào)波。(T)4、測量環(huán)節(jié)作為被測量環(huán)節(jié)的負載,兩環(huán)節(jié)將保持原來的傳遞函數(shù)。(F)5、一個理想的測試裝置，其輸入和輸出之間應具有線性關系為最佳。(T)6、壓電傳感器的前置放大器的主要作用是對傳感器輸出信號進行解調(diào)。(F)7、周期信號的頻譜是由無限多條離散譜線組成，每一條譜線代表一個諧波分量。(T)8、當0時，自相關函數(shù)值最小值。F9、濾波器中，一般規(guī)定幅頻特性值等于1.414A時所對應的頻率稱為截止頻率。(f)10、用二階系統(tǒng)作測量裝置時，為獲得較寬的工作頻率范圍，則系統(tǒng)的阻尼比應接近0.707。(T)11、信噪比越大則有用信號的成分越大,噪聲影響也大

42、。(T)12、用二階系統(tǒng)作測量裝置時，影響幅值測量誤差大小的參數(shù)有靈敏度。(T)13、在電橋測量電路中，由于電橋接法不同，輸出的電壓靈敏度也不同，差動半橋接法可以獲得最大的輸出。(F)14、周期信號頻譜具有發(fā)散性、諧波性、離散性。(f)15、對于電壓放大器來說，當改變電纜的型號尺寸，輸出電壓將不改變。(F) 16、前置放大器在電路中起到了放大傳感器微弱信號和將傳感器的低阻抗輸出變換為高阻抗輸出的作用。(F)17、霍爾式傳感器是目前國內(nèi)外應用最廣的一種磁敏傳感器之一，其工作原理為霍爾效應。(T)18、差動半橋接法的靈敏度是單臂電橋靈敏度的3 倍。(F) 19、任意函數(shù)和函數(shù)的卷積，就是將該函數(shù)在

43、自己的橫軸上平移到函數(shù)所對應的位置。(F)20、調(diào)制是指利用被測緩變信號來控制或改變高頻震蕩波的某個參數(shù)。使其按被測信號的規(guī)律變化，以利于信號的放大與傳輸。(T)21非周期信號的頻譜都是連續(xù)的。（ T）22隨機信號是確定性信號。（F）23傳遞函數(shù)不僅反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)過程，還反映了系統(tǒng)響應的過渡過程。（T ）24變間隙式差動變壓器是一種電容式傳感器。（F）25選擇好的窗函數(shù)對信號進行截斷，可以減少能量泄漏。（T ）26非周期信號的頻譜一定是離散的。（F ）27瞬態(tài)信號是能量有限信號。（T ）28變面積型電容傳感器的靈敏度不為常數(shù)。（ F ）29在直流電橋中，只要滿足任意兩相鄰橋臂的阻值之乘積等于

44、另外兩相鄰橋臂阻值的乘積， 則電橋一定處于平衡。（F ）30測試系統(tǒng)的靈敏度越高測量性能越好。（F）三、填空題1、 若x(t)的傅立葉變換是X(f),則x(kt)的傅立葉變換是1/k*X(f/k)2、 測試裝置輸出波形無失真但有時間延遲的不失真測試條件是：裝置的幅頻特性為（常數(shù)），相頻特性為（）=-t）。3、 x(t) 的頻譜是X（f）,y(t)的頻譜是Y(f),若在頻域內(nèi)X(f)與Y(f)作相乘運算，則對應在時域內(nèi)x(t)與 y(t)應作_卷積_4、 一個理想的測試裝置，其輸入和輸出之間應該具有（線性 ）關系最佳。5、 壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的_壓電效應_而工作的6、 調(diào)幅波可以看作是載

45、波與調(diào)制波的相乘。7、 為了提高便極距型電容傳感器的靈敏度,線形度及減小外部條件對測量精度的影響，實際應用時常常采用差動式工作方式8、 頻率不同的兩個正弦信號,其互相關函數(shù)Rxy( )=(0 )9、 濾波器分離信號中相鄰頻率成份的能力稱為（分辨能力），它取決于濾波器的（帶寬 ）。10、 壓電式傳感器在使用電壓前置放大器時，連接電纜長度改變，測量系統(tǒng)的靈敏度也發(fā)生變化11、 測試系統(tǒng)通常由（傳感器 ），（信號的調(diào)理和轉(zhuǎn)換 ）及（信號處理 ）所組成。12、 對連續(xù)時域信號作加窗截斷處理，必然會引起頻譜的（ 泄露）現(xiàn)象。13、 能用確切數(shù)學式表達的信號稱為確定性信號，不能用確切數(shù)學式表達的信號稱為隨

46、機信號。14、選擇窗函數(shù)對信號進行截斷時，應力求其頻譜的主瓣寬度窄些，旁瓣幅度小些。15、根據(jù)濾波器的選頻作用分，濾波器可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器。16、由函數(shù)卷積特性，任一函數(shù)x(t)與具有時移to的單位脈沖函數(shù)(t±to)的卷積為x=(t±to)，(t)函數(shù)的頻譜密度函數(shù)為四、簡答題1、 差動型變磁阻式電感傳感器在使用時常把兩個線圈接在電橋的兩個相鄰橋臂中，試問：（1）此電橋需接入何種激勵電壓？高頻正弦電壓（2）該電橋的輸出電壓是何波形？高頻正弦波的幅值隨傳感器輸出波的變化而變化（3）輸出電壓的幅值與傳感器的什么量有關？靈敏度（4）輸出電壓大小

47、能否反映被測量的方向？欲知被測量的方向，測量電路中應帶有什么環(huán)節(jié)?不能，在測量電路之后接入差動相敏檢波電路2、 在用應變儀測量機構的應力，應變時，如何消除由于溫度變化所產(chǎn)生的影響？利用電橋的和差特性，將兩片應變片分別接到測量機構的相對面上，并接入電橋中相鄰的橋臂上，使得由于溫度變化而導致的輸出電壓無用值相互抵消。3、把一個變阻器式傳感器按如圖接線，它的輸入量是什么？輸出量是什么？在什么條件下，它的輸出量與輸入量之間有較好的線性關系？ 輸入量是被測量的位移。輸出量是電壓值。只有當變阻器 的最大電阻值與后接電路的輸入電阻比值趨于0時，它的輸出量與輸入量之間有較好的線性關系4、金屬電阻絲應變片與半導

48、體應變片在工作原理上有何區(qū)別？各有何特點？前者是利用導體形變引起阻值變化，后者是利用半導體電阻率變化引起阻值變化。金屬電阻絲應變片穩(wěn)定性和溫度特性好，但靈敏度系數(shù)小。 半導體應變片應變靈敏度大；體積?。荒苤瞥删哂幸欢☉冸娮璧脑?，但溫度穩(wěn)定性和可重復性不如金屬應變片。5、簡述壓電效應現(xiàn)象；石英晶體所產(chǎn)生的橫向和縱向壓電效應產(chǎn)生的電荷聚集在哪里？其大小分別如何計算？某些物質(zhì)在外力的作用下，不僅幾何尺寸發(fā)生了變化，而且內(nèi)部極化，某些表面上出現(xiàn)電荷，形成電場。當外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這一現(xiàn)象稱為壓電效應現(xiàn)象。石英晶體所產(chǎn)生的眾向壓電效應產(chǎn)生的電荷聚集在與電軸 (X) 垂直的平面上，其大

49、小為。石英晶體所產(chǎn)生的橫向壓電效應產(chǎn)生的電荷聚集在與電軸 (X) 垂直的平面上，其大小為。a、b分別為晶體片的長度和厚度。6、什么是調(diào)制，調(diào)制的目的是什么，如何實現(xiàn)對信號進行調(diào)幅和解調(diào)？調(diào)制是指利用某種低頻信號來控制或改變一高頻振蕩信號的某個參數(shù)的過程。信號調(diào)理的的目的是（1）實現(xiàn)緩變信號的傳輸，特別是遠距離傳輸 （2）提高信號傳輸中的抗干擾能力和信噪比對信號進行調(diào)幅是將一個高頻載波信號與被測信號相乘，使得高頻信號的幅值隨被測信號的變化而變化?？墒褂猛浇庹{(diào)、相敏檢波的方式來實現(xiàn)對信號進行解調(diào)。 7、試用方框圖描述測試系統(tǒng)的組成，并簡述測試工作的全過程。傳感器將被測物理量(如噪聲,溫度等) 檢

50、出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對接收到的電信號用硬件電路進行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進行信號分析，顯示記錄裝置則測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動控制裝置。 8、什么是負載效應？對于電壓輸出的環(huán)節(jié)，減輕負載效應的措施有哪些？當一個裝置聯(lián)接到另一裝置上時，由于發(fā)生能量交換而使前裝置的聯(lián)接處甚至整個裝置的狀態(tài)和輸出都將發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為負載效應。對于電壓輸出的環(huán)節(jié)，減輕負載效應的辦法有:(1)提高后續(xù)環(huán)節(jié)(負載)的輸入阻抗；(2)在原來兩個相聯(lián)接的環(huán)節(jié)之中，插入高輸入阻抗、低輸出阻抗的放大器，以便一方面減小從前環(huán)節(jié)吸取能量，另一方面在承受后一環(huán)節(jié)（負載）后又能減小電壓輸出的變化，從而減輕負載效應；(3)使用反饋或零點測量原理，使后面環(huán)節(jié)幾乎不從前環(huán)節(jié)吸取能量。9、試說明二階測試系統(tǒng)的阻尼度大多采用的原因。阻尼比在這個范圍內(nèi)可提高系統(tǒng)響應的快速性，以及工作的范圍更