工程測試基礎(chǔ)思考題

1、2.1、如何在噪聲背景下提取信號中的周期信息，簡述其原理？2.2、簡述相關(guān)測速、相關(guān)測距的原理？相關(guān)測速是利用隨機(jī)過程理論中的互相關(guān)原理測量速度。它是基于信號采集技術(shù)與傳感器技術(shù)發(fā)展起來的一種現(xiàn)代測速方法,與傳統(tǒng)測速方法相比,它抗干擾能力更強(qiáng),能在復(fù)雜的干擾條件下準(zhǔn)確測量信息體速度,互相關(guān)法的抗干擾能力明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法, 并且信息體形狀不再影響測速精度。因此,相關(guān)測速在現(xiàn)代有著多方面的應(yīng)用。比如:飛機(jī)，船舶，汽車等交通工具相對于地球的速度；軋機(jī)鋼帶相對于某一固定點(diǎn)的速度；二相（多相）流體中，非連續(xù)相對于管壁的速度等等。從原理上講，任何在物體運(yùn)動方向上一定距離處布置的兩個傳感器，只要它們能夠檢拾

2、到標(biāo)記物體的某種信號（一般為隨機(jī)信號），那么，物體的運(yùn)動速度都可以用互相關(guān)的原理加以測定。2.3、求周期為T，幅值為A的方波的自相關(guān)函數(shù)？2.4、從下面的功率譜中讀出信號的主要頻率成分。2.5、已知信號繪出信號的實(shí)頻虛頻譜、幅值相位譜和功率譜。2.6、已知矩形單脈沖信號的頻譜為試求圖示信號的頻譜。第三章思考題3.1、在什么條件電阻式傳感器的輸出量與輸入量之間有較好的線性關(guān)系？ 3.2、簡述應(yīng)變式電阻傳感器的工作原理，其測量電路有何特點(diǎn)？金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值隨著它所受機(jī)械變形(伸長或縮短)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。 導(dǎo)體的

3、電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換為R/R后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。其轉(zhuǎn)換電路常用測量電橋3.3、用光電式傳感器可以測量哪些物理量，簡述其工作原理？ 測量多種物理量，如尺寸、位移、速度、溫度等光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器.它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化,然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號.光電傳感器一般由光源,光學(xué)通路和光電元件三部分組成.3.4、請列出幾種常見的氣體測量傳感器？ 半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感

4、器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器3.5、列出幾種用磁阻傳感器實(shí)現(xiàn)的測控裝置。 工作原理：利用半導(dǎo)體材料（磁阻元件）的磁阻效應(yīng)（高斯效應(yīng)），即改變磁場的強(qiáng)弱，將使磁阻元件沿著電流方向的電阻值發(fā)生改變。磁阻元件可用作位移、力、加速度等參數(shù)的改變。應(yīng)用：接近開關(guān)和無觸點(diǎn)開關(guān)。3.6、電容式傳感器的工作原理是什么？ 變換原理:將被測量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化電容式傳感器種類：極距變化型（駐極體電容傳聲器）；面積變化型（陶瓷電容壓力傳感器；壓力變送器）；介質(zhì)變化型（介質(zhì)溫度濕度計(jì) ；電容測厚儀）陶瓷電容壓力傳感器；壓力變送器電容測厚儀 3.7、電感式傳感器

5、可分為幾類？電感式傳感器種類：可變磁阻式；渦流式；互感式電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。它除了可以對直線位移或角位移進(jìn)行直接測量外，還可以通過一定的感受機(jī)構(gòu)對一些能夠轉(zhuǎn)換成位移量的其他非電量，如振動、壓力、應(yīng)變、流量等進(jìn)行檢測。3.8、何謂渦流效應(yīng)？怎樣利用渦流效應(yīng)進(jìn)行位移測量？ 在整塊導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象稱為渦流現(xiàn)象。3.9、請?jiān)O(shè)計(jì)幾種測量物體位移的方法，描述其基本原理，各種方法的特點(diǎn)，局限性。 位移傳感器又稱為線性傳感器，它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，位移傳感器超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器等。3.

6、10、磁電式傳感器可分為幾類？動圈式磁阻式變換原理: 感應(yīng)電動勢 磁電式傳感器是把被測量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動勢的一種轉(zhuǎn)換器。3.11、試比較熱電偶測溫與熱電阻測溫有什么不同（從原理、測溫系統(tǒng)組成和應(yīng)用場合三方面考慮）。 熱電偶測溫原理：兩個結(jié)點(diǎn)溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢-熱電效應(yīng)，即熱電動勢。熱敏式電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測溫的。熱電偶可分為測量導(dǎo)體、外殼、補(bǔ)償導(dǎo)線、二次儀表等部分熱電阻受熱部分是把細(xì)金屬絲采用雙線并繞法均勻地繞制在一定形狀的絕緣材料（如云母、石英或陶瓷塑料）制成的支架上，支架起支撐和絕緣作用，當(dāng)被測介質(zhì)中有溫度梯度存在時，測得的溫度是平均

7、溫度熱電偶測溫，測溫端熱容量小，動態(tài)響應(yīng)快；機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好，可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上。熱電阻測溫廣泛用來測量200850范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測量至1K，高溫達(dá)1000。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的精確度高，性能穩(wěn)定，作為復(fù)現(xiàn)國際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。3.12、請利用壓電式傳感器設(shè)計(jì)一個測力裝置。 3.13、請列出幾種用磁場傳感器實(shí)現(xiàn)的測控應(yīng)用裝置。 3.14、用光電式傳感器可以測量哪些物理量，簡述其工作原理？ 亮度傳感器3.15、超聲波測距原理，其應(yīng)用場合與電感、電容傳感器測距有何區(qū)別？ 3.16、請列出幾種常見的氣體測量傳感器？ 3.17、列出幾個用圖象傳感器進(jìn)行檢測的例子？后視系統(tǒng)是圖像傳

8、感器在車上最廣泛最實(shí)際的應(yīng)用。車輛可根據(jù)后視系統(tǒng)估計(jì)出車的位置及障礙物的距離，準(zhǔn)確計(jì)算出車輛的預(yù)計(jì)軌跡，達(dá)到自動停車。也可以提供給駕駛員盲區(qū)圖像。車道保持系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于圖像處理以及圖像識別技術(shù)的，屬于圖像識別技術(shù)在汽車上應(yīng)用的先例。當(dāng)車道偏離正常車車道時，給予駕駛員提醒。CIS在紙幣面額識別中的應(yīng)用：用到CIS1、CIS2兩個獨(dú)立的CIS圖像傳感器，C1、C2使用于檢測鈔票位置的傳感器，用于檢測鈔票的垂直運(yùn)動量，以便求出鈔票的傾斜角。微光圖像傳感器 ：人們利用電子增強(qiáng)技術(shù)，制成了級聯(lián)式的像增強(qiáng)器，通過這種像增強(qiáng)可以觀測照度低于0.1lx的景物。3.18、什么是智能傳感器？智能傳感

9、器是具有信息處理功能的傳感器 智能傳感器帶有微處理機(jī) 具有采集 處理 交換信息的能力 是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物 一般智能機(jī)器人的感覺系統(tǒng)由多個傳感器集合而成 采集的信息需要計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理而使用智能傳感器就可將信息分散處理從而降低成本與一般傳感器相比智能傳感器具有以下三個優(yōu)點(diǎn)通過軟件技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的信息采集而且成本低具有一定的編程自動化能力功能多樣化3.19、選擇傳感器時，一般主要考慮哪些因素？ 選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測量方式等六個方面的問題。 1、靈敏度。一般來說越靈敏度越高越好，但在確定靈敏度時，要考慮以下幾個問題：靈敏度過高引

10、起的干擾問題；量程范圍問題；交叉靈敏問題。 2、響應(yīng)特性。傳感器的響應(yīng)特性是指在所測頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測量條件。實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲時間越短越好。 3、線性范圍。任何傳感器都有一定的線性工作范圍。在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測量精度的基本條件。 4、穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是表示傳感器經(jīng)過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時間與環(huán)境。 5、精確度。傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測量的對應(yīng)程序。 6、測

11、量方式。傳感器工作方式，也是選擇傳感器時應(yīng)考慮的重要因素。例如。接觸與非接觸測量、破壞與非破壞性測量、在線與非在線測量等。第四章思考題4.1、信號放大電路的種類，如何根據(jù)傳感器輸出特性選擇合適的放大電路？直流放大、交流放大、電荷放大、電橋放大、差動放大、測量放大、隔離放大 根據(jù) 1、直流放大器，低頻保留高頻截止：交流放大器，高頻保留低頻截止。 2、同相放大器有非常高的輸入阻抗和很低的輸出阻抗，常用于前置放大器 3、只要放大交流信號時，可采用集成交流電壓同相放大器4.2、信號調(diào)制與解調(diào)的種類？調(diào)制：調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。 調(diào)幅是將一個高頻簡諧信號（載

12、波）與測試信號（調(diào)制信號）相乘，使高頻信號的幅值隨測試信號的變化而變化。在實(shí)際的調(diào)幅信號的解調(diào)中一般不用乘法器而采用二極管整流檢波器和相敏檢波器； 調(diào)頻是利用信號電壓的幅值控制載波的頻率，調(diào)頻波是等幅波，但頻率偏移量與信號電壓成正比。調(diào)頻波的解調(diào)又稱為鑒頻，調(diào)制波的解調(diào)電路又叫鑒頻器。 調(diào)相：載波的相位對其參考相位的偏離值隨調(diào)制信號的瞬時值成比例變化的調(diào)制方式，稱為相位調(diào)制，或稱調(diào)相。4.3、如何消除調(diào)幅波中的過調(diào)失真？過調(diào)失真：對于非抑制調(diào)幅，要求其直流偏置必須足夠大，否則x(t)的相位將發(fā)生180。 消除：加入足夠大的直流偏置（使信號在軸的同一邊） 

13、重疊失真：調(diào)幅波是由一對每邊為fm的雙邊帶信號組成當(dāng)載波頻率fz較低時，正頻端的下邊帶將與負(fù)頻端的下邊帶相重疊要求: fzfm 消除：載波信號的頻率要高于調(diào)制信號的最高頻率，一般都至少是數(shù)倍甚至十倍于信號中的最高頻率。4.4、信號濾波器的種類？根據(jù)濾波器選頻作用分：低通、高通、帶通、帶阻 4.5、如何根據(jù)測試信號中有用成分和干擾成分的頻譜來選擇濾波器種類和設(shè)定其參數(shù)？分析信號中有的成分的頻率和干擾成分的頻率。根據(jù)頻率的高低選擇濾波器，達(dá)到通信號中有成分，阻干擾成分的目的。 測試信號中有用的信號如果是低頻信號，或其干擾信號是高頻噪聲，則要使用低通濾波器。&

14、#160;測試信號中有用的信號如果是高頻信號，混低頻干擾信號則要使用高通濾波器。 測試信號中的干擾信號如果是某個頻段的信號則要使用帶阻濾波器 測試信號中有用的信號如果是某個頻段的信號則要使用帶通濾波器 信號及其調(diào)理試題 4.6、有人在使用電阻應(yīng)變儀時，發(fā)現(xiàn)靈敏度不夠，試問，在下列情況下，是否可提高靈敏度？說明為什么？ (1) 半橋雙臂各串聯(lián)一片； (2) 半橋雙臂各并聯(lián)一片。 電橋的輸出電壓 和電阻的相對變化成正比。由此可知：       1）半橋雙臂各串聯(lián)一片，雖然橋臂上的

15、電阻變化增加1倍，但橋臂總電阻也增加1倍，其電阻的相對變化沒有增加，所以輸出電壓沒有增加，故此法不能提高靈敏度；       2）半橋雙臂各并聯(lián)一片，橋臂上的等效電阻變化和等效總電阻都降低了一半，電阻的相對變化也沒有增加，故此法也不能提高靈敏度。 4.7、已知調(diào)制信號是幅值為10，周期為1秒的方波信號，載波信號是幅值為1，頻率為10Hz正弦波信號。(1) 畫出已調(diào)制的調(diào)幅波的波形；(2) 畫出已調(diào)制的調(diào)幅波的頻譜。 第五章思考題5.1、A/D,D/A轉(zhuǎn)換的過程和目的是什么；A/D, D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？將模擬信

16、號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后進(jìn)行數(shù)字信號的處理達(dá)到分析控制等目的。主要技術(shù)指標(biāo)：(1) 分辨率：用輸出二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)表示。位數(shù)越多，量化誤差越小，分辨力越高。(2) 轉(zhuǎn)換速度：指完成一次轉(zhuǎn)換所用的時間(3) 模擬信號的輸入范圍5.2、信號量化誤差與A/D，D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)的關(guān)系？當(dāng)采樣信號的實(shí)際電平落在兩個相鄰量化電平之間時，就要舍入到一個相近的量化電平上。該量化電平與實(shí)際電平的差值稱為量化誤差。轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，就是量化當(dāng)量越小，轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度越高，量化誤差就誤差越小。5.3、采樣定理的含義，當(dāng)不滿足采樣定理時如何計(jì)算混迭頻率？為保證采樣后信號能真實(shí)地保留原始模擬信號信息，信號采樣頻率必須至少為

17、原信號中最高頻率成分的2倍。這是采樣的基本法則，稱為采樣定理。一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號最高頻率的510倍。 混迭頻率=Fs-信號頻率5.4、A/D采樣前為何要加抗混濾波器，作用是什么？ 工程測量中采樣頻率不可能無限高也不需要無限高，因?yàn)橐话阒魂P(guān)心一定頻率范圍內(nèi)的信號成份，為解決頻率混疊，在對模擬信號進(jìn)行離散化采集前，采用低通濾波器濾除高于1/2采樣頻率的頻率成分。5.5、數(shù)字信號處理中采樣信號的頻譜為何一定會產(chǎn)生能量泄漏？用計(jì)算機(jī)進(jìn)行測試信號處理時，不可能對無限長的信號進(jìn)行測量和運(yùn)算，而是取其有限的時間片段進(jìn)行分析，這個過程稱信號截斷。 將截斷信號譜 XT()與原始信號譜X(

18、)相比較可知，它已不是原來的兩條譜線，而是兩段振蕩的連續(xù)譜. 原來集中在f0處的能量被分散到兩個較寬的頻帶中去了，這種現(xiàn)象稱之為頻譜能量泄漏。5.6、用FFT計(jì)算的頻譜為何一定存在柵欄效應(yīng)誤差？ 采樣信號的頻譜，為提高計(jì)算效率,通常采用FFT算法進(jìn)行計(jì)算，設(shè)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)為：N = T/dt = T. fs 則計(jì)算得到的離散頻率點(diǎn)為: Xs(fi) ， fi = i.fs/N , i = 0，1，2，.，N/2 這就相當(dāng)于透過柵欄觀賞風(fēng)景，只能看到頻譜的一部分，而其它頻率點(diǎn)看不見，此種現(xiàn)象被稱為柵欄效應(yīng)。 如果信號中的