工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)

1、第一章 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)1.3 用量程為150V的0.5級(jí)電壓表和量程為30V的1.5級(jí)電壓表分別測(cè)量25V電壓，請(qǐng)問哪一個(gè)測(cè)量準(zhǔn)確度高？為什么使用電壓表時(shí)應(yīng)盡可能在電壓表量程上限的三分之二以上使用？解：1）量程為150V的0.5級(jí)電壓表，其最大引用誤差為0.5%,所以其最大絕對(duì)誤差為量程為30V的1.5級(jí)電壓表，其最大引用誤差為1.5%,所以其最大絕對(duì)誤差為所以測(cè)量25V電壓時(shí)，量程為30V的1.5級(jí)電壓表的準(zhǔn)確度高。2）測(cè)量同一個(gè)電壓量時(shí)，通常量程與被測(cè)量越接近的電壓表，其測(cè)量準(zhǔn)確度越高。1.4 常用的測(cè)量結(jié)果的表達(dá)方式有哪3種？對(duì)某量進(jìn)行了8次測(cè)量，測(cè)得值分別為：82.40、82.43、

2、82.50、82.48、82.45、82.38、82.42、82.46。試用第3種表達(dá)方式表示其測(cè)量結(jié)果。解：1）常用的測(cè)量結(jié)果的表達(dá)方式有基于極限誤差的表達(dá)方式、基于t分布的表達(dá)方式和基于不確定度的表達(dá)方式等3種2）基于不確定度的表達(dá)方式可以表示為 均值為82.44標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.04樣本平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差的無偏估計(jì)值為0.014所以第二章 信號(hào)描述與分析2-2 一個(gè)周期信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)展開為（的單位是秒）求：1）基頻；2）信號(hào)的周期；3）信號(hào)的均值；4）將傅立葉級(jí)數(shù)表示成只含有正弦項(xiàng)的形式。解：基波分量為所以：1）基頻 2）信號(hào)的周期 3）信號(hào)的均值 4）已知 ，所以所以有即2-3 某振蕩器的

3、位移以100Hz的頻率在2至5mm之間變化。將位移信號(hào)表示成傅立葉級(jí)數(shù)，并繪制信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖。解：設(shè)該振蕩器的位移表達(dá)式為由題意知，所以有信號(hào)的幅值信號(hào)的均值信號(hào)的初相角所以有即該信號(hào)為只含有直流分量和基波分量的周期信號(hào)。2-4周期性三角波信號(hào)如圖2.37所示，求信號(hào)的直流分量、基波有效值、信號(hào)有效值及信號(hào)的平均功率。圖2.37 周期三角波信號(hào)（習(xí)題2-4圖）解：在一個(gè)周期內(nèi)的表達(dá)式為（1）由圖像可知,該信號(hào)的直流分量 （2）求該信號(hào)傅立葉級(jí)數(shù) ）基波有效值）信號(hào)有效值）信號(hào)的平均功率2-5 求指數(shù)函數(shù)的頻譜。 解： （到此完成，題目未要求，可不必畫頻譜）鑒于有的同學(xué)畫出了頻譜圖，在此

4、附答案：-/4-/4a()|x()|A/2-6求被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)(題圖3-4 )的傅里葉變換。題圖3-4 2-9求的自相關(guān)函數(shù)。解：對(duì)能量有限信號(hào)的相關(guān)函數(shù)2-10求正弦波和方波的互相關(guān)函數(shù)。解法一：，解法二：因?yàn)?-12 已知信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)為，請(qǐng)確定該信號(hào)的均方值和均方根值。解：2-18 三個(gè)余弦信號(hào)、進(jìn)行采樣，采樣頻率，求三個(gè)采樣輸出序列，比較這三個(gè)結(jié)果，畫出、的波形及采樣點(diǎn)位置并解釋頻率混疊現(xiàn)象。解：若信號(hào)為x(t),其采樣輸出序列為將三個(gè)余弦信號(hào)代入上式得三個(gè)采樣輸出序列（也可以寫成這種形式）000 ， 不產(chǎn)生混疊；、，、產(chǎn)生混疊。第三章 測(cè)試系統(tǒng)的基本特性3-2已知某測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)靈

5、敏度為4V/kg。如果輸入范圍為1kg到10kg，確定輸出的范圍。解：3-6求周期信號(hào)通過傳遞函數(shù)為的裝置后所得到的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。解：由，可知令，則那么：令，則那么：所以穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為：。3-10頻率函數(shù)為的系統(tǒng)對(duì)正弦輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的均值顯示。解：3-11試求傳遞函數(shù)分別為和的兩環(huán)節(jié)串聯(lián)后組成的系統(tǒng)的總靈敏度。解：由，可知由，可知所以，兩環(huán)節(jié)串聯(lián)后組成的系統(tǒng)的總靈敏度3-12已知某力傳感器的固有頻率800Hz，阻尼比，問使用該傳感器作頻率為400Hz的正弦力測(cè)試時(shí)，其幅值比和相角差各為多少？若該裝置的阻尼比可改為，問和又將如何變化？解：3-13一階變換器的輸出端與二階的顯示設(shè)備相連。變換器的時(shí)間常數(shù)為

6、1.4ms，靜態(tài)靈敏度為2V/。顯示設(shè)備的靈敏度、阻尼比和固有頻率分別為1V/V，0.9和5000Hz。確定測(cè)試系統(tǒng)對(duì)輸入（單位：）的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。解：第四章 常用傳感器與敏感元件4-4有一電阻應(yīng)變片(如圖4.62)，其靈敏度S2，R120，設(shè)工作時(shí)其應(yīng)變?yōu)?000，問R？設(shè)將此應(yīng)變片接成如圖所示的電路，試求：(1)無應(yīng)變時(shí)電流表示值；(2)有應(yīng)變時(shí)電流表示值；(3)電流表示值相對(duì)變化量(注：為微應(yīng)變)。 圖4.62 題4-4圖解：圖示電路的總電阻為(1)無應(yīng)變時(shí)0，所以，所以電流(2)有應(yīng)變時(shí)，所以，所以電流(3)電流表示值相對(duì)變化量為4-7一電容測(cè)微儀，其傳感器的圓形極板半徑r4mm，工作初始

7、間隙0.03mm，問：1）工作時(shí)，如果傳感器與工件的間隙變化量時(shí)，電容變化量是多少?2）如果測(cè)量電路靈敏度S1=100mvpF，讀數(shù)儀表的靈敏度S25格mv，在時(shí)，表的指示值變化多少格?解：1)根據(jù)變極距型電容式傳感器工作原理有2）表的指示變化為4-12 電式壓力傳感器的靈敏度SpC/Pa(皮庫侖帕)，把它和一臺(tái)靈敏度調(diào)到0.005vpC的電荷放大器連接，放大器的輸出又接到一靈敏度已調(diào)到20mm/V的光線示波器上記錄，試給出這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的框圖，并計(jì)算其總的靈敏度。解：1）測(cè)試系統(tǒng)的框圖如下圖所示：2）已知S1pC/Pa，S10.005vpC，S220mm/V，所以總的靈敏度為：S總S×

8、;S1×S2=1×0.005×20=0.1(mm/Pa)4-3電阻絲應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別?各有何優(yōu)缺點(diǎn)？應(yīng)如何針對(duì)具體情況選用？答：半導(dǎo)體式應(yīng)變片的工作原理是給予電阻的應(yīng)變效應(yīng)，對(duì)于半導(dǎo)體敏感柵來說，由于形變效應(yīng)影響甚微，其應(yīng)變效應(yīng)主要為壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的突出優(yōu)點(diǎn)是靈敏系數(shù)高，最大的K值是（1+2）的50-70倍，機(jī)械滯后小，橫向效應(yīng)小，體積小，缺點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性差，大應(yīng)變時(shí)非線性較嚴(yán)重，靈敏系數(shù)離散性大，隨著半導(dǎo)體集成電路工藝的發(fā)展，上述缺點(diǎn)相應(yīng)得到了克服，電阻絲應(yīng)變片的工作原理給予電阻的應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體材料產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的阻值產(chǎn)生相應(yīng)

9、改變的現(xiàn)象。其優(yōu)點(diǎn)是靈敏系數(shù)高，電阻率高，穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高，抗氧化，耐腐蝕。4-10光電傳感器包含哪幾種類型?各有何特點(diǎn)？用光電式傳感器可以測(cè)量哪些物理量? 答：光電傳感包括模擬式光電傳感器與開關(guān)式光電感器。模擬式光電傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，要求光電元件的光照特性為單值線性，且光源的光照均勻恒定。開關(guān)式光電傳感器利用光電元件受光照或無光照“有“、”無“電信號(hào)輸出的特性將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的開關(guān)信號(hào)。用光電式傳感器可以測(cè)量直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)速度、加速度以及物體的形狀等物理量。4-11何為霍爾效應(yīng)?其物理本質(zhì)是什么?用霍爾元件可測(cè)哪些物理量?請(qǐng)舉出三個(gè)例子說明

10、。答：當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)方向通過導(dǎo)體時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)和電流方向的導(dǎo)體的兩個(gè)端之間出現(xiàn)電勢(shì)差的現(xiàn)象成為霍爾效應(yīng)，該電勢(shì)差成為霍爾電勢(shì)差或霍爾電壓。物理本質(zhì)是由于運(yùn)動(dòng)電荷受磁場(chǎng)中洛倫茲力作用形成的電場(chǎng)，產(chǎn)生電視，霍爾元件可測(cè)位移、微壓、壓差、高度、加速度和振動(dòng)，如：霍爾效應(yīng)位移傳感器，利用霍爾效應(yīng)測(cè)量位移，微壓傳感器是利用霍爾效應(yīng)測(cè)量微壓。ps 用傳感器的基本原則是什么？答：1.適當(dāng)?shù)撵`敏度2.足夠的精確度3.高度的可靠性4.對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響小5.良好的穩(wěn)定性6.線性范圍合適7.頻率相應(yīng)特性第5章 模擬信號(hào)的調(diào)理與轉(zhuǎn)換5-1如圖5.2所示的直流電橋。在初始平衡條件下；若將與交換，當(dāng)時(shí)，電橋重新實(shí)現(xiàn)

11、平衡，問未知電阻的大小是多少？解：由初始平衡條件：，即若將與交換平衡條件為：，即聯(lián)立求解得：5-4 低通、高通、帶通及帶阻濾波器各什么特點(diǎn)，畫出它們的理想幅頻特性曲線。解：特點(diǎn):1） 低通濾波器：允許頻率的信號(hào)通過濾波器，阻止頻率的信號(hào)通過；2） 高通濾波器：允許頻率的信號(hào)通過，阻止頻率的信號(hào)通過；3） 帶通濾波器：允許之間頻率的信號(hào)通過，阻止、頻率的信號(hào)通過；4） 帶阻濾波器：允許、頻率的信號(hào)通過，阻止之間頻率的信號(hào)通過。理想幅頻特性：5-5有人在使用電阻應(yīng)變儀時(shí)，發(fā)現(xiàn)靈敏度不夠，于是試圖在工作電橋上增加電阻應(yīng)變片數(shù)以提高靈敏度。試問，在半橋雙臂上各串聯(lián)一片的情況下，是否可以提高靈敏度？為什

12、么？答：否。5-7圖5.31是實(shí)際濾波器的幅頻特性曲線，指出它們各屬于哪一種濾波器？在圖上標(biāo)出截止頻率的位置。圖5.31濾波器幅頻特性圖解：a)高通 b)低通 c)帶通在圖上找出幅值為時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率即為上下截止頻率。5-8圖5.32所示低通濾波器中，輸入信號(hào)的頻率為kHz，輸出信號(hào)滯后于輸入，求：R值應(yīng)為多少？如果輸入電壓的幅值為100V，則其輸出電壓幅值為多少？圖5.32 習(xí)題5-8圖解：已知：相位差 得，由，得R = 918.9幅值比：=0.866所以，輸出電壓U=0.866x100=86.6V5-9低通濾波器的，。試求：1）濾波器的截止頻率；2）當(dāng)輸入為時(shí)，求濾波器穩(wěn)態(tài)輸出。解：(1)其時(shí)間常數(shù)(2) 參見題3-6，得5-12如圖5.34所示，調(diào)制波為，載波 1) 畫出調(diào)幅波的時(shí)間波形。2) 畫出調(diào)幅波的頻譜。3) 如果采用偏置調(diào)幅（A=1），什么情況下將產(chǎn)生過調(diào)制？圖5.34 習(xí)題5-12圖解：1) 采用抑制調(diào)幅時(shí)，調(diào)幅波的時(shí)間波形為:2) 調(diào)幅波的頻譜: 即求 的頻譜Fm()(a)設(shè)基帶信號(hào)的頻譜F(): (b) 調(diào)制之后信號(hào)的頻譜3）A0>15-13設(shè)調(diào)制波，偏置后對(duì)載波進(jìn)行調(diào)幅。為避免過調(diào)失真，與的取值應(yīng)滿足什么條件？解：（說明：該題的含義是偏置調(diào)幅偏置大小為，偏置之