合肥工業(yè)大學(xué)測試技術(shù)基礎(chǔ)例卷

1、.一、填空題（30 分，每空 1 分）1、典型的測試系統(tǒng)由激勵(lì)裝置、被測對象 、（ 1）、（ 2）、（ 3）、（ 4）和顯示記錄等幾部分構(gòu)成。(1) 傳感器、(2) 信號調(diào)理 、(3) 傳輸、(4) 信號處理2、本課程研究對象是常用 （ 4）的（5）測試 。(4) 機(jī)械量、(5) 動態(tài)測試 、3、周期信號的幅頻譜具有 （ 6）、（ 7）和（8）三個(gè)特點(diǎn) 。(6) 離散性、(7) 諧波性、(8) 收斂性4、隨機(jī)信號的特征主要參數(shù)有 （9）、（ 10）、（ 11 ）和功率譜密度函數(shù) 。 (9) 均值、方差、均方值 (10) 概率密度函數(shù) (11) 自相關(guān)函數(shù)5 、裝置的幅頻特性反映了裝置對不同頻率

2、的簡諧信號幅值的（11 ）能力，而相頻特性反映了裝置對不同頻率的簡諧信號（12 ）的前后移動能力，這兩個(gè)特性合起來稱為 （13 ）函數(shù) 。(11) 縮放能力 、(12) 相位、(13) 頻率響應(yīng)函數(shù)6、二階系統(tǒng)的特征參數(shù)有 （ 14）和（15）兩個(gè)，其中（ 16）最好選擇在 0.6 到 0.8 之間 。(14) 固有頻率 、 (15) 阻尼比(16) 阻尼比7、熱電偶傳感器的原理是基于 （17 ）原理，熱電勢由 （18 ）和（ 19）兩部分構(gòu)成 。(17) 熱電效應(yīng) 、(18) 溫差電勢 、 (19) 、接觸電勢8、帶通濾波器用參數(shù) （20 ）來表示濾波器的分辨能力 ，其中心頻率為 （21）和

3、（22 ）的幾何平均值 。(20) 帶寬 B、(21) 上截止頻率(22) 下截止頻率9、頻率調(diào)制的解調(diào)器之一為鑒頻器器，從原理上可以把其看成有（23）和（24 ）環(huán)節(jié)串聯(lián)而成 。(23)高通濾波器 、(24) 包絡(luò)檢波器10 、從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中可以看出周期三角波的自相關(guān)函數(shù)近似為（ 25）波。(25) 簡諧11 、數(shù)字信號處理系統(tǒng)由 （26）、（ 27 ）、（ 28）和結(jié)果顯示等部分構(gòu)成。(26) 預(yù)處理、(27)A/D轉(zhuǎn)換 、(28) 信號分析處理.專業(yè) .專注.12 、測振傳感器有稱為拾振器，有一種稱為阻抗頭 ，其前部是一個(gè)壓電式 （29 ）傳感器、后部為一壓電式 （30）傳感器。(29)

4、力、(30) 加速度二、簡答題（20 分，每小題 5 分）1、試以測試系統(tǒng)線性誤差為例簡要說明測試系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)的校準(zhǔn)原理和過程。答：系統(tǒng)的靜態(tài)特性是指在靜態(tài)測量情況下描述實(shí)際測量裝置與理想時(shí)不變線性系統(tǒng)的接近程度。線性誤差的校準(zhǔn)原理和過程為：以經(jīng)過校準(zhǔn)的靜態(tài)量作為輸入 ，測得輸入 輸出曲線稱為校準(zhǔn)曲線 ，再利用最小二乘原理或獨(dú)立端基原理確定出擬合直線來表示理想線性系統(tǒng)的輸入 輸出曲線。在整個(gè)測量范圍內(nèi) ，校準(zhǔn)曲線和擬合直線的最大差值與量程的比值即為線性誤差?？梢婌o態(tài)參數(shù)的校準(zhǔn)原理和過程為：實(shí)測出校準(zhǔn)曲線 、確定擬合直線 ，比較校準(zhǔn)曲線和擬合直線得到靜態(tài)參數(shù)。2、單位脈沖函數(shù)是測試中經(jīng)常使用的典

5、型信號之一，其頻譜是什么 ？簡述其在測試技術(shù)中的應(yīng)用。答：單位脈沖函數(shù)的頻譜為常值1，即在所有頻率段其幅值密度是等于1 。在測試技術(shù)中可以利用脈沖函數(shù)采樣性質(zhì)對連續(xù)信號采樣；可以利用其卷積性質(zhì) ，在時(shí)域或頻域得到一般信號卷積的解析結(jié)果。3、很多傳感器都做成差動式，試舉例解釋什么是差動式傳感器？差動傳感器在測試是如何使用的，有什么優(yōu)點(diǎn) ？答：差動式傳感器是指該傳感器由兩個(gè)完全對稱結(jié)構(gòu)的傳感器組成，被測量變換時(shí)使一個(gè)傳感器的輸出增加，同時(shí)使另一個(gè)傳感器的輸出以相同.專業(yè) .專注.的規(guī)律減少 ，如差動變壓器電感傳感器，被測量使一個(gè)線圈的輸出電感量增加，會使另一個(gè)線圈的電感量減少。差動式傳感器一般用在

6、測量有比較嚴(yán)重的干擾或線性誤差的場合，把傳感器的輸出接到如電橋等具有相減關(guān)系的測量電路中，達(dá)到提高輸出靈敏度，減少測量誤差的效果 。4、電阻應(yīng)變片在電橋測量電路中要進(jìn)行正確接橋，以其達(dá)到提高輸出靈敏度和減少干擾的目的，試以等強(qiáng)度梁測試實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行說明。答：電橋電路具有和差特性，在測試中要對各個(gè)應(yīng)變片感受的輸入量進(jìn)行符號分析。對有用信號 ，如果是同極性 ，則接到相對橋臂 ，反極性接入相鄰橋臂 ；對干擾信號 ，同極性接到相鄰橋臂 ，反極性接到相對橋臂 ；使電橋的輸出具有較大的靈敏度，較好的抗干擾性 。在等強(qiáng)度量中 ，上面的縱向應(yīng)變片和下面的橫向應(yīng)變片接到相對橋臂，而上面的橫向應(yīng)變片和下面的縱向應(yīng)變

7、片也接到相對橋臂，組成一個(gè)全橋。三、計(jì)算題（40 分）1、有一個(gè)周期信號的傅里葉三角展開式為 x(t)2 A (1 2 cos20t2 cos40t2 cos60t L ) 。（ 15 分）31535（1）試畫出其單邊幅頻圖和相頻圖。（2）求出其與 y(t )sin(20t450 ) 的互相關(guān)函數(shù) ；.專業(yè) .專注. . .解：（1）X(t)可以改寫為如下形式x(t)2 A (1 2 sin(20 t3 )2 sin(40t3 )2 sin(60t3)L)32152352頻譜圖如下 ：根據(jù)展開式其單邊頻譜圖為：An4 A2A34A4320204060（2）求出其與 y

8、(t)cos(3 0t450 ) 的互相關(guān)函數(shù) ；令 x(t)為 :.專業(yè) .專注.x(t )x0 (t )x2 (t)x4 (t )x6 (t )L ；y(t )sin(30t450 )則 Rxy()Rx0 y ( ) Rx2 y ( ) Rx4 y ( ) Rx6 y ( ) L根據(jù)同頻相關(guān) 、不同頻不相關(guān)的原理只有 x(t) 的二次諧波和 y(t) 相關(guān)所以：Rxy ( )Rx2 y ( )x2 (t)4 A sin(20t)而：34A sin(23 )0 t32x204A , y013x2 (t)超前 y(t)55,即=44.專業(yè) .專注. . .Rxy ( )Rx2 y ( )1x2

9、0 y0 cos(20 t)214A2 1cos(20 t5 )2342 A cos(2 t5)3204答：頻譜圖見上圖 ，互相關(guān)函數(shù)為 Rxy ()2 A2 cos(20t5 )342、有一角頻率為 10rad/s 、初始角度為零的正弦信號受到角頻率分別為100rad/s 和 500rad/s 的正弦噪聲的干擾 ，現(xiàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)一階低通濾波器對其進(jìn)行濾波 ，要求有效頻率成分的幅值誤差不大于10% ，噪聲最少抑制95%，試求出該濾波器的時(shí)間常數(shù)，并寫出其幅頻特性 、相頻特性和頻響函數(shù) 。（ 15 分）解：先根據(jù)對有效成分的幅值誤差不大于10% 的要求先選取濾波器的時(shí)間常數(shù)A(1)0.910.9

10、1(1)2.專業(yè) .專注.1 (1)210.9(1 )210.91解得：0.04843低通濾波器的截止頻率為f13.2879Hz2初選該濾波器的時(shí)間常數(shù)為0.04843500rad/s正弦干擾的幅值放大倍數(shù)為 ：A(2 )1( 2)2111(5000.04843)20.04126A( 2)1A(2 )幅值誤差為 ：10.0412695.17495.174%95%滿足抑制噪聲的要求 。對于 1000rad/s正弦干擾 ，根據(jù)低通濾波器的特性 ，更能滿足要求 。（2）該濾波器的幅頻特性 、相頻特性和頻響函數(shù)為：.專業(yè) .專注.11H ()1j1j 0.04843A()11()211(0.04843

11、 )2()arctan()arctan(0.04843)3、求下圖中信號的頻譜，包括幅頻譜及相頻譜 ，并示意畫出幅頻譜X ( f ) 的圖形（可以利用典型信號的頻譜和傅立葉積分的性質(zhì)求解）。（ 10分）x(t)A02Tt解：該信號為窗長為2T 的對稱矩形窗函數(shù) W (t) 向右平移了 T 的窗函數(shù) ，根據(jù)典型信號矩形窗的頻譜和信號的時(shí)移特性可得：（ 1）窗長為 2T 的對稱窗函數(shù)的傅立葉變換為.專業(yè) .專注.W ( f )2 AT sin c(2 Tf )平移了 T 后的傅立葉變換為 ：X ( f ) ej 2 fT W ( f )e j 2 fT 2 AT sin c(2fT )2 ATe

12、j 2 fTsin c(2fT )其幅頻譜為 ：X ( f )2AT sin(2 Tf )2 TfIm X ( f )( f )arctanRe X ( f )相頻譜為 ：02fTarctansin c(2fT )其幅頻圖為 ：.專業(yè) .專注.四、設(shè)計(jì)題（10 分）1、有一塑料薄膜生產(chǎn)線 ，采用多輥連續(xù)拉伸的方法生產(chǎn)，為保證產(chǎn)品質(zhì)量 ，前后輥的旋轉(zhuǎn)速度要匹配，試?yán)孟嚓P(guān)濾波的原理來檢測產(chǎn)品的線速度，設(shè)薄膜的材質(zhì)基本均勻 ，厚度在 0.01mm 到 0.02mm 之間，試就傳感器的選擇依據(jù)、測試的原理方面進(jìn)行簡要說明。答：根據(jù)題目的要求 ，是要連續(xù)檢測出薄膜生產(chǎn)線不同位置的速度，以此來動態(tài)調(diào)節(jié)前后輥的轉(zhuǎn)速，可以通過檢測前后輥附近薄膜的厚度，利用相關(guān)測速方法來測出薄膜拉伸的線速度，以此為依據(jù)來調(diào)節(jié)前后輥轉(zhuǎn)速。以此，首先要選擇一個(gè)塑料薄膜厚度傳感器來檢測不同位置的薄膜厚度，不同位置的薄膜的厚度，根據(jù)給定的參數(shù) ，可以選擇或設(shè)計(jì)一個(gè)變介質(zhì)的電容傳感器來在檢測薄膜的厚度。傳感器的原理是在兩個(gè)極板之間使薄膜通過 ，傳感器輸出的電容量與薄膜的厚度有關(guān)通過計(jì)算的可以得到薄膜厚度和傳感器輸出電容之間的關(guān)系。該薄膜的厚度范圍為0.01mm.專業(yè) .專注.到 0.02mm 之間適合變介質(zhì)電容傳感器進(jìn)行檢測 ?？梢詫?shí)現(xiàn)不失真測量 。其動態(tài)