工程測試與信息處理復(fù)習(xí)提綱1

1、2010-2011學(xué)年(2)工程測試與信息處理復(fù)習(xí)提綱一. 判斷題.(對則打“”，不對則打“×”)15 ×× 610 ××1 （ ）非周期信號的頻譜是連續(xù)的。2 （ ）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(jī)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

2、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。11非周期信號幅頻譜與周期信號幅值譜的量綱一樣。（×）12傳感器的線性范圍越寬，表明其工作量程越大。（）13壓電式傳感器常用于測量振動,測量加速度、力及壓力等.（）14瞬態(tài)信號的頻譜具有諧波性、離散性、收斂性。(×)15一臺儀器的重復(fù)性很好，但測得的結(jié)果并不準(zhǔn)確，這是由于存在隨機(jī)誤差的緣故。（×）二.選擇題.15 D B C A B 610 D B D D B 1 不能用確定的數(shù)學(xué)公式表達(dá)的信號是 信號。 A 復(fù)雜周期 B 非周期 C 瞬態(tài) D 隨機(jī)2 平穩(wěn)隨機(jī)過程必須。 A 連續(xù) B統(tǒng)計特征與時間

3、無關(guān) 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。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 回程誤差 B 絕對誤差 C 相對誤差 D 非線性誤差5 電阻應(yīng)變片的輸入為。A 力 B 應(yīng)變 C 速度 D 加速度6 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(guān)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(yīng)選用放大器。A 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

4、測量而且不受油污等介質(zhì)影響的 是傳感器。A 電容式 B 壓電式 C 電阻式 D 電渦流式9 信號分析設(shè)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，也可達(dá)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半導(dǎo)體應(yīng)變片是根據(jù)（d）原理工作的。a. 電阻應(yīng)變效應(yīng)； b.壓電效應(yīng)； c.熱阻效應(yīng)； d.壓阻效應(yīng)11帶通濾波器所起的作用是只允許（c）通過。a. 低頻信號； b.高頻信號； c.某一頻帶的信號； d.所有頻率分量信號12.不失真測量的條件除要求測量系統(tǒng)幅頻特性是常值外，其相頻特性要求滿足（a）a.相移與頻率成正比; b.常值相移 ; c.任意相

5、移 ; d.無特殊要求13對某二階系統(tǒng)輸入周期信號X(t)=A0sinmt，則系統(tǒng)輸出信號有以下特性（c）。注：m>na. 幅值、頻率、相位皆不變； b.頻率改變，幅值、相位不變；c.幅值、相位改變，頻率不變；d.相位不變，幅值、頻率改變。14.將時域信號進(jìn)行時移，則該信號對應(yīng)的頻域信號將會產(chǎn)生（d） a.擴(kuò)展； b.壓縮； c.不變; d.僅有相移一、填空題1 測試技術(shù)的基本任務(wù)是 獲取有用的信息 。2 從時域看，系統(tǒng)的輸出是其輸入與該系統(tǒng)脈沖響應(yīng)函數(shù)的卷積。3 信號的時域描述，以為獨(dú)立變量；而信號的頻域描述，以 為獨(dú)立變量。4 壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)而工作的。5 帶通濾

6、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=（或1.26）fc1。6 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，答對任何兩個均得2分 等。7. 根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)不同，調(diào)制可分為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相。8. 測試裝置的動態(tài)特性可以用傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)和脈沖響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。9.表征測量系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有靈敏度、非線性度、回程誤差和精度等。10.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.11.在進(jìn)行噪聲測量時,常用聲壓級、聲強(qiáng)級、聲功率級表示其強(qiáng)弱,用噪聲的頻譜表

7、示其成分,可以用人的主觀感覺進(jìn)行度量,如響度級等.12.磁帶紀(jì)錄器的用途主要有以下幾個方面信號記錄、時間軸變換、可使數(shù)據(jù)反復(fù)重現(xiàn)及便于同步分析.13.一個基于計算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由信號調(diào)理電路、_數(shù)據(jù)采集_電路及_計算機(jī)通信_電路組成.填空題14.用一階系統(tǒng)作測量裝置，為了獲得最佳的工作性能，其時間常數(shù)原則上（越小越好）。15.（時間常數(shù)）是一階系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)。16.線性度表示標(biāo)定曲線（偏離其擬合曲線）的程度。17.若線性系統(tǒng)的輸入為某一頻率的簡諧信號，則其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)必為（同一頻率）的簡諧信號。18.（漂移）是在輸入不變的條件下，測量系統(tǒng)的輸出隨時間變化的現(xiàn)象。19.關(guān)于標(biāo)定曲線不重合的

8、測量系統(tǒng)靜態(tài)特性有（滯后）和（重復(fù)性）。20.測試裝置在穩(wěn)態(tài)下，單位輸入變化所引起的輸出變化稱為該裝置的（靈敏度）；能夠引起輸出量可測量變化的最小輸入量稱為該裝置的（分辨力）。21.相頻特性是指（輸出較輸入滯后角隨輸入頻率）變化的特性。22.二階測試裝置，其阻尼比為（0.7）左右時，可以獲得較好的綜合特性。23.測量系統(tǒng)輸出信號的傅里葉變換與輸入信號的傅里葉變換之比稱為（頻率響應(yīng)函數(shù)）。24.測量系統(tǒng)對單位脈沖輸入的響應(yīng)稱為（脈沖響應(yīng)函數(shù)）。25.測試裝置的頻率響應(yīng)函數(shù)H(j)是裝置動態(tài)特性的（頻）域描述。四.簡答題1請指明下面信號是功率信號,還是能量信號,給出證明.（1） (2)（3） (4

9、)2.試述函數(shù)的定義和性質(zhì).函數(shù)的定義: (取值定義), (面積定義)函數(shù)有以下性質(zhì):(1)乘積特性: (2)積分特性: (3)卷積特性 3.電感傳感器(自感型)的靈敏度與哪些因素有關(guān)?要提高靈敏度可采取哪些措施?答:電感傳感器的靈敏度與空氣隙的平方成反比,與空氣導(dǎo)磁截面積成正比.通過采取電橋電路的接法及改變空氣隙、改變空氣導(dǎo)磁截面積可改變靈敏度.4.簡述濾波器在測試工作中的應(yīng)用.答:濾波器可以將有用的信號與大量的干擾噪聲分離開來,提高信噪比.濾波期還可以用來濾掉被測信號中不感興趣的頻率成分.濾波器另一個重要用途是對動態(tài)信號進(jìn)行頻譜分析.5.簡述電阻應(yīng)變傳感器的工作原理及溫度補(bǔ)償方法。（以梁為

10、例,說明應(yīng)變片的粘貼方向，各應(yīng)變片的作用，畫出全橋路圖，并闡明理由。）答:通過電阻應(yīng)變片可將被測物理量應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電組變化的器件.由于電阻應(yīng)變片易受溫度的影響而影響測量的準(zhǔn)確性,可在同樣溫度條件下,將應(yīng)變片貼在同樣材料且不受力的試件上,通過電橋電路來進(jìn)行溫度補(bǔ)償.6.已知周期方波的傅立葉級數(shù)展開式為試?yán)L出該周期方波的單邊幅值譜，并說明其頻譜特點(diǎn)。 2分頻譜特點(diǎn)：離散性、諧波性、遞減性 3分(每答對一個得1分)7.二階測試裝置的兩個動態(tài)特性參數(shù)是什么？為了實(shí)現(xiàn)不失真測試，如何確定其取值范圍？固有頻率()和阻尼比() 3分(每答對一個得1.5分)為了實(shí)現(xiàn)不失真,阻尼比()取值0.60.8; 工作頻率

11、取值小于等于0.58 2分(每答對一個得1分) 8.何謂不失真測試？實(shí)現(xiàn)測試不失真的測試裝置的幅頻和相頻特性應(yīng)如何？輸出y(t)與輸入x(t)滿足關(guān)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(guān)系，描述正確2分，不完整1分，錯誤不得分。實(shí)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9.信號的預(yù)處理包括那些環(huán)節(jié)？ （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(jìn)行調(diào)制，則應(yīng)先進(jìn)行解調(diào)

12、（或者解調(diào)） 1分10.為什么在動態(tài)電阻應(yīng)變儀上除了設(shè)有電阻平衡旋鈕外，還設(shè)有電容平衡旋鈕？動態(tài)電阻應(yīng)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(dǎo)線間存在分布電容（1分），相當(dāng)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11.測得兩個同頻正弦信號的相關(guān)函數(shù)波形如圖1，問：圖1（1） 這一波形是自相關(guān)函數(shù)還是互相關(guān)函數(shù)？為什么？（2） 從波形中可以獲得信號的哪些信息？（1）互相關(guān)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

13、振幅是兩個正弦波振幅乘積的一半 1分12.說明線性系統(tǒng)的頻率保持性在測量中的作用。在實(shí)際測試中，測得的信號常常會受到其他信號或噪聲的干擾，依據(jù)頻率保持性可以認(rèn)定，測得信號中只有與輸入信號相同的頻率成分才是真正由輸入引起的輸出。在故障診斷中，對于測試信號的主要頻率成分，根據(jù)頻率保持性可知，該頻率成分是由相同頻率的振動源引起的，找到產(chǎn)生該頻率成分的原因，就可以診斷出故障的原因。13.測試系統(tǒng)不失真測試的條件是什么？在時域，測試系統(tǒng)的輸出y(t)與輸入x(t)應(yīng)滿足。在頻域，幅頻特性曲線是一條平行于頻率軸的直線，即幅頻特性為常數(shù)，相頻特性曲線是線性曲線，式中，均為常數(shù)。14.在磁電指示機(jī)構(gòu)中，為什么

14、取0.7為最佳阻尼比？磁電指示機(jī)構(gòu)是二階系統(tǒng)。當(dāng)阻尼比取0.7時，從幅頻特性的角度，在一定誤差范圍內(nèi)，工作頻率范圍比較寬。從相頻特性的角度，特性曲線近似于線性，這樣可以在較寬的頻率實(shí)現(xiàn)不失真測試。15.對一個測量裝置，已知正弦輸入信號的頻率，如何確定測量結(jié)果的幅值和相位的動態(tài)誤差？首先確定裝置的頻率響應(yīng)函數(shù)，得出幅頻特性A()和相頻特性。然后，把輸入信號的頻率分別代入和，分別得到輸出與輸入的動態(tài)幅值比，輸出滯后于輸入的相角。幅值比與1的差值為動態(tài)幅值相對誤差，滯后的相角即相對誤差。16.簡述測量系統(tǒng)靜態(tài)標(biāo)定的基本步驟。標(biāo)定時，選擇校準(zhǔn)的“標(biāo)準(zhǔn)”靜態(tài)量作為系統(tǒng)輸入，求出輸入-輸出特性曲線。輸入誤

15、差應(yīng)當(dāng)是所要求測試結(jié)果誤差的1/5-1/3或更小?；静襟E如下：（1）作輸入-輸出特性曲線。在測量范圍內(nèi)，將標(biāo)準(zhǔn)量均勻分成n個輸入點(diǎn)，進(jìn)行m次測量（每次測量包括正行程和反行程），得到2m條輸入-輸出特性曲線。（2）求重復(fù)性誤差。（3）求正反行程的平均輸入-輸出曲線。（4）求滯后。（5）作標(biāo)定曲線。（6）作擬合曲線，計算線性度和靈敏度。17.簡述測量系統(tǒng)動態(tài)標(biāo)定的基本方法。在指定的頻率范圍內(nèi)，用不同頻率的正弦信號激勵測量系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)時測量輸出信號的幅值和相角，計算輸出與輸入的幅值比和輸出較輸入滯后的相角，分別繪制幅頻特性和相頻特性曲線。五、計算題（共14分）1 （6分）已知低通濾波器的頻率響應(yīng)函

16、數(shù)為， 式中 當(dāng)輸入信號為時，求濾波器的穩(wěn)態(tài)輸出解: 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，初始相角為一隨機(jī)變量；試求 1）求其自相關(guān)函數(shù)；2）確定其均值和方差。解:自相關(guān)函數(shù)： 1分 = = 1分 均值：=0 1分 方差： 1分3. （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(shí)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 = 30, Z2 = 40, Z3=20,

17、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？（a） (b)圖2解: 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(shí)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4. （10分）欲測試圖3(a)所示簡直梁的動態(tài)特性參數(shù)（固有頻率和阻尼比），（1）請從現(xiàn)有設(shè)備中選

18、擇，并用框圖表示測試系統(tǒng)構(gòu)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(shè)備： 壓電式加速度計、 壓電式力傳感器、磁電式速度計、電阻應(yīng)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(shè)備）圖3(a)圖3 (b)解:（1）（6分）測試系統(tǒng)組成框圖：（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(shè)備顯示頻率響應(yīng)函數(shù)。 幅頻特性峰值對應(yīng)的頻率為簡支梁的固有頻率；2分 半功率點(diǎn)（或者或者0.707）對應(yīng)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