標(biāo)準(zhǔn)答案傳感器與測試技術(shù)試卷A

1、-裝 訂 線-上 海 海 事 大 學(xué) 試 卷2009 2010 學(xué)年第二學(xué)期期末考試 傳感器與測試技術(shù) （A卷）標(biāo)準(zhǔn)答案和評分標(biāo)準(zhǔn)一、填空題（15分，每空0.5分，答對30個空格得15分）請將正確答案寫在相應(yīng)空格。1、基準(zhǔn)是用來 保存、復(fù)現(xiàn)計量單位 的計量器具?；鶞?zhǔn)通常分為 國家基準(zhǔn) 、 副基準(zhǔn) 和 工作基準(zhǔn) 三種等級。2、按誤差的統(tǒng)計特征來分，誤差可分為 系統(tǒng)誤差 、 隨機(jī)誤差 和 粗大誤差 。一般， 粗大 誤差可以剔出。3、能夠感受規(guī)定的 被測量 并按照一定的 規(guī)律 轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置稱作傳感器，它通常由 敏感 元件和 轉(zhuǎn)換 元件組成。4、傳感器的靜態(tài)特性中，輸出量的變化量與引

2、起此變化的輸入量的變化量之比稱為 靈敏度 。5、在規(guī)定條件下，對一個 恒定 的輸入在規(guī)定時間內(nèi)的輸出變化稱為點(diǎn)漂，而在 標(biāo)稱范圍最低值 處的點(diǎn)漂，稱為零點(diǎn)漂移。6、對于一個物理系統(tǒng)，系統(tǒng)的輸出信號在時間上一般 滯后 于輸入信號，這種在時間上的不同步現(xiàn)象及其嚴(yán)重程度是由系統(tǒng)的 相頻 特性所決定的。7、若周期信號x(t)的周期為T，則其基頻為 1/T 。8、電阻應(yīng)變式傳感器的作用是把材料的 應(yīng)變（變形） 轉(zhuǎn)換成 電阻 的相對變化。9、機(jī)械振動是指物體在 平衡（或平均） 位置附近所作的 往復(fù) 運(yùn)動。10、描述振動強(qiáng)烈程度的量主要有 峰 值、 有效 值和 平均 值，振動烈度實(shí)質(zhì)是 速度的有效值 。11

3、、慣性式振動傳感器（k-m-c系統(tǒng)）具有 二 階環(huán)節(jié)的頻響特性。12、電容式傳感器根據(jù)測量原理可分為三種類型：變間隙型 、 變面積型 和和 變介電常數(shù)型 。二、簡答題（6小題，每小題5分，共30分）請將正確答案寫在相應(yīng)小題空白處。1、Fourier變換的主要思想是什么？答：把復(fù)雜的時域波形，經(jīng)FT分解成若干單一的諧波分量來研究，從而獲得信號的頻率結(jié)構(gòu)以及各諧波幅值和相位信息。2、 靜態(tài)測量和動態(tài)測量的區(qū)別？答：靜態(tài)測量特點(diǎn)是被測量值可以認(rèn)為是恒定的；動態(tài)測量特點(diǎn)是被測量值是隨時間而變化的。3、 用石英晶體加速度計及電荷放大器測量振動。已知：加速度計靈敏度為0.5 pC/(ms-2)，電荷放大器

4、靈敏度為50 mV/pC，當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度值相應(yīng)的輸出電壓幅值為2V。試求該機(jī)器的最大振動加速度？答：0.5 pC/(ms-2) 50 mV/pC =25 mV/(ms-2) =0.025 V/(ms-2)ms-24、 試說明一階系統(tǒng)中時間常數(shù)越小越好的原因？答：一階系統(tǒng)中時間常數(shù)越小，系統(tǒng)響應(yīng)越快，且滿足于測試不失真條件的頻帶也越寬。5、 振動傳感器不同的安裝方式對測量有何影響？答：對于不同安裝方式的振動傳感器，當(dāng)其固有頻率越高時，其滿足線性變化的頻率范圍越大，即所能測量的振動頻率范圍越寬。6、 如圖所示為懸臂梁自由振動后并趨于穩(wěn)定（靜態(tài)）的動載應(yīng)變信號(左圖為時域波形，右圖為其幅頻曲線

5、)，簡述如何在時域波形和幅頻曲線上分別求該載荷信號的平均值（即靜載應(yīng)力），并在圖上分別以線段和原點(diǎn)標(biāo)注示意。幅頻曲線中圓點(diǎn)所標(biāo)注的數(shù)值表示什么物理含義，請說明？（5分）答：在時域波形中對趨于平穩(wěn)的數(shù)據(jù)段求平均值就得到其平均應(yīng)力值（靜載應(yīng)力），在幅頻譜圖中零頻率分量對應(yīng)的值便是靜載應(yīng)力的值。幅頻曲線中圓圈所標(biāo)注的峰值表示該懸臂梁振動的固有頻率為8.20Hz，在采樣時間內(nèi)的平均振幅為0.75，平均振幅體現(xiàn)出了該振動的能量大小。 三、綜合題（10+10+15+10+10，共55分）請將正確答案寫在相應(yīng)小題空白處。1、用時間常數(shù)為0.0025s的一階測量裝置（如圖所示）進(jìn)行周期信號測量。若將幅度誤差限

6、制在5%以下，（1）試求所能測量的最高頻率為多少？（5分）（2）此時的相位差是多少？（5分） 解：由題意得 (1) (2) (3) (4)由（1）（2）（3）（4）式得：2、假設(shè)能滿足實(shí)現(xiàn)不失真測量條件的某一測量裝置，在x=5sin(100t)的輸入信號激勵下，其輸出信號為y=10sin(100t-/10)，問：（1）該測量裝置輸出滯后于信號輸入的時間為多少？（5分）（2）當(dāng)輸入信號為x=2sin(400t)時，該裝置輸出信號的幅值和相位為多少？（5分）解：該裝置滿足實(shí)現(xiàn)不失真測量條件，即輸出y(t)和x(t)的關(guān)系為y(t)=A0x(t-t0)A0=10/5=2 t0=1/1000=1ms

7、信號輸出滯后于信號輸入的時間為1ms當(dāng)輸入信號為x=2sin(400t)時，該裝置輸出信號的幅值A(chǔ)y=A0×Ax=2×2=4相位3、有一工程信號x(t)=2+5+2×sin(200t)×cos(800t) + 3×sin(600t)，（1）試畫出它的單邊幅頻譜圖，并明確標(biāo)注其頻率及其相應(yīng)的幅值。（10分）（2）在保證信息不丟失的情況下，采樣頻率至少為多少？此時，求出相應(yīng)的采樣間隔和折疊頻率？（5分）（注：2 sin()×cos()= sin(+) +sin(-）30040005000f(Hz)51A(f)2該工程信號所包含的最高頻率根

8、據(jù)采樣定理，在保證信息不丟失的情況下，采樣頻率應(yīng)滿足：相應(yīng)的采樣間隔=1/fs=1/1000=0.1ms折疊頻率=fs/2=500Hz4、有人在使用半橋相鄰兩臂測電阻應(yīng)變片時（R1和R2是工作片），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。簡化電路，設(shè) ，試問，(1)未增加應(yīng)變片時電路的靈敏度？（5分）（2）在半橋（R1和R2）雙臂各串聯(lián)一片相同應(yīng)變片時是否可提高靈敏度？說明為什么？ （5分）解：未增加電阻應(yīng)變片時， 簡化電路，設(shè) 時，計算得：半橋雙臂的靈敏度為： 當(dāng)半橋雙臂各串聯(lián)一片時： 簡化電路，設(shè) 時，計算得：，所以不能提高靈敏度。5、圖所示為應(yīng)變測量的傳感與信號放大裝置。設(shè)電阻應(yīng)變計（工作片）電阻值R1=120 ；靈敏度Sg=2.00；其它橋臂的電阻值R2= R3= R4=120 ；供橋電壓u0=4 V。試問