《測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理》習(xí)題

1、一、填空（每空1份，共20分）1 測(cè)試技術(shù)的基本任務(wù)是 。2 從時(shí)域看，系統(tǒng)的輸出是其輸入與該系統(tǒng) 的卷積。3 信號(hào)的時(shí)域描述，以 為獨(dú)立變量；而信號(hào)的頻域描述，以 為獨(dú)立變量。4 如果一個(gè)信號(hào)的最高頻率為50Hz，為了防止在時(shí)域采樣過(guò)程中出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，采樣頻率應(yīng)該大于 Hz。5 在橋式測(cè)量電路中，根據(jù)其 的性質(zhì)，可將其分為直流電橋與交流電橋。6 金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的主要區(qū)別在于：前者利用 引起的電阻變化，后者利用 變化引起的電阻變化。 7 壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的 而工作的。8 帶通濾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 = fc

2、1。10 根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)不同，調(diào)制可分為 、 、 。11 相關(guān)濾波的工作原理是 。12 測(cè)試裝置的動(dòng)態(tài)特性可以用 函數(shù)、 函數(shù)和 函數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分）1 已知周期方波的傅立葉級(jí)數(shù)展開式為 試?yán)L出該周期方波的單邊幅值譜，并說(shuō)明其頻譜特點(diǎn)。2 何謂不失真測(cè)試？實(shí)現(xiàn)測(cè)試不失真的測(cè)試裝置的幅頻和相頻特性應(yīng)如何？3 信號(hào)的預(yù)處理包括那些環(huán)節(jié)？ 4 為什么在動(dòng)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？5 測(cè)得兩個(gè)同頻正弦信號(hào)的相關(guān)函數(shù)波形如圖1，問(wèn)：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(hào)的哪些信息？五、計(jì)算題

3、（共14分）1 （6分）已知低通濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)為， 式中 當(dāng)輸入信號(hào)為時(shí)，求濾波器的穩(wěn)態(tài)輸出2 （4分）有一信號(hào)，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。六、 應(yīng)用題（共16分）傳感器與測(cè)試技術(shù)期末考試試卷參考答案1 獲取有用的信息2 脈沖響應(yīng)函數(shù)3 時(shí)間()、頻率或4 100Hz5 激勵(lì)電壓（或工作電壓或橋壓或電源）6 導(dǎo)體機(jī)械形變、半導(dǎo)體電阻率的（或半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)）7 壓電效應(yīng)8 、（或1.26）9 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(duì)任何兩個(gè)均得2分10 調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相11 同頻相關(guān)不同頻不相關(guān)/同頻檢測(cè)原理12 傳遞、頻率

4、響應(yīng)、脈沖響應(yīng)二、 簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分） 1（5分） 2分頻譜特點(diǎn)：離散性、諧波性、遞減性 3分(每答對(duì)一個(gè)得1分) 2（5分）固有頻率()和阻尼比() 3分(每答對(duì)一個(gè)得1.5分)為了實(shí)現(xiàn)不失真,阻尼比()取值0.6 0.8; 工作頻率取值小于等于0.58 2分(每答對(duì)一個(gè)得1分) 3. （5分）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(cè)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(cuò)誤不得分。實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試的測(cè)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

5、，表述正確同樣得分。 4. （5分）（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(hào)進(jìn)行調(diào)制，則應(yīng)先進(jìn)行解調(diào)（或者解調(diào)） 1分 5. （5分）動(dòng)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(gè)電容，因此，除了電阻平衡外，還須有電容平衡（3分）。 5分其它的表述酌情給分。 6. （5分） （1）互相關(guān)函數(shù)，因?yàn)槭欠瞧娣桥己瘮?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

6、：此波形的振幅是兩個(gè)正弦波振幅乘積的一半 1分三、 計(jì)算題（共14分）1. （6分） 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） 自相關(guān)函數(shù)： 1分 = = 1分 均值：=0 1分 方差： 1分 3. （4分）單臂：V 2分 雙臂：V 2分（1）（6分）測(cè)試系統(tǒng)組成框圖：（4分）測(cè)試過(guò)程（2分）：信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)由功率放大器放大后傳送給激振器，激振器通過(guò)壓電式力傳感器對(duì)簡(jiǎn)支梁激振；壓電力傳感器拾取激振力信號(hào)，壓電加速度傳感器拾取振動(dòng)信號(hào)，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)

7、備顯示頻率響應(yīng)函數(shù)。 幅頻特性峰值對(duì)應(yīng)的頻率為簡(jiǎn)支梁的固有頻率；2分 半功率點(diǎn)（或者或者0.707）對(duì)應(yīng)的頻率分別為、；阻尼比如下方法估計(jì)： 2分 要求能在圖中正確表示，否則酌情扣分。 （2）（4分）復(fù)習(xí)題第一章 信號(hào)及其描述（一）填空題1、 測(cè)試的基本任務(wù)是獲取有用的信息，而信息總是蘊(yùn)涵在某些物理量之中，并依靠它們來(lái)傳輸?shù)?。這些物理量就是 ，其中目前應(yīng)用最廣泛的是電信號(hào)。2、 信號(hào)的時(shí)域描述，以 為獨(dú)立變量；而信號(hào)的頻域描述，以 為獨(dú)立變量。3、 周期信號(hào)的頻譜具有三個(gè)特點(diǎn)： ， ， 。4、 非周期信號(hào)包括 信號(hào)和 信號(hào)。5、 描述隨機(jī)信號(hào)的時(shí)域特征參數(shù)有 、 、 。6、 對(duì)信號(hào)的雙邊譜而言

8、，實(shí)頻譜（幅頻譜）總是 對(duì)稱，虛頻譜（相頻譜）總是 對(duì)稱。（三）簡(jiǎn)答和計(jì)算題1、 求正弦信號(hào)的絕對(duì)均值|x|和均方根值xrms。2、 求正弦信號(hào)的均值，均方值，和概率密度函數(shù)p(x)。3、 求指數(shù)函數(shù)的頻譜。4、 求被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)的傅立葉變換。5、 求指數(shù)衰減振蕩信號(hào)的頻譜。第二章 測(cè)試裝置的基本特性（一）填空題1、 某一階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)為，輸入信號(hào)，則輸出信號(hào)的頻率為 ，幅值 ，相位 。2、 試求傳遞函數(shù)分別為和的兩個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)后組成的系統(tǒng)的總靈敏度。3、 為了獲得測(cè)試信號(hào)的頻譜，常用的信號(hào)分析方法有 、 和 。4、 當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)的輸出與輸入之間的關(guān)系為時(shí)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn) 測(cè)試。此時(shí)，系統(tǒng)的

9、頻率特性為 。5、 傳感器的靈敏度越高，就意味著傳感器所感知的 越小。6、 一個(gè)理想的測(cè)試裝置，其輸入和輸出之間應(yīng)該具有 關(guān)系為最佳。（四）簡(jiǎn)答和計(jì)算題1、 什么叫系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)？它和系統(tǒng)的傳遞函數(shù)有何關(guān)系？2、 測(cè)試裝置的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性各包括那些？3、 測(cè)試裝置實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試的條件是什么？4、 某測(cè)試裝置為一線性時(shí)不變系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為。求其對(duì)周期信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。5、 將信號(hào)輸入一個(gè)傳遞函數(shù)為的一階裝置，試求其包括瞬態(tài)過(guò)程在內(nèi)的輸出的表達(dá)式。第三章 常用傳感器（一）填空題1、 屬于能量控制型的傳感器有 等，屬于能量轉(zhuǎn)換型的傳感器有 等（每個(gè)至少舉例兩個(gè)）。2、 金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體

10、應(yīng)變片的物理基礎(chǔ)的區(qū)別在于：前者利用 引起的電阻變化，后者利用 變化引起的電阻變化。3、 為了提高變極距電容式傳感器的靈敏度、線性度及減小外部條件變化對(duì)測(cè)量精度的影響，實(shí)際應(yīng)用時(shí)常常采用 工作方式。4、 壓電式傳感器的測(cè)量電路（即前置放大器）有兩種形式： 放大器和 放大器，后接 放大器時(shí)，可不受連接電纜長(zhǎng)度的限制。5、 渦流式傳感器的變換原理是利用了金屬導(dǎo)體在交流磁場(chǎng)中的 效應(yīng)。6、 磁電式速度計(jì)的靈敏度單位是 。7、 壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的 而工作的。（四）簡(jiǎn)答和計(jì)算題1、 哪些傳感器可選作小位移傳感器？2、 渦流傳感器測(cè)量位移與其它位移傳感器比較，其主要優(yōu)點(diǎn)是什么？渦流式傳感器能否測(cè)

11、量大位移量？為什么？3、 電渦流傳感器除了能測(cè)量位移外，還能測(cè)量哪些非電量？第四章 信號(hào)調(diào)理、記錄和顯示（一）填空題1、 電橋的作用是把電感、電阻、電容的變化轉(zhuǎn)化為 輸出的裝置。2、 在橋式測(cè)量電路中，按照 的性質(zhì)，電橋可分為直流和交流電橋。3、 在橋式測(cè)量電路中，根據(jù)工作時(shí)阻抗參與變化的 可將其分為半橋與全橋測(cè)量電路。4、 調(diào)幅是指一個(gè)高頻的正（余）弦信號(hào)與被測(cè)信號(hào) ，使高頻信號(hào)的幅值隨被測(cè)信號(hào)的 而變化。信號(hào)調(diào)幅波可以看作是載波與調(diào)制波的 。5、 調(diào)頻波的解調(diào)又稱為 。6、 調(diào)頻是利用信號(hào)電壓的 控制一個(gè)振蕩器，使其輸出為等幅波，而 與信號(hào)電壓成正比。7、 常用濾波器的上、下截止頻率、的定

12、義為 ，其帶寬 ，若為倍頻程濾波器與的關(guān)系為 。8、 RC低通濾波器中RC值愈 ，則上截止頻率愈低。（四）簡(jiǎn)答和計(jì)算題1、 何謂電橋平衡？要使直流電橋平衡，橋臂參數(shù)應(yīng)滿足什么條件？交流電橋應(yīng)滿足什么條件？2、 調(diào)幅波的解調(diào)方法有哪幾種？3、 相關(guān)濾波器的的基本原理是什么？舉例說(shuō)明其工程應(yīng)用。4、 以阻值，靈敏度的電阻絲應(yīng)變片與阻值為的固定電阻組成電橋，供橋電壓，若其負(fù)載電阻為無(wú)窮大，應(yīng)變片的應(yīng)變。（1）求單臂電橋的輸出電壓及其靈敏度。（2）求雙臂電橋的輸出電壓及其靈敏度5、 若為調(diào)制信號(hào)，為載波，為調(diào)幅波（如圖所示）（1）利用傅里葉變換性質(zhì)說(shuō)明調(diào)幅過(guò)程的原理。（2）畫出載波與調(diào)幅波的雙邊頻譜圖

13、。第五章 信號(hào)處理初步（一）填空題1、 為了識(shí)別信號(hào)類型，常用的信號(hào)分析方法有 、和 。2、 為了獲得測(cè)試信號(hào)的頻譜，常用的信號(hào)分析方法有 、 和 。3、 在數(shù)字信號(hào)處理中，為避免頻率混疊，應(yīng)使被采樣的模擬信號(hào)成為 ，還應(yīng)使采樣頻率滿足采樣定理即 。4、 如果一個(gè)信號(hào)的最高頻率為50Hz，為了防止在時(shí)域采樣過(guò)程中出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，采樣頻率應(yīng)該大于 Hz。5、 若x(t)是均值為ux為零的寬帶隨機(jī)信號(hào)其自相關(guān)函數(shù)=0時(shí)Rx() ，時(shí)Rx() 。6、 用于評(píng)價(jià)系統(tǒng)的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間的因果性。7、 若某一信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)為，則該信號(hào)的均方值為= ，均方根值為xrms= 。參考答案第一章 信號(hào)及其描

14、述（一）1、信號(hào)；2、時(shí)間（t），頻率（f）；3、離散性，諧波性，收斂性；4、準(zhǔn)周期，瞬態(tài)非周期；5、均值，均方值，方差；6、偶，奇；（三）1、，；2、0，；3、；4、； 5、；第二章 測(cè)試裝置的基本特性（一）1、1/2，；2、123；3、傅立葉變換法，濾波器法；4、；5、被測(cè)量；6、線性；（二）（4）（3）（2）（4）（2）（3）（1）第三章 常用傳感器（一）1、電阻、電感、電容、渦流；壓電、磁電；2、金屬絲的幾何變形，半導(dǎo)體材料的電阻率變化；3、差動(dòng)；4、電荷，電壓，電荷；5、渦電流；6、mv / (m/s)；7、壓電效應(yīng)。（二）（2）（3）（4）（2）（3），（3）（4）（4）（2）第四

15、章 信號(hào)調(diào)理、處理和記錄（一）1、電壓或電流；2、激勵(lì)電壓；3、橋臂數(shù)；4、相乘，相乘；5、鑒頻；6、幅值，頻率；7、幅頻特性曲線降為最大值的倍時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率為截止頻率；，8、大；第五章 信號(hào)處理初步（一）1、概率密度函數(shù)，自相關(guān)函數(shù)；2、帶通濾波法，傅立葉變換法；3、有限帶寬，；4、100；5、，0；6、相干函數(shù)；7、；8、周期圖法；9、功率密度，能譜；10、時(shí)域，頻域；（三）1、，；2、；3、同頻相關(guān)、不同頻不相關(guān)；4、信號(hào)的常值分量為其自相關(guān)函數(shù)均值的開方，周期成分與其自相關(guān)函數(shù)周期成分的頻率相同、幅值成比例關(guān)系；5、該系統(tǒng)的作用是使信號(hào)幅值不變、相位提前T；6、；一、填空題（30分，每空

16、1.5分）1. 作為傳感器的核心部件，直接感受被測(cè)物理量并對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換的元件稱為 敏感元件 。2. 在為 0 情況下，自相關(guān)函數(shù)值達(dá)到最大值。3. 已知某周期信號(hào)的周期為0.2s，則該信號(hào)的3次諧波分量的頻率為 15 Hz。4. 周期信號(hào)的頻譜具有 離散 性， 諧波 性和衰減性。5. 若采樣頻率過(guò)低，不滿足采樣定理，則被采樣信號(hào)的頻譜會(huì)產(chǎn)生 頻混 現(xiàn)象。6. 在外力作用下，金屬應(yīng)變式傳感器主要產(chǎn)生幾何尺寸變化，而壓阻式傳感器主要是 電阻率 發(fā)生變化，兩者都引起 電阻值 發(fā)生變化。7. 衡量傳感器在同一工作條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次連續(xù)測(cè)量所得結(jié)果之間的不一致程度的指標(biāo)為 重復(fù)性 。8. 電感

17、式和電容式傳感器常采用 差動(dòng) 結(jié)構(gòu)來(lái)提高其靈敏度，改善 非線性誤差 。9. 描述一階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的參數(shù)是 時(shí)間常數(shù) ，其值越 小 ，則該系統(tǒng)頻帶越寬，響應(yīng)越快。10. 當(dāng)壓電式傳感器使用 電荷 放大器，輸出電壓幾乎不受聯(lián)接電纜長(zhǎng)度變化的影響。11. 抗混濾波器是一種 低通 濾波器 ，其上限截止頻率與采樣頻率之間的關(guān)系應(yīng)滿足關(guān)系式 2fcfs 。12. 某信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)為，則該信號(hào)的均值為 0 ，均方根值為 10 。13. 若窗函數(shù)的頻譜為，則時(shí)延窗函數(shù)的頻譜為 TsincT2e-jt0。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，時(shí)延窗函數(shù)的 幅值譜 與原窗函數(shù)的對(duì)應(yīng)量相同。二、選擇題（20分，每題1分）1. 描述傳感器

18、靜態(tài)特性的指標(biāo)有 D 。A幅頻特性 B穩(wěn)定時(shí)間 C動(dòng)態(tài)范圍 D線性度2. 下列統(tǒng)計(jì)參數(shù)中，用以描述隨機(jī)信號(hào)波動(dòng)范圍的參數(shù)為 B 。A 均值 B 方差 C 均方值 D 概率密度函數(shù)3 信號(hào)的時(shí)域描述與頻域描述通過(guò) C 來(lái)建立關(guān)聯(lián)。A 拉氏變換 B 卷積 C 傅立葉變換 D 相乘4理想濾波器在通帶內(nèi)的幅頻特性為 A 。A常數(shù) B 零 C零或常數(shù) D無(wú)法確定5. 如果隔振臺(tái)對(duì)低頻激勵(lì)起不了明顯的隔振作用，但對(duì)高頻激勵(lì)卻有很好的隔振作用，那么，隔振臺(tái)屬于 B 。A 高通濾波器 B 低通濾波器 C 帶通濾波器 D 帶阻濾波器6 測(cè)試裝置能檢測(cè)輸入信號(hào)的最小變化能力，稱為 D 。A 量程 B靈敏度 C 精

19、確度 D分辨力7 已知變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器的測(cè)速齒輪的齒數(shù)為30，若測(cè)得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率為300Hz，則被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速為 D 。A 300轉(zhuǎn)/分 B 480轉(zhuǎn)/分 C 900轉(zhuǎn)/分 D 600轉(zhuǎn)/分8 濾波器的-3dB截止頻率指信號(hào)幅值衰減為輸入幅值 C 對(duì)應(yīng)的頻率。A B 1 C D 1/29 對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，若信號(hào)的記錄時(shí)間不變，采樣頻率越高，則 C 。A 泄漏誤差越大 B 頻率混疊越嚴(yán)重C 采樣點(diǎn)數(shù)越多 D 頻域分辨率越低10壓電式傳感器目前多用于測(cè)量 D 。A 靜態(tài)力 B 溫度 C 速度 D 加速度與動(dòng)態(tài)力11當(dāng)時(shí)，兩信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)呈周期變化，說(shuō)明兩信號(hào)必定 B 。A為周期信號(hào) B

20、含有同頻率的周期成分 C為非周期信號(hào) D含有不同頻率的周期成分12 濾波器的帶寬越小，表示該濾波器 D 。A建立時(shí)間越短，頻率分辨率越低 B建立時(shí)間越長(zhǎng)，頻率分辨率越低C建立時(shí)間越短，頻率分辨率越高 D建立時(shí)間越長(zhǎng)，頻率分辨率越高13若、分別為變極距型電容式傳感器極板間的初始極距和極距變化量，為極板面積，在的條件下，該電容傳感器靈敏度近似為 D 。A B C D14若瞬變信號(hào)的頻譜為，則信號(hào)(其中、均為正實(shí)常數(shù))的頻譜為 A 。A B C D 15 測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的測(cè)定方法包括階躍響應(yīng)試驗(yàn)和 A 試驗(yàn)。A頻率響應(yīng) B脈沖響應(yīng) C傳遞函數(shù) D任意輸入響應(yīng)16以下 C 的頻譜為連續(xù)頻譜。A周期矩

21、形脈沖 B正弦函數(shù) C矩形窗函數(shù) D周期方波17單位脈沖函數(shù)的采樣特性表達(dá)式為 A 。A B C D 18屬于物性型傳感器為 D 。A應(yīng)變式傳感器 B電感式傳感器 C電容式傳感器 D壓電式傳感器19可以實(shí)現(xiàn)非接觸振動(dòng)測(cè)量的傳感器為 B或者C 。A應(yīng)變式傳感器 B電感式傳感器 C電容式傳感器 D壓電式傳感器20動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀中相敏檢波電路的作用是 B 。A幅值調(diào)制 B幅值解調(diào) C頻率解調(diào) D濾波三、計(jì)算題（共30分）1已知周期矩形脈沖信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)展開式為：，其時(shí)域波形和頻譜如下圖所示。其中周期矩形脈沖的周期為，脈沖寬度為。（10分）（1） 若ms，該周期矩形脈沖信號(hào)的帶寬為 4000 Hz，

22、譜線間隔為 1000 Hz。（2） 若矩形脈沖幅度和寬度保持不變，周期變?yōu)闀r(shí)，其帶寬為 4000 Hz、譜線間隔為 500 Hz，頻譜最大幅度為 0.125 。2若要求100Hz正弦信號(hào)通過(guò)某一階濾波器后，幅值誤差小于5，問(wèn)該一階濾波器的時(shí)間常數(shù)最大為多少？120Hz正弦信號(hào)通過(guò)該濾波器后，幅值誤差為多少？(6分)解：濾波器作為一階系統(tǒng)，有 和 對(duì)于同一頻率f，越大，測(cè)量誤差越大，令 f =100Hz, 測(cè)量誤差小于5%，即，求出。所以該濾波器的時(shí)間常數(shù)最大取為。120Hz正弦信號(hào)通過(guò)該濾波器時(shí)，有，即幅值誤差為6.972%。3某等截面梁（泊松比為0.3）受單向拉力F作用，將靈敏系數(shù)為2.4的

23、四個(gè)應(yīng)變片粘貼在梁上，如下圖所示。(1) 請(qǐng)利用粘貼的四片應(yīng)變片組成全橋（繪制電橋圖），實(shí)現(xiàn)拉力F的測(cè)量。(2) 若供橋電壓為8V，應(yīng)變片R1和R3產(chǎn)生應(yīng)變?yōu)?50（1110-6），問(wèn)電橋輸出電壓是多少？ (8分)解：4利用壓電式傳感器組成加速度測(cè)量系統(tǒng)。其中壓電式傳感器的靈敏度=9.00Pc/g，它與靈敏度為=0.005V/Pc的電荷放大器聯(lián)接后，接到靈敏度為=20mm/V的示波器上顯示。試畫出該加速度測(cè)量系統(tǒng)的方框圖，并計(jì)算系統(tǒng)總靈敏度。（6分）被測(cè)物體被測(cè)物體被測(cè)物體被測(cè)物體解：四分析應(yīng)用題（20分）1何為系統(tǒng)不失真測(cè)試條件？ 解：不失真測(cè)試條件：幅頻特性為一常數(shù)，相頻特性與頻率成線性的

24、關(guān)系。2周期信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式的物理含義為：周期信號(hào)可以分解成眾多具有 不同頻率 的 諧波 信號(hào)，該周期信號(hào)可以利用傅立葉級(jí)數(shù)中的某幾項(xiàng)之和逼近。下圖為周期方波在不同階次諧波逼近波形，請(qǐng)問(wèn)，基波頻率為 250Hz ，圖 a 逼近中諧波階次更高。（4分）圖(a) 圖(b)1234567-1.5-1.0-0.500.51.01.5幅度/V時(shí)間/ms1234567-1.5-1.0-0.500.51.01.5幅度/V時(shí)間/ms00891089103下圖為采用某一種傳感器測(cè)量不同的非電量的示意圖。圖中被測(cè)物體2均為金屬材料制成，1為傳感器。試問(wèn)：（6分）（1）該種傳感器是何種傳感器？（2）圖中分別測(cè)

25、量的是哪些非電量？（3）總結(jié)該種傳感器的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。 （a） （b） （c）答：（1）渦流傳感器（2）（a）測(cè)轉(zhuǎn)速，（b）測(cè)材料的厚度，（c）計(jì)數(shù)（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，非接觸測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)4. 已知某位移傳感器的位移測(cè)量值右側(cè)表所列，其擬合直線為，試問(wèn)：00.00101.85203.45304.92406.22507.37此擬合直線能否滿足線性誤差小于5%的要求？(4分)答：根據(jù)已有擬合直線，計(jì)算當(dāng)取不同值時(shí)，對(duì)應(yīng)的值及誤差為：當(dāng)時(shí)， ， 對(duì)應(yīng)誤差為-2.2當(dāng)時(shí)， 對(duì)應(yīng)誤差為0.38當(dāng)時(shí)， 對(duì)應(yīng)誤差為0.26當(dāng)時(shí)， 對(duì)應(yīng)誤差為1.256當(dāng)時(shí)， 對(duì)應(yīng)誤差為0.096當(dāng)時(shí)， 對(duì)應(yīng)誤差為-2.084所

26、以，最大誤差出現(xiàn)在當(dāng)時(shí)，此時(shí)誤差線性誤差為，故此擬合直線能滿足線性誤差小于5%的要求。2 信號(hào)分析與處理28某8位A/D轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍是 5V，輸入信號(hào)電壓為 -3.215V。試把該信號(hào)電壓分別轉(zhuǎn)換成原碼、補(bǔ)碼、反碼和偏移碼。解: 偏移碼對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為：(5-3.125)/q(5-3.125)28 /(25)48 轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，有 xob 00110000 符號(hào)位取反,得補(bǔ)碼 xc1 10110000 補(bǔ)碼末位減1,得反碼 xc2 10101111 反碼尾數(shù)按位取反,得原碼 x0 1101000029對(duì)三個(gè)余弦信號(hào) 分別做理想采樣，采樣頻率為 ,求三個(gè)采樣輸出序列，畫出信號(hào)波形和采樣點(diǎn)的

27、位置并解釋混迭現(xiàn)象。解：(1)求采樣序列 采樣輸出序列為：1，0，-1，0，1，0，-1，0， 采樣輸出序列為：1，0，-1，0，1，0，-1，0， 采樣輸出序列為：1，0，-1，0，1，0，-1，0，(2)由計(jì)算結(jié)果及采樣脈沖圖形可以看出，雖然三個(gè)信號(hào)頻率不同，但采樣后輸出的三個(gè)脈沖序列卻是相同的，產(chǎn)生了頻率混迭，這個(gè)脈沖序列反映不出三個(gè)信號(hào)的頻率特征。原因是對(duì)于 ，不符合采樣定理。脈沖圖見下圖。 214數(shù)字信號(hào)處理的一般步驟是什么？有哪些問(wèn)題值得注意？答：(1) 數(shù)字信號(hào)處理的一般步驟如下圖所示：其中預(yù)處理包括1) 電壓幅值調(diào)理，以便適宜于采樣；2) 必要的濾波；3) 隔離信號(hào)的直流分量；

28、4) 如原信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制，則先進(jìn)行解調(diào)。(2) 數(shù)字信號(hào)處理器或計(jì)算機(jī)對(duì)離散的時(shí)間序列進(jìn)行運(yùn)算處理。運(yùn)算結(jié)果可以直接顯示或打印。要注意以下一些問(wèn)題：要適當(dāng)?shù)倪x取采樣間隔，采樣間隔太小，則對(duì)定長(zhǎng)的時(shí)間記錄來(lái)說(shuō)其數(shù)字序列就很長(zhǎng)，計(jì)算工作量迅速增大；如果數(shù)字序列長(zhǎng)度一定，則只能處理很短的時(shí)間歷程，可能產(chǎn)生較大的誤差；若采樣間隔大（采樣頻率低），則可能造成頻率混疊，丟掉有用的信息；應(yīng)視信號(hào)的具體情況和量化的精度要求適當(dāng)選取轉(zhuǎn)換器；在數(shù)字信號(hào)處理的過(guò)程中，要適當(dāng)?shù)倪x取窗函數(shù)，以減小截?cái)嗾`差的影響。215頻率混疊是怎樣產(chǎn)生的，有什么解決辦法？答：(1)當(dāng)采用過(guò)大的采樣間隔對(duì)兩個(gè)不同頻率的正弦波采樣時(shí)，將會(huì)得

29、到一組相同的采樣值，造成無(wú)法辯識(shí)兩者的差別，將其中的高頻信號(hào)誤認(rèn)為低頻信號(hào)，于是就出現(xiàn)了所謂的混疊現(xiàn)象。(2)為了避免頻率混疊，應(yīng)使被采樣的模擬信號(hào)（）成為有限帶寬的信號(hào)，同時(shí)應(yīng)使采樣頻率大于帶限信號(hào)的最高頻率的倍。216相關(guān)函數(shù)和相關(guān)系數(shù)有什么區(qū)別？相關(guān)分析有什么用途，舉例說(shuō)明。 答：(1) 通常，兩個(gè)變量之間若存在著一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，則稱兩者存在著函數(shù)關(guān)系,相關(guān)函數(shù)又分為自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)。當(dāng)兩個(gè)隨機(jī)變量之間具有某種關(guān)系時(shí)，隨著某一個(gè)變量數(shù)值的確定，另一變量卻可能取許多不同的值，但取值有一定的概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律，這時(shí)稱兩個(gè)隨機(jī)變量存在相關(guān)關(guān)系，對(duì)于變量和之間的相關(guān)程度通常用相關(guān)系數(shù)來(lái)表示。(2)

30、 在測(cè)試技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域中，無(wú)論分析兩個(gè)隨機(jī)變量之間的關(guān)系，還是分析兩個(gè)信號(hào)或一個(gè)信號(hào)在一定時(shí)移前后的關(guān)系，都需要應(yīng)用相關(guān)分析。例如在振動(dòng)測(cè)試分析、雷達(dá)測(cè)距、聲發(fā)射探傷等都用到相關(guān)分析。Chapter 3 測(cè)試系統(tǒng)的特性34用一時(shí)間常數(shù)為2s的溫度計(jì)測(cè)量爐溫時(shí)，當(dāng)爐溫在200400之間，以150s為周期，按正弦規(guī)律變化時(shí)，溫度計(jì)輸出的變化范圍是多少？解： （1）已知條件。 （2）溫度計(jì)為一階系統(tǒng)，其幅頻特性為 (應(yīng)為0.9965)（3）輸入為200、400時(shí)，其輸出為：(200.35399.65)y=A(w)200=200.7() y=A(w) 400=401.4( ) Chapter 4 常用傳

31、感器42. 金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？答：前者利用金屬形變引起電阻的變化；而后者是利用半導(dǎo)體電阻率變化引起電阻的變化（壓阻效應(yīng)）。Chapter 5 信號(hào)的調(diào)理與記錄51. 以阻值 ，靈敏度S=2的電阻絲應(yīng)變片與阻值為 的固定電阻組成電橋，供橋電壓為3 V，并假定負(fù)載為無(wú)窮大，當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?和2000是，分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓，并比較兩種情況下的靈敏度。 解：(1)對(duì)于電阻型應(yīng)變片來(lái)說(shuō)， 當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?時(shí)：?jiǎn)伪垭姌虻妮敵鲭妷簽椋弘p臂電橋的輸出電壓為： (2)當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?時(shí)：?jiǎn)伪垭姌虻妮敵鲭妷簽椋?雙臂電橋的輸出電壓為： 通過(guò)計(jì)算可知：雙臂電橋的靈敏度

32、比單臂電橋高一倍。52. 有人在使用電阻應(yīng)變片時(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(wèn)，在下列情況下，是否可提高靈敏度？說(shuō)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。解：(1)未增加電阻應(yīng)變片時(shí)，半橋雙臂的靈敏度為： 當(dāng)半橋雙臂各串聯(lián)一片時(shí)： 簡(jiǎn)化電路，設(shè) 時(shí)，計(jì)算得：，所以不能提高靈敏度。(2)當(dāng)半橋雙臂各并聯(lián)一片時(shí)：簡(jiǎn)化電路，設(shè) 時(shí)，計(jì)算得：，所以也不能提高靈敏度。54. 已知調(diào)幅波 其中 ， 試求：1）所包含的各分量的頻率及幅值； 2）繪出調(diào)制信號(hào)與調(diào)幅波的頻譜。 解：1） 各分量頻率及幅值為：， ， ， ， ， 2）調(diào)制信號(hào)頻譜圖

33、： 調(diào)幅波的頻譜圖：57. 一個(gè)信號(hào)具有 從到 范圍的頻率成分，若對(duì)此信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅，試求： 1） 調(diào)幅波的帶寬將是多少？ 2） 若載波頻率為 ，在調(diào)幅波中將出現(xiàn)那些頻率成分。 解：（1）調(diào)波帶寬為500-100=400Hz。（2）調(diào)幅波頻率成份為1010010500Hz以及99009500Hz。58. 選擇一個(gè)正確的答案： 將兩個(gè)中心頻率相同的濾波器串聯(lián)，可以達(dá)到： a) 擴(kuò)大分析頻帶；b)濾波器選擇性變好，但相移增加；c) 幅頻、相頻特性都得到改善 .解：b）Chapter 10 現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)直流電橋的輸出特性直流電橋的輸出電壓為(10.1)其中R1、R2、R3和R4分別為電橋的四個(gè)橋臂電阻

34、。若在力作用下所產(chǎn)生的電阻變化分別為R1、R2、R3和R4，初始狀態(tài)電橋的各臂阻值又相等，即R1=R2=R3=R4=R，且考慮到RR，忽略R的高次項(xiàng)，則式(10.1)可寫成：(10.2)當(dāng)各橋臂應(yīng)變片的靈敏度K相同時(shí)，式(10.2)可改寫為：(10.3)傳感器原理與應(yīng)用試題答案（一）一填空（在下列括號(hào)中填入實(shí)適當(dāng)?shù)脑~匯，使其原理成立 5分）1用石英晶體制作的壓電式傳感器中，晶面上產(chǎn)生的電荷與作用在晶面上的壓強(qiáng)成正比，而與晶片幾何尺寸和面積無(wú)關(guān)。2把被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成線圈互感變化的互感式傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，其次級(jí)繞組都用同名端反向形式連接，所以又叫差動(dòng)變壓器式傳感器。3閉磁路

35、變隙式電感傳感器工作時(shí)，銜鐵與被測(cè)物體連接。當(dāng)被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)，引起磁路中氣隙尺寸發(fā)生相對(duì)變化，從而導(dǎo)致圈磁阻的變化。4電阻應(yīng)變片是將被測(cè)試件上的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的傳感元件。5影響金屬導(dǎo)電材料應(yīng)變靈敏系數(shù)K。的主要因素是導(dǎo)電材料幾何尺寸的變化。三、回答下列問(wèn)題（每題5分，答出原理3分，說(shuō)明2分）1什么1/2橋能提高靈敏度，減小非線性；利用橋路中相鄰臂電阻變化相反，對(duì)鄰臂電阻變化相同的特點(diǎn)，將兩個(gè)工作應(yīng)變片接入電橋的相鄰臂，并使它們一個(gè)受拉，另一個(gè)受壓，如圖所示，稱為半橋差動(dòng)電橋，半橋差動(dòng)電橋電路的輸出電壓為設(shè)平衡時(shí)R1=R2=R3=R4=R，又R1=R2 =R則（a）半橋差動(dòng)；（b）全橋差動(dòng)可知半

36、橋差動(dòng)電路不僅沒有非線性誤差，而且電壓靈敏度也比單一應(yīng)變片工作時(shí)提高了一倍。2謂壓阻效應(yīng)：.固體受到力的作用后，其電阻率（或電阻）就要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。3間導(dǎo)體定律由導(dǎo)體A、B組成的熱電偶，當(dāng)插入第三種導(dǎo)體時(shí)，只要該導(dǎo)體兩端的溫度相同，插入導(dǎo)體C后對(duì)回路總的熱電勢(shì)無(wú)影響。4.周邊固支；壓力均布；小撓度。5電壓放大器：適合高頻量測(cè)量，更換導(dǎo)線靈敏度要重新標(biāo)定。 電荷放大器：適合高低頻量測(cè)量，靈敏度與導(dǎo)線長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，只與反饋電容有關(guān)。第1章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)思考題答案10.試分析電壓輸出型直流電橋的輸入與輸出關(guān)系。答：如圖所示，電橋各臂的電阻分別為R1、 R2、R3、R4。U為電橋

37、的直流電源電壓。當(dāng)四臂電阻R1=R2=R3=R4=R時(shí)，稱為等臂電橋；當(dāng)R1=R2=R,R3=R4=R(RR)時(shí)，稱為輸出對(duì)稱電橋；當(dāng)R1=R4=R，R2=R3 =R(RR)時(shí)，稱為電源對(duì)稱電橋。直流電橋電路 當(dāng)電橋輸出端接有放大器時(shí)，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認(rèn)為電橋的負(fù)載電阻為無(wú)窮大，這時(shí)電橋以電壓的形式輸出。輸出電壓即為電橋輸出端的開路電壓，其表達(dá)式為 (1)設(shè)電橋?yàn)閱伪酃ぷ鳡顟B(tài)，即R1為應(yīng)變片，其余橋臂均為固定電阻。當(dāng)R1感受被測(cè)量產(chǎn)生電阻增量R1時(shí)，由初始平衡條件R1R3=R2R4得，代入式（1），則電橋由于R1產(chǎn)生不平衡引起的輸出電壓為 (2)對(duì)于輸出對(duì)稱電橋，此時(shí)R1=R

38、2=R,R3=R4=R，當(dāng)R1臂的電阻產(chǎn)生變化R1=R，根據(jù)（2）可得到輸出電壓為 (3)對(duì)于電源對(duì)稱電橋，R1=R4=R,R2=R3=R。當(dāng)R1臂產(chǎn)生電阻增量R1=R時(shí)，由式（2）得 (4)對(duì)于等臂電橋R1=R2=R3=R4=R，當(dāng)R1的電阻增量R1=R時(shí)，由式（2）可得輸出電壓為 (5)由上面三種結(jié)果可以看出，當(dāng)橋臂應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化時(shí)，電橋的輸出電壓也隨著變化。當(dāng)R t0)。在導(dǎo)體內(nèi)部，熱端的自由電子具有較大的動(dòng)能，向冷端移動(dòng)，從而使熱端失去電子帶正電荷，冷端得到電子帶負(fù)電荷。這樣，導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了一個(gè)由熱端指向冷端的靜電場(chǎng)。該電場(chǎng)阻止電子從熱端繼續(xù)跑到冷端并使電子反方向移動(dòng)，最后也達(dá)

39、到了動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。這樣，導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了電位差，我們將該電位差稱為溫差電動(dòng)勢(shì)。3簡(jiǎn)述熱電偶的幾個(gè)重要定律，并分別說(shuō)明它們的實(shí)用價(jià)值。答：一是勻質(zhì)導(dǎo)體定律：如果熱電偶回路中的兩個(gè)熱電極材料相同，無(wú)論兩接點(diǎn)的溫度如何，熱電動(dòng)勢(shì)為零。根據(jù)這個(gè)定律，可以檢驗(yàn)兩個(gè)熱電極材料成分是否相同，也可以檢查熱電極材料的均勻性。二是中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電動(dòng)勢(shì)不變。它使我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的顯示儀表或調(diào)節(jié)器，也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊在金屬表面進(jìn)行溫度測(cè)量。三是標(biāo)準(zhǔn)電極定律：如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體

40、組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)也就已知。只要測(cè)得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)可直接計(jì)算出來(lái)。四是中間溫度定律：熱電偶在兩接點(diǎn)溫度t、t0時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為t、tn和tn、t0時(shí)的相應(yīng)熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線的使用提供了理論依據(jù)。第6章 壓電傳感器習(xí)題答案1為什么說(shuō)壓電式傳感器只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量而不能用于靜態(tài)測(cè)量?答：因?yàn)閴弘娛絺鞲衅魇菍⒈蛔訙y(cè)量轉(zhuǎn)換成壓電晶體的電荷量，可等效成一定的電容，如被測(cè)量為靜態(tài)時(shí)，很難將電荷轉(zhuǎn)換成一定的電壓信號(hào)輸出，故只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。全國(guó)

41、2001年10月自學(xué)考試傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷課程代碼：02202第二部分 非選擇題（共76分）二、填空題（本大題共12小題，每小題1分，共12分）不寫解答過(guò)程，將正確的答案寫在每小題的空格內(nèi)。錯(cuò)填或不填均無(wú)分。13對(duì)傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài) 的主要目的是檢測(cè)傳感器的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。14傳感器的過(guò)載能力是指?jìng)鞲衅髟诓恢乱鹨?guī)定性能指標(biāo)永久改變的條件下，允許超過(guò) 的能力。15傳感檢測(cè)系統(tǒng)目前正迅速地由模擬式、數(shù)字式，向 方向發(fā)展。16已知某傳感器的靈敏度為K0，且靈敏度變化量為K0，則該傳感器的靈敏度誤差計(jì)算公式為rs= 。17為了測(cè)得比柵距W更小的位移量，光柵傳感器要采用 技術(shù)。18在用帶孔圓盤所做的光電扭

42、矩測(cè)量?jī)x中，利用孔的透光面積表示扭矩大小，透光面積減小，則表明扭矩 。19電容式壓力傳感器是變 型的。20一個(gè)半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為180，半導(dǎo)體材料的彈性模量為1.8105Mpa,其中壓阻系數(shù)L為 Pa-1。21圖像處理過(guò)程中直接檢測(cè)圖像灰度變化點(diǎn)的處理方法稱為 。22熱敏電阻常數(shù)B大于零的是 溫度系數(shù)的熱敏電阻。23若測(cè)量系統(tǒng)無(wú)接地點(diǎn)時(shí)，屏蔽導(dǎo)體應(yīng)連接到信號(hào)源的 。24交流電橋各橋臂的復(fù)阻抗分別為Z1，Z2，Z3，Z4，各阻抗的相位角分別為若電橋平衡條件為Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡條件應(yīng)為 。四、計(jì)算題（本大題共3小題，每小題8分，共24分）33求正弦信號(hào)x(t)=x0sint的自相關(guān)函數(shù)。五、應(yīng)用題（本大題共2小題，每小題8分，共16分）35已知某信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)展開式為 x(t)= sincosn0t 試求該信號(hào)的直流分量、第一至第五次諧波分量的幅值，并繪出其幅值譜圖。全國(guó)2001年10月自考傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷答案課程代碼：02202填空題（本大題共12