機(jī)制習(xí)題解答

第1章習(xí)題及解答略第2&6章習(xí)題及解答1.判斷正誤凡頻譜是離散的信號(hào)必然是周期信號(hào)。(×)準(zhǔn)周期信號(hào)任何周期信號(hào)都由頻率不同，但成整倍數(shù)比的離散的諧波疊加而成。(×)周期信號(hào)的頻譜是離散的，非周期信號(hào)的頻譜也是離散的。(×)周期單位脈沖序列的頻譜仍為周期單位脈沖序列。(√)非周期變化的信號(hào)就是隨機(jī)信號(hào)。(×)準(zhǔn)周期信號(hào)非周期信號(hào)的幅值譜表示的是其幅值譜密度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。(×)信號(hào)在時(shí)域上波形有所變化，必然引起頻譜的相應(yīng)變化。(×)各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過(guò)程是平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。(√)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的時(shí)間平均統(tǒng)計(jì)特征等于該過(guò)程的集合平均統(tǒng)計(jì)特征。(√)非周期信號(hào)的頻譜都是連續(xù)的。(×)準(zhǔn)周期信號(hào)單位脈沖信號(hào)的頻譜是無(wú)限帶寬譜（√）直流信號(hào)的頻譜是沖擊譜（√）2.選擇正確答案填空描述周期信號(hào)的數(shù)學(xué)工具是(B)。A.相關(guān)函數(shù)B.傅里葉級(jí)數(shù)C.拉普拉斯變換D.傅里葉變換描述非周期信號(hào)的數(shù)學(xué)工具是(C)。A.三角函數(shù)B.拉普拉斯變換C.傅里葉變換D.傅里葉級(jí)數(shù)將時(shí)域信號(hào)進(jìn)行時(shí)移，則頻域信號(hào)將會(huì)(D)A.擴(kuò)展B.壓縮C.不變D.僅有相移瞬變信號(hào)的傅里葉變換的模的平方的意義為(C)A.信號(hào)的一個(gè)頻率分量的能量B.在f處的微笑頻寬內(nèi)，頻率分量的能量與頻寬之比C.在f處單位頻寬中所具有的功率概率密度函數(shù)是在（C）域，相關(guān)函數(shù)是在（A）域，功率譜密度函數(shù)是在（D）域描述隨機(jī)信號(hào)。A.時(shí)間B.空間C.幅值D.頻率白噪聲信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)是（C）A.相關(guān)函數(shù)B.奇函數(shù)C.偶函數(shù)D.不存在6.4已知被測(cè)模擬量最大輸出幅值為±5V，要求AD轉(zhuǎn)換輸出最大誤差不大于5mv，應(yīng)選用多少位的AD轉(zhuǎn)換器？解：量化誤差5mv=±0.5LSB=解得n=96.6模擬信號(hào)DFT，請(qǐng)問(wèn)采樣時(shí)間間隔Δt、采樣點(diǎn)數(shù)N、頻率分辨率Δf三者之間的關(guān)系？并回答如下問(wèn)題：為什么采樣頻率Δf必須至少為被分析信號(hào)中最高頻率成分的2倍才能避免混淆？當(dāng)采樣頻率確定后，頻譜中應(yīng)該出現(xiàn)的最高頻率是多少？頻譜中的譜線根數(shù)是否與時(shí)域中的采樣點(diǎn)數(shù)相同？對(duì)于頻譜分析來(lái)說(shuō)有用的譜線根數(shù)是多少？解答：；（1）尼奎斯特定理；（2）；（3）相同，6.7判正誤信號(hào)截?cái)嚅L(zhǎng)度越長(zhǎng)，其頻率分辨率越高。（T）即使是限帶信號(hào)經(jīng)截?cái)嗪蟊厝怀蔀闊o(wú)限帶寬的函數(shù)。（T）只要信號(hào)一經(jīng)截?cái)嗑蜔o(wú)可避免地引起混淆。（T）只要采樣頻率足夠高在頻域中就不會(huì)引起信號(hào)泄漏。（F）問(wèn)答題：什么叫頻率泄漏？為什么會(huì)產(chǎn)生頻率泄漏？答：被測(cè)信號(hào)加窗造成頻率泄漏。見(jiàn)書(shū)。窗函數(shù)是否可以減小泄漏？答：考慮被測(cè)信號(hào)特點(diǎn)和測(cè)量目的，選擇合適的窗函數(shù)，可以減小泄漏。什么是柵欄效應(yīng)？如何減小柵欄效應(yīng)？答：周期信號(hào)非整周期截?cái)?，造成的誤差稱為柵欄效應(yīng)。加窗時(shí)長(zhǎng)盡量是被測(cè)信號(hào)信號(hào)周期的整倍數(shù)。6.10一平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)經(jīng)低通濾波后作數(shù)字頻譜分析，如果只對(duì)500Hz以下的信號(hào)感興趣，要求頻率分辨率為0.5Hz，求采樣頻率，采樣點(diǎn)數(shù)，截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度。解：根據(jù)采樣定理采樣頻率大于被測(cè)信號(hào)最高頻率的２倍以上，即1000Hz以上，采樣點(diǎn)數(shù)，截?cái)鄷r(shí)間長(zhǎng)度2.3已知方波信號(hào)傅里葉級(jí)數(shù)，請(qǐng)描述式中各常數(shù)相的物理意義，并繪出頻譜圖。見(jiàn)書(shū)中例題4．已知鋸齒波信號(hào)傅里葉級(jí)數(shù)，請(qǐng)描述式中各常數(shù)相的物理意義，并繪出頻譜圖。5.略6.求單邊指數(shù)函數(shù)的頻譜。見(jiàn)書(shū)中例題7.略8求信號(hào)的傅里葉變換，并繪出頻譜圖解：根據(jù)傅里葉變換卷積性質(zhì)頻譜圖略9.略10．被截?cái)嗟挠嘞倚盘?hào)的頻譜可以認(rèn)為是窗函數(shù)和單位余弦信號(hào)時(shí)域相乘：窗函數(shù)為：矩形窗函數(shù)的頻譜：可以寫(xiě)成：則：畫(huà)出頻譜圖：（略）11．略，參見(jiàn)第五章習(xí)題12.衰減的正弦振蕩信號(hào)：?jiǎn)芜呏笖?shù)衰減信號(hào)的頻譜：可以寫(xiě)成：則：畫(huà)出頻譜圖：其幅值頻譜為

a

a`

b

b`

c

c`題圖信號(hào)及其頻譜圖

以下略第3章習(xí)題及解答1.判斷正誤（補(bǔ)充）慣性式壓電加速度傳感器的輸出電荷正比于質(zhì)量塊的加速度。(╳)系統(tǒng)的不失真測(cè)試條件要求測(cè)試系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性均保持恒定。(×)對(duì)于一階測(cè)試裝置，其時(shí)間常數(shù)越小，輸出的響應(yīng)速度就越快。(√)X-Y記錄儀可記錄任何頻率的信號(hào)。(╳)2.選擇正確答案填空RC電路屬于（A）。A.一階系統(tǒng)B.二階系統(tǒng)C.高階系統(tǒng)D.理想系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)可以通過(guò)（動(dòng)態(tài)標(biāo)定）獲得。A.輸入諧波信號(hào)B.靜態(tài)標(biāo)定C.動(dòng)態(tài)標(biāo)定D.測(cè)量RLC電路屬于（B）。A.一階系統(tǒng)B.二階系統(tǒng)C.高階系統(tǒng)D.理想系統(tǒng)加速度傳感器可以實(shí)現(xiàn)速度的測(cè)量利用了定常線性系統(tǒng)的（D）。A.疊加性B.微分性C.同頻性D.積分性選擇二階裝置的阻尼比ζ=0.707，其目的是(D)。A.阻抗匹配B.增大輸出量C.減小輸出量D.接近不失真條件傳感器能感知的輸入變化量越小，表示傳感器的(D)A.線性度越好B.遲滯越小C.重復(fù)性越好D.分辨力越高對(duì)于一階測(cè)試裝置，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位之差最大為()度。CA.0B.45C.90D.對(duì)于二階測(cè)試裝置，當(dāng)輸入信號(hào)等于測(cè)試裝置的固有頻率時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位之差為()度。CA.0B.45C.90D.多項(xiàng)選擇題：階躍輸入時(shí)表示測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的指標(biāo)有（）。A.上升時(shí)間B.遲滯C.超調(diào)D.分辨力描述測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的方法有（）。A.一階系統(tǒng)B.脈沖響應(yīng)函數(shù)C.傳遞函數(shù)D.頻響函數(shù)以下屬于傳感器動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的有（）。A.線性度B.遲滯C.時(shí)間常數(shù)D.固有頻率以下屬于傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)的有（）。A.線性度B.遲滯C.時(shí)間常數(shù)D.固有頻率以下不屬于傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)的有（）。A.線性度B.靈敏度C.時(shí)間常數(shù)D.固有頻率答案：1（AC）2(BCD)3(CD)4(AB)5(CD)四、簡(jiǎn)答題1、什么是傳感器的靜態(tài)特性？有哪些技術(shù)指標(biāo)（至少寫(xiě)2種）？分別寫(xiě)出表達(dá)式。答：傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入-輸出關(guān)系。靜態(tài)特性所描述的傳感器的輸入、輸出關(guān)系式中不含有時(shí)間變量。傳感器的靜態(tài)特性的性能指標(biāo)主要有：①線性度：非線性誤差②靈敏度：③遲滯：④重復(fù)性：⑤漂移：傳感器在輸入量不變的情況下，輸出量隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。2、什么是傳感器的動(dòng)態(tài)特性？如何描述？答：傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面分別采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來(lái)分析。3、什么是傳感器的基本特性？有哪幾類？特性參數(shù)有哪些？（每種至少列出3種特性參數(shù)）答：傳感器的基本特性是指?jìng)鞲衅鞯妮斎?輸出關(guān)系特性。傳感器的基本特性主要包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。其中，靜態(tài)特性是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入-輸出關(guān)系，描述指標(biāo)有：線性度（非線性誤差）、靈敏度、遲滯、重復(fù)性和漂移；動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性，主要描述指標(biāo)有：時(shí)間常數(shù)、延遲時(shí)間、上升時(shí)間、峰值時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)量、幅頻特性和相頻特性。4、溫度測(cè)量傳感器時(shí)間常數(shù)為3S,當(dāng)溫度突變時(shí)，求傳感器指示1/2和1/3溫差時(shí)的響應(yīng)時(shí)間？解：對(duì)傳感器施加突變信號(hào)屬于階躍輸入：?jiǎn)挝浑A躍信號(hào)：進(jìn)行拉氏變換：一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)：所以：對(duì)上式進(jìn)行拉氏逆變換：設(shè)溫差為R，則此溫度傳感器的階躍響應(yīng)為：當(dāng)時(shí)，則；當(dāng)時(shí)，則。習(xí)題1某壓力測(cè)量系統(tǒng)由壓電式傳感器、電荷放大器和筆式記錄儀組成。壓電式壓力傳感器的靈敏度為90pC/kPa，將它與一臺(tái)靈敏度調(diào)到0.005V/pC的電荷放大器相聯(lián)。電荷放大器輸出又接到靈敏度調(diào)成20mm/V的筆式記錄儀上。試計(jì)算該測(cè)量系統(tǒng)的總靈敏度。又當(dāng)壓力變化為3.5kPa時(shí)，記錄筆在紙上的偏移量是多少？（測(cè)試環(huán)節(jié)的串聯(lián)）9.009mm/MPa,31.815mm習(xí)題2略習(xí)題3略習(xí)題4已知一階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)為H(jω)=,用該裝置去測(cè)周期分別為1S，2S，5S的正弦信號(hào)，問(wèn)它們的幅值誤差各為多少?.|H(jω)|=T1=1S,ω1=2πA1(ω)=0.4139T2=2S,ω2=πA2(ω)=0.6728T3=5S,ω3=0.4πA3(ω)=0.9154習(xí)題5用一階測(cè)量?jī)x器測(cè)量100Hz的正弦信號(hào)，如果要求振幅的測(cè)量誤差小于5%，問(wèn)儀器的時(shí)間常數(shù)T的取值范圍。若用該儀器測(cè)50Hz的正弦信號(hào)，相應(yīng)的振幅誤差和相位滯后是多少？解：一階裝置,仍有同一,越大,越小.今=100Hz,測(cè)量誤差小于5%，即,求出秒用該儀器測(cè)50Hz的正弦信號(hào),有,即振幅誤差是1.32%,相位滯后是習(xí)題6試證明一階系統(tǒng)在簡(jiǎn)諧激勵(lì)作用下，輸出的相位滯后不大于90度。證明：一階系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)為常量，輸入信號(hào)頻率趨于無(wú)窮時(shí)，輸出的相位滯后趨于90度習(xí)題7一氣象氣球攜帶一時(shí)間常數(shù)為15s的一階溫度計(jì)并以5m/s的速度通過(guò)大氣層。設(shè)溫度隨所處的高度按每升高30m下降0.15℃的規(guī)律變化，氣球?qū)囟群透叨鹊臄?shù)據(jù)用無(wú)線電傳回地面。在3000m處所記錄的溫度為-1℃，問(wèn)實(shí)際出現(xiàn)-1℃的真實(shí)高度是多少？在3000m處的真實(shí)溫度是多少？解：溫度計(jì)的傳遞函數(shù)輸入溫度信號(hào)設(shè)則相應(yīng)的輸出為3000m處記錄的溫度為-1℃即記錄時(shí)間為時(shí)，所以解得：因?yàn)?，則解得：，實(shí)際出現(xiàn)-1℃的真實(shí)高度是2925m。，在3000m處的真實(shí)溫度是-1.375℃。習(xí)題8試說(shuō)明具有二階動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試裝置阻尼比大多采用0.6~0.7ζ=的原因。答：不失真測(cè)量原則，測(cè)量系統(tǒng)固有頻率已定時(shí)，該阻尼比范圍內(nèi)，一定的幅值測(cè)量誤差范圍內(nèi)可用頻率范圍最大。習(xí)題9一力傳感器具有二階動(dòng)態(tài)特性，已知傳感器的固有頻率為800Hz，阻尼比為0.14。問(wèn)所用該傳感器對(duì)400Hz的正弦交變力進(jìn)行測(cè)量時(shí)，振幅比和相角差各為多少？又若該傳感器的阻尼比改為0.7，則振幅比和相角差將怎樣變化？解答：習(xí)題10某壓力傳感器采用一膜片作為敏感元件，膜片和流體可視為二階單自由度系統(tǒng)，已知系統(tǒng)的固有頻率是1200Hz，阻尼比為0.6。試求傳感器動(dòng)、靜態(tài)幅值比誤差不大于5%的頻率范圍。解答：習(xí)題11某一階測(cè)試裝置的傳遞函數(shù)為H(s)=1/(sτ+)，其時(shí)間常數(shù)τ=0.001s，試求該裝置在題如下圖所示輸入信號(hào)x(t)，該信號(hào)周期為0.02s,激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)輸出及其頻譜Y(f)。解答：方波信號(hào)周期為0.02s，對(duì)應(yīng)頻率為50Hz，其傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式為：基波和諧波的幅值、相位修改分別為依此類推：輸出響應(yīng)信號(hào)為：習(xí)題15，見(jiàn)例題３－１７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。解答：總靈敏度=41*3=123第4章習(xí)題及解答1.判斷正誤能量轉(zhuǎn)換型傳感器直接消耗被測(cè)對(duì)象的輸入能量，因而必然造成被測(cè)對(duì)象狀態(tài)的變化而產(chǎn)生測(cè)量誤差。(╳)物性型傳感器是利用敏感元件本身物理性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換的。(√)傳感器的靈敏度與量程成反比。(╳)為提高測(cè)量精度，傳感器的靈敏度越高越好。(╳)傳感器的線性范圍越寬，表明其工作量程越大。(√)測(cè)量小應(yīng)變時(shí)，應(yīng)選用靈敏度高的金屬絲應(yīng)變片，測(cè)量大應(yīng)變時(shí)，應(yīng)選用靈敏度低的半導(dǎo)體應(yīng)變片。(╳)壓電式加速度傳感器由于產(chǎn)生的靜電荷，且本身內(nèi)阻很大，故不能用普通電表測(cè)量。(╳)用差動(dòng)變壓器式電感傳感器作位移測(cè)量時(shí)，根據(jù)其輸出就能辨別被測(cè)位移的方向的正負(fù)極性。(╳)磁電式傳感器屬于物性型傳感器，適合測(cè)量動(dòng)態(tài)量。(╳)傳感器的作用是用來(lái)實(shí)現(xiàn)由非電量到電量的轉(zhuǎn)換。(√)金屬電阻應(yīng)變片是利用壓阻效應(yīng)進(jìn)行工作的。(╳)阻抗變換器的作用是將傳感器的高輸出阻抗變?yōu)榈妥杩馆敵觥?√)2.選擇正確答案填空壓電式加速度計(jì)與測(cè)振儀之間可以串接的是(A)A.電荷放大器B.A/D轉(zhuǎn)換器C.相敏檢波器D.濾波器差動(dòng)變壓器式位移傳感器中線圈之間的互感M(B)A.始終保持不變B.隨被測(cè)位移的變化而變化C.不隨被測(cè)位移的變化而變化D.隨線圈電流的變化而變化下列傳感器可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量的是(c)傳感器。A.壓電式加速度B.電動(dòng)式速度C.磁電式速度D.電阻應(yīng)變式電橋測(cè)量電路的作用是把傳感器的參數(shù)變化轉(zhuǎn)為(c)的輸出。A.電阻B.電容C.電壓D.電荷壓電式加速度傳感器是(d)信號(hào)的傳感器。A.適于測(cè)量任意B.適于測(cè)量直流C.適于測(cè)量緩變D.適于測(cè)量動(dòng)態(tài)對(duì)于電渦流傳感器的諧振測(cè)位移電路，當(dāng)無(wú)金屬導(dǎo)體靠近時(shí)，其輸出電壓(a)A.最大B.最小C.隨機(jī)變化D.中間點(diǎn)差動(dòng)式電感傳感器和差動(dòng)式電容傳感器具有(C)的特點(diǎn)。A.靈敏度提高了一倍，非線性度降低了一倍B.靈敏度和非線性度都降低了C.靈敏度提高了一倍，非線性度降低了若干D.靈敏度提高了若干，非線性度降低了一倍調(diào)制可以看成調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)(A)。A. 相乘B.相加C.相減D.相除應(yīng)變式傳感器用來(lái)測(cè)量(d)。A.溫度B.密度C.電阻D.加速度習(xí)題2金屬電阻應(yīng)變片是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)；半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用壓阻效應(yīng)。公式見(jiàn)書(shū)中概念習(xí)題3有一鋼板原長(zhǎng)1米，彈性模量，用BP-3型箔式應(yīng)變片原始阻值120歐姆，靈敏度為2，測(cè)出鋼板在力F作用下的拉伸應(yīng)變?yōu)?00，求鋼板的伸長(zhǎng)，應(yīng)力和相對(duì)電阻變化量，如果要測(cè)出1的應(yīng)變，則相應(yīng)的電阻變化量是多少？習(xí)題4有一電阻應(yīng)變片，其靈敏系數(shù)，電阻2S=120R=Ω。設(shè)工作時(shí)其感受的應(yīng)變?yōu)?00με，問(wèn)其電阻變化?RΔ=若將此應(yīng)變片接成圖所示電路，試求：（1）無(wú)應(yīng)變時(shí)電流表的示值；（2）有應(yīng)變時(shí)電流表的示值；（3）電流表示值的相對(duì)變化量；（4）這一變化量能否從解：無(wú)應(yīng)變時(shí)，有應(yīng)變時(shí)，，不能習(xí)題5舉例說(shuō)明電容式、電感式、電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路有何異同？略習(xí)題6一電容測(cè)微儀，其傳感器為平行極板電容器，圓形極板半徑為4mm，工作初始間隙為0.3mm，介質(zhì)為空氣，問(wèn)：如果極板間隙變化量為電容變化量是多少？如果測(cè)量電路的靈敏度，讀數(shù)儀表的靈敏度，相應(yīng)的儀表讀數(shù)是多少？當(dāng)儀表示值：習(xí)題8略習(xí)題92倍關(guān)系習(xí)題10渦電流效應(yīng)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)總是和原磁場(chǎng)相反，使渦流線圈的等效阻抗發(fā)生變化。導(dǎo)磁體的渦流效應(yīng)強(qiáng)。4-12圖所示為一轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，葉輪以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動(dòng)，在磁鐵N極端面處貼有一霍爾元件，試說(shuō)明其工作原理，并給出霍爾元件輸出的脈沖頻率與待測(cè)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系式。答：工作原理：，n=60f/Z=60f/4=15f4-14磁電式傳感器和電感式傳感器有哪些不同？磁電式傳感器主要用于測(cè)量哪些物理參數(shù)？答：工作原理不同（解釋略），結(jié)構(gòu)組成不同（解釋略），測(cè)量方式不同（解釋略）等。磁電式傳感器直接測(cè)量速度，主要用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)速度，振動(dòng)速度、位移、加速度等。信號(hào)獲取補(bǔ)充：有一拉力傳感器，用鋼柱作為敏感元件，其上貼一電阻應(yīng)變片。已知鋼柱的截面積A=1cm2，彈性模量20*1010Pa，應(yīng)變片的靈敏度=2。若測(cè)量電路對(duì)應(yīng)變片電阻相對(duì)變化量的分辨力為10-7，試計(jì)算該傳感器能測(cè)出的最小拉力。電感式傳感器選擇題：差動(dòng)電感式傳感器配接的測(cè)量電路有（C）。A.直流電橋B.交流電橋C.變壓器電橋和相敏檢波電路D.運(yùn)算放大器零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因（ABC）。A.兩次級(jí)繞組電氣參數(shù)不一致B.兩次級(jí)繞組幾何尺寸不對(duì)稱C.磁性材料磁化曲線非線性D.溫度影響可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量的傳感器有（DE）。A.應(yīng)變片B.自感式傳感器C.差動(dòng)變壓器式傳感器D.電渦流傳感器E.電容式傳感器簡(jiǎn)述電渦流傳感器的工作原理答：電渦流效應(yīng)指的是這樣一種現(xiàn)象：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的磁通將發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電流，并形成閉合曲線，狀似水中的渦流，通常稱為電渦流。利用電渦流效益測(cè)量位移時(shí)，可將被測(cè)體的電阻率、磁導(dǎo)率、線圈與被測(cè)體的尺寸因子、線圈中激磁電流的頻率保持不變，而只改變線圈與導(dǎo)體間的距離，這樣如果測(cè)出傳感器線圈阻抗的變化，就可確定位移的變化。簡(jiǎn)述電容式傳感器的工作原理及類型答：根據(jù)電容式傳感器的工作原理，可將其分為3種：變極板間距的變極距型、變極板覆蓋面積的變面積型和變介質(zhì)介電常數(shù)的變介質(zhì)型。變極板間距型電容式傳感器的特點(diǎn)是電容量與極板間距成反比，適合測(cè)量位移量。變極板覆蓋面積型電容傳感器的特點(diǎn)是電容量與面積改變量成正比，適合測(cè)量線位移和角位移。變介質(zhì)型電容傳感器的特點(diǎn)是利用不同介質(zhì)的介電常數(shù)各不相同，通過(guò)介質(zhì)的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量的檢測(cè)，并通過(guò)電容式傳感器的電容量的變化反映出來(lái)。適合于介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生改變的場(chǎng)合。如何改善變極距電容傳感器的非線性？答：?jiǎn)螛O式變極距電容傳感器的靈敏度和非線性對(duì)極板初始間隙的要求是相反的，要改善其非線性，要求應(yīng)增大初始間隙，但這樣會(huì)造成靈敏度的下降，因此通常采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)改善非線性。第5章習(xí)題及解答５．１用應(yīng)變電橋測(cè)量力F（見(jiàn)題5-1圖）。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（1）在題圖5-1、兩種情況下，應(yīng)分別將應(yīng)變片接在電橋哪兩個(gè)臂上？（2）在題圖5-1a、b兩種情況下，應(yīng)分別采取什么措施來(lái)消除溫度變化引起的電阻值的變化？題5-1圖答：a對(duì)臂，b鄰臂，a兩個(gè)鄰臂使用溫度補(bǔ)償應(yīng)變片，b鄰臂接入已經(jīng)具有溫度補(bǔ)償功能５．２題5-2圖中兩個(gè)電橋是否有區(qū)別？如果有，請(qǐng)指出哪個(gè)更為合理。題5-２圖答：第一個(gè)好，消除非線性和溫度等共模誤差習(xí)題3當(dāng)電橋帶有負(fù)載電阻時(shí)，求其輸出電壓。寫(xiě)出與開(kāi)路輸出電壓之間的關(guān)系式。見(jiàn)電橋的平衡條件習(xí)題4以阻值R＝120Ω、靈敏度S＝2的電阻絲應(yīng)變片與阻值為120Ω的固定電阻組成電橋，供橋電壓為3V，并假設(shè)負(fù)載電阻為無(wú)窮大。當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?με和2000με時(shí)，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。習(xí)題5有人在使用電阻應(yīng)變儀時(shí)，發(fā)現(xiàn)靈敏度過(guò)小，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。不能習(xí)題6用電阻應(yīng)變片接成全橋，測(cè)量某一構(gòu)件的應(yīng)變。已知其變化規(guī)律為ε(t)=Acos10t+Bcos100t,如果電橋激勵(lì)電壓為u(t)=Usin10000t,求此電橋的輸出信號(hào)頻譜?；蛘撸毫?xí)題7用４片阻值為120歐靈敏度為２的應(yīng)變片組成全橋，供以4V直流電源，當(dāng)輸出3mV時(shí)，應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)槎嗌?？?xí)題8參見(jiàn)例題習(xí)題9一個(gè)信號(hào)具有從100Hz到500Hz范圍的頻率成分，若對(duì)此信號(hào)作調(diào)幅，試求：（1）調(diào)幅波的帶寬將是多少？（2）若載波頻率為10kHz，在調(diào)幅波中將出現(xiàn)哪些頻率成分。答：帶寬分別為200Hz,1000Hz，成份：9900，10100，9500，10500Hz習(xí)題10，圖為利用乘法器組成的調(diào)幅一解調(diào)系統(tǒng)的方框圖。設(shè)載波信號(hào)是頻率為f0的正弦波，試求：（1）各環(huán)節(jié)輸出信號(hào)的時(shí)域波形；（2）各環(huán)節(jié)輸出信號(hào)的頻譜圖。解答：習(xí)題11已知調(diào)幅波x(t)=(100+30cos20Ωt+20cos3Ωt)cosωct其中：fc=10kHz;fΩ=500Hz試求：（1）x(t)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)幅波的頻譜圖。解答：(1)5個(gè)頻率分量：10kHz,9500,10500,8500,11500圖略習(xí)題12調(diào)幅波是否可以看作是載波與調(diào)制信號(hào)的迭加？為什么？答：不能，使相乘習(xí)題16已知RC低通濾波器R=1kΩ，C=1μF。試求：（1）確定各函數(shù)式H(s),H(jω),A(ω),?(ω)。（2）當(dāng)輸入信號(hào)Ux=10sin1000t時(shí)，求輸出信號(hào)Uy，并比較其幅值及相位關(guān)系。解：計(jì)算略習(xí)題19重復(fù)頻率為1000Hz的方波，經(jīng)過(guò)截止頻率為2000Hz的理想低通濾波器后的輸出為（B）A.1000Hz失真的方波B.1000Hz的正弦波C.2000Hz的正弦波D.不知道是什么波習(xí)題20周期信號(hào)x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t-45°),通過(guò)傳遞函數(shù)為H(jω)=1/(0.005jω+1)的低通濾波器。求：（1）濾波器的穩(wěn)態(tài)輸出；y(t)（2）比較與y(t)和x(t)的幅值與相位的區(qū)別；（3）要使x(t)的兩個(gè)分量在通過(guò)濾波器后衰減均小于5%，時(shí)間常數(shù)應(yīng)取多大？解：習(xí)題25壓電式加速度計(jì)與電荷放大器連接的等效電路如圖所示，C為傳感器固有電容、電纜電容和放大器輸入電容之和。已知傳感器的電荷靈敏度Sq=100pC/g，反饋電容Cf=1000pF，試求當(dāng)測(cè)加速度為0.5g時(shí)電荷放大器的輸出電壓是多少？解：簡(jiǎn)答題：1.簡(jiǎn)述壓電式傳感器的工作原理、輸出信號(hào)特點(diǎn)和后續(xù)處理電路的要求。答案：壓電效應(yīng)略。輸出信號(hào)特點(diǎn)：壓電式傳感器的輸出電阻很大、電荷量很??；后續(xù)處理電路：不能用普通放大器，采用阻抗變換器或電荷放大器。2.

應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與電阻絲（敏感柵）的靈敏系數(shù)有何不同？為什么？答：一般情況下，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)小于電阻絲的靈敏系數(shù)。原因是：

1)

當(dāng)應(yīng)變片粘貼于彈性體表面或者直接將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)試件上時(shí)，由于基底和粘結(jié)劑的彈性模量與敏感柵的彈性模量之間有差別等原因，彈性體或試件的變形不可能全部均勻地傳遞到敏感柵。2)絲柵轉(zhuǎn)角及接線的影響（或橫向效應(yīng)也可）。3.試比較自感式傳感器與差動(dòng)變壓器式傳感器的異同。答：(1)不同點(diǎn)：1)自感式傳感器把被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成自感系數(shù)的變化；2)差動(dòng)變壓器式傳感器把被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化。(2)相同點(diǎn)：兩者都屬于電感式傳感器，都可以分為氣隙型、截面型和螺管性三種類型。2.壓電加速度計(jì)的固有電容為Cs，連接電纜電容為Cc，輸出電壓靈敏度Su=U0/a，a為輸入加速度，輸出電荷靈敏度Sq=Q/a。求：1)傳感器電壓靈敏度與電荷靈敏度之間的關(guān)系。2)如果Cs=1000PF，Cc=100PF，標(biāo)定的電壓靈敏度為100mV/g，則電荷靈敏度為多少？如果Cc=300PF，則電壓和電荷靈敏度各為多少？解：電壓靈敏度Su=U0/a，輸出電荷靈敏度Sq=Q/aU0=Q