精選測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理(第三版)課后習(xí)題詳解

測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理(第三版)課后習(xí)題詳解PAGEPAGE1測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理習(xí)題解答第一章信號(hào)的分類與描述 1-1求周期方波〔見圖1-4〕的傅里葉級(jí)數(shù)〔復(fù)指數(shù)函數(shù)形式〕，劃出|cn|–ω和φn–ω圖，并與表1-1比照。圖圖1-4周期方波信號(hào)波形圖0tx(t)……A-A 解答：在一個(gè)周期的表達(dá)式為 積分區(qū)間取〔-T/2，T/2〕 所以復(fù)指數(shù)函數(shù)形式的傅里葉級(jí)數(shù)為 ，。 沒(méi)有偶次諧波。其頻譜圖如以以以下圖所示。||cn|φnπ/2-π/2ωωω0ω03ω05ω03ω05ω02A2A/32A/5幅頻圖相頻圖周期方波復(fù)指數(shù)函數(shù)形式頻譜圖2A/52A/32A-ω0-3ω0-5ω0-ω0-3ω0-5ω0 1-2求正弦信號(hào)的絕對(duì)均值和均方根值。 解答： 1-3求指數(shù)函數(shù)的頻譜。 解答： 單邊指數(shù)衰減信號(hào)單邊指數(shù)衰減信號(hào)頻譜圖f|X(f)|A/a0φ(f)f0π/2-π/2 1-4求符號(hào)函數(shù)(見圖1-25a)和單位階躍函數(shù)(見圖1-25b)的頻譜。ttsgn(t)01-1tu(t)01圖1-25題1-4圖a)符號(hào)函數(shù)b)階躍函數(shù) a)符號(hào)函數(shù)的頻譜 t=0處可不予定義，或規(guī)定sgn(0)=0。該信號(hào)不滿足絕對(duì)可積條件，不能直接求解，但傅里葉變換存在。 可以借助于雙邊指數(shù)衰減信號(hào)與符號(hào)函數(shù)相乘，這樣便滿足傅里葉變換的條件。先求此乘積信號(hào)x1(t)的頻譜，然后取極限得出符號(hào)函數(shù)x(t)的頻譜。符號(hào)函數(shù)符號(hào)函數(shù)tx1(t)01-1符號(hào)函數(shù)頻譜fφ(f)0π/20f|X(f)|-π/2 b)階躍函數(shù)頻譜在跳變點(diǎn)t=0處函數(shù)值未定義，或規(guī)定u(0)=1/2。階躍信號(hào)不滿足絕對(duì)可積條件，但卻存在傅里葉變換。由于不滿足絕對(duì)可積條件，不能直接求其傅里葉變換，可采用如下方法求解。解法1：利用符號(hào)函數(shù)結(jié)果說(shuō)明，單位階躍信號(hào)u(t)的頻譜在f=0處存在一個(gè)沖激分量，這是因?yàn)閡(t)含有直流分量，在預(yù)料之中。同時(shí)，由于u(t)不是純直流信號(hào)，在t=0處有跳變，因此在頻譜中還包含其它頻率分量。單位階躍信號(hào)頻譜單位階躍信號(hào)頻譜f|U(f)|0(1/2)fφ(f)0π/2-π/2解法2：利用沖激函數(shù)根據(jù)傅里葉變換的積分特性 1-5求被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)(見圖1-26)的傅里葉變換。圖1-26圖1-26被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)ttT-TT-Tx(t)w(t)1001-1 解： w(t)為矩形脈沖信號(hào) 所以根據(jù)頻移特性和疊加性得： 可見被截?cái)嘤嘞液瘮?shù)的頻譜等于將矩形脈沖的頻譜一分為二，各向左右移動(dòng)f0，同時(shí)譜線高度減小一半。也說(shuō)明，單一頻率的簡(jiǎn)諧信號(hào)由于截?cái)鄬?dǎo)致頻譜變得無(wú)限寬。ffX(f)Tf0-f0被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)頻譜 1-6求指數(shù)衰減信號(hào)的頻譜指數(shù)衰減信號(hào)指數(shù)衰減信號(hào)x(t) 解答： 所以 單邊指數(shù)衰減信號(hào)的頻譜密度函數(shù)為根據(jù)頻移特性和疊加性得： 000X(ω)-ππφ(ω)ωω指數(shù)衰減信號(hào)的頻譜圖 1-7設(shè)有一時(shí)間函數(shù)f(t)及其頻譜如圖1-27所示?，F(xiàn)乘以余弦型振蕩。在這個(gè)關(guān)系中，函數(shù)f(t)叫做調(diào)制信號(hào)，余弦振蕩叫做載波。試求調(diào)幅信號(hào)的傅里葉變換，示意畫出調(diào)幅信號(hào)及其頻譜。又問(wèn)：假設(shè)時(shí)將會(huì)出現(xiàn)什么情況？圖圖1-27題1-7圖ωF(ω)0f(t)0t-ωmωm 解： 所以根據(jù)頻移特性和疊加性得： 可見調(diào)幅信號(hào)的頻譜等于將調(diào)制信號(hào)的頻譜一分為二，各向左右移動(dòng)載頻ω0，同時(shí)譜線高度減小一半。ffX(f)ω0-ω0矩形調(diào)幅信號(hào)頻譜假設(shè)將發(fā)生混疊。 1-8求正弦信號(hào)的均值、均方值和概率密度函數(shù)p(x)。 解答： (1)，式中—正弦信號(hào)周期 (2) (3)在一個(gè)周期內(nèi) xx(t)正弦信號(hào)xx+ΔxΔtΔtt

第二章測(cè)試裝置的根本特性 2-1進(jìn)行某動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量時(shí)，所采用的壓電式力傳感器的靈敏度為90.9nC/MPa，將它與增益為0.005V/nC的電荷放大器相連，而電荷放大器的輸出接到一臺(tái)筆式記錄儀上，記錄儀的靈敏度為20mm/V。試計(jì)算這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的總靈敏度。當(dāng)壓力變化為3.5MPa時(shí)，記錄筆在記錄紙上的偏移量是多少？ 解：假設(shè)不考慮負(fù)載效應(yīng)，那么各裝置串聯(lián)后總的靈敏度等于各裝置靈敏度相乘，即 S=90.9(nC/MPa)0.005(V/nC)20(mm/V)=9.09mm/MPa。 偏移量：y=S3.5=9.093.5=31.815mm。 2-2用一個(gè)時(shí)間常數(shù)為0.35s的一階裝置去測(cè)量周期分別為1s、2s和5s的正弦信號(hào)，問(wèn)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值誤差將是多少？ 解：設(shè)一階系統(tǒng)， ，T是輸入的正弦信號(hào)的周期穩(wěn)態(tài)響應(yīng)相對(duì)幅值誤差，將周期代入得 2-3求周期信號(hào)x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t?45)通過(guò)傳遞函數(shù)為H(s)=1/(0.005s+1)的裝置后得到的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。 解：，， 該裝置是一線性定常系統(tǒng)，設(shè)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為y(t)，根據(jù)線性定常系統(tǒng)的頻率保持性、比例性和疊加性得到 y(t)=y01cos(10t+1)+y02cos(100t?45+2)其中，，所以穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為 2-4氣象氣球攜帶一種時(shí)間常數(shù)為15s的一階溫度計(jì)，以5m/s的上升速度通過(guò)大氣層。設(shè)溫度按每升高30m下降0.15℃的規(guī)律而變化，氣球?qū)囟群透叨鹊臄?shù)據(jù)用無(wú)線電送回地面。在3000m處所記錄的溫度為? 解：該溫度計(jì)為一階系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)設(shè)為。溫度隨高度線性變化，對(duì)溫度計(jì)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于輸入了一個(gè)斜坡信號(hào)，而這樣的一階系統(tǒng)對(duì)斜坡信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)滯后時(shí)間為時(shí)間常數(shù)=15s，如果不計(jì)無(wú)線電波傳送時(shí)間，那么溫度計(jì)的輸出實(shí)際上是15s以前的溫度，所以實(shí)際出現(xiàn)?l℃的真實(shí)高度是 Hz=H-V=3000-515=2925m 2-5想用一個(gè)一階系統(tǒng)做100Hz正弦信號(hào)的測(cè)量，如要求限制振幅誤差在5%以內(nèi)，那么時(shí)間常數(shù)應(yīng)取多少？假設(shè)用該系統(tǒng)測(cè)量50Hz正弦信號(hào)，問(wèn)此時(shí)的振幅誤差和相角差是多少？ 解：設(shè)該一階系統(tǒng)的頻響函數(shù)為 ，是時(shí)間常數(shù)那么 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)相對(duì)幅值誤差令≤5%，f=100Hz，解得≤523s。 如果f=50Hz，那么相對(duì)幅值誤差：相角差： 2-6試說(shuō)明二階裝置阻尼比多采用0.6~0.8的原因。 解答：從不失真條件出發(fā)分析。在0.707左右時(shí)，幅頻特性近似常數(shù)的頻率范圍最寬，而相頻特性曲線最接近直線。 2-7將信號(hào)cost輸入一個(gè)傳遞函數(shù)為H(s)=1/(s+1)的一階裝置后，試求其包括瞬態(tài)過(guò)程在內(nèi)的輸出y(t)的表達(dá)式。 解答：令x(t)=cost，那么，所以 利用局局部式法可得到 利用逆拉普拉斯變換得到 2-8求頻率響應(yīng)函數(shù)為3155072/(1+0.01j)(1577536+1760j-2)的系統(tǒng)對(duì)正弦輸入x(t)=10sin(62.8t)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的均值顯示。 解：該系統(tǒng)可以看成是一個(gè)一階線性定常系統(tǒng)和一個(gè)二階線性定常系統(tǒng)的串聯(lián)，串聯(lián)后仍然為線性定常系統(tǒng)。根據(jù)線性定常系統(tǒng)的頻率保持性可知，當(dāng)輸入為正弦信號(hào)時(shí)，其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)仍然為同頻率的正弦信號(hào)，而正弦信號(hào)的平均值為0，所以穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的均值顯示為0。 2-9試求傳遞函數(shù)分別為1.5/(3.5s+0.5)和41n2/(s2+1.4ns+n2)的兩環(huán)節(jié)串聯(lián)后組成的系統(tǒng)的總靈敏度〔不考慮負(fù)載效應(yīng)〕。 解： ，即靜態(tài)靈敏度K1=3 ，即靜態(tài)靈敏度K2=41因?yàn)閮烧叽?lián)無(wú)負(fù)載效應(yīng)，所以 總靜態(tài)靈敏度K=K1K2=341=123 2-10設(shè)某力傳感器可作為二階振蕩系統(tǒng)處理。傳感器的固有頻率為800Hz，阻尼比=0.14，問(wèn)使用該傳感器作頻率為400Hz的正弦力測(cè)試時(shí)，其幅值比A()和相角差()各為多少？假設(shè)該裝置的阻尼比改為=0.7，問(wèn)A()和()又將如何變化？ 解：設(shè)，那么 ，，即 ， 將fn=800Hz，=0.14，f=400Hz，代入上面的式子得到 A(400)1.31，(400)?10.57 如果=0.7，那么A(400)0.975，(400)?43.03 2-11對(duì)一個(gè)可視為二階系統(tǒng)的裝置輸入一單位階躍函數(shù)后，測(cè)得其響應(yīng)的第一個(gè)超調(diào)量峰值為1.5,振蕩周期為6.28s。設(shè)該裝置的靜態(tài)增益為3，求該裝置的傳遞函數(shù)和該裝置在無(wú)阻尼固有頻率處的頻率響應(yīng)。 解： 因?yàn)閐=6.28s，所以 d=2/d=1rad/s 所以 當(dāng)=n時(shí)，

第三章常用傳感器與敏感元件3-1在機(jī)械式傳感器中，影響線性度的主要因素是什么？可舉例說(shuō)明。解答：主要因素是彈性敏感元件的蠕變、彈性后效等。3-2試舉出你所熟悉的五種機(jī)械式傳感器，并說(shuō)明它們的變換原理。解答：氣壓表、彈簧秤、雙金屬片溫度傳感器、液體溫度傳感器、毛發(fā)濕度計(jì)等。3-3電阻絲應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？應(yīng)如何針對(duì)具體情況來(lái)選用？解答：電阻絲應(yīng)變片主要利用形變效應(yīng)，而半導(dǎo)體應(yīng)變片主要利用壓阻效應(yīng)。 電阻絲應(yīng)變片主要優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定，現(xiàn)行較好；主要缺點(diǎn)是靈敏度低，橫向效應(yīng)大。 半導(dǎo)體應(yīng)變片主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、機(jī)械滯后小、橫向效應(yīng)?。恢饕秉c(diǎn)是溫度穩(wěn)定性差、靈敏度離散度大、非線性大。 選用時(shí)要根據(jù)測(cè)量精度要求、現(xiàn)場(chǎng)條件、靈敏度要求等來(lái)選擇。3-4有一電阻應(yīng)變片〔見圖3-84〕，其靈敏度Sg＝2，R＝120。設(shè)工作時(shí)其應(yīng)變?yōu)?000，問(wèn)R＝？設(shè)將此應(yīng)變片接成如以以下圖的電路，試求：1〕無(wú)應(yīng)變時(shí)電流表示值；2〕有應(yīng)變時(shí)電流表示值；3〕電流表指示值相對(duì)變化量；4〕試分析這個(gè)變量能否從表中讀出？圖圖3-84題3-4圖1.5V解：根據(jù)應(yīng)變效應(yīng)表達(dá)式R/R=Sg得 R=SgR=2100010-6120=0.24 1〕I1=1.5/R=1.5/120=0.0125A=12.5mA 2〕I2=1.5/(R+R)=1.5/(120+0.24)0.012475A=12.475mA 3〕=(I2-I1)/I1100%=0.2% 4〕電流變化量太小，很難從電流表中讀出。如果采用高靈敏度小量程的微安表，那么量程不夠，無(wú)法測(cè)量12.5mA的電流；如果采用毫安表，無(wú)法分辨0.025mA的電流變化。一般需要電橋來(lái)測(cè)量，將無(wú)應(yīng)變時(shí)的靈位電流平衡掉，只取有應(yīng)變時(shí)的微小輸出量，并可根據(jù)需要采用放大器放大。3-5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？采取這些措施會(huì)帶來(lái)什么樣后果？解答：以氣隙變化式為例進(jìn)行分析。 又因?yàn)榫€圈阻抗Z=L，所以靈敏度又可寫成 由上式可見，靈敏度與磁路橫截面積A0、線圈匝數(shù)N、電源角頻率、鐵芯磁導(dǎo)率0，氣隙等有關(guān)。 如果加大磁路橫截面積A0、線圈匝數(shù)N、電源角頻率、鐵芯磁導(dǎo)率0，減小氣隙，都可提高靈敏度。 加大磁路橫截面積A0、線圈匝數(shù)N會(huì)增大傳感器尺寸，重量增加，并影響到動(dòng)態(tài)特性；減小氣隙會(huì)增大非線性。3-6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？舉例說(shuō)明。解答：電容式傳感器的測(cè)量電路 自感型變磁阻式電感傳感器的測(cè)量電路： 電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路：電橋電路〔直流電橋和交流電橋〕。 相同點(diǎn)：都可使用電橋電路，都可輸出調(diào)幅波。電容、電感式傳感器都可使用調(diào)幅電路、調(diào)頻電路等。 不同點(diǎn)：電阻應(yīng)變式傳感器可以使用直流電橋電路，而電容式、電感式那么不能。另外電容式、電感式傳感器測(cè)量電路種類繁多。3-7一個(gè)電容測(cè)微儀，其傳感器的圓形極板半徑r＝4mm，工作初始間隙=0.3mm，問(wèn)：1〕工作時(shí)，如果傳感器與工件的間隙變化量＝1m時(shí)，電容變化量是多少？2〕如果測(cè)量電路的靈敏度S1=100mV/pF，讀數(shù)儀表的靈敏度S2=5格/mV，在＝1解：1〕 2〕B=S1S2C=1005(4.9410-3)2.47答：3-8把一個(gè)變阻器式傳感器按圖3-85接線。它的輸人量是什么？輸出量是什么？在什么樣條件下它的輸出量與輸人量之間有較好的線性關(guān)系？圖圖3-85題3-8圖xxpRLueuoRxRp解答：輸入量是電刷相對(duì)電阻元件的位移x，輸出量為電刷到端點(diǎn)電阻Rx。如果接入分壓式測(cè)量電路，那么輸出量可以認(rèn)為是電壓uo。 ，輸出電阻與輸入位移成線性關(guān)系。 ，輸出電壓與輸入位移成非線性關(guān)系。 由上式可見，只有當(dāng)Rp/RL0時(shí)，才有。所以要求后續(xù)測(cè)量?jī)x表的輸入阻抗RL要遠(yuǎn)大于變阻器式傳感器的電阻Rp，只有這樣才能使輸出電壓和輸入位移有較好的線性關(guān)系。3-9試按接觸式與非接觸式區(qū)分傳感器，列出它們的名稱、變換原理，用在何處？解答：接觸式：變阻器式、電阻應(yīng)變式、電感式〔渦流式除外〕、電容式、磁電式、壓電式、熱電式、廣線式、熱敏電阻、氣敏、濕敏等傳感器。 非接觸式：渦電流式、光電式、熱釋電式、霍爾式、固態(tài)圖像傳感器等。 可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量的是：電容式、光纖式等傳感器。3-10欲測(cè)量液體壓力，擬采用電容式、電感式、電阻應(yīng)變式和壓電式傳感器，請(qǐng)繪出可行方案原理圖，并作比擬。3-11一壓電式壓力傳感器的靈敏度S=90pC/MPa，把它和一臺(tái)靈敏度調(diào)到0.005V/pC的電荷放大器連接，放大器的輸出又接到一靈敏度已調(diào)到20mm/V的光線示波器上記錄，試?yán)L出這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的框圖，并計(jì)算其總的靈敏度。解：框圖如下壓力傳感器壓力傳感器電荷放大器光線示波器壓力P 各裝置串聯(lián)，如果忽略負(fù)載效應(yīng)，那么總靈敏度S等于各裝置靈敏度相乘，即 S=x/P=900.00520=9mm/MPa。3-12光電傳感器包含哪兒種類型？各有何特點(diǎn)？用光電式傳感器可以測(cè)量哪些物理量？解答：包括利用外光電效應(yīng)工作的光電傳感器、利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電傳感器、利用光生伏特效應(yīng)工作的光電傳感器三種。 外光電效應(yīng)〔亦稱光電子發(fā)射效應(yīng)〕—光線照射物體，使物體的電子逸出外表的現(xiàn)象，包括光電管和光電倍增管。 內(nèi)光電效應(yīng)〔亦稱光導(dǎo)效應(yīng)〕—物體受到光線照射時(shí)，物體的電子吸收光能是其導(dǎo)電性增加，電阻率下降的現(xiàn)象，有光敏電阻和由其制成的光導(dǎo)管。 光生伏特效應(yīng)—光線使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)。 如遙控器，自動(dòng)門〔熱釋電紅外探測(cè)器〕，光電鼠標(biāo)器，照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光計(jì)，光度計(jì)，光電耦合器，光電開關(guān)〔計(jì)數(shù)、位置、行程開關(guān)等〕，濁度檢測(cè)，火災(zāi)報(bào)警，光電閱讀器〔如紙帶閱讀機(jī)、條形碼讀出器、考卷自動(dòng)評(píng)閱機(jī)等〕，光纖通信，光纖傳感，CCD，色差，顏色標(biāo)記，防盜報(bào)警，電視機(jī)中亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)，路燈、航標(biāo)燈控制，光控?zé)糇?，音?lè)石英鐘控制〔晚上不奏樂(lè)〕，紅外遙感、干手器、沖水機(jī)等。 在CCD圖象傳感器、紅外成像儀、光纖傳感器、激光傳感器等中都得到了廣泛應(yīng)用。3-13何謂霍爾效應(yīng)？其物理本質(zhì)是什么？用霍爾元件可測(cè)哪些物理量？請(qǐng)舉出三個(gè)例子說(shuō)明。解答：霍爾〔Hall〕效應(yīng)：金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過(guò)薄片時(shí)，那么在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的兩側(cè)面上將產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，產(chǎn)生的電位差稱為霍爾電勢(shì)?；魻栃?yīng)產(chǎn)生的機(jī)理〔物理本質(zhì)〕：在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電荷受到磁場(chǎng)力FL〔稱為洛侖茲力〕作用，而向垂直于磁場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)方向的方向移動(dòng)，在兩側(cè)面產(chǎn)生正、負(fù)電荷積累。 應(yīng)用舉例：電流的測(cè)量，位移測(cè)量，磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量，力測(cè)量；計(jì)數(shù)裝置，轉(zhuǎn)速測(cè)量〔如計(jì)程表等〕，流量測(cè)量，位置檢測(cè)與控制，電子點(diǎn)火器，制做霍爾電機(jī)—無(wú)刷電機(jī)等。3-14試說(shuō)明壓電式加速度計(jì)、超聲換能器、聲發(fā)射傳感器之間的異同點(diǎn)。解答：相同點(diǎn)：都是利用材料的壓電效應(yīng)〔正壓電效應(yīng)或逆壓電效應(yīng)〕。 不同點(diǎn)：壓電式加速度計(jì)利用正壓電效應(yīng)，通過(guò)慣性質(zhì)量快將振動(dòng)加速度轉(zhuǎn)換成力作用于壓電元件，產(chǎn)生電荷。 超聲波換能器用于電能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。利用正、逆壓電效應(yīng)。利用逆壓電效應(yīng)可用于清洗、焊接等。 聲發(fā)射傳感器是基于晶體組件的壓電效應(yīng)，將聲發(fā)射波所引起的被檢件外表振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的換能設(shè)備，所有又常被人們稱為聲發(fā)射換能器或者聲發(fā)射探頭。 材料結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生位錯(cuò)-滑移-微裂紋形成-裂紋擴(kuò)展-斷裂，以彈性波的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。 聲發(fā)射傳感器不同于加速度傳感器，它受應(yīng)力波作用時(shí)靠壓電晶片自身的諧振變形把被檢試件外表振動(dòng)物理量轉(zhuǎn)化為電量輸出。3-15有一批渦輪機(jī)葉片，需要檢測(cè)是否有裂紋，請(qǐng)舉出兩種以上方法，并說(shuō)明所用傳感器的工作原理。渦電流傳感器，紅外輻射溫度測(cè)量，聲發(fā)射傳感器〔壓電式〕等。3-16說(shuō)明用光纖傳感器測(cè)量壓力和位移的工作原理，指出其不同點(diǎn)。解答： 微彎測(cè)壓力原理：力微彎板光纖變形光纖傳遞的光強(qiáng)變化。 微彎測(cè)位移原理：位移微彎板光纖變形光纖傳遞的光強(qiáng)變化。 不同點(diǎn)：壓力需要彈性敏感元件轉(zhuǎn)換成位移。3-17說(shuō)明紅外遙感器的檢測(cè)原理。為什么在空間技術(shù)中有廣泛應(yīng)用？舉出實(shí)例說(shuō)明。解答：紅外遙感就是遠(yuǎn)距離檢測(cè)被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量。空間技術(shù)中利用飛船、航天飛機(jī)、衛(wèi)星等攜帶的紅外遙感儀器可以實(shí)現(xiàn)很多對(duì)地、對(duì)空觀測(cè)任務(wù)。如觀測(cè)星系，利用衛(wèi)星遙測(cè)技術(shù)研究地殼斷層分布、探討地震前兆，衛(wèi)星海洋觀測(cè)等。3-18試說(shuō)明固態(tài)圖像傳感器〔CCD器件〕的成像原理，怎樣實(shí)現(xiàn)光信息的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程，在工程測(cè)試中有何應(yīng)用？ CCD固態(tài)圖像傳感器的成像原理：MOS光敏元件或光敏二極管等將光信息轉(zhuǎn)換成電荷存儲(chǔ)在CCD的MOS電容中，然后再控制信號(hào)的控制下將MOS電容中的光生電荷轉(zhuǎn)移出來(lái)。 應(yīng)用：如冶金部門中各種管、線、帶材軋制過(guò)程中的尺寸測(cè)量，光纖及纖維制造中的絲徑測(cè)量，產(chǎn)品分類，產(chǎn)品外表質(zhì)量評(píng)定，文字與圖象識(shí)別，傳真，空間遙感，光譜測(cè)量等。3-19在軋鋼過(guò)程中，需監(jiān)測(cè)薄板的厚度，宜采用那種傳感器？說(shuō)明其原理。解答：差動(dòng)變壓器、渦電流式、光電式，射線式傳感器等。3-20試說(shuō)明激光測(cè)長(zhǎng)、激光測(cè)振的測(cè)量原理。解答：利用激光干預(yù)測(cè)量技術(shù)。3-21選用傳感器的根本原那么是什么？試舉一例說(shuō)明。解答：靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、可靠性、精確度、測(cè)量方法、體積、重量、價(jià)格等各方面綜合考慮。

第四章信號(hào)的調(diào)理與記錄4-1以阻值R=120、靈敏度Sg=2的電阻絲應(yīng)變片與阻值為120的固定電阻組成電橋，供橋電壓為3V，并假定負(fù)載電阻為無(wú)窮大，當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?和2000時(shí)，分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓，并比擬兩種情況下的靈敏度。解：這是一個(gè)等臂電橋，可以利用等比電橋和差特性表達(dá)式求解。 =2時(shí)： 單臂輸出電壓： 雙臂輸出電壓： =2000時(shí)： 單臂輸出電壓： 雙臂輸出電壓： 雙臂電橋較單臂電橋靈敏度提高1倍。4-2有人在使用電阻應(yīng)變儀時(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)，在以下情況下，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。解答：電橋的電壓靈敏度為，即電橋的輸出電壓和電阻的相對(duì)變化成正比。由此可知： 1〕半橋雙臂各串聯(lián)一片，雖然橋臂上的電阻變化增加1倍，但橋臂總電阻也增加1倍，其電阻的相對(duì)變化沒(méi)有增加，所以輸出電壓沒(méi)有增加，故此法不能提高靈敏度； 2〕半橋雙臂各并聯(lián)一片，橋臂上的等效電阻變化和等效總電阻都降低了一半，電阻的相對(duì)變化也沒(méi)有增加，故此法也不能提高靈敏度。4-3為什么在動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀上除了設(shè)有電阻平衡旋鈕外，還設(shè)有電容平衡旋鈕解答：動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀采用高頻交流電給電橋供電，電橋工作在交流狀態(tài)，電橋的平衡條件為 Z1Z3=Z2Z4|Z1||Z3|=|Z2||Z4|，13=24 由于導(dǎo)線分布、各種寄生電容、電感等的存在，光有電阻平衡是不能實(shí)現(xiàn)阻抗模和阻抗角同時(shí)到達(dá)平衡，只有使用電阻、電容兩套平衡裝置反復(fù)調(diào)節(jié)才能實(shí)現(xiàn)電橋阻抗模和阻抗角同時(shí)到達(dá)平衡。4-4用電阻應(yīng)變片接成全橋，測(cè)量某一構(gòu)件的應(yīng)變，其變化規(guī)律為 (t)=Acos10t+Bcos100t 如果電橋鼓勵(lì)電壓u0=Esin10000t，試求此電橋的輸出信號(hào)頻譜。解：接成等臂全橋，設(shè)應(yīng)變片的靈敏度為Sg，根據(jù)等臂電橋加減特性得到 幅頻圖為ff9900An(f)999010010101004-5調(diào)幅波xa(t)=(100+30cost+20cos3t)cosct，其中fc=10kHz，f=500Hz。試求： 1〕xa(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。解：1〕xa(t)=100cosct+15cos(c-)t+15cos(c+)t+10cos(c-3)t+10cos(c+3)t 各頻率分量的頻率/幅值分別為：10000Hz/100，9500Hz/15，10500Hz/15，8500Hz/10，11500Hz/10。 2〕調(diào)制信號(hào)x(t)=100+30cost+20cos3t，各分量頻率/幅值分別為：0Hz/100，500Hz/30，1500Hz/20。 調(diào)制信號(hào)與調(diào)幅波的頻譜如以以下圖。ff0An(f)調(diào)制信號(hào)頻譜1500f8500An(f)9500100001150020301001001015105001510調(diào)幅波頻譜4-6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？解答：不可以。因?yàn)檎{(diào)幅波是載波幅值隨調(diào)制信號(hào)大小成正比變化，只有相乘才能實(shí)現(xiàn)。4-7試從調(diào)幅原理說(shuō)明，為什么某動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的電橋鼓勵(lì)電壓頻率為10kHz，而工作頻率為0~1500Hz？解答：為了不產(chǎn)生混疊，以及解調(diào)時(shí)能夠有效地濾掉高頻成分，要求載波頻率為5~10倍調(diào)制信號(hào)頻率。動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的電橋鼓勵(lì)電壓為載波，頻率為10kHz，所以工作頻率〔即允許的調(diào)制信號(hào)最高頻率〕為0~1500Hz是合理的。4-8什么是濾波器的分辨力？與哪些因素有關(guān)？解答：濾波器的分辨力是指濾波器分辨相鄰頻率成分的能力。與濾波器帶寬B、品質(zhì)因數(shù)Q、倍頻程選擇性、濾波器因數(shù)等有關(guān)。帶寬越小、品質(zhì)因數(shù)越大、倍頻程選擇性越小、濾波器因數(shù)越小，分辨力越高。4-9設(shè)一帶通濾器的下截止頻率為fc1，上截止頻率為fc2，中心頻率為f0，試指出以下記述中的正確與錯(cuò)誤。 1〕倍頻程濾波器。 2〕。 3〕濾波器的截止頻率就是此通頻帶的幅值-3dB處的頻率。 4〕下限頻率相同時(shí)，倍頻程濾波器的中心頻率是1/3倍頻程濾波器的中心頻率的倍。解答：1〕錯(cuò)誤。倍頻程濾波器n=1，正確的選項(xiàng)是fc2=21fc1=2fc1。 2〕正確。 3〕正確。 4〕正確。4-10某RC低通濾波器，R=1k，C=1