合肥工業(yè)大學(xué)測試技術(shù)基礎(chǔ)例卷

...wd......wd......wd...一、填空題〔30分，每空1分〕1、典型的測試系統(tǒng)由鼓勵(lì)裝置、被測對(duì)象、〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕和顯示記錄等幾局部構(gòu)成。(1)傳感器、(2)信號(hào)調(diào)理、(3)傳輸、(4)信號(hào)處理2、本課程研究對(duì)象是常用〔4〕的〔5〕測試。(4)機(jī)械量、(5)動(dòng)態(tài)測試、3、周期信號(hào)的幅頻譜具有〔6〕、〔7〕和〔8〕三個(gè)特點(diǎn)。(6)離散性、(7)諧波性、(8)收斂性4、隨機(jī)信號(hào)的特征主要參數(shù)有〔9〕、〔10〕、〔11〕和功率譜密度函數(shù)。(9)均值、方差、均方值(10)概率密度函數(shù)(11)自相關(guān)函數(shù)5、裝置的幅頻特性反映了裝置對(duì)不同頻率的簡諧信號(hào)幅值的〔11〕能力，而相頻特性反映了裝置對(duì)不同頻率的簡諧信號(hào)〔12〕的前后移動(dòng)能力，這兩個(gè)特性合起來稱為〔13〕函數(shù)。(11)縮放能力、(12)相位、(13)頻率響應(yīng)函數(shù)6、二階系統(tǒng)的特征參數(shù)有〔14〕和〔15〕兩個(gè)，其中〔16〕最好選擇在0.6到0.8之間。(14)固有頻率、(15)阻尼比(16)阻尼比7、熱電偶傳感器的原理是基于〔17〕原理，熱電勢(shì)由〔18〕和〔19〕兩局部構(gòu)成。(17)熱電效應(yīng)、(18)溫差電勢(shì)、(19)、接觸電勢(shì)8、帶通濾波器用參數(shù)〔20〕來表示濾波器的分辨能力，其中心頻率為〔21〕和〔22〕的幾何平均值。(20)帶寬B、(21)上截止頻率(22)下截止頻率9、頻率調(diào)制的解調(diào)器之一為鑒頻器器，從原理上可以把其看成有〔23〕和〔24〕環(huán)節(jié)串聯(lián)而成。(23)高通濾波器、(24)包絡(luò)檢波器10、從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中可以看出周期三角波的自相關(guān)函數(shù)近似為〔25〕波。(25)簡諧11、數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)由〔26〕、〔27〕、〔28〕和結(jié)果顯示等局部構(gòu)成。(26)預(yù)處理、(27)A/D轉(zhuǎn)換、(28)信號(hào)分析處理12、測振傳感器有稱為拾振器，有一種稱為阻抗頭，其前部是一個(gè)壓電式〔29〕傳感器、后部為一壓電式〔30〕傳感器。(29)力、(30)加速度二、簡答題〔20分，每題5分〕1、試以測試系統(tǒng)線性誤差為例簡要說明測試系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)的校準(zhǔn)原理和過程。答：系統(tǒng)的靜態(tài)特性是指在靜態(tài)測量情況下描述實(shí)際測量裝置與理想時(shí)不變線性系統(tǒng)的接近程度。線性誤差的校準(zhǔn)原理和過程為：以經(jīng)過校準(zhǔn)的靜態(tài)量作為輸入，測得輸入—輸出曲線稱為校準(zhǔn)曲線，再利用最小二乘原理或獨(dú)立端基原理確定出擬合直線來表示理想線性系統(tǒng)的輸入—輸出曲線。在整個(gè)測量范圍內(nèi)，校準(zhǔn)曲線和擬合直線的最大差值與量程的比值即為線性誤差。可見靜態(tài)參數(shù)的校準(zhǔn)原理和過程為：實(shí)測出校準(zhǔn)曲線、確定擬合直線，比較校準(zhǔn)曲線和擬合直線得到靜態(tài)參數(shù)。2、單位脈沖函數(shù)是測試中經(jīng)常使用的典型信號(hào)之一，其頻譜是什么簡述其在測試技術(shù)中的應(yīng)用。答：單位脈沖函數(shù)的頻譜為常值1，即在所有頻率段其幅值密度是等于1。在測試技術(shù)中可以利用脈沖函數(shù)采樣性質(zhì)對(duì)連續(xù)信號(hào)采樣；可以利用其卷積性質(zhì)，在時(shí)域或頻域得到一般信號(hào)卷積的解析結(jié)果。3、很多傳感器都做成差動(dòng)式，試舉例解釋什么是差動(dòng)式傳感器差動(dòng)傳感器在測試是如何使用的，有什么優(yōu)點(diǎn)答：差動(dòng)式傳感器是指該傳感器由兩個(gè)完全對(duì)稱構(gòu)造的傳感器組成，被測量變換時(shí)使一個(gè)傳感器的輸出增加，同時(shí)使另一個(gè)傳感器的輸出以一樣的規(guī)律減少，如差動(dòng)變壓器電感傳感器，被測量使一個(gè)線圈的輸出電感量增加，會(huì)使另一個(gè)線圈的電感量減少。差動(dòng)式傳感器一般用在測量有比較嚴(yán)重的干擾或線性誤差的場合，把傳感器的輸出接到如電橋等具有相減關(guān)系的測量電路中，到達(dá)提高輸出靈敏度，減少測量誤差的效果。4、電阻應(yīng)變片在電橋測量電路中要進(jìn)展正確接橋，以其到達(dá)提高輸出靈敏度和減少干擾的目的，試以等強(qiáng)度梁測試實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)展說明。答：電橋電路具有和差特性，在測試中要對(duì)各個(gè)應(yīng)變片感受的輸入量進(jìn)展符號(hào)分析。對(duì)有用信號(hào)，如果是同極性，則接到相對(duì)橋臂，反極性接入相鄰橋臂；對(duì)干擾信號(hào)，同極性接到相鄰橋臂，反極性接到相對(duì)橋臂；使電橋的輸出具有較大的靈敏度，較好的抗干擾性。在等強(qiáng)度量中，上面的縱向應(yīng)變片和下面的橫向應(yīng)變片接到相對(duì)橋臂，而上面的橫向應(yīng)變片和下面的縱向應(yīng)變片也接到相對(duì)橋臂，組成一個(gè)全橋。三、計(jì)算題〔40分〕1、有一個(gè)周期信號(hào)的傅里葉三角展開式為。〔15分〕〔1〕試畫出其單邊幅頻圖和相頻圖?！?〕求出其與的互相關(guān)函數(shù)；解：〔1〕X(t)可以改寫為如下形式頻譜圖如下：根據(jù)展開式其單邊頻譜圖為：000〔2〕求出其與的互相關(guān)函數(shù)；令x(t)為:；則根據(jù)同頻相關(guān)、不同頻不相關(guān)的原理只有x(t)的二次諧波和y(t)相關(guān)所以：而：答：頻譜圖見上圖，互相關(guān)函數(shù)為2、有一角頻率為10rad/s、初始角度為零的正弦信號(hào)受到角頻率分別為100rad/s和500rad/s的正弦噪聲的干擾，現(xiàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)一階低通濾波器對(duì)其進(jìn)展濾波，要求有效頻率成分的幅值誤差不大于10%，噪聲最少抑制95%，試求出該濾波器的時(shí)間常數(shù)，并寫出其幅頻特性、相頻特性和頻響函數(shù)?！?5分〕解：先根據(jù)對(duì)有效成分的幅值誤差不大于10%的要求先選取濾波器的時(shí)間常數(shù)解得：低通濾波器的截止頻率為初選該濾波器的時(shí)間常數(shù)為0.04843500rad/s正弦干擾的幅值放大倍數(shù)為：幅值誤差為：滿足抑制噪聲的要求。對(duì)于1000rad/s正弦干擾，根據(jù)低通濾波器的特性，更能滿足要求?！?〕該濾波器的幅頻特性、相頻特性和頻響函數(shù)為：3、求以下圖中信號(hào)的頻譜，包括幅頻譜及相頻譜，并示意畫出幅頻譜的圖形〔可以利用典型信號(hào)的頻譜和傅立葉積分的性質(zhì)求解〕。〔10分〕x(t)02x(t)02TtA解：該信號(hào)為窗長為2T的對(duì)稱矩形窗函數(shù)向右平移了T的窗函數(shù)，根據(jù)典型信號(hào)矩形窗的頻譜和信號(hào)的時(shí)移特性可得：〔1〕窗長為2T的對(duì)稱窗函數(shù)的傅立葉變換為平移了T后的傅立葉變換為：其幅頻譜為：相頻譜為：其幅頻圖為：四、設(shè)計(jì)題〔10分〕1、有一塑料薄膜生產(chǎn)線，采用多輥連續(xù)拉伸的方法生產(chǎn)，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，前后輥的旋轉(zhuǎn)速度要匹配，試?yán)孟嚓P(guān)濾波的原理來檢測產(chǎn)品的線速度，設(shè)薄膜的材質(zhì)基本均勻，厚度在0.01mm到0.02mm之間，試就傳感器的選擇依據(jù)、測試的原理方面進(jìn)展簡要說明。答：根據(jù)題目的要求，是要連續(xù)檢測出薄膜生產(chǎn)線不同位置的速度，以此來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)前后輥的轉(zhuǎn)速，可以通過檢測前后輥附近薄膜的厚度，利用相關(guān)測速方法來測出薄膜拉伸的線速度，以此為依據(jù)來調(diào)節(jié)前后輥轉(zhuǎn)速。以此，首先要選擇一個(gè)塑料薄膜厚度傳感器來檢測不同位置的薄膜厚度，不同位置的薄膜的厚度，根據(jù)給定的參數(shù)，可以選擇或設(shè)計(jì)一個(gè)變介質(zhì)的電容傳感器來在檢測薄膜的厚度。傳感器的原理是在兩個(gè)極板之間使薄膜通過，傳感器輸出的電容量與薄膜的厚度有關(guān)通過計(jì)算的可以得到薄膜厚度和傳感器輸出電容之間的關(guān)系。該薄膜的厚度范圍為0.01mm到0.02mm之間適合變介質(zhì)電容傳感器進(jìn)展檢測?？梢詫?shí)現(xiàn)不失真測量。其動(dòng)態(tài)特性也可以滿足要求其次，利用相關(guān)測速來在線檢薄膜的線速度。塑料薄膜是一個(gè)電介質(zhì)，以此選擇介質(zhì)變化型電容傳感器來檢測薄膜厚度；再在前后輥附近安置兩個(gè)薄膜厚度傳感器，并對(duì)該傳感器做互相關(guān)函數(shù)，其互相關(guān)函數(shù)中出現(xiàn)最大值的時(shí)間即為薄膜經(jīng)過兩個(gè)傳感器的