測試技術賈平民課后習題答案-

.z.0/41解：瞬變信號－指數(shù)衰減振蕩信號，其頻譜具有連續(xù)性和衰減性。準周期信號，因為各簡諧成分的頻率比為無理數(shù)，其頻譜仍具有離散性。周期信號，因為各簡諧成分的頻率比為無理數(shù)，其頻譜具有離散性、諧波性和收斂性。解：*(t)=sin2的有效值（均方根值）：解：周期三角波的時域數(shù)學描述如下：0T0T0/2-T0/21*(t)t......（1）傅里葉級數(shù)的三角函數(shù)展開：，式中由于*(t)是偶函數(shù)，是奇函數(shù)，則也是奇函數(shù)，而奇函數(shù)在上下限對稱區(qū)間上的積分等于0。故0。因此，其三角函數(shù)展開式如下：((n=1,3,5,…）其頻譜如下圖所示：00A()03050003050()單邊幅頻譜單邊相頻譜單邊幅頻譜單邊相頻譜（2）復指數(shù)展開式復指數(shù)與三角函數(shù)展開式之間的關系如下：C0=aC0=a0=(an-n)/2C-N=(an+n)/2RRe=an/2Im=-bn/2故ReRe=an/2Im=-bn/2＝0虛頻譜實頻譜0虛頻譜實頻譜0Re03050-0-30-500Im03050-0-30-50雙邊相頻譜雙邊幅頻譜0雙邊相頻譜雙邊幅頻譜003050-0-30-50003050-0-30-50解：該三角形窗函數(shù)是一非周期函數(shù)，其時域數(shù)學描述如下：0T0T0/2-T0/21*(t)t用傅里葉變換求頻譜。**(f)T0/202T02T0f6T06T0(f)02T04T06T02T04T06T04T04T0f解：方法一，直接根據(jù)傅里葉變換定義來求。方法二，根據(jù)傅里葉變換的頻移特性來求。單邊指數(shù)衰減函數(shù)：其傅里葉變換為其傅里葉變換為根據(jù)頻移特性可求得該指數(shù)衰減振蕩函數(shù)的頻譜如下：1/a根據(jù)頻移特性得下列頻譜1/a根據(jù)頻移特性得下列頻譜解：利用頻移特性來求，具體思路如下：A/2A/2A/2A/2當f0<fm時，頻譜圖會出現(xiàn)混疊，如下圖所示。解：卷積卷積1-T/2Tw(t)0w(t)-T1cos0t0t由于窗函數(shù)的頻譜，所以其頻譜圖如上圖所示。解：第二章習題（P68）==解：--解：解：若*(t)為正弦信號時，結(jié)果相同。2.4

求指數(shù)衰減函數(shù)的頻譜函數(shù)，（）。并定性畫出信號及其頻譜圖形。解：（1）求單邊指數(shù)函數(shù)的傅里葉變換及頻譜（2）求余弦振蕩信號的頻譜。利用函數(shù)的卷積特性,可求出信號的頻譜為其幅值頻譜為

a

a`

b

b`

c

c`2.5一線性系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為，當輸入信號為時，求：（1）；（2）；（3）；（4）。解：(1)線性系統(tǒng)的輸入、輸出關系為：已知，則由此可得：(2)求有兩種方法。其一是利用的傅立葉逆變換；其二是先求出，再求，其三是直接利用公式求。下面用第一種方法。（3）由可得：(4)可以由的傅立葉逆變換求得，也可以直接由、積分求得：2.6已知限帶白噪聲的功率譜密度為求其自相關函數(shù)。解：可由功率譜密度函數(shù)的逆變換求得：2.7對三個余弦信號分別做理想采樣，采樣頻率為,求三個采樣輸出序列，畫出信號波形和采樣點的位置并解釋混迭現(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)由計算結(jié)果及采樣脈沖圖形可以看出，雖然三個信號頻率不同，但采樣后輸出的三個脈沖序列卻是相同的，產(chǎn)生了頻率混迭，這個脈沖序列反映不出三個信號的頻率特征。原因是對于，不符合采樣定理。脈沖圖見下圖。2.8.利用矩形窗函數(shù)求積分的值。解：(1)根據(jù)Paseval定理，時域能量與頻域能量相等，而時域?qū)陬l域的矩形窗。即(2)= = = =2.9什么是窗函數(shù),描述窗函數(shù)的各項頻域指標能說明什么問題"解：(1)窗函數(shù)就是時域有限寬的信號。其在時域有限區(qū)間有值，頻譜延伸至無限頻率。(2)描述窗函數(shù)的頻域指標主要有最大旁瓣峰值與主瓣峰值之比、最大旁瓣10倍頻程衰減率、主瓣寬度。(3)主瓣寬度窄可以提高頻率分辨力，小的旁瓣可以減少泄漏。2.10什么是泄漏？為什么產(chǎn)生泄漏？窗函數(shù)為什么能減少泄漏？解：(1)信號的能量在頻率軸分布擴展的現(xiàn)象叫泄漏。(2)由于窗函數(shù)的頻譜是一個無限帶寬的函數(shù)，即是*(t)是帶限信號，在截斷后也必然成為無限帶寬的信號，所以會產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。 (3)盡可能減小旁瓣幅度，使頻譜集中于主瓣附近，可以減少泄漏。2.11.什么是“柵欄效應”？如何減少“柵欄效應”的影響？解：(1)對一函數(shù)實行采樣，實質(zhì)就是“摘取”采樣點上對應的函數(shù)值。其效果有如透過柵欄的縫隙觀看外景一樣，只有落在縫隙前的少量景象被看到，其余景象都被柵欄擋住，稱這種現(xiàn)象為柵欄效應。 (2)時域采樣時滿足采樣定理要求，柵欄效應不會有什么影響。頻率采樣時提高頻率分辨力，減小頻率采樣間隔可以減小柵欄效應。2.12.數(shù)字信號處理的一般步驟是什么？有哪些問題值得注意？答：(1)數(shù)字信號處理的一般步驟如下圖所示：其中預處理包括1)電壓幅值調(diào)理，以便適宜于采樣；2)必要的濾波；3)隔離信號的直流分量；4)如原信號經(jīng)過調(diào)制，則先進行解調(diào)。(2)數(shù)字信號處理器或計算機對離散的時間序列進行運算處理。運算結(jié)果可以直接顯示或打印。要注意以下一些問題：要適當?shù)倪x取采樣間隔，采樣間隔太小，則對定長的時間記錄來說其數(shù)字序列就很長，計算工作量迅速增大；如果數(shù)字序列長度一定，則只能處理很短的時間歷程，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；應視信號的具體情況和量化的精度要求適當選?。粒霓D(zhuǎn)換器；在數(shù)字信號處理的過程中，要適當?shù)倪x取窗函數(shù)，以減小截斷誤差的影響。2.14頻率混疊是怎樣產(chǎn)生的，有什么解決辦法？答：(1)當采用過大的采樣間隔Ｔｓ對兩個不同頻率的正弦波采樣時，將會得到一組相同的采樣值，造成無法辯識兩者的差別，將其中的高頻信號誤認為低頻信號，于是就出現(xiàn)了所謂的混疊現(xiàn)象。(2)為了避免頻率混疊，應使被采樣的模擬信號ｘ（ｔ）成為有限帶寬的信號，同時應使采樣頻率ｆｓ大于帶限信號的最高頻率ｆｈ的２倍。2.15相關函數(shù)和相關系數(shù)有什么區(qū)別？相關分析有什么用途，舉例說明。答：(1)通常，兩個變量之間若存在著一一對應關系，則稱兩者存在著函數(shù)關系,相關函數(shù)又分為自相關函數(shù)和互相關函數(shù)。當兩個隨機變量之間具有*種關系時，隨著*一個變量數(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)計規(guī)律，這時稱兩個隨機變量存在相關關系，對于變量Ｘ和Ｙ之間的相關程度通常用相關系數(shù)ρ來表示。(2)在測試技術技術領域中，無論分析兩個隨機變量之間的關系，還是分析兩個信號或一個信號在一定時移前后的關系，都需要應用相關分析。例如在振動測試分析、雷達測距、聲發(fā)射探傷等都用到相關分析。3.1說明線性系統(tǒng)的頻率保持性在測量中的作用。答：（1）線性系統(tǒng)的頻率保持性，在測試工作中具有非常重要的作用。因為在實際測試中，測試得到的信號常常會受到其他信號或噪聲的干擾，這時依據(jù)頻率保持特性可以認定測得信號中只有與輸入信號相同的頻率成分才是真正由輸入引起的輸出。（2）同樣，在故障診斷中，根據(jù)測試信號的主要頻率成分，在排除干擾的基礎上，依據(jù)頻率保持特性推出輸入信號也應包含該頻率成分，通過尋找產(chǎn)生該頻率成分的原因，就可以診斷出故障的原因。解：S＝S1S2S3=80nc/MPa×0.005V/nc×25mm/V=10mm/MPa△P=△*/S=30mm/10(mm/MPa)=3MPa解：S＝S1S2=404×10-4Pc/Pa×0.226mV/Pc=9.13×10-3mV/PaS2=S/S1==2.48×108mV/Pc解:=2s,T=150s,=2π/T300－×100=200.35℃300＋×100=399.65℃故溫度變化圍在200.35~399.65℃.解:=15s,T=30/5=6s,=2π/Th高度處的實際溫度t=t0-h*0.15/30而在h高度處溫度計所記錄的溫度t‘＝A()t＝A()（t0-h*0.15/30）由于在3000m高度溫度計所記錄的溫度為－1℃，所以有－1=A()（t0-3000*0.15/30）求得t0=－0.75℃當實際溫度為t＝－1℃時，其真實高度可由下式求得：t=t0-h*0.15/30，h=(t0-t)/0.005=(-0.75+1)/0.005=50m解：(1)則≤7.71×10－4S(2)()=arctg=-arctg（）=－13.62°解：＝0.04S，（1）當f=0.5Hz時，（2）當f=1Hz時，（3）當f=2Hz時，解：＝0.0025S則＜131.5（弧度/s）或f＜/2π＝20.9Hz相位差：()=arctg=-arctg()=－18.20°解：fn=800Hz,=0.14,f=4003.10對一個二階系統(tǒng)輸入單位階躍信號后，測得響應中產(chǎn)生的第一個過沖量的數(shù)值為1.5，同時測得其周期為6.28s。設已知裝置的靜態(tài)增益為3，試求該裝值的傳遞函數(shù)和裝置在無阻尼固有頻率處的頻率響應。解：（1）求解阻尼比、固有頻率。（2）求解傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)為：將，，將，和代，可得該裝置在無阻尼固有頻率處的頻率響應習題（P127）解：由得第五章習題（P162）解：(1）半橋單臂（2）半橋雙臂半橋雙臂是半橋單臂靈敏度的兩倍。解：均不能提高靈敏度，因為半橋雙臂靈敏度，與供橋電壓成正比，與橋臂上應變片數(shù)無關。解：得電橋輸入和輸出信號的傅里葉變換：0電橋輸出信號的頻譜，可以看成是的頻譜移動到±f0處。電橋輸入與輸出信號的頻譜圖如下圖所示。A/2A/2ωB/2100－100－1010Reε(ω)00SEA/4SEB/4-(ω0+10)-ω0-(ω0+100)-(ω0-10)-(ω0-100)－SEB/4－SEA/4ω0+100ωω0-10ω0-100ω0+10ω0ω0=10000ImUy(ω)本量題也可用三角函數(shù)的積化和差公式來計算：[注：解：調(diào)幅波中所包含的各分量的頻率及幅值大?。赫{(diào)制信號與調(diào)幅波的頻譜分別如下圖所示。00100f(kHz)1.5－1.5－0.50.515101510Re*(f)00-10.5-10-11.5-9.5-8.5f(kHz)557.57.5509.5108.510.511.5557.57.550ReUy(f)解：1）各環(huán)節(jié)輸出信號的時域波形圖如下：2）各環(huán)節(jié)輸出信號的頻譜圖信號的調(diào)制：信號的解調(diào)：解：得電橋輸出電壓的傅里葉變換：電橋輸出信號的頻譜，可以看成是的頻譜移動到±f0處。電橋輸入與輸出信號的頻譜圖如下圖所示。00R0/2ff-fRe)001/16-(f0-f)f-(f0+f)f0+ff0-fImUy(f)-1/16附注：常用公式常用三角函數(shù)公式：（1）傅里葉級數(shù)的三角函數(shù)展開：（2）三角函數(shù)是正交函數(shù)（3）歐拉公式（4）傅里葉級數(shù)的復指數(shù)展開：（5）復指數(shù)與三角函數(shù)展開式之間的關系如下：Re=aRe=an/2Im=-bn/2C0=a0=(an-n)/2C-N=(an+n)/2（6）δ函數(shù)的部分性質(zhì)：（7）正余弦信號的頻譜11*(t)=cos0t0t1*(t)=sin0tt0R00-01/21/2R00-000-01/2-1/2II00-0||00-01/21/2||00-01/21/2An001An001單邊幅頻譜單邊幅頻譜雙邊幅頻譜雙邊幅頻譜（8）傅里葉變換對：或*或*(t)*()FTIFT（9）對周期信號有：（10）隨機信號的均值*、方差、均方值均值（數(shù)學期望）――常值（穩(wěn)定）分量其中*(t)為樣本函數(shù)，T為觀測的時間歷程。方差－－波動分量方差的正平方根稱為標準差。均方值――隨機信號的強度均方值的正平方根稱為均方根值。當*=0時，（1