工程測(cè)試技術(shù)答案(第三版)孔德仁主編

第1章測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)

書本：

1-1.欲使測(cè)量結(jié)果具有普遍科學(xué)意義的條件是什么？

答：①用來做比較的標(biāo)準(zhǔn)必須是精確已知的，得到公認(rèn)的；

②進(jìn)行比較的測(cè)量系統(tǒng)必須是工作穩(wěn)定的，經(jīng)得起檢驗(yàn)的。

1-2.非電量電測(cè)法的基本思想是什么？

答：基本思想：首先要將輸入物理量轉(zhuǎn)換為電量，然后再進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換、

運(yùn)算，最后以適當(dāng)?shù)男问捷敵觥?/p>

1-3.什么是國際單位制？其基本量及其單位是什么？

答：國際單位制是國際計(jì)量會(huì)議為了統(tǒng)一各國的計(jì)量單位而建立的統(tǒng)一國際單位

制，簡(jiǎn)稱SI,SI制由SI單位和SI單位的倍數(shù)單位組成。

基本量為長度、質(zhì)量、時(shí)間、電流強(qiáng)度、熱力學(xué)溫度、發(fā)光強(qiáng)度，其單位分別為

米、千克、秒、安培、開爾文、坎德拉、摩爾。

「4.一般測(cè)量系統(tǒng)的組成分幾個(gè)環(huán)節(jié)？分別說明其作用？

答：一般測(cè)量系統(tǒng)的組成分為傳感器、信號(hào)調(diào)理和測(cè)量電路、指示儀器、記錄儀

器、數(shù)據(jù)處理儀器及打印機(jī)等外部設(shè)備。

傳感器是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制的首要關(guān)鍵環(huán)節(jié)，作用是將被測(cè)非電

量轉(zhuǎn)換成便于放大、記錄的電量;

中間變換（信號(hào)調(diào)理）與測(cè)量電路依測(cè)量任務(wù)的不同而有很大的伸縮性，在簡(jiǎn)單

的測(cè)量中可完全省略，將傳感器的輸出直接進(jìn)行顯示或記錄；信號(hào)的轉(zhuǎn)換（放大、

濾波、調(diào)制和解調(diào)）；

顯示和記錄儀器的作用是將中間變換與測(cè)量電路出來的電壓或電流信號(hào)不失真地

顯示和記錄出來；

數(shù)據(jù)處理儀器、打印機(jī)、繪圖儀是上述測(cè)試系統(tǒng)的延伸部分，它們能對(duì)測(cè)試系統(tǒng)

輸出的信號(hào)作進(jìn)一步處理，以便使所需的信號(hào)更為明確。

1-5.舉例說明直接測(cè)量和間接測(cè)量的主要區(qū)別是什么？

答：無需經(jīng)過函數(shù)關(guān)系的計(jì)算，直接通過測(cè)量?jī)x器得到被測(cè)量值的測(cè)量為直接測(cè)

量，可分為直接比較和間接比較兩種。

直接將被測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的測(cè)量方法稱為直接比較；利用儀器儀表把

原始形態(tài)的待測(cè)物理量的變化變換成與之保持已知函數(shù)關(guān)系的另一種物理量的變

化，并以人的感官所能接收的形式，在測(cè)量系統(tǒng)的輸出端顯示出來，彈簧測(cè)力。

間接測(cè)量是在直接測(cè)量的基礎(chǔ)上，根據(jù)已知的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算出所要測(cè)量的

物理量的大小。利用位移傳感器測(cè)速度。

「6.根據(jù)你的理解，談?wù)劀y(cè)試技術(shù)的內(nèi)涵。

PPT:與書本一致。

第2章工程信號(hào)及其可測(cè)性分析

書本:

2-1簡(jiǎn)述工程信號(hào)的分類與各自特點(diǎn)

答：

根據(jù)信號(hào)隨時(shí)間變化分類：動(dòng)態(tài)信號(hào)，靜態(tài)信號(hào)

根據(jù)信號(hào)隨時(shí)間變化規(guī)律分類：確定性信號(hào)，非確定性信號(hào)

根據(jù)信號(hào)的幅值和能量上分類：能量信號(hào)，功率信號(hào)

分析域上分類：時(shí)域，頻域

連續(xù)性分類：連續(xù)時(shí)間信號(hào)，離散時(shí)間信號(hào)

可實(shí)現(xiàn)方法分類：物理可實(shí)現(xiàn)，物理不可實(shí)現(xiàn)

2-2確定性信號(hào)與非確定性信號(hào)分析方法有何不同？

答：

確定性信號(hào)可用數(shù)學(xué)關(guān)系式來描述，給定一個(gè)時(shí)間值就可得到一個(gè)確定的函數(shù)值。

非確定性信號(hào)不能用精確的數(shù)學(xué)關(guān)系式來表達(dá)，無法確切地預(yù)測(cè)未來任何瞬間精確值

2-3什么是信號(hào)的有效帶寬分析信號(hào)的有效帶寬有何意義？

答：

通常把信號(hào)值得重視的諧波的頻率范圍稱為信號(hào)的頻帶寬度或信號(hào)的有效帶寬C

意義：在選擇測(cè)量?jī)x器時(shí)，測(cè)量:儀器的工作頻率范圍必須大于被測(cè)信號(hào)的寬度，否則將會(huì)引起信號(hào)失真,

造成較大的測(cè)量誤差，因此設(shè)計(jì)或選用測(cè)試儀器時(shí)需要了解被測(cè)信號(hào)的頻帶寬度。2-4周期信號(hào)的頻譜有

哪幾個(gè)特點(diǎn)

2-5簡(jiǎn)述時(shí)限信號(hào)與周期信號(hào)在頻譜分析方法及頻譜結(jié)構(gòu)上的差異。

答：

時(shí)限信號(hào)的頻譜是連續(xù)譜；周期信號(hào)的頻譜是離散譜：

時(shí)限信號(hào)用能量譜表示；周期信號(hào)用功率譜表示；

時(shí)限信號(hào)幅值譜縱坐標(biāo)表示幅值譜密度：周期信號(hào)幅值譜縱坐標(biāo)表示諧波分量的幅值：

時(shí)限信號(hào)采用傅里葉積分分析,；周期信號(hào)采用傅里葉級(jí)數(shù)分析;

2-6求正弦信號(hào)/⑺=zosin(3，+。)的均值〃x、均方值,和概率需度

答：

均值：x(t)為周期函數(shù)，均值為一個(gè)周期內(nèi)的均值，正弦函數(shù)周期內(nèi)均值為0,所以信號(hào)均值為0

均方值：x=Xo(sin(wt+0))2=Xg/2-x§/2cos(2wt+20)=x§/2—XQ/20=XQ/2

概率密度函數(shù)：

2-7試畫出f(t)=3cos3t+5sin23t的頻譜圖(幅度譜和相位譜)*

2-8求半周正弦脈沖信號(hào)和三角脈沖信號(hào)的傅里葉變換，畫出頻譜圖，并進(jìn)行有

效帶寬分析

答:

2-9給出，(「"二/7'的時(shí)域圖和頻譜圖。

答：

2-10繪制

周期信號(hào)

jr(t)?

""蓊=A凱阿))｛樗］

圖

,二賴.［淋打考］

二

答:*'M研°

2-11求正弦信號(hào)x(t)=sin200t的均值與均

方值。

答:

x(t)為周期函數(shù)，均值為一個(gè)周期內(nèi)的均值，正弦函數(shù)周期內(nèi)均值為0,所以信號(hào)均值為0

均方值：x=(sin(200t))2=0.5—0.5cos400t=0.5—0=0.5

PPI：

1試分析“頻率不變性原理是指任何測(cè)試裝置的輸出信號(hào)的頻率總等于輸入信號(hào)的頻率”此說法的正確性。

答：(錯(cuò))條件需穩(wěn)定

2闡述工程信號(hào)的各自的頻譜特性的分析方法有何不同？

答：

分析方法

1)借助于傅里葉級(jí)數(shù)

2)狄里赫利(Dirichlet)條件

根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)理論，在有限區(qū)間上，任何可展

開成傅里葉級(jí)數(shù)的周期函數(shù)必須滿足狄里赫利條

件，即

①函數(shù)x(t)在周期T區(qū)間上連續(xù)或只有有限個(gè)第一類間斷點(diǎn)；

②函數(shù)x(t)只有有限個(gè)極值點(diǎn)；

③函數(shù)收斂(絕對(duì)可積)。

3.周期信號(hào)的頻譜有哪幾個(gè)特性？

答：

離散型

諧波性

收斂性

4.簡(jiǎn)述工程信號(hào)的分類及各自特點(diǎn)。

根據(jù)信號(hào)隨時(shí)間變化分類：動(dòng)態(tài)信號(hào)，靜態(tài)信號(hào)

根據(jù)信號(hào)隨時(shí)間變化規(guī)律分類：確定性信號(hào)，非確定性信號(hào)

根據(jù)信號(hào)的幅值和能量上分類：能量信號(hào)，功率信號(hào)

分析域上分類：時(shí)域，頻域

連續(xù)性分類：連續(xù)時(shí)間信號(hào)，離散時(shí)間信號(hào)

可實(shí)現(xiàn)方法分類：物理可實(shí)現(xiàn)，物理不可實(shí)現(xiàn)

5.試畫出f（t）=3sin31+5cos23t的幅頻譜圖。

答：

第3章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性

書本；

3-1何為測(cè)量系統(tǒng)靜態(tài)特性？靜態(tài)特

性主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？

靜態(tài)特性：通過標(biāo)定，得到測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)值yi和激勵(lì)值xi之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，稱為測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)

特性。

技術(shù)指標(biāo)：描述測(cè)量系統(tǒng)靜態(tài)工作特性的技術(shù)指標(biāo)主要有靈敏度、線性度、遲滯、分辨率、量程等。

3-2何為測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性？動(dòng)態(tài)特性主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？

動(dòng)態(tài)特性：系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出〉特性。一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的測(cè)量系統(tǒng)，其輸出隨時(shí)間變化的

規(guī)律（變化曲線），將能同時(shí)再現(xiàn)輸入隨時(shí)間變化的規(guī)律（變化曲線），即具有相同的時(shí)間函數(shù)。

技術(shù)指標(biāo)：階躍響應(yīng)特性（最大偏離量，延滯時(shí)間，上升時(shí)間，峰值時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間）

頻率響應(yīng)特性（幅頻特性（傳感器的動(dòng)態(tài)靈敏度/增益），相頻特性）

3-3測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件是什么？

不失真條件：系統(tǒng)的頻率響應(yīng)不歡?應(yīng)滿足

即：—>^二常數(shù)，爽

所以要使測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真，它的幅頻特性應(yīng)是常數(shù)，相頻特性應(yīng)是線性關(guān)系。

3-4何為動(dòng)態(tài)誤差？為了減少動(dòng)態(tài)誤差，在K二階測(cè)量系統(tǒng)中可采取哪些相應(yīng)的

措施？

答：控制系統(tǒng)在任意的輸入信號(hào)作用下達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的控制誤差。

減少動(dòng)態(tài)誤差：一階系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)7越小越好，二階系統(tǒng)一般處選擇盡可能的大，,在0.6-0.8之間。

3-5頻率響應(yīng)的物理意義是什么？它是如何獲得的？為什么說它反映了系統(tǒng)測(cè)試

任意信號(hào)的能力？

頻率響應(yīng)是指將一個(gè)以恒電壓輸出的音頻信號(hào)與系統(tǒng)相連接時(shí)，音箱產(chǎn)生的聲壓隨頻率的變化而發(fā)生增大

或衰減、相位隨頻率而發(fā)生變化的現(xiàn)象，這種聲壓和相位與頻率的相關(guān)聯(lián)的變化關(guān)系（變化量）稱為頻率

響應(yīng)。

獲得方法：

1.分析法：基于物理機(jī)理的理論計(jì)算方法，只適用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成易于確定的情況。在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

給定后，運(yùn)用相應(yīng)的物理定律，通過推導(dǎo)和計(jì)算即可定出系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。

2.實(shí)驗(yàn)法：采用儀表直接量測(cè)的方法，可用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)難以確定的情況。常用的實(shí)驗(yàn)方式是以正弦信號(hào)

作為試驗(yàn)信號(hào)，在所考察的頻率范圍內(nèi)選擇若干個(gè)頻率值，分別測(cè)量各個(gè)頻率下輸入和穩(wěn)態(tài)輸出正弦

信號(hào)的振幅和相角值。輸出與輸入的振幅比值隨頻率的變化特性是幅頻特性，輸出與輸入的相角差值

隨頻率的變化特性是相頻特性。

原因：系統(tǒng)的頻率響應(yīng)由幅頻特性和相頻特性組成。幅頻特性表示增益的增減同信號(hào)頻率的關(guān)系：相頻特

性表示不同信號(hào)頻率下的相位畸變關(guān)系。根據(jù)頻率響應(yīng)可以比較直觀地評(píng)價(jià)系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)信號(hào)的能力和過濾噪

聲的特性。

3-6試說明八階測(cè)量系統(tǒng)的阻尼比力求在0.60.7的原因。

原因：此時(shí)平直段最寬，達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的調(diào)整時(shí)間最短.

3_7已知某二階系統(tǒng)傳感器的自振頻率f0=20kHz,阻尼比QO.L若要求該系統(tǒng)

的輸出幅值誤差小于3%,試確定該傳感器的工作頻率范圍。

答:

(1)

結(jié)合(1)和(2)式可得：3或.(舍去)

又wNT

得分片三和

3-8

答：

幅頻特性

相頻特性

由響應(yīng)的疊加性和頻率不變性可得：

2A(10)=l.79,0.8A(100)=0.157

3-9

答：

(30s+3)Y(s)=0.15X(s);Y(s)/X(s)=0.15/(30s+3)=0.05/(10s+l).所以時(shí)間常數(shù)T=10,靜態(tài)靈敏度

S0=0.05mV/°C

3-10某力傳感器為一典型的二階系統(tǒng)，已知該傳感器的自振頻率八=1000Hz,

阻尼比-0.7。試問:用它測(cè)量頻率為600Hz的正弦交變力時(shí)，其輸出與輸入幅值

比A(w)和相位差6(w)各為多少?

答:

△=2=0.6

叫fo

3-11

答：

3-12某壓力傳感器的標(biāo)定數(shù)據(jù)如題3-12表所列。分別求以端點(diǎn)連線、端點(diǎn)連線

平移線、最小二乘直線作為參考工作直線的線性度、遲滯誤差及重復(fù)性。

答:

由上表可得:

端點(diǎn)連線:

壓力/MPa00.020.040.060.080.10

正方程平均-2.710.603.997.4210.9114.45

反方程平均-2.690.684.087.5110.9414.45

總平均-2.700.644.047.4710.9314.45

兩端點(diǎn)(0,-2.70),(0.10,14.45)

兩點(diǎn)成線得直線：y=-2.7+171.5o

Yps=14.45-(-2.70)=17.15。

oo>

TZTS

(1)端點(diǎn)平移線：令y=171.5x+b。

理想b3.43+b6.86+b10.29+b13.72+b17.15+b

b+2.72.79+b2.82+b2.82+b2.79+b2.7+b

通過上面線性關(guān)系可求得b=-2.67

y=171.5x-2.67

，F(xiàn)S=14.45-(-2.70)=17.15。

(3)最小二乘直線

通過最小二乘法可求直線為y=171.5x-2.77

理想-2.770.664.097.5210.9514.38

0.070.020.050.050.020.07

4s=14.38-(-2.77)=17.15.

3-13一測(cè)試裝置的幅頻特性如題3-13圖所示，相頻特性為：w=125.5rad/s

時(shí)相移75°；w=150.6rad/s時(shí)相移180。。若用該裝置測(cè)量下面兩復(fù)雜周期信

號(hào)

答：

當(dāng)三far上時(shí),幅頻物＞二常數(shù)

衣3與。不成線性關(guān)系

所以該裝置對(duì)為")幅值不失真，但是相位失真，不能實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量條件。

同理對(duì)信號(hào)毛(')也不能實(shí)現(xiàn)

3T4判斷題。

(1)頻率不變性原理是指任何測(cè)試裝置的輸出信號(hào)的頻率總等于輸入信號(hào)的頻

率。

答：(錯(cuò))條件需穩(wěn)定

(2)連續(xù)模擬信號(hào)的頻譜具有諧波性、離散性、收斂性特點(diǎn)。

答：(錯(cuò))要為周期信號(hào)

(3)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H(s)=Y(s)/X(s),式中Y(s)、X(s)分別為響應(yīng)與激勵(lì)的拉

氏變換，表明H(s)將隨X(s)的減小而增大。

答：(錯(cuò))H(s)是固有特性

3-15將連續(xù)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行離散化時(shí)產(chǎn)生混疊的主要原因是什么？

答：

采樣間隔太寬

3-16敘述采樣定理,并說明你對(duì)該定理是如何理解的。

答：

采樣過程所應(yīng)遵循的規(guī)律，又稱取樣定理、抽樣定理。采樣定理說明采樣頻率與信號(hào)頻譜之間的關(guān)系，是

連續(xù)信號(hào)離散化的基本依據(jù)。

在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)采樣頻率fs.max大于信號(hào)中最高頻率fmax的2倍時(shí)

(fs.niax>2fmax),采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息，一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為

信號(hào)最高頻率的2.56?4倍如果對(duì)信號(hào)的其它約束是已知的，則當(dāng)不滿足采樣率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，完美重建仍然是

可能的。在某些情況下(當(dāng)不滿足采樣率標(biāo)準(zhǔn)時(shí))，利用附加的約束允許近似重建。這些重建的保真度

可以使用Bochner定理來驗(yàn)證和量化。

PPT:

1.何為傳感器靜態(tài)特性？靜態(tài)特性主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？

答：

靜態(tài)特性：通過標(biāo)定，得到測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)值yi和激勵(lì)值xi之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，稱為測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)

特性。

技術(shù)指標(biāo)：描述測(cè)量系統(tǒng)靜態(tài)工作特性的技術(shù)指標(biāo)主要有靈敏度、線性度、遲滯、分辨率、量程等。

2.何為傳感器動(dòng)態(tài)特性？動(dòng)態(tài)特性主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？

答：

動(dòng)態(tài)特性：系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性。一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的測(cè)量系統(tǒng)，其輸出隨時(shí)間變化的

規(guī)律（變化曲線），將能同時(shí)再現(xiàn)輸入隨時(shí)間變化的規(guī)律（變化曲線），即具有相同的時(shí)間函數(shù)。

技術(shù)指標(biāo)：階躍響應(yīng)特性（最大偏離量，延滯時(shí)間，上升時(shí)間，峰值時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間）

頻率響應(yīng)特性（幅頻特性（傳感器的動(dòng)態(tài)靈敏度/增益），相頻特性）

3.測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件是什么？

答：

不失真條件：系統(tǒng)的頻率響應(yīng)衣遺應(yīng)滿足

即：4>^二常數(shù)，爽

所以要使測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真，它的幅頻特性應(yīng)是常數(shù)，相頻特性應(yīng)是線性關(guān)系八

4.何為動(dòng)態(tài)誤差？為了減少動(dòng)態(tài)誤差，在一、二階測(cè)量系統(tǒng)中可采取哪些相應(yīng)的

措施？

答：

控制系統(tǒng)在任意的輸入信號(hào)作用下達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的控制誤差。

減少動(dòng)態(tài)誤差：一階系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)7越小越好，二階系統(tǒng)一般%選擇盡可能的大，,在0.6-0.8之間。

5.已知某二階系統(tǒng)傳感器的自振頻率K=20kHz,阻尼比上0.1,若要求該系統(tǒng)的輸

出幅值誤差小于3%,試確定該傳感器的工作頻率范圍。

答:

步（舍去）

J^

6.某測(cè)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線“㈣=言麗，若輸入周期信號(hào)

x(t)=2cos1Or+0.8cos(l00r-30°)試求其響應(yīng)y⑺

答:

答:

幅頻特性

相攜特性

由響應(yīng)的疊加性和頻率不變性可得:

2A(10)=1.79,0.8A(100)=0.157

7.有一個(gè)傳感器，其微分方程為303y=0.15x,其中？輸出電壓(皿丫)，十

為輸入溫度(℃)，試求傳感器的時(shí)間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度丸

答：

(30s+3)Y(s)=0.15X(s);Y(s)/X(s)=0.15/(30s+3)=0.05/(10s+l),所以時(shí)間常數(shù)T=10,

靜態(tài)靈敏度k=0.05mV/°C

8.某力傳感器為一典型的二階振蕩系統(tǒng)，已知該傳感器的自振頻率/o=1000Hz,

阻尼比自二。7,試求用它測(cè)量頻率為600Hz的正弦交變力時(shí)，其輸出與輸入幅

值比蜘。)和相位差4。)各為多少？

答：

9.某壓力傳感器的標(biāo)定數(shù)據(jù)如表4.1所列。分別求以端點(diǎn)連線、端點(diǎn)連線平移線、

最小二乘直線作為參考工作直線的線性度、遲滯誤差及重復(fù)性。

系統(tǒng)輸出/mV

X壓力第一輪第二輪第三輪

/MPa

反行

正行程反行程正行程反行程正行程

程

0-2.74-2.72-2.71-2.68-2.68-2.67

0.020.560.660.610.680.640.69

0.043.954.053.994.094.024.11

0.067.397.497.427.527.457.52

0.0810.8810.9410.9210.8810.9410.99

0.1014.4214.4214.4714.4714.4614.46

答：

兩端點(diǎn)(0,-2.70),(0.10,14.45)

兩點(diǎn)成線得直線:y=-2.7+171.5<,

^s=14.45-(-2.70)=17.15,

(2)端點(diǎn)平移線:令廠端L5x+b。

理想b3.43+b6.86+b10.29+b13.72+b17.15+b

b+2.72.79+b2.82+b2.82+b2.79+b2.7+b

通過上面線性關(guān)系可求得b=-2.67

y=171.5x-2.67

=14.45-(一2.70)=17.15。

(3)最小二乘直線

通過最小二乘法可求直線為y=171.5x-2.77

理想-2.770.664.097.5210.9514.38

0.070.020.050.050.020.07

Yps=14.38-(-2.77)=17.15o

第4章計(jì)算機(jī)測(cè)試技術(shù)

書本：

4-1簡(jiǎn)述現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議參考模型的組成及各層含義。

1)物理層(第1層)

物理層并不是物理媒體本身，它只是開放系統(tǒng)中利用物理媒體實(shí)現(xiàn)物理連接的功

能描述和執(zhí)行連接的規(guī)程。物理層提供用于建立、保持和斷開物理連接的機(jī)械的、

電氣的、功能的和過程的條件。簡(jiǎn)而言之，物理層提供有關(guān)同步和比特流在物理媒

體二的傳輸手段，常用的接口協(xié)議有RS232C、RS422、RS485等標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)鏈路層

用于建立、維持和折除鏈路連接,實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸?shù)墓δ?在點(diǎn)到

2)數(shù)據(jù)鏈路層(第2層)

點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的鏈路上,保證信息的可靠傳遞。該層對(duì)連接相鄰的通路進(jìn)行差控制、

數(shù)據(jù)成幀、同步等控制。檢測(cè)差錯(cuò)一般采用循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC),糾正差錯(cuò)采用計(jì)

時(shí)器恢復(fù)和自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)(ARQ)等技術(shù)。其典型的協(xié)議有OSI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議集中的高級(jí)

數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議HDLC網(wǎng)絡(luò)層規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)連接的建立、維持和拆除的協(xié)議。它的

主要功能是利用數(shù)

3）網(wǎng)絡(luò)層（第3層）

據(jù)鏈路層所提供的相鄰節(jié)點(diǎn)間的無差錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸功能，通過路由選擇和中繼功能

實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)之間的連接。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)還具有多路復(fù)用的功能

4）傳輸層（第4層）

傳輸層完成開放系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳送控制。主要功能是開放系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的收發(fā)

確認(rèn)。同時(shí),還用于彌補(bǔ)各種通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量差異，對(duì)經(jīng)過下三層之后仍然存在的

傳輸差錯(cuò)進(jìn)行恢復(fù),進(jìn)一步提高可靠性。另外,還通過復(fù)用、分段和組合、連接和

分離，分流和合流等技術(shù)措施,提高吞吐量和服務(wù)質(zhì)量。

5）會(huì)話層（第5層）

會(huì)話層依靠傳輸層以下的通信功能使數(shù)據(jù)傳送功能在開放系統(tǒng)間有效地進(jìn)行。其

主要功能是按照在應(yīng)用進(jìn)程之間的約定，按照正確的順序收、發(fā)數(shù)據(jù),進(jìn)行各種形

式的對(duì)話?？刂品绞娇蓺w納為兩類:一是為了在會(huì)話應(yīng)用中易于實(shí)現(xiàn)接收處理和發(fā)

送處理的逐次交替變換,設(shè)置某一時(shí)刻只有一段發(fā)送數(shù)據(jù)。因此,需要有交替改變

發(fā)信端的傳送控制。二是在類似文件傳送等單方向傳送大量數(shù)據(jù)的情況下，為了防

備應(yīng)用處理中出現(xiàn)意外,在傳送數(shù)據(jù)的過程中需要給數(shù)據(jù)打上標(biāo)記，當(dāng)出現(xiàn)意外時(shí),

可由標(biāo)記處重發(fā)。例如,可將文件分頁發(fā)送,當(dāng)收到上頁的接收確認(rèn)后，再發(fā)下頁的

內(nèi)容。

6）表不層（第6層）

表示層的主要功能是將應(yīng)用層提供的信息變換為能夠共同理解的形式，如提供字

符代碼、數(shù)據(jù)格式、控制信息格式、加密等的統(tǒng)一表示。表示層僅對(duì)應(yīng)用層信息

內(nèi)容的形式進(jìn)行變換，而不改變其內(nèi)容本身。

7）應(yīng)用層（第7層）

應(yīng)用層是OSI參考模型的最高層。其功能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用進(jìn)程（如用戶程序、終端操作員

等）之間的信息交換，同時(shí),還具有一系列業(yè)務(wù)處理所需要的服務(wù)功能。

4-2根據(jù)你的理解請(qǐng)給智能傳感器下一個(gè)確切的定義。

答：智能傳感器是其于現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的要求，帶有總線接口，

能自行管理自己，在將檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行處理變抑郁后，能以數(shù)字量形式通過現(xiàn)

場(chǎng)總線與上位機(jī)進(jìn)行信息傳遞。具備學(xué)習(xí)、推理、感知、通信以及管理功能的新

型傳感器。

4-3掛接在GBIB接口總線上的器件按它們的作用不同可分為講者、聽者和控者三

類，分別解釋何為講者器件、聽者器件和控者器件，在該控制總線上三者之間的

關(guān)系有何規(guī)定。

答：控者器件：指定誰是講者，誰是聽者的器件

講者器件：指發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件的器件

聽者器件：指導(dǎo)接收講者發(fā)送的數(shù)據(jù)的器件

規(guī)定：控者由系統(tǒng)定義，只有一個(gè)，講者一次只能有一個(gè)器件被尋址為講者，而

聽者有多個(gè)，一臺(tái)用作控者的PC可以同時(shí)扮演上述三種角色。

4-4簡(jiǎn)答下列有關(guān)IEEE-488接口的基本#性問題：

（1）IEEE488接口采用何種信息傳遞方式?

答：IEEE488使每個(gè)單或控制器與被控儀器裝置之間通過總線以并行方式進(jìn)行通信

聯(lián)系。

（2）接口邏輯電平是怎樣規(guī)定的？

答:接口邏輯采用負(fù)邏輯（標(biāo)準(zhǔn)的HL電平），任一根線上都可以以零邏輯代表“真”

條件。

DAV為低電平時(shí)，表示接收器可以從總線上接收數(shù)據(jù)

NRFD為高電平時(shí)，表示所有的接收器都準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)

NDAC為低電平時(shí)，表示數(shù)據(jù)尚未接收完

IFC為有效低電平，表示整個(gè)總線停止工作

ATN：“1”表示數(shù)據(jù)總線上傳送的是地址或命令，“0”表示傳送的是數(shù)接據(jù)

（3）8根數(shù)據(jù)總線在使用中有幾種工作模式？

答：前七位構(gòu)成ASCH碼，最后一位作其它作用，如奇偶檢驗(yàn)，有兩種工作模式，

傳送數(shù)據(jù)和命令作息

4-5GPIB總線標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了哪些基本特性？

（1）GPIB采用字節(jié)串行/位并行協(xié)議。GPIB通過連接總線傳輸信息而實(shí)現(xiàn)通信。

（2）GPIB使用負(fù)邏輯，（標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平），任一個(gè)線上都以零邏輯代表“真”條

件（即“低有效”條件），這樣做的重要原因之一是負(fù)邏輯方式能提高對(duì)噪聲的抗

御能力。

（3）控者講明誰是講者，誰是聽者。每個(gè)GPIB系統(tǒng)都必須定義一個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行控

者。講者指發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件的器件，聽者指接收講者發(fā)送的數(shù)據(jù)的器件。大

多數(shù)GPIB器件都可充當(dāng)講者和聽者。

4-6簡(jiǎn)述常用接口總線類型及其主要特點(diǎn)？

答：IEEE-488接口總線

1采用字節(jié)串行/位并行協(xié)議

2控者講明誰是講者，誰是聽者

3使用負(fù)邏輯

VXI總線

1高速傳輸

2模塊式結(jié)構(gòu)

3小型便攜

4靈活性強(qiáng)

PXI總線

1價(jià)格低

2應(yīng)用范圍較廣

3星型觸發(fā)系統(tǒng)

4-7什么是虛擬儀器？虛擬儀器有何特點(diǎn)?

答：虛擬儀器是指有虛擬儀器面板的個(gè)人計(jì)算機(jī)，它由通用計(jì)算機(jī)、模塊化功能

硬件和控制專用軟件組成?！疤摂M”是指一：面板是虛擬的，二：由軟件編程實(shí)現(xiàn)

虛擬測(cè)量功能。

特點(diǎn)：功能由用戶自己定義，面向應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，展開全漢化圖形界面，數(shù)據(jù)

可編輯存儲(chǔ)，打印，軟件是關(guān)鍵，價(jià)格低廉，技術(shù)更新快，基于軟件體系的結(jié)構(gòu)，

大大地節(jié)省了開發(fā)維護(hù)費(fèi)用。

4-8試用LabVIEW軟件開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)一個(gè)頻譜分析儀。

PPT：

1掛接在IEEE488接口總線上的器件按它們的作用不同可分為講者，聽者，控者

三類器件，分別解釋何為講者器件，聽者器件，控者器件，在該總線上三者之間

的關(guān)系有何規(guī)定？

答：控者器件：指定誰是講者，誰是聽者的器件

講者器件：指發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件的器件

聽者器件：指導(dǎo)接收講者發(fā)送的數(shù)據(jù)的器件

規(guī)定：控者由系統(tǒng)定義，只有一個(gè)，講者一次只能有一個(gè)器件被尋址為講者，而

聽者有多個(gè)，一臺(tái)用作控者的PC可以同時(shí)扮演上述三種角色。

2何謂“三線連鎖”?

答：三條握手線異步地控制各器件之問的信息字節(jié)的傳輸，其三線連鎖握手模式保證了

數(shù)據(jù)線上的信息字節(jié)正確無誤地發(fā)送和接收,三條握手線分別代表三種含義,分述如下：

①NRFD（notreadyfordata）指出一個(gè)器件是否已準(zhǔn)備好接收一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié),此線由所有正

在接受命令（數(shù)據(jù)信息）的聽者器件來驅(qū)動(dòng)。②NDAC（notdataaccepted）指出一個(gè)器件是否

已收到一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié),此線由所有正在接收（數(shù)據(jù)信息）的聽者器件來驅(qū)動(dòng).在此握手模式

下,該傳輸率將以最慢的執(zhí)行聽（正在聽）者為準(zhǔn)，因?yàn)橹v者要等到所有聽者都完成工作。

在發(fā)送數(shù)據(jù)和等待聽者接受之前,NRFD應(yīng)置于“非”。

③DAV（datavalid）指出數(shù)據(jù)線上的信號(hào)是否穩(wěn)定、有效和可以被器件驗(yàn)收當(dāng)控者發(fā)送命

令和講者發(fā)送數(shù)據(jù)信息時(shí)都要中報(bào)一個(gè)DAVo

第5章測(cè)試結(jié)果及誤差分析

書本：

5-1說明誤差的分類，各類誤差的性質(zhì)、特點(diǎn)及對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

為了便于對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行分析和處理,按照誤差的特點(diǎn)和性質(zhì)進(jìn)行分類,可分為隨

機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差、粗大誤差。

1）隨機(jī)誤差

在相同的測(cè)量條件下，多次測(cè)量同一物理量時(shí)，誤差的絕對(duì)值與符號(hào)以不可預(yù)定的

方式變化著。也就是說，產(chǎn)生誤差的原因及誤差數(shù)值的大小、正負(fù)是隨機(jī)的，沒有

確定的規(guī)律性,或者說帶有偶然性,這樣的誤差就稱為隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差就個(gè)體

而言，從單次測(cè)量結(jié)果來看是沒有規(guī)律的，但就其總體來說，隨機(jī)誤差服從定的統(tǒng)

計(jì)規(guī)律。

2）系統(tǒng)誤差

在相同的測(cè)量條件下，多次測(cè)量同一物理量時(shí)，誤差不變或按一定規(guī)律變化著，這

樣的誤差稱之為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差等于誤差減去隨機(jī)誤差,是具有確定性規(guī)律的

誤差,可以用非統(tǒng)計(jì)的函數(shù)來描述

系統(tǒng)誤差又可按下列方法分類

⑴按對(duì)誤差的掌握程度可分為已定系統(tǒng)誤差和未定系統(tǒng)誤差。

已定系統(tǒng)誤差:誤差的變化規(guī)律為已知的系統(tǒng)誤差。

未定系統(tǒng)誤差:誤差的變化規(guī)律為未確定的系統(tǒng)誤差。這種系統(tǒng)誤差的函數(shù)公式還

不能確定,一般情況下可估計(jì)出這種誤差的最大變化范圍。

（2）按誤差的變化規(guī)律可分為定值系統(tǒng)誤差線性系統(tǒng)誤差、周期系統(tǒng)誤差和復(fù)雜規(guī)

律系統(tǒng)誤差。

定值系統(tǒng)誤差:誤差的絕對(duì)值和符號(hào)都保持不變的系統(tǒng)誤差。

線性系統(tǒng)誤差:誤差是按線性規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差，誤差可表示為一線性函數(shù)

周期系統(tǒng)誤差:誤差是按周期規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差，誤差可表示為一三角函數(shù)

復(fù)雜規(guī)律系統(tǒng)誤差:誤差是按非線性、非周期的復(fù)雜規(guī)律變化的差可用非線性函數(shù)

來表示。3）粗大誤差

粗大誤差是指那些誤差數(shù)值特別大,超出規(guī)定條件下的預(yù)計(jì)值,測(cè)量結(jié)果中有明顯

錯(cuò)誤的誤差。這種誤差也稱粗差。出現(xiàn)粗大誤差的原因是在測(cè)量時(shí)儀器操作的錯(cuò)

誤,或讀數(shù)錯(cuò)誤,或計(jì)算出現(xiàn)明顯的錯(cuò)誤等。粗大誤差一般是由于測(cè)量者粗心大意、

實(shí)驗(yàn)條件突變?cè)斐傻拇执笳`差由于誤差數(shù)值特別大，容易從測(cè)量結(jié)果中發(fā)現(xiàn),一經(jīng)

發(fā)現(xiàn)有粗大誤差,應(yīng)認(rèn)為該次測(cè)量無效，即可消除其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

5-2什么是標(biāo)準(zhǔn)偏差？它的大小對(duì)概率分布有什么影響？

答：標(biāo)準(zhǔn)誤差不是誤差的具體值，而是按一定置信概率（P=68.3%）給出的隨機(jī)

誤差變化范圍（置信限）的一個(gè)評(píng)定參數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)誤差的大小不同，概率密度函數(shù)形狀不同。標(biāo)準(zhǔn)誤差作為誤差的評(píng)價(jià)，表示

隨機(jī)誤差不大于標(biāo)準(zhǔn)誤差的置信度，其對(duì)應(yīng)的置信區(qū)間為［-"C］。在此置信度

下，高精度的測(cè)量得到較小的置信區(qū)間；低精度的測(cè)量具有較大的土C置信

區(qū)間。

5-3系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差產(chǎn)生的原因是什么？對(duì)測(cè)量結(jié)果有何影響？

從提高測(cè)量精度來看，應(yīng)如何處理這些誤差？

見第一題

5-4什么是等精度測(cè)量？什么是不等精度測(cè)量？

答：等精度測(cè)量是指在測(cè)量條件不變的情況下，對(duì)某一被測(cè)幾何量進(jìn)行的多次測(cè)

量。相反，在測(cè)量過程中全部或部分因素和條件發(fā)生改變稱為不等精度測(cè)量。

5-5對(duì)某量進(jìn)行7次測(cè)量，測(cè)得值為:802,40、802.50、802.38、802.48.

802.42、802.45、802.43,求其測(cè)量結(jié)果。

答：

根據(jù)A類不確定度，所以測(cè)量結(jié)果為802.44±0.02

5-6欲測(cè)某回路中一標(biāo)稱值為?人」，口電阻器的功率損耗P,可采用兩種方法

進(jìn)行，一是只測(cè)電阻器兩端的電壓V,然后由公式計(jì)算功率損耗;二是分別測(cè)M

電阻器兩端的電壓V和流過電阻器的電流由公式計(jì)算電阻器上的功率損耗。估算

這兩種方案的電功率測(cè)撅誤差，設(shè)V和I的測(cè)M結(jié)果為

1OO（1±】％）V./1O（1±1%）A.

（2）

5-7圓柱體的直徑及高度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均為0.5%,求其體積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為多

少？

答:

d、h不相關(guān):

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差：幺里冬至豆叁0K

5-8用高質(zhì)量鋼卷尺對(duì)50m跑道長度進(jìn)行測(cè)量，卷尺帶有一定張力拉緊,作用在卷

尺上的溫度效應(yīng)和彈性效應(yīng)很小，可忽略不計(jì)，由卷尺刻度引起的誤差為士3mm。

跑道6次測(cè)量結(jié)果見題5-8表，試對(duì)跑道測(cè)量的不確定度進(jìn)行評(píng)定。

uA=s(x)=0.0011m,有效自由度vl=n-1=5

計(jì)算B

A=+3mm,蜘=4=竿=0.00173m

-ay[3y/3

有效自由度為無窮大。

求合成不確定度

2222

uc=y/uA+UF=V0.0011+0.00173=0.00205cm

求合成不確定度的有效自由度％“=心=逅瞿』=60

+

V1V25+8

求擴(kuò)展不確定度的包含因子

根據(jù)合成不確定度的有效自由度%〃=60,置信度系數(shù)0.95或0.99,按t分布

查表得：

則￡。.95(60)=2,tO99(60)=2.66,

U0.95=kuc=2x0.00205=0.00410mx0.004m

U0.99=kuc=2.66x0.00205=0.00545m?0.005m

工件報(bào)告x=x±U=50.002±0.0O4m[to.95(60)=2]

或x=元±U=50.002±O.OO5m[to.99(6O)=2.66]

答：V=。乩=13408加°

a,b,c不相關(guān)，

4(10=J(》2(a)2+(》2(匕)2+(?2(C)2=J(bc)2(a)2+(如產(chǎn)的尸+(。力/”/

=872.7mm3

則體積為13408mm3,系統(tǒng)誤差為872.7mm3

g是乘號(hào)

第一種方案

第二種方案

第三種方案

即第三種方案為最佳測(cè)量方案

答：(a)中R,分得的電流為」6所以6

絕對(duì)誤差：乓

相對(duì)誤差:

(b)中此分得的電壓力為D&DU,凡=g，得上有七5

1

RA+人

絕對(duì)誤差：

y=kx+b,y=R,x=t-2O,k=R2()a,b=R2f)

7=26.2

4=￡(—(>?4)=47.75

相對(duì)誤差：J

攵=二=0.109

g_

b=y—kx=24.29

0=24.29Qa==4.49x10-3

如24.29

討論：用(a)測(cè)得的結(jié)果偏小，(b)測(cè)得的結(jié)果偏大，且「，隨Q增大而增大，八

隨Q增大而減小，大電阻選(a),小電阻選(b),這時(shí)相對(duì)誤差較小

5T3已知某電路電阻六(1±0.001)Q,用電壓表測(cè)得及上電壓為U=(0.53±

0.01)mV,由此得出的電路電流I應(yīng)為多少？誤差有多大？在什么情況下可使電

流誤差最小？

答：電流

所以

多次重復(fù)測(cè)量或提高電壓的測(cè)量精度

5-14設(shè)兩只電阻Rl=(150±0.6)Q,R2=62(1±2%)Q,試求此二電阻分別

在串聯(lián)和并聯(lián)時(shí)的總阻值及其誤差？

串聯(lián)

并聯(lián)

由以上分析可知，并聯(lián)的絕對(duì)精度要比串聯(lián)的高，但相對(duì)精度要比串聯(lián)的低，要

提高以上的精度必須提高兩只電阻的精度。

5-15已知某儀器測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差為0.5umo

（1）若用該儀器對(duì)某一軸徑測(cè)量一次，得到的測(cè)量值為26.2025mm,試寫出測(cè)量

結(jié)果（k=2）o

⑵若重復(fù)測(cè)量10次，測(cè)量值如題5-16表所列，試寫出測(cè)量結(jié)果（k=2）

答：(l)x二(26.2025+0.0005)mm

單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差U

故測(cè)量結(jié)果為（mm

5-16用一把卡尺測(cè)量一個(gè)工件的長度，在相同條件下重復(fù)進(jìn)行7次測(cè)量-測(cè)量

值如下:25.3、25.2、24.9、25.0、27.3、25.1、25.4（單位cm）。檢定證書

上給出卡尺經(jīng)檢定合格，其最大允許誤差為±1cm,要求報(bào)告該工件長度及其擴(kuò)展

不確定度。

該答案為允許誤差時(shí)的答案，該題與5-8類似

解：（1）剔除粗大誤差27.3

（2）計(jì)算平均值

（3）計(jì)算S6）

(4)計(jì)算$⑴

（5）uA=s（x）=0.076cm,有效自由度vl=nT=5

（6）計(jì)算〃8

與￥，游標(biāo)卡尺按均勻分布查k值，得〃=苧=0。577皿

kkV3

有效自由度為無窮大。

（7）求合成不確定度

（8）求合成不確定度的有效自由度”=—邑=.co"=12.7。12

uAuB0.0764+（）.0577

匕嶺5oo

（9）求擴(kuò)展不確定度的包含因子

根據(jù)合成不確定度的有效自由度”.=12,置信度系數(shù)0.95或0.99,按t分布查

表得：

%95（12）=2.18,品9（12）=3.08則

（10）工件報(bào)告

II0\'I2I2~222~2

竺%=qq副％=也跖+%不%

5-18某一熱敏電容的溫度和電容值的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如題5-18表所列，試用最小

二乘法原理求其數(shù)學(xué)表達(dá)式，并求出最小二乘法線性度和電容對(duì)溫度的靈敏系數(shù)。

擬合直線:C=-7.457^+1181.2

5-^￡-xlOO%=—xl00%=7.1%

線性度：上549

靈敏度：S=-7.457

<ses

Hj￡=l=

￡

答：按題意，可設(shè)煉焦?fàn)t的焦化時(shí)間與爐寬及煙道管相對(duì)溫度的回歸方程為y=

1060.06156.46

fc0+Ax】+k2x2,由多元線性回歸法可得式60.06447.64541282.8905

156.461282.89053991.12008

k。489.15

fci=3877.624

k211749.8781

由此求得，=0.5388,七=2.7075,k2=2.0526,得回歸方程為

y=0.53884-2.7075%!+2.0526%2

5-21用A、B兩只電壓表分別對(duì)A、B兩只用電設(shè)備進(jìn)行電壓測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如下：

A表對(duì)用電設(shè)備A測(cè)量結(jié)果為:VA=10.000V,絕對(duì)誤差A(yù)VAnmV;

B表對(duì)用電設(shè)備B測(cè)量結(jié)果為:VB=10mV,絕對(duì)誤差A(yù)VB=0.1mV。

試比較兩測(cè)量結(jié)果的測(cè)量精度高低。

答：從絕對(duì)誤差來看，A的絕對(duì)誤差較大，但A的相對(duì)誤差為0.01%,B的相對(duì)誤

差為1%,A的相對(duì)誤差較小。

5-22簡(jiǎn)述A類不確定度與B類不確定度在評(píng)定方法上的主要區(qū)別。

答:A類不確定度對(duì)被測(cè)量x是在重復(fù)性或復(fù)現(xiàn)性條件下進(jìn)行n次獨(dú)立重復(fù)觀測(cè)得

到的。B類不確定度的估計(jì)值不是由重復(fù)觀測(cè)得到的。

5-23已知函數(shù)z=x+y,y=3x,被測(cè)量x的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為ox,求。y

答:品?

由于x和y是呈線性關(guān)系

答：L求鉛質(zhì)圓柱體的密度P

直徑d的算術(shù)平均值

高度h的算術(shù)平均值

圓柱體的質(zhì)量機(jī)=152.10g

鉛質(zhì)圓柱體的密度

2.求直徑d的不確定度

A類評(píng)定

B類評(píng)定

游標(biāo)卡尺的實(shí)質(zhì)誤差為0.021mlI,按近似均勻分布

d的合成不確定度

3.求高度h的不確度

A類評(píng)定

B類評(píng)定

h的合成不確定度

4.求質(zhì)量R的不確度

從天平鑒定證書上查得，稱量為1/3量程時(shí)的最大允差為0.04g,按近似高斯

分布，置信系數(shù)C=3。由于是單次測(cè)量，故

5.求鉛密度的相對(duì)不確定度

/pxO.OnY<0.026?f0.013?

+

=\[20.40)十141.20)1152.10；

二)2.8><10%0.4乂10入=0.18%

6.鉛密度測(cè)量結(jié)果表示為

PPT：

1、對(duì)某量進(jìn)行精度測(cè)量,測(cè)得的一組數(shù)據(jù)分別為:802.40、802.50、802.38、802.48、

802.42、802.45、802.43,請(qǐng)給出該量測(cè)量結(jié)果的報(bào)告。

見習(xí)題

答：

根據(jù)A類不確定度，所以測(cè)量結(jié)果為802.44±0.02

2、用A、B兩只電壓表分別對(duì)A、B兩只用電設(shè)備進(jìn)行電壓測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如下:

A表對(duì)用電設(shè)備測(cè)量結(jié)果為:VA=10.000V,絕對(duì)誤差△VA=1IDV;

B表對(duì)用電設(shè)備B測(cè)量結(jié)果為：VB=10mV,絕對(duì)誤差△VB=0.lmv;

試比較兩測(cè)量結(jié)果的測(cè)量精度高低。

見習(xí)題

答：從絕對(duì)誤差來看，A的絕對(duì)誤差較大，但A的相對(duì)誤差為0.01%,B的相對(duì)誤

差為1%,A的相對(duì)誤差較小。

答：Q=024I2Rt

I、R和t不相關(guān)：〃(Q)=1GY■(/)+/⑻+?)2=⑴

Uc(Q)=V(0.48//?t)2(1.5%/)2+(0.24/2t)2(2%/?)2+(0.24/2/?)2(l%t)2

Uc(Q)=8.980x10-3I2Rt

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差：=2產(chǎn)=第％

Q0.24I2Rt

答：擬合方程可參考書中回歸分析部分的例題，得了=0.442%+2.66

丫一JN-q

得

0.5846

—~—=0.3121

8-2

為較小，精度較高

答:經(jīng)驗(yàn)公式方程可參考書中回歸分析部分的例題，得y=2.1049+2.8718x+0.5741t,

其相關(guān)系數(shù)p=0.988,標(biāo)準(zhǔn)偏差為。=3?824

6、簡(jiǎn)述A類不確定度與B類不確定度在評(píng)定方法上的主要區(qū)別。

見習(xí)題

答:A類不確定度對(duì)被測(cè)量x是在重復(fù)性或復(fù)現(xiàn)性條件下進(jìn)行n次獨(dú)立重復(fù)觀測(cè)得

到的。B類不確定度的估計(jì)值不是由重復(fù)觀測(cè)得到的。

7、已知函數(shù)z=x+y,y=3x,被測(cè)量x的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為ox,求oy

見習(xí)題

由于x和y是呈線性關(guān)系

所以中票=南哉蒜疝"'I。-

第6章信號(hào)調(diào)理電路及指示記錄裝置

6-1實(shí)現(xiàn)幅值調(diào)制解調(diào)的方法有哪幾種？各有何特點(diǎn)？

答：有三種

(1)同步解調(diào)：該方法是將調(diào)幅波再次與原載波信號(hào)相乘，則頻域的頻譜圖形將

再一次被搬移，是原信號(hào)的頻譜圖形平移到。和±2f。的頻率處。再使用低通濾波

器過濾掉±2f。處的高頻成分，即可保留原信號(hào)的頻譜。同步解調(diào)方法簡(jiǎn)單，但要

求有良好的線性乘法器，否則將引起信號(hào)的失真。

(2)整流檢波：整流調(diào)制的關(guān)鍵是準(zhǔn)確加、減偏置電壓。若所加偏執(zhí)電壓未能使

調(diào)制信號(hào)電壓位于零位的同一側(cè)，那么在調(diào)幅后邊不能簡(jiǎn)單的通過整流濾波來恢

復(fù)信號(hào)。

(3)特點(diǎn)是可以鑒別調(diào)制信號(hào)的極性，所以采用此方法不必再加直流偏置。

6-2試述頻率調(diào)制和解調(diào)的原理。

調(diào)制：將原信號(hào)乘以高頻載波，以方便傳輸。

解調(diào)：將調(diào)制后的信號(hào)再乘以載波，以提取其中的信息。

6-3信號(hào)濾波的作用是什么？濾波器的主要功能和作用有哪些？

答：濾波是讓被測(cè)信號(hào)中有效成分通過而降低其中不需要的成分或噪音。

濾波器：用來消除干擾噪聲，將輸入或輸出經(jīng)過過濾而得到純凈的直流電。對(duì)特定頻率的頻點(diǎn)或

該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除。

6-4試述濾波器的基本類型和它們的傳遞函數(shù)，并各舉一工程中的實(shí)際例子來說

明它們的應(yīng)用*

舉例略

6-5何為恒帶寬濾波器？何為恒帶寬比濾波器

恒帶寬濾波器：中心頻率與帶寬的比值(品質(zhì)因數(shù))是不變的

恒帶寬比濾波器：帶寬B不隨中心頻率而變化

6-6若將高、低通網(wǎng)絡(luò)直接串聯(lián)，如題6-39圖所示，是否能組成帶通濾波器？寫

出此電路的頻響函數(shù)，分析其幅頻、相頻特性，以及R、C的取值對(duì)其幅頻、相頻

特性的影響。

答：

A(0)=0,<p(0)=n/2,A(oo)=0,(p(oo)=-冗/2可以組成帶通濾波器，如下圖所示:

6-7求調(diào)幅波f(t)=A(l+cos2冗ft)sin2IIf0t的幅值頻譜。

答：

6-8求sinlOt輸入題6-40圖所示電路后的輸出信號(hào)。

答：

6-9將RC高、低通網(wǎng)絡(luò)直接串聯(lián)，求出該網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)函數(shù)H(jw),并與

比較，說明負(fù)載效應(yīng)的影響。

答：

接入負(fù)載改變了前面洗頭膏的狀態(tài)，導(dǎo)致傳遞函數(shù)不再是單純的相加或者相乘的

形式。

6T0模擬磁記錄器主要有哪幾部分組成？簡(jiǎn)述各組成部分的作用。

答:

磁頭：記錄與重放

磁帶：磁記錄介質(zhì)

磁鼓和磁盤：外部存儲(chǔ)器件

磁芯存儲(chǔ)器：內(nèi)存儲(chǔ)器

磁泡存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)、讀出、邏輯運(yùn)算等功能

6T1模擬磁記錄器的記錄方式主要分為哪幾種？分述其記錄原理，比較它們的優(yōu)

越性。

答：（1）歸零制（RZ）：給刺頭寫入線圈送入的一串脈沖電流中，正脈沖表示“1”，

負(fù)脈沖表示“0”，從而使磁層在記錄“1”時(shí)從未磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)變到某一方向的飽

和磁化狀態(tài)，而在記錄“0”時(shí)從未磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一方向的飽和磁化狀態(tài)。在

兩位信息之間，線圈里的電流為0.

（2）不歸零制（NRZ）：在記錄信息時(shí)，磁頭線圈里如果沒有正向電流就必有反向

電流，而沒有無電流的狀態(tài)。

（3）見“1”就翻的不歸零制（NRZ1）：和不歸零制不同點(diǎn)在于，流過磁頭的電流

只有在記錄“1”時(shí)方向發(fā)生變化，使磁層化方向翻轉(zhuǎn)；記錄“0”時(shí)，電流方向

不變，磁層保持原來的磁化方向。

（4）調(diào)相制（PM）：它利用兩個(gè)相差180°的磁化翻轉(zhuǎn)方向代表數(shù)據(jù)“0”和“1”。

（5）調(diào)頻制（FM）：記錄“1”時(shí)，不僅在位周期中心產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)，而且在位與

位之間也必須翻轉(zhuǎn)。記錄“0”時(shí)，為周期中心不發(fā)生磁化翻轉(zhuǎn)，但是位與位之間

的邊界耍翻轉(zhuǎn)一次。由于記錄數(shù)據(jù)“1”時(shí)磁化翻轉(zhuǎn)的頻率為記錄數(shù)據(jù)“0”時(shí)的

兩倍，因此又稱為“倍頻制”。

（6）改進(jìn)調(diào)頻制（MFM）：與調(diào)頻不同的是只有連續(xù)記錄兩個(gè)或以上“0”時(shí)，才

在為周期的其實(shí)位置翻轉(zhuǎn)一次，而不是在每個(gè)位周期的起始處翻轉(zhuǎn)。

6-12簡(jiǎn)述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)常用通道的構(gòu)成方式,并說明各種方式的特點(diǎn)及適用范圍。

答：（1）多通道A/D轉(zhuǎn)換：同步、高速

（2）單通道共享A/D轉(zhuǎn)換器：多路、同步

（3）多通道共享采樣保持器與A/D轉(zhuǎn)換器：多路分時(shí)、硬件成本低

6T3簡(jiǎn)要說明在常用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采樣頻率、存儲(chǔ)容量、分辨率、記錄時(shí)間的

內(nèi)涵及相互間的關(guān)系。

答：采樣頻率：每秒從連續(xù)信號(hào)中提取并組成離散信號(hào)的采樣個(gè)數(shù)

存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器可以容納的二進(jìn)制信息量

分辨率：?jiǎn)挝怀叨葍?nèi)包含的信息數(shù)量

記錄時(shí)間：耗時(shí)

存儲(chǔ)容量和記錄時(shí)間正比于采樣頻率和分辨率。

PPT:

1：從波形特點(diǎn)上說明什么是低通、高通、帶通、帶阻濾波器？

低通：頻率地域閾值的保持波形不變

高通：頻率高于閾值波形不變

帶通：頻率在指定范圍內(nèi)的波形保持不變

帶阻：頻率在指定范圍外的波形保持不變

2：頻率、幅值調(diào)制與解調(diào)的作用是什么？簡(jiǎn)述其工作原理。

答：一、幅值調(diào)制與解調(diào)

調(diào)幅是將一個(gè)高頻簡(jiǎn)諧信號(hào)（載波信號(hào)）與測(cè)試信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）相乘，使

載波信號(hào)隨測(cè)試信號(hào)的變化而變化。調(diào)幅的目的是為了便于緩變信號(hào)的放大和傳

送，然后再通過解調(diào)從放大的調(diào)制波中取出有用的信號(hào)。所以調(diào)幅過程就相當(dāng)于

頻譜“搬移”過程。而解調(diào)的目的是為了恢復(fù)被調(diào)制的信號(hào)。

把調(diào)幅波再次與原載波信號(hào)相乘，則頻域圖形將再一次進(jìn)行“搬移”，當(dāng)用一

低通濾波器濾去頻率大于fm的成分時(shí)，則可以復(fù)現(xiàn)原信號(hào)的頻譜。與原頻譜的區(qū)

別在于幅值為原來的一半，這可以通過放大來補(bǔ)償。這一過程稱為同步解調(diào)，同

步是指解調(diào)時(shí)所乘的信號(hào)與調(diào)制時(shí)的載波信號(hào)具有相同的頻率和相位。

二、頻率調(diào)制與解調(diào)

調(diào)頻比較容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，特別是調(diào)頻信號(hào)在傳輸過程中不易受到干擾，所以

在測(cè)量、通信和電子技術(shù)的許多領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

調(diào)頻是利用信號(hào)電壓的幅值控制一個(gè)振蕩器，振蕩器輸出的是等幅波，但其振

蕩頻率偏移量和信號(hào)電壓成正比。信號(hào)電壓為正值時(shí)調(diào)頻波的頻率升高，負(fù)值時(shí)

則降低；信號(hào)電壓為零時(shí)，調(diào)頻波的頻率就等于中心頻率。

3：將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成離散的數(shù)字信號(hào)需要經(jīng)過幾個(gè)環(huán)節(jié)的變化,

并說明各自的特點(diǎn)。

(1)“抽樣”，就是以相等的間隔時(shí)間來抽取模擬信號(hào)的樣值，使連續(xù)的信號(hào)變成

離散的信號(hào)。

(2)“量化”，就是把抽取的樣值變換為最接近的數(shù)字值，表示抽取樣值的大小。

(3)“編碼”，就是把量化的數(shù)值用一組二進(jìn)制的數(shù)碼來表示。

4求/W=A(1+cos2^)sin2%的幅值頻譜。

見6-7

第7章應(yīng)變電測(cè)技術(shù)

7-1電阻應(yīng)變片的直接測(cè)量(敏感)量是什么？

答：電壓

7-2說明金屬絲型電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的異同點(diǎn)。

答：金屬電阻絲應(yīng)變片是導(dǎo)體的形狀變化從而引起阻值相應(yīng)的變化，

半導(dǎo)體應(yīng)變片是半導(dǎo)體的電阻率發(fā)生變化從而引起電阻相應(yīng)的變化

7-3什么是金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)？利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。

金屬應(yīng)變片靈敏系數(shù)的物理意義是什么？

答：金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)指金屬導(dǎo)體的電阻在導(dǎo)體受力產(chǎn)生變形(伸長或縮短)

時(shí)發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。

當(dāng)金屬電阻絲受到軸向拉力時(shí)，其長度增加而橫截面變小，引起電阻增加。反之，

當(dāng)它受到軸向壓力時(shí)則導(dǎo)致電阻減小。

金屬電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)的物理意義是描述單位軸（或者縱）向應(yīng)變引起電阻相

對(duì)量的變化

7-4舉例說明用應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量時(shí)為什么要進(jìn)行溫度補(bǔ)償？常采用的溫度補(bǔ)償方

法有哪幾種？

答：溫度變化所引起的應(yīng)變片的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相

同的數(shù)量級(jí)，不采用溫度補(bǔ)償測(cè)量精度無法保證。

例如采用敏感柵材料測(cè)梁受力情況，不采用溫度補(bǔ)償?shù)脑挄?huì)帶來測(cè)量誤差，常用

的補(bǔ)償法有橋路補(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)償法。

7-5應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電橋有哪幾種類型？各有何特點(diǎn)？

答：?jiǎn)伪垭姌?、差?dòng)雙臂電橋、差動(dòng)全橋

雙臂電橋輸出靈敏度是單臂電橋的兩倍，全橋輸出時(shí)雙臂電橋的兩倍。并且采用

雙臂和全橋測(cè)量可以補(bǔ)償由于溫度引起的測(cè)量誤差。

7-6交、直流電橋的平衡條件是什么？簡(jiǎn)述直流電橋和交流電橋的異同點(diǎn)*

直流：相對(duì)橋臂的阻值乘積相等。特點(diǎn)是：電源采用直流，測(cè)量電路使用的電源

也是直流，而且其表頭、比較臂、比例臂流過的電流性質(zhì)都是直流。

交流：相對(duì)橋臂的阻抗的乘積相等。特點(diǎn)：是由電阻，電容或電感等元件組成的橋

式電路,交流電橋不但可以測(cè)交流電阻，電感，電容;還可以測(cè)量材料的介電常數(shù),

電容器的介質(zhì)損耗,線圈間的互感系數(shù)和耗合系數(shù),磁性材料的磁導(dǎo)率和液體的電

導(dǎo)率。

7-7應(yīng)變效應(yīng)和壓阻效應(yīng)二者有何不同？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)？

答：兩者的聯(lián)系在于金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)是壓阻效應(yīng)的一種；

兩者的區(qū)別在于壓阻效應(yīng)還包括半導(dǎo)體應(yīng)變效應(yīng)。

電阻值隨外界影響發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。在力（壓力）的作用下產(chǎn)

生的電阻應(yīng)變效應(yīng)，稱為壓阻效應(yīng)。

在目前廣泛應(yīng)利用的電阻應(yīng)變效應(yīng)，包括金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)和半導(dǎo)體應(yīng)變效應(yīng)

兩類；

金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的。半導(dǎo)體材料的應(yīng)變

效應(yīng)則主要取決于材料的電阻率隨受力而變化產(chǎn)生的。

電阻應(yīng)變片溫度穩(wěn)定性好，線性度高，應(yīng)變范圍廣，粘貼方便但靈敏度不高，橫向效應(yīng)，機(jī)械滯

后大，半導(dǎo)體應(yīng)變片，尺寸，橫向效應(yīng)，機(jī)械滯后都很小，靈敏系數(shù)大，輸出也大，但穩(wěn)定性差，

測(cè)較大應(yīng)變非線性嚴(yán)重。

7-8什么是半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)？半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏系數(shù)有何特點(diǎn)？

答：所謂半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，是指當(dāng)半導(dǎo)體受到應(yīng)力作用時(shí)，由于載流子遷移率

的變化，使其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。

半導(dǎo)體應(yīng)變片最突出的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，這為它的應(yīng)用提供了有利條件。另外，

由于機(jī)械滯后小、橫向效應(yīng)小以及它本身體積小等特點(diǎn)，擴(kuò)大了半導(dǎo)體應(yīng)變片的

使用范圍。

7-9簡(jiǎn)要說明應(yīng)變測(cè)量中信號(hào)轉(zhuǎn)變的過程。

壓力（力、位移、加速度……）信號(hào)一彈性敏感元件一應(yīng)變信號(hào)一應(yīng)變片一電阻（變

化）信號(hào)f電橋電路一電壓（流）信號(hào)一放大電路一便于記錄（采集）的電壓（流）信

號(hào)一記錄（采集）設(shè)備。

7-10用圖表示由等強(qiáng)度梁來做一荷重（測(cè)力）傳感器，以4片應(yīng)變片R1=R2=R3

=R4作變換元件組成全橋形式,其供橋電壓為6V,問：

②其應(yīng)變片如何粘貼組成全橋比較合理？畫出應(yīng)變片布置圖及橋路連接圖。

②求其電壓輸出值（K1=K2=K3=K4=2.0）

（1）

----------------------------------------------------------------Dfrup\||

1----------------------------------------------□II

D。/D/1、

DO/D1A

（2）

7-11RI、R2是性能完全相同的兩個(gè)應(yīng)變片，R為RI、R2同阻值的無感電阻，若

按題7-11圖方式布片，試問：

①拉力但不受彎矩影響應(yīng)如何構(gòu)成測(cè)量橋路?

②欲測(cè)