工程測試與信號分析復習題.doc

工程測試與信號分析填空題：1.在測量位移的傳感器中,符合非接觸測量,而且不受油污等介質影響的是( )傳感器.A壓電式 B電阻式 C電渦流式 D電容式2.常用于測量大位移的傳感器有( ). A光柵式 B應變電阻式 C磁柵式 D感應同步器 3.當測量較大的壓力時,應采用下列何種彈性元件( ). A柱式彈性元件 B梁式彈性元件 C環(huán)式彈性元件 D輪輻式彈性元件 4.壓電式加速度計,靈敏度與固有頻率間關系為( ). A靈敏度高,固有頻率高 B靈敏度低,固有頻率高 C靈敏度高,固有頻率下降 D靈敏度低,固有頻率下降 5.( )的基本工作原理是基于壓阻效應. A金屬應變片 B半導體應變片 C壓敏電阻 D光敏電阻 6.金屬電阻應變片的電阻相對變化主要是由于電阻絲的( )變化產(chǎn)生的. A尺寸 B電阻率 C形狀 D材質 7.光敏元件中( )是直接輸出電壓的. A光敏電阻 B光電池 C光敏晶體管 D光導纖維 8.壓電式傳感器是個高內阻傳感器,因此要求前置放大器的輸入阻抗( ). A很低 B很高 C較低 D較高 9.光敏電阻受到光照射時,其阻值隨光通量的增大而( ). A變大 B不變 C變?yōu)榱?D變小 10.半導體熱敏電阻隨著溫度的上升,其阻值( ). A下降 B上升 C保持不變 D變?yōu)榱?11.在塵埃、油污、溫度變化較大伴有振動等干擾的惡劣環(huán)境下測量時,傳感器的選用必須首先考慮( )因素. A響應特性 B靈敏度 C穩(wěn)定性 D精確度 12.超聲波傳感器是實現(xiàn)( )轉換的裝置. A聲電 B聲光 C聲磁 D聲壓 13.壓電式傳感器常用的壓電材料有( ). A石英晶體 B金屬 C半導體 D鈦酸鋇 14.壓電式傳感器使用( )放大器時,輸出電壓幾乎不受聯(lián)接電纜長度變化的影響. A調制放大器 B電荷放大器 C電壓放大器 15.壓電元件并聯(lián)連接時,( ). A輸出電荷量小,適用于緩慢變化信號測量. B輸出電壓大,并要求測量電路有較高的輸入阻抗. C輸出電壓小,并要求測量電路有較高的輸入阻抗. D輸出電荷量大,適用于緩慢變化信號測量. 16.常用的光電元件傳感器包括( ). A電荷耦合器 B光敏電阻 C壓電晶體 D光敏晶體管 17.由許多個MOS電容器排列而成的,在光像照射下產(chǎn)生( )的信號電荷,并使其具備轉移信號電荷的自掃描功能,即構成固態(tài)圖像傳感器. A電子 B空穴 C 磁場變化 D光生載流子 18.基于( )類型的傳感器是從被測對象以外的輔助能源向傳感器提供能量使其工作,稱為能量控制型傳感器. A壓電效應式 B熱電效應 C光生電動勢效應 D磁阻效應 簡答題 1. 列出你身邊的測試技術應用的例子。電冰箱、空調機等電冰箱：空調機：汽車：2. 目前數(shù)字信號處理正在逐步取代用模擬電路實現(xiàn)的模擬信號處理，為什么 ？1) 進入上世紀50年代，通用數(shù)字計算機在信號處理中有了實際應用，快速傅里葉變換方法的提出促進了數(shù)字信號處理的發(fā)展，使其獲得廣泛的應用；2) 數(shù)字計算與計算機顯示代替了復雜的電路和機械結構，同時計算機硬件技術的發(fā)展也對數(shù)字信號處理產(chǎn)生了有力的推動；3) 模擬信號處理存在的數(shù)據(jù)資料保存、處理與共享等方面的劣勢在數(shù)字信號處理方面得到了很好的解決，可方便地將信號轉換成某種需要的形式并進行分析、運算。4.按采樣數(shù)據(jù)x(1),x(2),，x(n)，計算信號的時域波形參數(shù) ？Fs=10Hz,Xi0,2,3,0,-1,-2,0,2,3,0,-1,-2,00At峰值P=3，峰峰值PP-P=5，均值EXi=，有效值(均方差)=方差V(Xi)=周期T=65. A/D，D/A轉換器的主要技術指標有那些 ？A/D轉換器的技術指標有：(1)分辨率，用輸出二進制碼的位數(shù)表示，位數(shù)越多，誤差越小，分辨力越高；(2)轉換精度。轉換精度=量程/(A/D轉換器分辨力*0.5)；(3)轉換速度。完成一次轉換所用的時間；(4)模擬信號的輸入范圍，如5V，5V，10V，10V等；相對應的，D/A轉換器的技術指標有：分辨率、轉換精度、轉換速度和模擬信號的輸出范圍。6. 信號量化誤差與A/D轉換器位數(shù)的關系 ？位數(shù)越多量化誤差越小，精度越高，分辨力越高。7. 采樣定理的含義？為了保證采樣后的信號能真實的保留原始模擬信號的信息，采樣信號的頻率fs必須至少為原信號中最高頻率成分fm的2倍，這是采樣的基本法則，成為采樣定理。(fs2fm)8.數(shù)字信號處理中采樣信號的頻譜為何一定會產(chǎn)生能量泄漏 ？數(shù)字信號處理的主要數(shù)學工具是傅里葉變換，傅氏變換是研究整個時間域和頻率域的關系。當運用計算機實現(xiàn)工程測試信號處理時，不可能對無限長的信號進行測量和運算，而是從信號中截取一個時間片段，然后對觀察的信號時間片段進行周期延拓處理，得到虛擬的無限長信號。周期延拓后的信號與真實信號是不同的，原來的信號被截斷后，其頻譜發(fā)生了畸變，原來集中在0處的能量被分散到兩個較寬的頻帶去了，這種現(xiàn)象稱為頻譜能量泄漏。信號截斷以后產(chǎn)生的能量泄漏現(xiàn)象是必然的，因為窗函數(shù)是一個頻帶無限的函數(shù)，即使原信號是一個限帶信號，而在階段以后也必然成為無限帶寬的函數(shù)，即信號在頻域的能量與分布被擴展了。從采樣定理可知，無論采樣頻率多高，只要信號一經(jīng)截斷，就不可避免的引起混疊，因此信號截斷必然導致一些誤差。9.用FFT計算的頻譜為何一定會存在柵欄效應誤差 ？ 對采樣信號的頻譜,為提高計算效率,通常采用FFT算法進行計算,設數(shù)據(jù)點數(shù)為N = T/dt = T*fs ，則計算得到的離散頻率點為 Xs(fi) , fi = i*fs/N , i = 0,1,2,N/2 ，頻域采樣以后，只能得到采樣點的頻率成分，其余的頻率成分被舍去，這就相當于透過柵欄觀賞風景,只能看到頻譜的一部分,而其它頻率點看不見,因此很可能使一部分有用的頻率成分被漏掉,此種現(xiàn)象被稱為柵欄效應。 10.窗函數(shù)的作用是什麼 ？ 做數(shù)字信號處理時，是從信號中截取一個時間片段，然后對觀察的信號時間片段進行周期延拓處理，得到虛擬的無限長信號，這樣由于頻譜能量泄漏，必然存在一些誤差。為了減少頻譜能量泄漏，可采用不同的截取函數(shù)對信號進行截斷，截斷函數(shù)成為窗函數(shù)，簡稱窗。泄漏與窗函數(shù)頻譜的兩側旁瓣有關，如果兩側旁瓣的高度趨于零，而是能量相對集中在主瓣，就可以較為接近于真實的頻譜。因此在時間域中可采用不同的窗函數(shù)來截取信號。11.信號調理的內容和目的 ？信號調理就是將待測信號通過放大、濾波等操作轉換成采集設備能夠識別的標準信號，只利用內部的電路(如濾波器、轉換器、放大器等)來改變輸入的訊號類型并輸出之。因為工業(yè)信號有些是高壓、過濾、浪涌等，不能被系統(tǒng)正確識別，必須調整理清之。簡言之，信號調理的目的是便于信號的傳輸與處理。其內容如下：1)傳感器輸出的電信號很微弱，需要進一步放大，有的還要進行阻抗變換；2)有些傳感器輸出的是電信號中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比；3)為便于信號的遠距離傳輸，需要對傳感器測量信號進行調制解調處理。12.信號放大電路的種類，如何根據(jù)傳感器輸出特性選擇合適的放大電路 ？種類：直流放大器(包括反相放大器、同相放大器)、交流放大器、電荷放大器和電橋(包括直流電橋、交流電橋)根據(jù)需要放大的信號特征及放大器的特征進行選擇：1) 直流放大器，低頻保留高頻截止；交流放大器，高頻保留，低頻截止；2) 同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點，廣泛用于前置放大級；3) 若只需要放大交流信號時，可采用集成運放交流電壓同相放大器。13.信號調制與解調的種類 ？目的：解決信號的放大及傳輸問題。分類：調幅(幅度調制與解調)調頻(頻率調制與解調)調相(相位調制與解調)14.幅度調制與解調的原理 ？幅度調制是將一個高頻正弦信號(也叫載波)與測試信號相乘，使載波信號幅值隨測試信號的變化而變化。y(t)=A0*x(t)cos(2ft+)解調：將信號x(t)直接與載波z(t)相乘，這種調幅波具有極性變化，解調時必須再乘與z(t)相位相同的z(t)方能復原出原信號，故稱同步解調。緩變信號調制高頻交流信號放大放大后交流信號解調放大后緩變信號15.調幅波的失真，如何消除 ？解調波的失真有過調失真與重疊失真兩種。過調失真。對于非抑制調幅，要求其直流偏置必須足夠大，否則x(t)的相位將發(fā)生180的倒相。解決：加入足夠大的直流偏置，使信號在軸的同一側；重疊失真：調幅波是由一對每邊為fm的雙邊帶信號組成，當載波頻率fz較低時，正頻端的下邊帶將于負頻端的下邊帶相重疊。解決：載波信號的頻率要高于調制信號的最高頻率(fzfm)，實際應用中往往選擇載波頻率至少數(shù)倍甚至數(shù)十倍于調制信號中的最高頻率。16.如何根據(jù)測試信號中有用成分和干擾成分的頻譜來選擇濾波器種類？濾波器種類：低通、高通、帶通、帶阻 測試信號中有用的信號如果是低頻信號，或其干擾信號是高頻噪聲，則要使用低通濾波器 測試信號中有用的信號如果是高頻信號，混低頻干擾信號則要使用高通濾波器 測試信號中的干擾信號如果是某個頻段的信號則要使用帶阻濾波器 測試信號中有用的信號如果是某個頻段的信號則要使用帶通濾波器 17. 有一批渦輪機葉片，需要檢測是否有裂紋，請列舉出兩種以上方法，并簡述所用傳感器工作原理。 現(xiàn)有常用的裂紋檢測方法有：射線、超聲、漏磁和滲透 裂紋檢測，如果在表面的直接用位移傳感器就行了，電容式，紅外位移傳感器測量到表面距離。 內部裂紋檢測則要用到探傷，超聲波探傷，渦流探傷 渦流探傷：利用電磁感應原理，檢測導電構件表面和近表面缺陷的一種探傷方法，用激磁線圖使導電構件內產(chǎn)生渦電流，渦流磁場的作用使線圈的等效阻抗發(fā)生變化，變化程度不僅與距離有關，還與電阻率、磁導率等有關，借助探測線圈測定渦電流的變化量，從而獲得構件缺陷的有關信息。按探測線圈的形狀不同，可分為穿過式(用于線材、棒材和管材的檢測)、探頭式(用于構件表面的局部檢測)和插入式(用于管孔的內部檢測)三種。 聲波探傷：利用超聲能透入金屬材料的深處，并由一截面進入另一截面時，在界面邊緣發(fā)生反射的特點來檢查零件缺陷的一種方法，當超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內部，遇到缺陷與零件底面時就分別發(fā)生反射波來，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來判斷缺陷位置和大小。 18. 選用傳感器的基本原則是什么？在實際中如何運用這些原則？主要考慮靈感度、響應特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測量方式等六個方面 一般來說靈感度越高越好，但在靈感度確定時，要考慮靈敏度過高引起的干擾問題及量程 響應特性指測頻范圍內，保持不失真的測量條件，響應總是延遲的，但延遲越少越好 線性范圍內工作是保證傳感器測量精度的基本條件 穩(wěn)定性是長期使用后輸出特性不變化的性能，與時間和環(huán)境有關。惡劣工作環(huán)境中優(yōu)先考慮的因素。 精確度是輸出與被測量的對應程度，是否真實反映測量，直接影響到整個測試系統(tǒng) 測量方式：接觸式、非接觸式、破壞與非破壞性測量，在線與非在線測量等 （個人認為輸出方式也很重要，電流、電壓等模擬量輸出還是直接數(shù)字信號輸出） 19.為什么能用自相關分析消去周期信號中的白噪聲信號干擾。 因為隨機信號的自相關函數(shù)隨 值增大而很快趨于0，而周期信號的自相關函數(shù)仍是同頻率的周期信號，只是不具有原信號的相位信息。 20.在系統(tǒng)特性測量中常用白噪聲信號作為輸入信號，然后測量系統(tǒng)的輸出，并將輸出信號的頻譜做為系統(tǒng)頻率特性。請用卷積分定理解釋這樣做的道理。白噪聲是指功率譜密度在整個頻域內均勻分布的噪聲， 所有頻率具有相同能量的隨機噪聲稱為白噪聲。在其頻譜上是一條直線。 系統(tǒng)頻率特性：傳遞函數(shù)的一種特殊情況，是定義在復平面虛軸上的傳遞函數(shù)。 時域卷積分定理：兩個時間函數(shù)的卷積的頻譜等于各個時間函數(shù)的乘積，即在時域中兩信號的卷積等效于在頻域中頻譜相乘。 頻域卷積分定理：兩個時間函數(shù)的頻譜的卷積等效于時域中兩個時間函數(shù)的乘積。 y(t)=h(t)*x(t),對y(t)作付式變換，轉到相應的頻域下Y(f)=H(f)X(f)，由于x(t)是白噪聲，付式變換轉到頻域下為一定值，假定X(f)=1，則有Y(f)=H(f)，此時就是傳遞函數(shù)。 （個人解釋，非官方，僅供參考） 21.調幅波是否可以看做為是載波與調制信號的疊加，為什么？ 使載波振幅按照調制信號改變的調制方式叫調幅，經(jīng)過調幅的電波叫調幅波。它保持著高頻載波的頻率特性，包絡線的形狀則和信號波形相似，是一個相乘的過程，不可以簡單的看做是載波信號與調制信號的疊加， 但是如果放到對數(shù)域中去，就可以實現(xiàn)線性疊加。 22.什么是調制，調制的目的是什么？ 調制就是對信號源的信息進行處理，如信號放大等，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)男问降倪^程，通過改變高頻載波即消息的載體信號的幅度、相位或者頻率，使其隨著基帶信號幅度的變化而變化來實現(xiàn)的。 調制的目的是為了信號放大、去除干擾噪聲、實現(xiàn)遠程傳輸。 23.調頻信號與調幅信號有何相同之處？有何不同之處？ 都是通過載波信號調制而成的。 不同的是調幅時載波的幅值與頻率都是一定的，而調頻所用的載波的頻率是隨信號源的電壓幅值而變化的疏密不同的等幅波。簡言之，調幅載波等幅等頻，調頻載波等幅差頻。 24. 低通、高通、帶通、帶阻濾波器各有什么特點，畫出它們的理想幅頻特性圖。 特點是選擇性通過，其他的極大的衰減簡算題：1. 信號是能量信號還是功率信號？或者都不是。一般持續(xù)時間有限的瞬態(tài)信號是能量信號，一般持續(xù)時間無限的信號屬于功率信號。 由于x(t)在一個周期之內功小于2*e*e*T，是一個定值，小于無窮，因此是一個功率信號。 2.判明 x(n)=ej(n/8-pi)是否為周期信號？若是周期信號，求其周期。 x(n)=ej(n/8-) = cos n8 + jsin(n8 ) 是一個周期信號，周期為16 3.信號x(t)=sin(4t)+sinsqrt(2)t是否為周期信號，若是周期信號，求其周期。 x(t)=sin(4t)+sinsqrt(2)