長沙理工大學(xué)測試技術(shù)復(fù)習(xí)試題

長沙理工大學(xué)測試技術(shù)復(fù)習(xí)試題Madebydo--xingyun《機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》課程試題二一、填空（每空 1份，共20分）1. 信號可分為 確定性信號 和 隨機信號 兩大類。確定性信號可分為周期信號和非周期信號兩類，前者的頻譜特點是離散的。后者的頻譜特點是連續(xù)的。信號的有效值又稱為均方根值，有效值的平方稱為均方值，它描述測試信號的強度（信號的平均功率）繪制周期信號x（t）的單邊頻譜圖，依據(jù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式是傅氏三角級數(shù)中的各項系數(shù)a0,an,bn,An等），而雙邊頻譜圖的依據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式是傅氏復(fù)指數(shù)級數(shù)中的各項系數(shù)cn,cn,cn）。１、周期信號的頻譜是離散的，而非周期信號的頻譜是連續(xù)的。２、均方值Ψx2表示的是信號的強度，它與均值μx、方差σx2的關(guān)系是￠x2=Hx2+óx2。３、測試信號調(diào)理電路主要有電橋、放大、調(diào)制解調(diào)電路４、測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)有非線性度、靈敏度、回程誤差。５、靈敏度表示系統(tǒng)輸出與輸入之間的比值，是定度曲線的斜率。６、傳感器按信號變換特性可分為組合型、一體化型。７、當(dāng)Δó〈ó0時，可變磁阻式電感傳感器的輸出和輸入成近似線性關(guān)系，其靈敏度S趨于定位。８、和差特性的主要內(nèi)容是相臨、相反兩臂間阻值的變化量符合相鄰相反相對相同的變化，才能使輸出有最大值。９、信號分析的過程主要包括：信號分析、信號處理。10、系統(tǒng)動態(tài)特性在時域可用傳遞函數(shù)來描述，在復(fù)數(shù)域可用頻率函數(shù)來描述，在頻域可用—脈沖響應(yīng)函數(shù)來描述。11、高輸入阻抗測量放大電路具有高的共模抑制比，即對共模信號有抑制作用，對差模信號有放大作用。12、動態(tài)應(yīng)變儀上同時設(shè)有電阻和電容平衡旋鈕，原因是導(dǎo)線間存在分布電容。13、壓控振蕩器的輸出電壓是方波信號，其頻率與輸入的控制電壓成線性關(guān)系。14、調(diào)頻波的解調(diào)又稱鑒頻，其解調(diào)電路稱為鑒頻器。15、濾波器的通頻帶寬和響應(yīng)時間成 反比 關(guān)系。16、濾波器的頻率分辨力主要由其 帶寬 決定。17、對于理想濾波器，濾波器因數(shù)λ＝ 串聯(lián) 。18、帶通濾波器可由低通濾波器（ fc2）和高通濾波器（ fc1） 而成（fc2>fc1）。19、測試系統(tǒng)的線性度和滯后度是由 系統(tǒng) 誤差引起的；而重復(fù)性誤差是由 隨機 誤差引起的。1測試技術(shù)的基本任務(wù)是（獲取有用的信息）1從時域看，系統(tǒng)的輸出是其輸入與該系統(tǒng)（脈沖響應(yīng)函數(shù)）的卷積。2信號的時域描述，以時間(t)為獨立變量；而信號的頻域描述，以（頻率f或()為獨立變量。3如果一個信號的最高頻率為50Hz，為了防止在時域采樣過程中出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，采樣頻率應(yīng)該大于100Hz。4在橋式測量電路中，根據(jù)其（激勵電壓（或工作電壓或橋壓或電源）的性質(zhì)，可將其分為直流電橋與交流電橋。5金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的主要區(qū)別在于：前者利用（導(dǎo)體機械形變）引起的電阻變化，后者利用（半導(dǎo)體電阻率的（或半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)）變化引起的電阻變化。6壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的（壓電效應(yīng)）而工作的。Madebydo--xingyun7帶通濾波器的上下限截止頻率為 fc2、fc1，其帶寬B= （ fc2 fc1）；若其帶寬為1/3倍頻程則（fc2=2fc1。）8屬于能量控制型的傳感器有（電阻式傳感器、渦電流傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器等）等。9根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)不同，調(diào)制可分為(調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相)。10相關(guān)濾波的工作原理是(同頻相關(guān)不同頻不相關(guān)/同頻檢測原)。11測試裝置的動態(tài)特性可以用(傳遞函數(shù),頻率響應(yīng)函數(shù),脈沖響應(yīng))進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。2一階系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)是(時間常數(shù)）。系統(tǒng)在全量程內(nèi)，輸入量由小到大及由大到小時，對于同一個輸入量所得到的兩個數(shù)值不同的輸出量之間的最大差值稱為（回程誤差。）電阻應(yīng)變片的輸入為（應(yīng)變）。(相干函數(shù))用于評價系統(tǒng)的輸出信號和輸入信號之間的因果性。6為使電纜的長短不影響壓電式傳感器的靈敏度，應(yīng)選用(電荷)放大器。7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(zhì)影響的是(電渦流式)傳感器。8信號分析設(shè)備可分析的頻率低于磁帶記錄儀記錄信號的頻率，可將磁帶(重放速度放慢)，也可達(dá)到分析的目的。1.在相關(guān)分析中，自相關(guān)函數(shù)Rx()，保留了原信號x（t）的幅值與頻率信息，丟失了相位信息，互相關(guān)函數(shù)Rxy()則保留了幅值、頻率、相位差信息。2. 信號x（t）的自相關(guān)函數(shù)的定義式是 Rx()=＿＿＿互相關(guān)函數(shù)的定義式是 Rxy()=＿＿＿。lim

1

T1x(t)x(t)dt;lim

Tx(t) y(t )dtT

0TT

03.自相關(guān)函數(shù)Rx()是一個周期函數(shù)，則原信號是一個同頻率的周期信號；而自相關(guān)函數(shù)Rx()是一個脈沖信號時，則原信號將是帶寬隨機噪聲或白噪聲。4.已知某信號的自相關(guān)函數(shù)Rx()100cos502，則該信號的均方值x=100。相關(guān)分析在工業(yè)中的主要應(yīng)用有同頻檢測、相關(guān)濾波和信號成分類別的識別等應(yīng)用。6.自譜Sx(f)反映信號的頻域結(jié)構(gòu)，由于它反映的是2Z(f)的平方，因此其頻域結(jié)構(gòu)特征更為明顯。在同頻檢測技術(shù)中，兩信號的頻率的相關(guān)關(guān)系可用同頻一定相關(guān)、相關(guān)一定同頻來進(jìn)行概括。8.抗混濾波器是一種低通濾波器 ，是為了防止混疊，其上截止頻率 fc與采樣頻率 fs之間的關(guān)系應(yīng)滿足關(guān)系式為 fs 2fc。頻率混疊是由于采樣頻率過低引起的，泄漏則是由于信號截斷引起的。10.測試信號中的最高頻率為100Hz，為了避免發(fā)生混疊，時域中采樣間隔應(yīng)小于0.005s。11.若信號滿足關(guān)系式y(tǒng)(t)kx(t)（式中k為常數(shù)）則其互相關(guān)函數(shù)xy()±1。Madebydo--xingyun頻率不同的兩個正弦信號，其互相關(guān)函數(shù)Rxy()=0。同頻率的正弦信號和余弦信號，其互相關(guān)函數(shù)Rxy()=0。14Sx(f).和Sy(f)分別為系統(tǒng)輸入和輸出的自譜，H（f）為系統(tǒng)的頻響函數(shù)，則它們間的關(guān)系式滿足：Sy(f)=＿＿＿。如果Sxy(f)是它們的互譜，則Sxy(f)=＿＿＿。2Sx(f);H(f)Sx(f)H(f)15.當(dāng)τ=0時，信號的自相關(guān)函數(shù)值為最大值，它也等于信號x（t）的均方值2x。自相關(guān)函數(shù)能將淹沒在噪聲中的周期信號提取出來，其頻率保持不變，而丟失了相位信息。17采樣定理的表達(dá)式是＿＿＿， 其目的是為了避免信號在頻域內(nèi)發(fā)生混疊現(xiàn)象。 混疊發(fā)生在＿＿＿頻率處。f

s

2f

m

;f

s

/2巴塞伐爾說明了信號在時域中計算的總能量等于在頻域中計算的總能量，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為＿＿＿。x2(t)dt2Z(f)df對周期信號進(jìn)行整周期截斷，這是獲得準(zhǔn)確頻譜的先決條件。信號經(jīng)截斷后，其帶寬將變?yōu)闊o限寬，因此無論采樣頻率多高，將不可避免地發(fā)生混疊從而導(dǎo)致誤差。交流供橋的應(yīng)變儀電橋，在壓應(yīng)變時，假如已調(diào)波與載波相同，則在拉應(yīng)變時，已調(diào)波與載波反相180°，因而可利用相位跳變作比較基準(zhǔn)進(jìn)行相敏檢波。2.載波為

E0

sin

t

的電橋，當(dāng)單臂輸入調(diào)制信號

(t)

0sin

時，其輸出調(diào)幅撥的幅值為＿＿＿，頻率＿＿＿相位＿＿＿。1/4E0 0;

;

(t)

為正時與載波同相位，

(t)

為負(fù)時與載波反相位

180°將電橋接成差動方式可以提高靈敏度，改善非線形，進(jìn)行溫度補償。為了補償溫度變化給應(yīng)變測量帶來的誤差，工作應(yīng)變片與溫度補償應(yīng)變片應(yīng)接在相鄰橋臂上。調(diào)幅信號由載波的幅值攜帶信號信息，而調(diào)頻信號則由載波的頻率攜帶信號信息。調(diào)制有調(diào)幅、調(diào)頻、和調(diào)相三種類型，將調(diào)制高頻振蕩的緩變信號稱為調(diào)制波，載送緩變信號的高頻振蕩稱為載波，經(jīng)調(diào)制后的高頻振蕩波稱為已調(diào)波。調(diào)幅過程在頻域相當(dāng)于頻率搬移過程，調(diào)幅裝置實際上是一個乘法器，典型的調(diào)幅裝置是電橋。調(diào)幅波的解調(diào)器是相敏檢波器，調(diào)頻波的解調(diào)器是鑒頻器。調(diào)幅波經(jīng)過相敏檢波后，既能恢復(fù)信號電壓的幅值，又能反映其極性。10.建立濾波器正確工作狀態(tài)所需的上升時間 **與濾波器的帶寬 B成正比，它們的乘積取值在 5～10為好。濾波器的選擇性和響應(yīng)速度要求是相互矛盾的。12.RC低通濾波器中的 RC值越大，則其上限頻帶越窄。濾波器因素λ=1～5，理想的濾波器的λ=1。15.帶通濾波器的中心頻率 f0與上、下截止頻率間的關(guān)系是 f0 fc1 fc2 。16.要使得重復(fù)頻率為同品了的方波信號轉(zhuǎn)換為 500Hz的正弦波信號，應(yīng)使用低通濾波器， 其上截止頻率Madebydo--xingyun應(yīng)為1000Hz。帶通濾波器的通帶越窄，則其選擇性越好。但對于已定帶寬的濾波器，過長的測量時間是不必要。18.用下列三種濾波器組分別鄰接成譜分析儀：

（A）倍頻程濾波器，（B）1/10

倍頻程濾波器，（C）1/3

倍頻程濾波器。若覆蓋頻率范圍一定，則＿＿＿頻率分辨率最高。

B組；A組19.RC微分電路實際上是一種高通濾波器，而

RC積分電路實際上是一種低通濾波器

。振動子電路電阻匹配的目的，從測量電路來看是希望輸出功率最大，從振動子本身角度來看是為了獲得合適的阻尼率使ξ=0.7。21.振動子的阻尼率ξ =0.7時，并且記錄正弦信號的頻率不大于固有頻率 n的0.5倍時，記錄信號的幅值誤差將不大于5%。因相移所產(chǎn)生的時差近似為＿線形。為使光線示波器的振子達(dá)到最佳阻尼，低頻振子采用電磁阻尼，高頻振子采用油阻尼。23.光線示波器記錄 f=500Hz的方波信號時，考慮到五次諧波成分，記錄誤差不大于 5 ℅時，則應(yīng)選用振動子的固有頻率為 5000Hz的振動子。磁帶記錄儀一般由磁頭、放大器和磁帶及走帶機構(gòu)組成。光線示波器由振動子及磁系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。25.光線示波器的使用頻率范圍是 5kHz，磁帶記錄儀的使用頻率范圍是 1MHz，，X—Y函數(shù)記錄儀的使用頻率范圍 10Hz?？捎糜趯崿F(xiàn)非接觸式測量的傳感器有渦流式和電容式等。2.電阻應(yīng)變片的靈敏度dR/R12E，對于金屬應(yīng)變片來說：S=＿＿＿，而對表達(dá)式為Sdl/l于半導(dǎo)體應(yīng)變片來說S=＿＿＿。S12;SE具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料，常用的壓電材料有石英晶體和壓電陶瓷。當(dāng)測量較小應(yīng)變值時應(yīng)選用壓阻效應(yīng)工作的應(yīng)變片，而測量大應(yīng)變值時應(yīng)選用應(yīng)變效應(yīng)工作的應(yīng)變片。5.電容器的電容量C0A，極距變化型的電容傳感器其靈敏度表達(dá)式為：＿＿＿。dC0AS02d0極距變化型的電容傳感器存在著非線形度，為了改善非線形度及提高傳感器的靈敏度，通常采用差動連接的形式。差動變壓器式傳感器的兩個次級線圈在連接時應(yīng)反相串接。差動變壓器式傳感器工作時，如果鐵芯做一定頻率的往復(fù)運動時，其輸出電壓是調(diào)幅波。光電元件中常用的有光敏電阻、光敏晶體管和光電池。不同的光電元件對于不同波長的光源，其靈敏度是不相同的。發(fā)電式傳感器有磁電式、壓電式等，而參量式的傳感器主要是電阻、電容和電感等。壓電傳感器在使用電荷放大器時，其輸出電壓幾乎不手電纜長度變化的影響。超聲波探頭是利用壓電片的逆壓電效應(yīng)工作的。動勸磁電式振動傳感器，輸出感應(yīng)電勢e與線圈運動的速度成正比，如在測量電路中接入積分電路和微分電路時，則可用來測量振動的位移和加速度。壓電傳感器中的壓電片并聯(lián)時可提高電荷靈敏度，后接電壓放大器。而串聯(lián)時可提高電壓靈敏度，應(yīng)后接電壓放大器。電阻應(yīng)變片的電阻相對變化率是與應(yīng)變值ε成正比的。Madebydo--xingyun壓電傳感器在使用電壓前置放大器時，連接電纜長度的改變，測量系統(tǒng)的靈敏度也將凡是變化。18.電容式傳感器有面積、極距和介質(zhì) 3種類型，其中極距型的靈敏度最高?；魻栐抢冒雽?dǎo)體元件的磁敏特性（霍爾效應(yīng)）特性工作的。按光纖的作用不同，光纖傳感器可分為功能型和傳光型兩種類型。一個理想的測試裝置應(yīng)具有單站值的、確定的輸出—輸入關(guān)系。測試裝置的特性可分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。測試裝置的靜態(tài)特性指標(biāo)有靈敏度、非線形度和回程誤差。某位移傳感器測量的最小位移為0.01mm，最大位移為1mm，其動態(tài)線形范圍是40dB。描述測試裝置動態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型有微分方程、傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)等。測試裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)是不隨時間而變化的系統(tǒng)，則稱為定常（時不變）系統(tǒng)。若其輸入、輸出呈線形關(guān)系時，則稱為線形系統(tǒng)。線形系統(tǒng)中的兩個最重要的特性是指線形疊加性和頻率保持性。8.測試裝置在穩(wěn)態(tài)下，其輸出信號的變化量 y與其輸入信號的變化量 x之比值，稱為靈敏度，如果它們之間的量綱一致，則又可稱為放大倍數(shù)。測試裝置的輸出信號拉氏變換與輸入信號拉氏變換之比稱為裝置的傳遞函數(shù)。10.測試裝置對單位脈沖函數(shù)δ（ t）的響應(yīng)，稱為脈沖響應(yīng)函數(shù)記為 h（t），h（t）的傅氏變換就是裝置的頻率響應(yīng)函數(shù)。滿足測試裝置不失真測試的頻域條件是幅頻特性為常數(shù)和相頻特性為線形。為了求取測試裝置本身的動態(tài)特性，常用的實驗方法是階越響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法。測試裝置的動態(tài)特性在時域中用微分方程描述，在頻域中用頻率響應(yīng)函數(shù)描述。二階系統(tǒng)的主要特征參數(shù)有靜態(tài)靈敏度、固有頻率和阻尼率。15.已知輸入信號

x （t）=30cos（30t+30°），

這時一階裝置的

A（ω）=0.87，

(

)

=-21.7

°，則該裝置的穩(wěn)態(tài)輸出表達(dá)式是： y（t）=26.1cos（30t+8.3

°） 。影響一階裝置動態(tài)特性參數(shù)是時間常數(shù)τ，原則上希望它越小越好。17.二階系統(tǒng)的工作頻率范圍是0.5n。18.輸入x（t），輸出y（t），裝置的脈沖響應(yīng)函數(shù)h（t），它們?nèi)咧g的關(guān)系是y(t)x(t)h(t)。卷積關(guān)系19.測試裝置的頻率響應(yīng)函數(shù)為H（jω），則｜H（jω）｜表示的是輸出與輸入的幅值比（幅頻特性），∠H（jω）表示的是輸出與輸入的相位差（相頻特性），它們都是頻率的函數(shù)。20.信號x（t）=6sin23t，輸入τ=0.5的一階裝置，則該裝置的穩(wěn)態(tài)輸出幅值A(chǔ)=3，相位滯后=-60°。一個時間常數(shù)τ=5s的溫度計，插入一個以15℃/min速度線形降溫的烘箱內(nèi)，經(jīng)半分鐘后取出，溫度計指示值為90℃，這時，烘箱內(nèi)的實際溫度應(yīng)為88.75℃。6.周期信號的傅氏三角級數(shù)中的n是從0到+∞展開的。傅氏復(fù)指數(shù)級數(shù)中的n是從–∞到+∞展開的。7.周期信號x（t）的傅氏三角級數(shù)展開式中：an表示余弦分量的幅值，bn表示正弦分量的幅值，a0表示直流分量，An表示n次諧波分量的幅值，n表示n次諧波分量的相位角,n0表示n次諧波分量的角頻率。Madebydo--xingyun四、簡答題（每題 5分，共30分）1． 已 知 周 期 方 波 的 傅 立 葉 級 數(shù) 展 開 式 為x(t)8Asin0t1sin30t1sin50t35試?yán)L出該周期方波的單邊幅值譜，并說明其頻譜特點。頻譜特點：離散性、諧波性、遞減性2．二階測試裝置的兩個動態(tài)特性參數(shù)是什么？為了實現(xiàn)不失真測試，如何確定其取值范圍？固有頻率(n)和阻尼比()為了實現(xiàn)不失真,阻尼比()取值0.6~0.8;工作頻率取值小于等于0.58n3．何謂不失真測試？實現(xiàn)測試不失真的測試裝置的幅頻和相頻特性應(yīng)如何？輸出y(t)與輸入x(t)滿足關(guān)系y(t)=A0x(t-t0),其中A0和t0為常數(shù),則為不失真測試。實現(xiàn)不失真測試的測試裝置的幅頻特性為A(ω)=A0=常數(shù)相頻特性為φ(ω)=t04．信號的預(yù)處理包括那些環(huán)節(jié)？（1）電壓幅值調(diào)理（或者放大）（2）濾波（或者濾去高頻）（3）隔離直流分量（或者隔直）（4）如原信號進(jìn)行調(diào)制，則應(yīng)先進(jìn)行解調(diào)（或者解調(diào)）5． 為什么在動態(tài)電阻應(yīng)變儀上除了設(shè)有電阻平衡旋鈕外還設(shè)有電容平衡旋鈕動態(tài)電阻應(yīng)變儀采用的是純電阻交流電橋，即使各橋臂均為電阻，由于導(dǎo)線間存在分布電容，相當(dāng)于在各橋臂上并聯(lián)了一個電容，因此，除了電阻平衡外，還須有電容平衡。6． 測得兩個同頻正弦信號的相關(guān)函數(shù)波形如圖 1，問：圖11）這一波形是自相關(guān)函數(shù)還是互相關(guān)函數(shù)？為什么？（2） 從波形中可以獲得信號的哪些信息？Madebydo--xingyun答：（1）互相關(guān)函數(shù)，因為是非奇非偶函數(shù)。2）頻率信息：正弦波形的頻率與此波形頻率相同相位信息：兩正弦波形之間的相位差就是此波形中的初相位幅值信息：此波形的振幅是兩個正弦波振幅乘積的一半信號分析和處理必需遵循的原則有哪幾點？①各環(huán)節(jié)的輸入量與輸出量之間應(yīng)保持一一對應(yīng)的關(guān)系，并盡量不失真；②盡可能減小或消除各種干擾。周期信號的頻譜具有哪幾個特點？①周期信號的頻譜是離散的②每條譜線只出現(xiàn)在基波頻率的整倍數(shù)上，基波頻率是各分量頻率的公約數(shù)③各頻率分量的譜線高度表示該諧波的幅值或相位角。工程中常見的周期信號，其諧波幅值總的趨勢是隨諧波次數(shù)的增高而減小的。因此，在頻譜分析中沒必要取那些次數(shù)過高的諧波分量9.什么是調(diào)制和解調(diào)？為什么要調(diào)制？（5分）所謂調(diào)制，就是在調(diào)制信號（測試信號）的控制下，使載波信號（工作信號）的某些參數(shù)（如幅值、頻率、相位）發(fā)生變化的過程。解調(diào)，就是從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程一般的被測量，如力、位移、應(yīng)變等，經(jīng)傳感器檢測變換后，常常是一些緩變的電信號。經(jīng)過調(diào)制后，采用交流放大，比直接用直流放大，效果好；另外，調(diào)制波抗干擾能力強，也便于傳輸。在機械工程中常見的有哪些參數(shù)的測量？常見的參數(shù)測量有：應(yīng)力的測量；應(yīng)變的測量；扭矩的測量、振動信號的測量；聲強測量；聲發(fā)射測量；位移的測量；流量的測量；壓力的測量等?，F(xiàn)有電阻R1和R2，電感L和電容C，連結(jié)成四臂交流電橋，試畫出能滿足電橋平衡的正確接橋方法，并寫出該電橋的平衡條件。 （設(shè)激勵為 ui，輸出為uo）。答：正確的接橋方法如圖所示： （3’）R1R21LjwLC電橋的平衡條件是：jwC有人在使用電阻應(yīng)變片時，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，在半橋上各串聯(lián)一片的情況下，是否可以提高靈敏度？為什么？（5分）uo1uiR不能提高靈敏度。因為半橋雙臂時，其輸出電壓為：2RMadebydo--xingyun當(dāng)量橋臂各串聯(lián)電阻應(yīng)變片時，其電阻的相對變化量為

2R R2R RR即仍然沒有發(fā)生變化，故靈敏度不變。要提高靈敏度只能將雙臂電橋改為全橋連接,這時uouiR。13.測量按測量值獲得的方法進(jìn)行分類有哪些？（ 6’）直接測量—指無需經(jīng)過函數(shù)關(guān)系的計算，直接通過測量儀器得到被測值得測量。 （等精度直接測量和不等精度直接測量）；（間接測量——指在直接測量值的基礎(chǔ)上，根據(jù)已知函數(shù)關(guān)系，計算被測量的量值的測量；組合測量——指將直接測量或間接測量與被測量值之間按已知關(guān)系組合成一組方程（函數(shù)關(guān)系） ，通過解方程組得到被測值得方法。14.重復(fù)性誤差和遲滯誤差有何區(qū)別 ?答：重復(fù)性是指測試裝置在輸入按同一方向做全量程連續(xù)多次變動時，所得特性曲線不一致的程度。一般來說正行程的最大重復(fù)性偏差為 Rmax1，反行程的最大重復(fù)性偏差為 Rmax2，重復(fù)性誤差取這兩個最大偏差中的較大者，再以滿量程輸出 yfs的百分?jǐn)?shù)表示。即RmaxrR 100%yfs遲滯是測試裝置在正反行程中輸入輸出曲線的不重合程度。即rHHmax100%yfsHmax式中，是正反行程間，對于同一輸入雖的最大差值。試敘述信號的采樣和截斷的過程是怎樣實現(xiàn)的，結(jié)果如何？答：采樣就是對時間歷程 x(t)進(jìn)行等時間距離的信號“摘取” ，以便于計算機的存儲和計算分析。 （2’）而由因為計算機只能對有限長的信號進(jìn)行處理， 所以，必須截斷過長的信號時間歷程 x(t)進(jìn)行截斷，即對信號加窗。所加窗寬為T的矩形窗函數(shù)w(t)，其傅里葉變換W(f)是一個無限帶寬的sinc函數(shù)。（2’）采用矩形窗函數(shù)w(t)截斷采樣信號，就是將采樣信號x(t)s(t)，乘以時域有限寬矩形窗函數(shù)w(t)；其時域和頻域數(shù)學(xué)描述為x(t)s(t)w(t)X(f)S(f)W(f)下面四個圖分別是哪一種濾波器的幅頻曲線特性圖，并說明各自的工作特征。Madebydo--xingyun答：①低通濾波器0ff2之間為通頻帶，ff2的頻率成分極大地衰減；②高通濾波器f1f之間為通頻帶，ff1的頻率成分極大地衰減；③帶通濾波器f1ff2之間為通頻帶，其它的頻率成分極大地衰減；④帶阻濾波器f1ff2之間為阻帶頻率，其它的頻率成分通頻帶。電器式傳感器包括哪幾種，各自的工作原理如何？答：包括電阻式、電感式、電容式三種。電阻式傳感器工作原理：把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種裝置；電感式傳感器工作原理：把被測量如位移轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置；電容式傳感器工作原理：把被測物理量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種裝置。18.選用傳感器的原則是什么？答:基本原則是：選用的傳感器其性能應(yīng)當(dāng)與被測信號的性質(zhì)相匹配。靜態(tài)特性方面： a、應(yīng)使被測量的變化范圍在傳感器的線性范圍以內(nèi)，并保證線性誤差在允許范圍內(nèi)； b、傳感器的分辨率（力）從數(shù)據(jù)上應(yīng)小于測量要求的分辨率（力） c、滿足實際要求的條件下，精度不宜過高。19.什么是測試？說明測試系統(tǒng)的構(gòu)成及各組成部分的作用。答：測試是測量和試驗的綜合，是一種研究型的探索型的、論證型的測量過程，也是獲取信息的過程。1）測量對象2）傳感器：在測試系統(tǒng)和被測試對象之間建立了一定的連接關(guān)系，它直接感受被測量并將其轉(zhuǎn)換成電信號。是測試系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。3）中間轉(zhuǎn)換電路（信號調(diào)理電路）：作用是將傳感器的輸出信號進(jìn)行傳輸、放大和轉(zhuǎn)換，使其適合顯示、紀(jì)錄、數(shù)據(jù)處理。4）信號處理單衣：它是以計算機為核心對中間轉(zhuǎn)換電路的輸出信號作進(jìn)一步地處理（如：計算、頻譜分析、數(shù)據(jù)儲存等）（5）顯示、記錄部分：作用是輸出測試結(jié)果。20.說明電阻絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片的異同點，各有何優(yōu)點？答：相同之處在于：都是將被測量的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，且

dR/R=(1+2H)ε+λEε,其中

H為材料的泊桑比，

E為材料的彈性模量，

(1+2H)ε是由幾何尺寸變化引起的阻值變化，λ

Eε是由電阻率的變化引起的阻值變化。不同的是，電阻應(yīng)變片是利用導(dǎo)體形變引起的阻值變化，所以

dR/R≈(1+2H)ε，S≈1+2H；而半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)使電阻率發(fā)生變化引起電阻變化。所以

dR/R=λEε，S≈λE。各自的優(yōu)點分別為：Madebydo--xingyun電阻絲應(yīng)變片具有相當(dāng)高的適應(yīng)性；半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度高，一般為電阻絲應(yīng)變片的50-70倍。金屬電阻絲應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？各有何特點？前者是利用導(dǎo)體形變引起阻值變化，后者是利用半導(dǎo)體電阻率變化引起阻值變化。金屬電阻絲應(yīng)變片穩(wěn)定性和溫度特性好，但靈敏度系數(shù)小。半導(dǎo)體應(yīng)變片應(yīng)變靈敏度大；體積??；能制成具有一定應(yīng)變電阻的元件，但溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。21．什么是負(fù)載效應(yīng)？對于電壓輸出的環(huán)節(jié)，減輕負(fù)載效應(yīng)的措施有哪些？當(dāng)一個裝置聯(lián)接到另一裝置上時，由于發(fā)生能量交換而使前裝置的聯(lián)接處甚至整個裝置的狀態(tài)和輸出都將發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為負(fù)載效應(yīng)。對于電壓輸出的環(huán)節(jié)，減輕負(fù)載效應(yīng)的辦法有 :(1)提高后續(xù)環(huán)節(jié) (負(fù)載)的輸入阻抗；(2)在原來兩個相聯(lián)接的環(huán)節(jié)之中，插入高輸入阻抗、低輸出阻抗的放大器，以便一方面減小從前環(huán)節(jié)吸取能量，另一方面在承受后一環(huán)節(jié)（負(fù)載）后又能減小電壓輸出的變化，從而減輕負(fù)載效應(yīng)；(3)使用反饋或零點測量原理，使后面環(huán)節(jié)幾乎不從前環(huán)節(jié)吸取能量。簡述壓電效應(yīng)現(xiàn)象；石英晶體所產(chǎn)生的橫向和縱向壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷聚集在哪里？其大小分別如何計算？某些物質(zhì)在外力的作用下，不僅幾何尺寸發(fā)生了變化，而且內(nèi)部極化，某些表面上出現(xiàn)電荷，形成電場。當(dāng)外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這一現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)現(xiàn)象。石英晶體所產(chǎn)生的眾向壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷qx聚集在與電軸(X)垂直的平面上，其大小為qxd11?F。石英晶體所產(chǎn)生的橫向壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷qx聚集在與電軸(X)垂直的平面上，其大小為qxd12?F?a/b。、b分別a為晶體片的長度和厚度。22.何謂壓電效應(yīng)?壓電式傳感器對測量電路有何特殊要求?為什么?某些物質(zhì)在外力的作用下，不僅幾何尺寸發(fā)生了變化，而且內(nèi)部極化，某些表面上出現(xiàn)電荷，形成電場。當(dāng)外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這一性質(zhì)稱為壓電效應(yīng)。壓電式傳感器的測量電路必須有高輸入阻抗并在輸入端并聯(lián)一定的電容Ci以加大時間常數(shù)R0C。主要是為了在測量動態(tài)量時，獲得一定的輸出電壓并實現(xiàn)不失真測量。在用應(yīng)變儀測量機構(gòu)的應(yīng)力，應(yīng)變時，如何消除由于溫度變化所產(chǎn)生的影響？利用電橋的和差特性，將兩片應(yīng)變片分別接到測量機構(gòu)的相對面上，并接入電橋中相鄰的橋臂上，使得由于溫度變化而導(dǎo)致的輸出電壓無用值相互抵消。試用方框圖描述測試系統(tǒng)的組成，并簡述測試工作的全過程。傳感器將被測物理量(如噪聲,溫度等)檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對接收到的電信號用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進(jìn)行信號分析，顯示記錄裝置則測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動控制裝置。Madebydo--xingyun五、計算題（共 14分）1．已知低通濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)為H()1式中0.05s，1j當(dāng)輸入信號為x(t)0.6cos(60t)0.5cos(100t45)時，求濾波器的穩(wěn)態(tài)輸出y(t)解：x(t)0.6cos(60t)0.5cos(100t45)x1()0.6cos(60)，x2(t)0.5cos(100t45)令根據(jù)線性系統(tǒng)頻率保持性和幅頻相頻特性A()1，()tan()1()2由160，可以得到：A(1)10.316(0.05160)2(1)arctg()arctg(0.0560)71.565y1(t)0.60.316cos(60t71.565)0.1896cos(60t71.565)由2100，可以得到：A(2)10.1961(0.05100)2(2)arctg()arctg(0.05100)78.69y2(t)0.1960.5cos(100t4578.69)0.098cos(100t123.69)由線性系統(tǒng)的疊加性可得y(t)y1(t)y2(t)0.1896cos(60t71.565)0.098cos(100t123.69)2．有一信號x(t)Acos(t)，初始相角為一隨機變量；試求1）求其自相關(guān)函數(shù)；2）確定其均值和方差。Rx(1Tx(t)x(t)dt解：自相關(guān)函數(shù)：)limT02=1Tt)Acos[(t))]dtAlimAcos(=cos()T021T01T0均值：x22Acos(t)dt=0T0T0x(t)dt=T0T02221T0A2方差：x2T0[x(t)x]dtT0223．以阻值R 120 ，靈敏度S 2.5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Madebydo--xingyun壓為4V，并假定負(fù)載電阻無窮大，當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?000時，分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓解：單臂：uyRu01Ru01Su012.5100010642.5103V4R4R44雙臂：uyRu01Ru01Su012.5100010645103V2R2R22求如圖所示三角脈沖信號的頻譜。x(tA-T0T/t解：一個周期內(nèi)的表達(dá)式為：2At0tTx(t)T22AtTt0T2（2’）因為x(t)為偶函數(shù)，所以bn0，n1,2,3L（1’）12T/22A4A1TAaT/222x(t)dttdtt0TT/2T0TT2220an2T/24T/22A8A1(cosn1)Tx(t)cosn0tdtT0tcosn0tdt2(n0)2T/2TT2A4An1,3,5L2[(1)n1](n)2(n)0n2,4,6L（2’）出此得x(t)的三角函數(shù)形式傅里葉級數(shù)展開為x(t)a0(ancosn0tbnsinn0t)A4A1cos2nt22n2Tn1n1,3,5L（1’）次諧波分量的幅值A(chǔ)nan2bn24A（1’）n22次諧波分量的相位Madebydo--xingyunbnarctannan（1’）畫出x(t)的頻譜如圖所示。對稱方波的波形圖如圖所示。求傅里葉級數(shù)的三角形式展開，并畫出頻譜。a00T1解：由圖可知，它是正負(fù)交替的周期信號。其直流分量為：’），其脈寬等于周期的一半，即2，（1將此代入式可得Egw1sinnw12En2；bn0anggsinnw1n22（3’）因此，對稱方波的傅立葉級數(shù)三角函數(shù)形式為：f(t)2E1