测试技术习题答案版

测试技术复习题一、填空题:1. 一阶系统的时间常数为 T，被测信号的频率为 1/T，则信号经过测试系统后，输出信号与输入信号的相位差为（-45 度）.2. 一阶系统的动特性参数是（ ） ，为使动态响应快，该参数（越小越好） 。3. 周期信号的频谱是离散的，同时周期信号具有（谐波性）和（收敛性）特性。4. 周期信号的频谱具有（离散）特点，瞬变非周期信号的频谱具有（对称）特点。5. 模似信号是指时间和幅值都具有（连续）特性的信号。6. 信号在时域被压缩，则该信号在频域中的（低频）成分将增加。7. X(F)为 x(t)的频谱，W(F) 为矩形窗函数 w(t)的频谱，二者时域相乘，则频域可表示为（ X(F)*W(F)） ，该乘积后的信号的频谱为（连续）频谱。8. 根据采样定理，被测信号的频率 f1 与测试系统的固有频率 f2 关系是（ f22f1） 。9. 正弦信号的自相关函数是一个同频的（余弦）函数。10. 对二阶系统输入周期信号 x(t) =acos(wt+q)，则对应的输出信号的频率（不变） ，输出信号的幅值（震荡或衰减） ，输出信号的相位（延迟） 。11. 时域是实偶函数的信号，其对应的频域函数是（实偶）函数。12. 频域是虚奇函数的信号，其对应的时域函数是（实奇）函数。13. 引用相对误差为 0.5%的仪表，其精度等级为（0.5）级。14. 某位移传感器测量的最小位移为 0.01mm，最大位移为 1mm，其动态线性范围（或测量范围）是（40）dB。15. 测试装置输出波形无失真但有时间延迟 t 的有失真测试条件是：装置的幅频特性为（常数） ，相频特性为（ ） ；输出波形既不失真又无延迟（ ） 与 为线 性关系的条件是：幅频特性为（常数） ，相频特性为（ ） 。（ ） =016. 系统实现动态测试不失真的频率响应特性满足权函数，幅值或时延。17. 若采样频率过低，不满足采样定理，则采样离散信号的频谱会发生（混叠）现象。对连续时域信号作加窗截断处理，必然会引起频谱的（泄露）现象。18. 若信号满足 y(t)=kx(t)关系，其中 k 常数，则其互相关系数 pxy()=（1）.19. 频率不同的两个正弦信号，其互相关函数 Rxy()=（0）.20. 同频的正弦函数和余弦函数，其互相关函数 Rxy()=（1）.21. 周期信号的频谱是离散频谱，各频率成分是基频的整数倍。22. 双边谱的幅值为单边谱幅值的 1/2。23. 自相关函数是偶（奇或偶）函数，其最大值发生在 =0 时刻，当时延趋于无穷大时，周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号。24. 概率密度函数是在幅值域上对信号的描述，相关函数是在时延域上对信号的描述。25. 自相关函数的傅立叶变换是自功率谱密度函数。26. 频率响应函数是系统输出的傅里叶变换与输入的傅里叶的比，也是当系统输入为正弦信号时，输入与输出的复数比。27. 信号的时域描述，以时间为独立变量；而信号的频域描述，以频率为独立变量。28. 周期信号的频谱具有三个特点：离散性，谐波性，收敛性。29. 非周期信号包括准周期信号和瞬态非周期信号。30. 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是偶对称，虚频谱（相频谱）总是奇对称。31. 均方值 x2 表示的是信号的强度，它与均值 x、方差 x2 的关系是 x2= x2- x2。32. 系统动态特性在时域可用脉冲响应函数来描述，在复数域可用传递函数来描述，在频域可用频响函数来描述。33. 某一阶系统的频率响应函数为 ，输入信号 ，则输出信12)(jjH2sin)(tt号 的频率为 1/2，幅值 1/ ，相位 -45 度。)(tyy2 34. 传递函数分别为 和 的两个环节串联后组成的系统的总灵5.0.31s24.1ns敏度是（3*41=123） 。35. 当测试系统的输出 与输入 之间的关系为 时，该系统能实)(ty)(tx )()(0txAty现不失真测试。此时，系统的频率特性为 。jHjwe36. 变间距式电容传感器的灵敏度与（极距平方）成反比，所以适合于微小位移的测量.变面积式电容传感器的灵敏度与（极距）成反比，所以不适合微小位移的测量. 37. 可变磁阻式传感器的灵敏度与气隙大小的关系是：气隙越小，灵敏度（越高） 。38. 变间隙式电容式传感器常作成差动的，其主要目的之一是（提高灵敏度） ，目的之二是（提高线性度） ，目的之三是（克服外界条件对精度的影响） 。39. 半导体应变片传感器的工作原理是基于（压阻）效应；涡电流式传感器的工作原理是利用金属导体在交变磁场中的（涡流）效应40. 压电式传感器是利用某些材料的（压电效应）特性来制作的传感器。 。41. 半导体应变片工作原理是基于（压阻）效应。半导体材料在沿着某一轴向受到（外力）作用时，其（电阻率）发生变化的现象它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数（高） 。42. 差动变压器式传感器的工作原理是（互感现象） ，故也称其为（互感型）传感器。43. 压电式传感器使用（电荷）放大器时，输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。44. 压电传感器的前置放大器的主要作用是使传感器的高阻抗输出变为低阻抗输出和放大传感器输出的微弱信号。45. 压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式：电压放大器和电荷放大器，后接电荷放大器时，可不受连接电缆长度的限制。46. 涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的涡流效应。47. 电桥的作用是把电感、电阻、电容的变化转化为电压或电流输出的装置。48. 调幅是指一个高频的正（余）弦信号与被测信号相乘，使高频信号的幅值随被测信号的幅值而变化。调幅波可以看作是载波与调制波的卷积。49. 调频是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，使其输出为等幅波，而载波频率与信号电压成正比。50. 当单位长度电阻值为常数时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度 S 趋于 单位长度电阻值 。51. 动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在分布电容 。52. 周期信号可按三角函数分解成下列形式： )coscos()( 0010 tnbtnatxn ，其中， ，0a100202()na， 。200202()0 nb200202()0 53. 根据载波受调制的参数的不同，调制可分调幅、调频、调相。54. 从时域看，系统的输出是其输入与该系统脉冲响应函数的卷积。55. 信号的时域描述，以时间为独立变量；而信号的频域描述，以频率为独立变量。56. 如果一个信号的最高频率为 50Hz，为了防止在时域采样过程中出现混叠现象，采样频率应该大于 100Hz。57. 带通滤波器的中心频率 F=500HZ，负 3 分贝点的带宽 B=10HZ，则该滤波器的品质因数 Q=（50） 。58. 常用滤波器的上、下截止频率 、 的定义为幅频特性曲线降为最大值的 1/1cf2倍时对应的频率为截止频率，其带宽 B= - ，若为倍频程滤波器 与2 2cf1 1cf的关系为 =2 。cf2cf159. 滤波器的分辨率越高，则测量信号时其响应速度（越慢） 。60. 滤波器的带宽和响应时间成反比关系。滤波器的频率分辨力主要由其 带宽 决定。61. 带通滤波器的上下限截止频率为 fc2、fc 1，其带宽 B = - ；若其带宽为 1/32cf1倍频程则 fc2 = fc1。21362. 滤波器的倍频程数 n 值越小，其品质因数是越大。63. 恒带宽比滤波器的带宽与其中心频率 0 是比值为常数。64. 脉冲函数的频谱是均匀谱，非周期信号的频谱是连续谱。65. 将信号在时域进行扩展，则信号在频域将压缩。66. 交流调幅电桥的载波频率通常是调制信号频率的 10 倍以上。67. 压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的加速度成正比。68. 两个同频方波的互相关函数曲线是三角波。两个不同频的简谐信号，其互相关函为 0。69. 数字信号处理中，采样频率 fa 与被测信号中最高频率成分 fc 的关系应为 fa2fc70. 信号 (t)的自功率谱密度函数 Sx(f)是 (t)的自相关函数 Rx(t)的傅里叶变换71. 信号 (t)和 y(t)的互谱 Sxy(f)是互相关函数 Rxy(t)的傅里叶变换72. 调幅信号经解调后必须经过检波73. 方波信号的谐波频率是基波频率的整数倍。74. 工程中常见的周期信号其谐波的幅值随谐波的频率增加而衰减。75. 提高二阶系统的固有频率，可以扩大系统的工作 范围。频率76. 设时域信号 x(t)的频谱为 X(f)，则时域信号 的频谱为 X(ffo） 。()2077. 当电阻应变片式传感器拉伸时，该传感器电阻变大78. 自感型传感器的两线圈接于电桥的相邻桥臂时，其输出灵敏度提高一倍。79. 极距变化型电容式传感器，其灵敏度与极距平方成反比80. 压电式传感器是高阻抗传感器，要求前置放大器的输入阻抗很大。81. 变间隙式电容传感器测量位移量时，传感器的灵敏度随间隙的减小而增大。82. 为消除压电传感器联接电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用电荷放大器。83. 随电缆电容的增加，压电式加速度计的输出电荷灵敏度相应减小。84. 压电式加速度计，其压电片并联可提高电荷灵敏度。85. 磁电式绝对振动速度传感器测振频率应远高于其固有频率。86. 压电式加速度传感器的工作频率应远高于其固有频率。87. 一个相邻双臂工作的测力电桥，如果将两工作臂的一个应变片均改为两个应变片串联，则电桥的输出电压加大两倍88. 一个相邻双臂工作的测力电桥，如果将两工作臂的一个应变片均改为两个应变片并联，则电桥的输出电压不变89. 若电阻应变片的输入信号为正弦波，则以该应变片为工作臂的直流测量用桥的输出是正弦波90. 在时域中计算的信号总能量，等于在频域中计算的信号总能量91. 周期信号截断后的频谱必是连续的92. 设信号 x(t)的自功率谱密度函数为常数，则其自相关函数为非常数93. 同频、同相位的正弦信号与方波信号作互相关其结果为同频余弦信号94. 直流信号被截断后的频谱必是连续非周期的95. 二阶欠阻尼振动系统的幅频特性曲线中，幅值最高处的频率等于系统固有频率96. 用电涡流传感器探测金属零件表面裂纹，则电涡流传感器是自感高频反射型式的97. 半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是电阻率.98. 频响函数反映了系统响应的稳态过程99. 变极距型电容传感器的输出与输入，成非线性关系100.从时域上看，系统的输出是输入与该系统脉冲响应的卷积101.两环节的相频特性各为 和 ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特1()Q2()性为 +1()Q2102.设有一电路， 是工作桥臂， ， ， 是固定电阻，且 。1R2R34 4321R工作时 ，则电桥输出电压 （ ） 。 为电桥的电源电压ye1210e103.调幅过程相当于在时域中将调制信号与载波信号相乘104.一带通滤波器，其中心频率是 ，带宽是 ，则滤波器的品质因数 等于 /B0fBQ0f105.为使电缆的长短不影响压电式传感器的灵敏度，应选用 D 电荷放大器106.相敏检波通过比较输出信号和参考信号的相位差来判别信号的极性。二、简答题1） 为什么选择测试装置时，需考虑待测信号的频率结构？在进行旋转机械故障诊断CeAtytu 7.2)1)()( /00 %47.110857.2时，若测试装置的幅频特性不为常数，会产生什么结果？考虑频率结构能更好的选择合适的测试装置，提高测试效果；会失真，测试结果失真，导致误判2） 设计一阶测试系统，若要求输入信号为 2000Hz 时其输出信号的幅值误不超过 10%，其转折频率是多少？r=1- * =0.036511+()= 1(1)(2)= 12200(20.1)0.1(20.1)=4.36=123） 一阶测试系统的频响函数为 H(j)=1/(1+j)，分析当测试信号为 x(t)=sint+sin5t 时，有无波形失真现象，误差为多少？y(t)= 存在幅值和相位失真，输出波形会畸变12(4)+110(525)4） 某截面积为 5cm2 的试件，已知材料的弹性模量为 2.01011 N/m 2 ，沿轴向受到105 N 的拉力，若沿受力方向粘贴一阻值为 120、灵敏系数为 2 的应变片，试求出其R。5） 用热电阻温度计测量热源的温度，将该温度计从 20的室温突然放入 85的热源时，求 10S 后测得的温度和最终示值的相对误差？已知一阶测试系统热电阻温度计的时间常数 =6S。经过 10S 后测得的温度为偏离最终示值的相对误差为6） 电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移？若能测量理由是什么？不能测量理由是什么？应采取什么措施改进，就可以用电涡流传感器测量了。7） 一电容测微仪，其传感器的圆形极板半径 r=4mm，工作初始间隙 =0.3mm，介电常数 =8.8510-12F/m，试求：1)工作中，若传感器与工件的间隙变化量 =2m，(+-1)电容变化量是多少?2)若测量电路的灵敏度 S1=100mV/PF，读数仪表的灵敏度 S2=5格/ mV，当 =2m(+-1)时，读数仪表示值变化多少格 ? 8） 压电加速度传感器与电荷放大器连接的等效电路如题图所示。图中 C 为传感器固有电容、电缆等效电容和放大等效电容之和。已知传感器电荷灵敏度 Sq =100PC/g,反馈电容 Cf =1000pF，试求当被测加速度为 0.5g 时，输出电压是多少 ?(g 为重力加速度)Uo=Q/Cf，a=Q/SgUo=0.05V9） 齿轮随被测轴转动，已知齿数 Z=60，当磁电式速度计测得频率计感应电势频率f=2400Hz 时，求被测轴的转速(r/min)。f=n*z/60 n=60*f/z=2400r/min10） 电感式、差动电感式和差动变压器式传感器的工作原理及结构有何区别?电感式:电磁感应原理差动电感式:电磁感应原理，中间多加了衔铁，灵敏度高，线性好差动变压器式传感器:互感现象，结构类似于变压器11） 欲测气流压力，拟采用电容式、电感式和压电式传感器，试绘出可行方案原理图。12） 压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同，为什么？压电片处于壳体和一质量块之间，用强弹簧将质量块和压电片压紧在壳体上加速度传感器要通过质量块把加速度转换为力作用在压电片上。13） 测试装置的静态特性和动态特性各包括那些？静态特性：（1）线性度， （2）灵敏度， （3）回程误差， （4）分辨率， （5）零点漂移和灵敏度漂移。动态特性：（1）传递函数， （2）频率响应函数， （3）脉冲响应函数， （4）环节的串联和并联。14） 测试装置实现不失真测试的条件是什么？各频率分量的幅值输出比输入放大同样倍数；各频率分量的滞后相位与各自的角频率成正比15） 如何根据测试信号中有用成分和干扰成分的频谱来选择滤波器种类和设定其参数？如果测试信号中有用的信号是低频信号，或者其干扰信号是高频信号，则要使用低通滤波器；如果测试信号中有用的信号是高频信号，混有低频干扰信号，则要使用高通滤波器；如果测试信号中的干扰信号是某个频段的信号则要使用带阻滤波器；如果测试信号中有用的信号是某个频度的信号则要使用带通滤波器。16） 若信号频率为 5000Hz，请问模拟信号采样后的混迭频率是多少 Hz？17） 为什么在实际测量中采样频率通常要大于信号中最高频率成分的 3 到 5 倍？2 倍是理想滤波器条件下的结果，实际工作中，实际滤波器不可能有理想的截止特性，在其截止频率之后总有一定的过渡带，为更好的消除混叠，选 3-5 倍18） 比较极距变化型与面积变化型电容传感器的灵敏度。极距： 面积： =常数=012 =022相同测试条件下，极距灵敏度较面积的高，但变面积型的线性度好19） 直流电桥平衡条件是什么？交流电桥平衡条件是什么？试说明动态电阻应变仪除需电阻平衡外，还需调电容平衡的原因？直流：R1*R3=R2*R4。交流：Z1*z3=z2*z4； ，调平电容使相位角1+3=2+4满足平衡条件20） 影响电容式极距变化型传感器灵敏度的因素有哪些？提高其灵敏度可以采取哪些措施，带来什么后果？电容自身参数、极板表面积、极距、温度、电源电压等减小极距变化范围；采用差动连接式，提高灵敏度和线性度21） 画出平衡电桥的工作原理图，并简述平衡电桥的工作原理。22） 哪些传感器可选作小位移传感器？变极距型电容式、变气隙型电感式、电涡流式、压电式、霍尔 式、气动流量式、应变电阻式。23） 电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？振动，转速，距离，厚度等24） 试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。用简图说明该传感器的结构并简要说明其作用原理；传感器的结构如图 a 所示，它由传力块、弹性圆桶、双螺管线圈、衔铁、传感器座等几 部分组成。 原理：被测力 F 通过传力块作用在弹性圆桶上，弹性圆桶的变形带动衔铁移动，使双 螺管线圈的电感量发生变化，从而实现力的测量。25） 为什么信号截断后必然会引起泄漏误差? 时域采样是如何引起信号频谱的周期延展及频率混叠的？信号截断以后产生的能量泄漏现象是必然的，因为窗函数 w(t)是一个频带无限的函数，所以即使原信号 x(t)是限带宽信号，而在截断以后也必然成为无限带宽的函数，即信号在频域的能量与分布被扩展了时域采样就是把信号与周期单位脉冲序列相乘，对应在频域就是两个信号频谱的卷积。由于周期单位脉冲序列的频谱也是一个周期脉冲序列，根据脉冲函数的卷积特性，采样信号的频谱是把原信号的频谱移至脉冲发生处，又由于脉冲序列的周期性，所以导致采样后信号的频谱产生周期延展。 （6 分） 当采样频率 fs 小于信号频率 fc 的两倍，则原信号的频谱在移至脉冲序列发生处的时候，相互之间会产生交叠，从而产生频率混叠。 （6 分）26） 下图是一种传感器的工作原理图，试问这是何种形式的传感器？用图中的符号简述其工作原理。 ie1e2xw012ep图 1 传感器工作原理图27） 数字信号处理的一般步骤是什么？可以采取什么措施提高信号处理精度？模数转换、采样、量化、编码；减小量化误差，选择合适的采样频率，减少泄露，提高频率分辨率等28） 以一阶 RC 低通滤波器对单位阶跃响应的特性，说明带宽 B 与信号建立时间的关系。CT设 =RC，则低通滤波器的截止频率为 。从响应曲线可知：当 t=