機械測試系統(tǒng)原理與應用習題

1、1、測試裝置的動態(tài)特性可以用_傳遞_函數(shù)、_頻率響應_函數(shù)和 脈沖響應_函數(shù)進行數(shù)學描述。3、信號的時域描述，以_時間()_為獨立變量；而信號的頻域描述，以_頻率或_為獨立變量。4、測試技術的基本任務是_獲取有用的信息_。5、如果一個信號的最高頻率為60Hz，為了防止在時域采樣過程中出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，采樣頻率應該大于_120_Hz。6、金屬電阻應變片與半導體應變片的主要區(qū)別在于：前者利用_導體機械形變_引起的電阻變化，后者利用_半導體電阻率的（或半導體壓阻效應）_變化引起的電阻變化。 7、帶通濾波器的上下限截止頻率為fc2、fc1，其帶寬B =_；若其帶寬為1/3倍頻程則fc2 =_fc1。 一般

2、對n倍頻帶作如下定義:f2/f1=2n當n1時，由它確定的頻程成為倍頻程；當n1/3時，由它確定的頻程稱為1/3倍頻程。8、調幅是指一個高頻的正（余）弦信號與被測信號_相乘_，使高頻信號的幅值隨被測信號的_頻率變化_而變化。信號調幅波可以看作是載波與調制波的_相乘_ 。9、相關濾波的工作原理是_同頻相關不同頻不相關/同頻檢測原理_。10、繪制周期信號的單邊頻譜圖，依據(jù)的數(shù)學表達式是_傅氏三角級數(shù)中的各項系數(shù)_，而雙邊頻譜圖的依據(jù)數(shù)學表達式是_傅氏復指數(shù)級數(shù)中的各項系數(shù)_。11、當測試系統(tǒng)的輸出與輸入之間的關系為時，該系統(tǒng)能實現(xiàn) 測試。此時，系統(tǒng)的頻率特性為_。12、均方值表示的是信號的強度，它

3、與均值、方差的關系是_。13、單位脈沖函數(shù)與在點連續(xù)的模擬信號的下列積分：=_ f（t0）_。這性質稱為_積分篩選特性（抽樣特性、篩選特性）_。14、某一階系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)為，輸入信號，則輸出信號的頻率為_1/2_，幅值_，相位_。 頻率保持特性，15、滿足測試裝置不失真測試的頻域條件是_幅頻特性為一常數(shù)_和_相頻特性與頻率成線性關系_。16、根據(jù)載波受調制的參數(shù)不同，調制可分為_調幅_、_調頻_、_調相_。17、常用濾波器的上、下截止頻率、的定義為_幅頻特性曲線降為最大值的倍時對應的頻率為截止頻率_，其帶寬_，若為倍頻程濾波器與的關系為_。18、若某一信號的自相關函數(shù)為，則該信號的均方值為

4、=_A_，均方根值為xrms=_。 19、RC低通濾波器中RC值愈_大_，則上截止頻率愈低。20、從時域看，系統(tǒng)的輸出是其輸入與該系統(tǒng)_脈沖響應函數(shù)_的卷積。21、信號可分為非電信號和電信號兩種，位移屬于_非電信號_電信號。22、當被測信號不隨時間而變化或相對觀察時間而言其變化是極其緩慢的，此時的測試稱為_靜態(tài)測試_。23、測試信號隨時間而變化的測試稱為_動態(tài)測試_。24、按信號幅值隨時間變化的連續(xù)性進行分類，信號可分為連續(xù)信號、模擬信號、數(shù)字信號和_離散信號_。6、當信號x(t) 滿足 _ 時，則該信號的能量是有限的，稱為能量有限信號25、一般(復雜)周期信號由多個乃至無窮多個頻率成分疊加而

5、成，疊加后_存在_公共周期。26、準周期信號由多個頻率成分疊加，疊加后_不存在_公共周期。27、非周期信號的頻域描述采用_傅里葉變換_描述。28、兩個函數(shù)在時域中的卷積，對應于頻域中的_乘積_。29、兩個函數(shù)在時域中的乘積，對應于頻域中的_卷積_。30、為脈沖函數(shù)，=_。31、隨機信號的均值、均方值和方差之間的關系是：_。32、隨機信號的概率密度函數(shù)表示信號_幅值_落在指定區(qū)間內的概率。33、相關系數(shù)的絕對值愈接近1，變量x和y的線性相關程度愈_高_。34、相關系數(shù)接近于零，則可認為變量x、y之間完全_不相關_。35、_。36、周期函數(shù)的自相關函數(shù)是_同_頻率的周期函數(shù)。37、降低泄漏的的方法

6、有_增大_窗的寬度和選擇較好的窗函數(shù)兩種。38、如果的響應是，則的響應是_。39、如果傳遞函數(shù)為H(S)和Y(S)的兩個系統(tǒng)進行串聯(lián)后不存在負載效應，則串聯(lián)后的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為_ H(S) Y(S) _。40、根據(jù)電容器變化的參數(shù)，電容器可分為_極距變化型_、面積變化型和介質變化型三類。 41、磁電式速度傳感器的工作原理是_電磁感應定律_。42、光纖振動傳感器由光源、導光纖束、受光纖束和_光電變換器_組成。1、用階躍響應法求一階裝置的動態(tài)特性參數(shù)，可取輸出值達到穩(wěn)態(tài)值（ A ）倍所經過的時間作為時間常數(shù)。A、0.632 B、0.865 C、0.950 D、0.9822、周期信號傅立葉級數(shù)中的各

7、項系數(shù)表示各諧波分量的（ C ）。A、 相位 B、 周期 C、 振幅 D、 頻率3、系統(tǒng)在全量程內，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（A ）。A 回程誤差 B 絕對誤差 C 相對誤差 D 非線性誤差4、電路中鑒頻器的作用是（ C ）。 A、使高頻電壓轉變成直流電壓 B、使電感量轉變?yōu)殡妷毫緾、使頻率變化轉變?yōu)殡妷鹤兓?D、使頻率轉變?yōu)殡娏?、將時域信號進行時移，則頻域信號將會（D）。A、擴展 B、壓縮 C、不變 D、僅有相移6、既能檢波又能檢相的電路稱為（ C ）。 A、橋式整流電路 B、相位鑒頻電路C、相敏檢波器 D、直流放大器7、把

8、連續(xù)時間信號進行離散化時產生混疊的主要原因是（ B ）。A、記錄時間太長 B、采樣時間間隔太寬C、記錄時間太短 D、采樣時間間隔太窄8、一般來說，測試系統(tǒng)的靈敏度越高，則其測量范圍（ B ）。A、越寬 B、越窄 C、不變 D、無規(guī)律可尋9、一階系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)是（ C ）。A 固有頻率 B 阻尼比 C 時間常數(shù) D 靈敏度10、復雜周期信號的頻譜是（ A ）。A. 離散譜 B. 連續(xù)譜 C. 函數(shù) D. sinc函數(shù)11、不能用確定的數(shù)學公式表達的信號是（ D）信號。 A 復雜周期 B 非周期 C 瞬態(tài) D 隨機12、平穩(wěn)隨機過程必須（B）。 A 連續(xù) B統(tǒng)計特征與時間無關 C 各態(tài)歷經 D

9、 統(tǒng)計特征等于時間平均13、在頻譜分析中，常用（ D ）描述隨機信號的頻譜特性。 A、自譜密度PSD(k) B、.能量譜密度ESD(k)C、均方根譜RMS(k) D、功率譜PWR(k)14、提高二階系統(tǒng)的固有頻率，可以擴大系統(tǒng)的工作（ A ）范圍。  A、頻率       B、阻尼C、相位    D、幅值15、電阻應變片的輸入為（ B ）。A 力 B 應變 C 速度 D 加速度16、（ D）用于評價系統(tǒng)的輸出信號和輸入信號之間的因果性。A 傳遞函數(shù) B 互相關函數(shù) C 互譜密度函數(shù) D 相干函數(shù)

10、17、為使電纜的長短不影響壓電式傳感器的靈敏度，應選用（ B ）放大器。A 電壓 B 電荷 C 微分 D 積分18、付氏級數(shù)中各系數(shù)表示各諧波分量的（ C ）。A 相位 B 周期C 振幅 D頻率19、用方程法求解回歸直線時，誤差最小的方法是（ B ）。A 圖解法 B最小二乘法C分值法 D端點連線法20、一階系統(tǒng)的階躍響應中，超調量（ D ）。A 存在，但<5 B 存在，但<1 C 在時間常數(shù)很小時存在 D 不存在1、非周期信號的頻譜是連續(xù)的。（ × ）2、傳遞函數(shù)相同的各種裝置，其動態(tài)特性均相同。（ ）3、調幅波是載波與調制信號的疊加。（ × ）4、渦流傳感器屬

11、于有源傳感器。（ ）5、滑線變阻器式傳感器不適于微小位移量的測量。（ ）6、窗函數(shù)頻譜的主峰瓣越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信號所引起的誤差越小。（ ）7、恒帶寬濾波器的中心頻率越高，其帶寬越寬。（×）8、隨機激振屬于寬帶激振法。（ ）9、壓電式加速度計的靈敏度越高，其工作頻率越寬。（ × ）10、若系統(tǒng)是完全線性的，則輸入輸出的相干函數(shù)一定為1。（ ）11、頻率不變性原理是指任何測試裝置的輸出信號的頻率總等于輸入信號的頻率。（ × ）12、瞬態(tài)信號的頻譜具有諧波性、離散性、收斂性。(× )13、最小二乘法求參考直線的基本思想是使剩余誤差的和為最小。（ &

12、#215; ）14、一臺儀器的重復性很好，但測得的結果并不準確，這是由于存在隨機誤差的緣故。（ × ）15、對一個具有有限頻譜（0fc）的連續(xù)信號采樣，若滿足 2fcTs1,采樣后得到的輸出信號能恢復為原來的信號。（ × ）Ts為采樣時間間隔16、交流電橋的輸出信號經放大后，直接記錄就能獲得其輸入信號的模擬信號了。（ × ）17、測量小應變時，應選用金屬絲應變片，測量大應變時，應選用半導體應變片。（ × ）18、測試系統(tǒng)的幅頻特性在工作頻帶內通常是頻率的線性函數(shù)，而線性測量系統(tǒng)的靈敏度是時間的線性函數(shù)。（ × ）19、同頻率相關，不同頻不相關。

13、（ ）測試系統(tǒng)在輸入量由小增大和由大減小的測試過程中，對于同一個輸入量所得到輸出量是相同的。（ × ）20、傳感器都是由敏感元件和轉換元件兩部分組成。（ × ）21、兩信號的頻率比為無理數(shù)，疊加后的信號是周期信號。（ × ）22、研究齒輪傳動缺陷時，噪聲信號是有用信號（ ）1、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()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0.582、下面四個圖分別是哪一種濾波器的幅頻曲線特性圖，并列出4個實際濾波器的主要特征參數(shù)。（8分）(a) 帶通 (

14、b) 高通 (c) 帶阻 (d) 低通 (1) 截止頻率(2) 帶寬(3) 紋波幅度(4) 品質因子(5) 倍頻程選擇性(6) 濾波器因數(shù)3、有：，。證明：。證明： 4、已知周期方波的傅立葉級數(shù)展開式為 試繪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 5、說明測量裝置的幅頻特性A()和相頻特性()的物理意義。為什么A()=k(常數(shù)）和時，可以做到理想的不失真測量？ 定常線型系統(tǒng)在簡諧信號的激勵下，其穩(wěn)態(tài)輸出信號和輸入信號的幅值比被定義為該系統(tǒng)的幅頻特性，記為A()；（2分）穩(wěn)態(tài)輸出對輸入的相位差被定義為該系統(tǒng)的相頻特性，記為()。A()=k可以保證輸入信號的

15、各次諧波分量獲得同等程度的放大；可以保證各次諧波分量在時間軸上無相對移動，同時滿足上述條件可以保證各次諧波分量疊加后的信號波形做到理想的不失真。（或者，當A()=k(常數(shù)）和時， ，根據(jù)傅里葉變換的時移特性可知，即，此式表明這個裝置輸出的的波形和輸入精確地一致，只是幅值放大了k倍，在時間上延遲了t0而已，即滿足不失真測量。)6、信號的預處理包括那些環(huán)節(jié)？ 1）電壓幅值調理（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）如原信號進行調制，則應先進行解調（或者解調） 7、求下圖周期性鋸齒波的傅立葉級數(shù)，并繪出其頻譜圖。 tT/2-T/21-10x(t)解：由題意知： （1

16、分）（3分） （ 1分） （1分） （1分）（1分）（2分）8、分別用時間常數(shù)為t=0.2s和t=0.002s的一階儀器來測量信號x(t)=1sin2t+ 0.3sin20t。1）分別求得這兩個儀器在信號x(t)的兩個分量頻率處的頻率響應函數(shù)；2）求出信號的穩(wěn)態(tài)時域輸出；3） 將穩(wěn)態(tài)時域輸出分別與輸入信號x(t)比較，確定哪個儀器可獲得比較精確的結果？由此可得出什么結論？ 9、設有兩個周期信號和：，。式中為相對于t=0時刻的相位角；為與的相位差。求其互相關函數(shù)。解：因為兩信號是同頻率的周期函數(shù)，其周期為，故 根據(jù)三角公式故有 又所以 10、已知信號的自相關函數(shù)為Acoswt，請確定該信號的均方

17、值yx2和均方根值xrms。 Rx(t)=Acoswt yx2= Rx(0)=A11、什么是濾波器的分辨力？與哪些因素有關？濾波器的分辨力是指濾波器分辨相鄰頻率成分的能力。與濾波器帶寬B、品質因數(shù)Q、倍頻程選擇性、濾波器因數(shù)等有關。帶寬越小、品質因數(shù)越大、倍頻程選擇性越小、濾波器因數(shù)越小，分辨力越高。12、試說明固態(tài)圖像傳感器（CCD器件）的成像原理，怎樣實現(xiàn)光信息的轉換、存儲和傳輸過程，在工程測試中有何應用？CCD固態(tài)圖像傳感器的成像原理：MOS光敏元件或光敏二極管等將光信息轉換成電荷存儲在CCD的MOS電容中，然后再控制信號的控制下將MOS電容中的光生電荷轉移出來。應用：如冶金部門中各種管

18、、線、帶材軋制過程中的尺寸測量，光纖及纖維制造中的絲徑測量，產品分類，產品表面質量評定，文字與圖象識別，傳真，空間遙感，光譜測量等。13、試求傳遞函數(shù)分別為1.5/(3.5s + 0.5)和41wn2/(s2 + 1.4wns + wn2)的兩環(huán)節(jié)串聯(lián)后組成的系統(tǒng)的總靈敏度（不考慮負載效應）。解：，即靜態(tài)靈敏度K1=3，即靜態(tài)靈敏度K2=41因為兩者串聯(lián)無負載效應，所以總靜態(tài)靈敏度K = K1 ´ K2 = 3 ´ 41 = 12314、求周期信號x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t45°)通過傳遞函數(shù)為H(s)=1/(0.005s+1)的裝置后得

19、到的穩(wěn)態(tài)響應。解：，該裝置是一線性定常系統(tǒng)，設穩(wěn)態(tài)響應為y(t)，根據(jù)線性定常系統(tǒng)的頻率保持性、比例性和疊加性得到y(tǒng)(t)=y01cos(10t+j1)+y02cos(100t45°+j2)其中，所以穩(wěn)態(tài)響應為將全頻域按幾何等比級數(shù)的間隔劃分，使得中心頻率fc取做帶寬上、下限f1、f2的幾何平均值，且?guī)抙f2f1 總是和中心頻率fc保持一常數(shù)關系，hv×fc。如果v等于根號二的倒數(shù)（0.707)，那么f22f1，則定義這樣的頻率帶寬叫倍頻程帶寬；如果v等于三倍根號二的倒數(shù)（0.236），那么h0.236fc，則定義這樣的頻率帶寬為1/3倍頻程帶寬。若使每一頻帶的上限頻率比

20、下限頻率高一倍，即頻率之比為2，這樣劃分的每一個頻程稱1倍頻程，簡稱倍頻程。如果在一個倍頻程的上、下限頻率之間再插入兩個頻率，使 4個頻率之間的比值相同（相鄰兩頻率比值=1.26倍）。這樣將一個倍頻程劃分為3個頻程，稱這種頻程為13倍頻程。一般對n倍頻帶作如下定義:f2/f1=2n當n1時，由它確定的頻程成為倍頻程；當n1/3時，由它確定的頻程稱為1/3倍頻程。一、填空題（30分，每空1.5分） 1. 作為傳感器的核心部件，直接感受被測物理量并對其進行轉換的元件稱為 敏感元件 。 2. 在為   

21、0;0    情況下，自相關函數(shù)值達到最大值。 3. 已知某周期信號的周期為0.2s，則該信號的3次諧波分量的頻率為    15    Hz。 4. 周期信號的頻譜具有   離散   性，   諧波    性和衰減性。 5. 若采樣頻率過低，不滿足采樣定理，則被采樣信號的頻譜會產生

22、0;  頻混   現(xiàn)象。 6. 在外力作用下，金屬應變式傳感器主要產生幾何尺寸變化，而壓阻式傳感器主要是   電阻率   發(fā)生變化，兩者都引起   電阻值   發(fā)生變化。 7. 衡量傳感器在同一工作條件下，對同一被測量進行多次連續(xù)測量所得結果之間的不一致程度的指標為   重復性   。 8. 電感式和電容式傳

23、感器常采用   差動   結構來提高其靈敏度，改善  非線性誤差  。 9. 描述一階系統(tǒng)動態(tài)特性的參數(shù)是 時間常數(shù) ，其值越   小    ，則該系統(tǒng)頻帶越寬，響應越快。 10. 當壓電式傳感器使用  電荷   放大器，輸出電壓幾乎不受聯(lián)接電纜長度變化的影響。 11. 抗混濾波器是一種 

24、 低通  濾波器 ，其上限截止頻率cf與采樣頻率sf之間的關系應滿足關系式     錯誤！未找到引用源。      。 12. 某信號的自相關函數(shù)為twt0cos100)(=xR，則該信號的均值為    0     ，均方根值為         10

25、      。 13. 若窗函數(shù))(tw的頻譜為)2(sinc)(TTWww=，則時延窗函數(shù))(0ttw-的頻譜為 錯誤！未找到引用源。對比可以發(fā)現(xiàn)，時延窗函數(shù)的   幅值譜   與原窗函數(shù)的對應量相同。 二、選擇題（20分，每題1分） 1. 描述傳感器靜態(tài)特性的指標有    D    。 A幅頻特性  &#

26、160;     B穩(wěn)定時間         C動態(tài)范圍        D線性度 2. 下列統(tǒng)計參數(shù)中，用以描述隨機信號波動范圍的參數(shù)為    B     。 A 均值       

27、;     B 方差            C 均方值          D 概率密度函數(shù) 3 信號的時域描述與頻域描述通過    C   來建立關聯(lián)。 A 拉氏變換  

28、      B 卷積            C 傅立葉變換      D 相乘 4理想濾波器在通帶內的幅頻特性為     A    。 A常數(shù)      

29、60;     B 零              C零或常數(shù)         D無法確定 5. 如果隔振臺對低頻激勵起不了明顯的隔振作用，但對高頻激勵卻有很好的隔振作用，那么，隔振臺屬于    B    。&#

30、160;A 高通濾波器     B 低通濾波器       C 帶通濾波器      D 帶阻濾波器 6  測試裝置能檢測輸入信號的最小變化能力，稱為    D    。A 量程       

31、0;   B靈敏度            C 精確度         D分辨力 7 已知變磁通式轉速傳感器的測速齒輪的齒數(shù)為30，若測得感應電動勢的頻率為300Hz，則被測軸的轉速為     D   。 A  300轉/

32、分      B  480轉/分        C  900轉/分      D  600轉/分 8 濾波器的-3dB截止頻率指信號幅值衰減為輸入幅值    C   對應的頻率。 A 2   

33、0;        B 1                C 2/2         D 1/2 9 對連續(xù)信號進行采樣時，若信號的記錄時間不變，采樣頻率越高，則    C

34、0;   。 A 泄漏誤差越大              B 頻率混疊越嚴重 C 采樣點數(shù)越多              D 頻域分辨率越低 10壓電式傳感器目前多用于測量    

35、 D     。 A 靜態(tài)力     B 溫度      C 速度     D 加速度與動態(tài)力 11當¥®t時，兩信號的互相關函數(shù)呈周期變化，說明兩信號必定    B     。 A為周期信號

36、0;         B含有同頻率的周期成分     C為非周期信號        D含有不同頻率的周期成分 12 濾波器的帶寬越小，表示該濾波器    D    。 A建立時間越短，頻率分辨率越低      

37、  B建立時間越長，頻率分辨率越低 C建立時間越短，頻率分辨率越高        D建立時間越長，頻率分辨率越高13若0d、dD分別為變極距型電容式傳感器極板間的初始極距和極距變化量，S為極板面積，在1<<Dd的條件下，該電容傳感器靈敏度近似為   D    。 AdedD         B2dedD&#

38、160;         C0deS         D20deS 14若瞬變信號)(tx的頻譜為)(fX，則信號)(btax(其中a、b均為正實常數(shù))的頻譜為       A   。 A  ()afXbb      &

39、#160;             B ()bfXab C  ()bfXaa                    D )(afXba 15 測試系統(tǒng)動態(tài)特性的測定方法包括階躍響應試驗和 &

40、#160;  A    試驗。 A頻率響應           B脈沖響應          C傳遞函數(shù)         D任意輸入響應 16以下    C  

41、 的頻譜為連續(xù)頻譜。 A周期矩形脈沖      B正弦函數(shù)           C矩形窗函數(shù)       D周期方波 17單位脈沖函數(shù)的采樣特性表達式為    A   。 A )(d)()(00txttttx=-ò¥&#

42、165;-d          B )()(*)(00ttxtttx-=-d C )()(*)(txttx=d                 D 1)(Ûtd 18屬于物性型傳感器為   D   。 A應變式傳感器      B電感式