工程測(cè)試與信息處理復(fù)習(xí)提綱1

1、2010-2011學(xué)年(2)工程測(cè)試與信息處理復(fù)習(xí)提綱一.判斷題.(對(duì)則打“/”，不對(duì)則打“x”)1. 15xVxW610VxVxV()非周期信號(hào)的頻譜是連續(xù)的。2. ()傳遞函數(shù)相同的各種裝置，其動(dòng)態(tài)特性均相同。3. ()調(diào)幅波是載波與調(diào)制信號(hào)的疊加。4. ()渦流傳感器屆于有源傳感器。5. ()滑線變阻器式傳感器不適于微小位移量的測(cè)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(hào)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(jī)激振屆于寬帶激振法。9. ()壓電式加速度計(jì)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

2、的相十函數(shù)一定為1。11.非周期信號(hào)幅頻譜與周期信號(hào)幅值譜的量綱一樣。(X)傳感器的線性范圍越寬，表明其工作量程越大。(V)壓電式傳感器常用于測(cè)量振動(dòng)，測(cè)量加速度、力及壓力等.(/)14.瞬態(tài)信號(hào)的頻譜具有諧波性、離散性、收斂性。(X)15.一臺(tái)儀器的重復(fù)性很好，但測(cè)得的結(jié)果并不準(zhǔn)確，這是由于存在隨機(jī)誤差的緣故。(X)二.選擇題.15DBCAB610DBDDB1. 不能用確定的數(shù)學(xué)公式表達(dá)的信號(hào)是A復(fù)雜周期B非周期2. 平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程必須。A連續(xù)B統(tǒng)計(jì)特征與時(shí)間無(wú)關(guān)3. 一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)是。A固有頻率B阻尼比信號(hào)。C瞬態(tài)D隨機(jī)C各態(tài)歷經(jīng)D統(tǒng)計(jì)特征等于時(shí)間平均C時(shí)間常數(shù)D靈敏度4.系統(tǒng)在全量

3、程內(nèi)，輸入量由小到大及由大到小時(shí)，對(duì)于同一個(gè)輸入量所得到的兩個(gè)數(shù)值不同的輸出量之間的最大差值稱(chēng)為。5. A回程誤差B絕對(duì)誤差C相對(duì)誤差D非線性誤差電阻應(yīng)變片的輸入為。6. A力B應(yīng)變C速度D加速度用丁評(píng)價(jià)系統(tǒng)的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間的因果性。7. A傳遞函數(shù)B互相關(guān)函數(shù)C互譜密度函數(shù)D相干函數(shù)為使電纜的長(zhǎng)短不影響壓電式傳感器的靈敏度，應(yīng)選用放大器。8. A電壓B電荷C微分D積分在測(cè)量位移的傳感器中，符合非接觸測(cè)量而且不受油污等介質(zhì)影響的是傳感器。9. A電容式B壓電式C電阻式D電渦流式信號(hào)分析設(shè)備可分析的頻率低丁磁帶記錄儀記錄信號(hào)的頻率，可將磁帶，也可達(dá)到分析的目的。10. A重放速度放快B重

4、放速度放慢C重放速度不變D多放幾次半導(dǎo)體應(yīng)變片是根據(jù)（d）原理工作的。a.電阻應(yīng)變效應(yīng)；b.壓電效應(yīng)；c.熱阻效應(yīng)；d.壓阻效應(yīng)11.帶通濾波器所起的作用是只允許（c）通過(guò)。12. a.低頻信號(hào)；b.高頻信號(hào)；c.某一頻帶的信號(hào)；d.所有頻率分量信號(hào)不失真測(cè)量的條件除要求測(cè)量系統(tǒng)幅頻特性是常值外，其相頻特性要求滿足（a13. a.相移與頻率成正比；b.常值相移；c.任意相移；d.無(wú)特殊要求對(duì)某二階系統(tǒng)輸入周期信號(hào)X（t）=Aosin3mt,則系統(tǒng)輸出信號(hào)有以下特性（c）。注：3rn>3na.幅值、頻率、相位皆不變；b.頻率改變，幅值、相位不變；c.幅值、相位改變，頻率不變；d.相位不變，

5、幅值、頻率改變。將時(shí)域信號(hào)進(jìn)行時(shí)移，則該信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻域信號(hào)將會(huì)產(chǎn)生（d）a.擴(kuò)展；b.壓縮；c.不變；d.僅有相移一、填空題1.測(cè)試技術(shù)的基本任務(wù)是獲取有用的信息。2. 從時(shí)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。3. 信號(hào)的時(shí)域描述，以為獨(dú)立變量；而信號(hào)的頻域描述，以為獨(dú)立變量。4. 壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)而工作的。5. 帶通濾波器的上下限截止頻率為fc2、fc，其帶寬B=fc2-fc1;若其帶寬為1/3倍頻程則fc2=（或1.26）fci。6. 屆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，答對(duì)任何兩個(gè)均得2分等。7. 根據(jù)載波

6、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。8. 測(cè)試裝置的動(dòng)態(tài)特性可以用傳幽H數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)和脈沖響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。9. 表征測(cè)量系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有靈敏度、非線性度、回程誤差和精度等。10. 選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測(cè)量方式等六個(gè)方面的問(wèn)題.在進(jìn)行噪聲測(cè)量時(shí)，常用聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)、聲功率級(jí)表示其強(qiáng)弱,用噪聲的頻譜表示其成分，可以用人的主觀感覺(jué)進(jìn)行度量,如響度級(jí)等.磁帶紀(jì)錄器的用途主要有以下幾個(gè)方面信號(hào)記錄、時(shí)間軸變換、可使數(shù)據(jù)反復(fù)重現(xiàn)及便7同步分析.11. 一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由信號(hào)調(diào)理電路、_數(shù)據(jù)采集-電路及計(jì)算機(jī)通信電路組成.

7、12. 填空題用一階系統(tǒng)作測(cè)量裝置，為了獲得最佳的工作性能，其時(shí)間常數(shù)i原則上（越小越好）。13. （時(shí)間常數(shù)）是一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。14. 線性度表示標(biāo)定曲線（偏離其擬合曲線）的程度。15. 若線性系統(tǒng)的輸入為某一頻率的簡(jiǎn)諧信號(hào)，則其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)必為（同一頻率）的簡(jiǎn)諧信號(hào)。16. （漂移）是在輸入不變的條件下，測(cè)量系統(tǒng)的輸出隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。17. 關(guān)丁標(biāo)定曲線不重合的測(cè)量系統(tǒng)靜態(tài)特性有（滯后）和（重復(fù)性）。測(cè)試裝置在穩(wěn)態(tài)下，單位輸入變化所引起的輸出變化稱(chēng)為該裝置的（靈敏度）；能夠引起輸出量可測(cè)量變化的最小輸入量稱(chēng)為該裝置的（分辨力）。18. 相頻特性是指（輸出較輸入滯后角隨輸入頻率）變化的

8、特性。19. 二階測(cè)試裝置，其阻尼比為（0.7）左右時(shí)，可以獲得較好的綜合特性。測(cè)量系統(tǒng)輸出信號(hào)的傅里葉變換與輸入信號(hào)的傅里葉變換之比稱(chēng)為（頻率響應(yīng)函數(shù)）。20. 測(cè)量系統(tǒng)對(duì)單位脈沖輸入的響應(yīng)稱(chēng)為（脈沖響應(yīng)函數(shù)）。21. 測(cè)試裝置的頻率響應(yīng)函數(shù)H（j3）是裝置動(dòng)態(tài)特性的（頻）域描述。四.簡(jiǎn)答題1.請(qǐng)指明下面信號(hào)（q<t*）是功率信號(hào),還是能量信號(hào),給出證明.2cos10t（1）e（2）x（t）=10t5T0t|2. （3）e（4）x（t）=cos.3t試述函數(shù)的定義和性質(zhì).展(t=0)皿、函數(shù)的定義：&(t)=%；工。；(取值定義)，么W)dt=1(面積定義)a函數(shù)有以下性質(zhì)：乘

9、積特性：f(t)6(t)=f(0)6(t)oC積分特性：Jf(t)6(t)=f(0)8(3)卷積特性f(t)*8(t)=Jf(7)&(tT)dT=f(t)電感傳感器(自感型)的靈敏度與哪些因素有關(guān)？要提高靈敏度可采取哪些措施？答:電感傳感器的靈敏度與空氣隙的平方成反比，與空氣導(dǎo)磁截面積成正比.通過(guò)采取電橋電路的接法及改變空氣隙、改變空氣導(dǎo)磁截面積可改變靈敏度.3. 簡(jiǎn)述濾波器在測(cè)試工作中的應(yīng)用.答：濾波器可以將有用的信號(hào)與大量的干擾噪聲分離開(kāi)來(lái)，提高信噪比.濾波期還可以用來(lái)濾掉被測(cè)信號(hào)中不感興趣的頻率成分.濾波器另一個(gè)重要用途是對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析.簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變傳感器的工作原理及溫度

10、補(bǔ)償方法。(以梁為例，說(shuō)明應(yīng)變片的粘貼方向，各應(yīng)變片的作用，畫(huà)出全橋路圖，并闡明理由。)答:通過(guò)電阻應(yīng)變片可將被測(cè)物理量應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電組變化的器件.由丁電阻應(yīng)變片易受溫度的影響而影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，可在同樣溫度條件下,將應(yīng)變片貼在同樣材料且不受力的試件上，通過(guò)電橋電路來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)償.已知周期方波的傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式為1.c1.sin0tsin30tsin50t354. 試?yán)L出該周期方波的單邊幅值譜，并說(shuō)明其頻譜特點(diǎn)8A8A3互8A0公3四5頻譜特點(diǎn)：離散性、諧波性、遞減性3分(每答對(duì)一個(gè)得1分)二階測(cè)試裝置的兩個(gè)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)是什么？為了實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試，如何確定其取值范圍？5. 固有頻率()和阻尼比(

11、)3分(每答對(duì)一個(gè)得1.5分)0.58為了實(shí)現(xiàn)不失真，阻尼比()取值0.60.8;工作頻率取值小丁等丁分(每答對(duì)一個(gè)得1分)何謂不失真測(cè)試？實(shí)現(xiàn)測(cè)試不失真的測(cè)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)=Aox(t-t0),其中Ao和to為常數(shù),則為不失真測(cè)試。6. 或者用文字描述上述關(guān)系，描述正確2分，不完整1分，錯(cuò)誤不得分實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試的測(cè)試裝置的幅頻特性為A(3)=A。=常數(shù)1.5分相頻特性為4()=-10切1.5分或者用文字表述，表述正確同樣得分信號(hào)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)1分濾波(或者濾去高頻)2分隔離直流分量(或者隔直)1分

12、7. 如原信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，則應(yīng)先進(jìn)行解調(diào)(或者解調(diào))1分為什么在動(dòng)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8. 動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀采用的是純電阻交流電橋(1分)，即使各橋臂均為電阻，由丁導(dǎo)線間存在分布電容(1分)，相當(dāng)丁在各橋臂上并聯(lián)了一個(gè)電容，因此，除了電阻平衡外，還須有電容平衡(3分)。5分測(cè)得兩個(gè)同頻正弦信號(hào)的相關(guān)函數(shù)波形如圖1,問(wèn)：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(hào)的哪些信息?(1) (1)互相關(guān)函數(shù)，因?yàn)槭欠瞧娣桥己瘮?shù)。2分頻率信息：正弦波形的頻率與此波形頻率相同1分相位信息：兩正弦波形之間的相位差就是此波形中的初相位1分幅值信息：此波形的

13、振幅是兩個(gè)正弦波振幅乘積的一半1分9. 說(shuō)明線性系統(tǒng)的頻率保持性在測(cè)量中的作用。在實(shí)際測(cè)試中，測(cè)得的信號(hào)常常會(huì)受到其他信號(hào)或噪聲的干擾，依據(jù)頻率保持性可以認(rèn)定，測(cè)得信號(hào)中只有與輸入信號(hào)相同的頻率成分才是真正由輸入引起的輸出。在故障診斷中，對(duì)丁測(cè)試信號(hào)的主要頻率成分，根據(jù)頻率保持性可知，該頻率成分是由相同頻率的振動(dòng)源引起的，找到產(chǎn)生該頻率成分的原因，就可以診斷出故障的原因。13.測(cè)試系統(tǒng)不失真測(cè)試的條件是什么？在時(shí)域，測(cè)試系統(tǒng)的輸出y(t)與輸入x(t)應(yīng)滿足y(t)=氣洲-垃。在頻域，幅頻特性曲線是一條平行丁頻率3軸的直線，即幅頻特性為常數(shù)，A。)=氣，相頻特性曲線是線性曲線中(。)=-訪，式

14、中，Ao，t。均為常數(shù)。12. 在磁電指示機(jī)構(gòu)中，為什么取0.7為最佳阻尼比？磁電指示機(jī)構(gòu)是二階系統(tǒng)。當(dāng)阻尼比取0.7時(shí)，從幅頻特性的角度，在一定誤差范圍內(nèi)，工作頻率范圍比較寬。從相頻特性的角度，特性曲線近似丁線性，這樣可以在較寬的頻率實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試。13. 對(duì)一個(gè)測(cè)量裝置，已知正弦輸入信號(hào)的頻率，如何確定測(cè)量結(jié)果的幅值和相位的動(dòng)態(tài)誤差？首先確定裝置的頻率響應(yīng)函數(shù)，得出幅頻特性A(3)和相頻特性甲(切)。然后，把輸入信號(hào)的頻率分別代入A伊)/A(0)和甲3)，分別得到輸出與輸入的動(dòng)態(tài)幅值比，輸出滯后丁輸入的相角。幅值比與1的差值為動(dòng)態(tài)幅值相對(duì)誤差，滯后的相角即相對(duì)誤差。14. 簡(jiǎn)述測(cè)量系統(tǒng)靜態(tài)

15、標(biāo)定的基本步驟。標(biāo)定時(shí)，選擇校準(zhǔn)的“標(biāo)準(zhǔn)”靜態(tài)量作為系統(tǒng)輸入，求出輸入-輸出特性曲線。輸入誤差應(yīng)當(dāng)是所要求測(cè)試結(jié)果誤差的1/5-1/3或更小?；静襟E如下：(1) 作輸入-輸出特性曲線。在測(cè)量范圍內(nèi)，將標(biāo)準(zhǔn)量均勻分成n個(gè)輸入點(diǎn)，進(jìn)行m次測(cè)量(每次測(cè)量包括正行程和反行程)，得到2m條輸入-輸出特性曲線。(2) 求重復(fù)性誤差。(3) 求正反行程的平均輸入-輸出曲線。(4) 求滯后。(5) 作標(biāo)定曲線。(6) 作擬合曲線，計(jì)算線性度和靈敏度。15. 簡(jiǎn)述測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)標(biāo)定的基本方法。在指定的頻率范圍內(nèi)，用不同頻率的正弦信號(hào)激勵(lì)測(cè)量系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)測(cè)量輸出信號(hào)的幅值和相角，計(jì)算輸出與輸入的幅值比和輸出較輸

16、入滯后的相角，分別繪制幅頻特性和相頻特性曲線。五、計(jì)算題(共14分)(6分)已知低通濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)為1H(切)=,式中t=0.05s1j.當(dāng)輸入信號(hào)為x(t)=0.6cos(60t)+0.5cos(100t-45時(shí)，求濾波器的穩(wěn)態(tài)輸出y(t)解：x(t)=0.6cos(60t)0.5cos(100t-45)令x1(t)=0.6cos(60t),x2(t)=0.5cos(100t-45)根據(jù)線性系統(tǒng)頻率保持性和幅頻相頻特性渺)=2，tan")1()由皿1=60,可以得到:A(1)=0.3161分(0.0560)2(切1)=-arctg(g)=-arctg(0.05k60)=71.

17、565”1分y1(t)=0.60.316cos(60t-71.565)=0.1896cos(60t-71.565)由缶2=10°,可以得到：1.1. A(亡2)=0.1961分1(0.05100)2(2)=-arctg(.)=-arctg(0.05100)=-78.691分y2(t)=0.1960.5cos(100t-45-78.69)=0.098cos(100t-123.69)由線性系統(tǒng)的疊加性可得y(t)=y(t)y2(t)=0.1896cos(60t-71.565)0.098cos(100t-123.69)2分（4分）有一信號(hào)x（t）=Acos（cot+平），初始相角為一隨機(jī)變

18、量;試求1)求其自相關(guān)函數(shù)；2)確定其均值和方差。解:自相關(guān)函數(shù):1TRx()=lim°x(t)x(t)dt)dt1T.lim早qAcos(t，、)Acos(tA2cos(，.)2均值:方差:1T°1T°T°七._T£x(t)dt=_T°Acos()dt=°21a:xT°21T°A2.=T°x(t)-Jxd1分（6分）某車(chē)床加工外圓表面時(shí)，表面振紋主要是由主軸箱轉(zhuǎn)動(dòng)軸上齒輪不平衡慣性力使主軸箱振動(dòng)所引起，實(shí)驗(yàn)測(cè)得振紋的頻譜如圖2（a）所示,主軸箱內(nèi)的傳動(dòng)示意圖如圖2（b）所示，傳動(dòng)軸I、II和主

19、軸m上的齒輪齒數(shù)分別為Z1=3°,Z2=4°,Z3=2°,Z4=5°,傳動(dòng)軸I的轉(zhuǎn)速為n1=2000轉(zhuǎn)/分（根據(jù)傳動(dòng)比計(jì)算可知：傳動(dòng)軸II的轉(zhuǎn)速為n2=1500轉(zhuǎn)/分，主軸m的轉(zhuǎn)速為n2=600轉(zhuǎn)/分），試分析哪一根軸上的齒輪不平衡量對(duì)加工表面的振紋影響較大？為什么?(a)(b)圖2解：轉(zhuǎn)動(dòng)軸I的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為：2000/60=33.3HZ;1分轉(zhuǎn)動(dòng)軸II的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為：1500/60=25HZ;1分轉(zhuǎn)動(dòng)軸III的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為：600/60=10HZ;1分與實(shí)驗(yàn)測(cè)得振紋的頻譜圖比較可知軸II上的齒輪不平衡量對(duì)加工表面的振紋影響最大。3分2. (10分)欲測(cè)試圖3

20、(a)所示簡(jiǎn)直梁的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)(固有頻率和阻尼比)，(1) 請(qǐng)從現(xiàn)有設(shè)備中選擇，并用框圖表示測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成，簡(jiǎn)述測(cè)試過(guò)程；(2) 測(cè)得該梁的幅頻特性曲線如圖3(b)所示，根據(jù)該曲線如何確定簡(jiǎn)直梁的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)(給出原理、公式并在圖中表示)(現(xiàn)有設(shè)備：壓電式加速度計(jì)、壓電式力傳感器、磁電式速度計(jì)、電阻應(yīng)變片、電荷放大器、功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、激振器、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、顯示設(shè)備)圖3(a)ft圖3（b）解：（1）（6分）測(cè)試系統(tǒng)組成框圖：（4分）*電荷成大器*電荷放大暴町卓收大器<低電由棒明器信號(hào)發(fā)寶器|.忌示設(shè)鬲測(cè)試過(guò)程（2分）：信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)由功率放大器放大后傳送給激振器,激振器通

21、過(guò)壓電式力傳感器對(duì)簡(jiǎn)支梁激振；壓電力傳感器拾取激振力信號(hào)，壓電加速度傳感器拾取振動(dòng)信號(hào),分別經(jīng)電荷放大器放大后送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),最后由顯示設(shè)備顯示頻率響應(yīng)函數(shù)。(2)(4分)幅頻特性峰值對(duì)應(yīng)的頻率為簡(jiǎn)支梁的固有頻率；2分1.半功率點(diǎn)（或者節(jié)Ao或者0.707）對(duì)網(wǎng)的頻率分別為、；阻尼比如下方法估計(jì)：=，2-，要求能在圖中正確表示，否則酌情扣分。3. 某電容傳感器（平行極板電容器）的圓形極板半徑r=4mm,工作初始極扳問(wèn)1) 距離&=0.3mm,介質(zhì)麗肘0si問(wèn)00t如X(曙暨剖*撬9°95i踞髀化量AC是多少？2) 如果測(cè)茜溫的靈敏度0§一薪0砌PF1,岬輸我的靈敏度S2=5格/mv,在=匕儉火+e舛麻桿dtq爵2f0)tdty丹fiAjpK«W0jwT2J2:(_C三尊混四蟲(chóng)浦藉3享睥域=2角匐需3涵：00052二；品袂也f0)fHfflUfW八"，1A(2(f'f0)"A()500%y!2)陀林滬0亨呻矗LRC齦值=1設(shè)某一階釧量蜘(遍400fi圈000齪映頻率為山撲遍MjrcT%0蹦2羿招*存6%這時(shí)冷用山號(hào)吊泠后角是多