信號測試技術(shù)復(fù)習(xí)題

一、是非題（對的打√，錯的打×）（每題2分，共20分）分析周期信號的頻譜的工具是傅立葉級數(shù)。(T)所有周期信號都是功率信號。(√)電阻應(yīng)變式傳感器只用于測定結(jié)構(gòu)的應(yīng)力或應(yīng)變。（×）瞬態(tài)信號的頻譜一定是連續(xù)的。(T)凡頻譜是離散的信號必然是周期信號。(F)信號x(t)=sin(2t+1)+cos(t/3)是瞬態(tài)信號。（F）頻響函數(shù)反映了系統(tǒng)響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)過程。（√）已知信號x(t)與信號y(t)完全不相關(guān)，則該二信號的互相關(guān)系數(shù)滿足ρxy(τ)=1(F)一階系統(tǒng)的時間常數(shù)τ越小越好。(T)單自由度系統(tǒng)的剛度越大，其固有頻率就越低。(F)具有質(zhì)量為M，剛度為K的振動體的固有頻率為0=。(F)傳感器與被測量的對應(yīng)程度可用其靈敏度表示（T）。對傳感器進行動態(tài)標(biāo)定的主要目的是檢測傳感器的動態(tài)性能指標(biāo)（T）。系統(tǒng)的不失真測試條件要求測試系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性均保持恒定。(F)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)法不能用于一階系統(tǒng)的動態(tài)特性測試。（×）直流信號具有無限的頻譜。（×）表示測量裝置的靜態(tài)輸入與輸出之間關(guān)系的實驗曲線稱為幅頻曲線。（F）電橋測量電路的作用是把傳感器的參數(shù)變化轉(zhuǎn)為電荷的輸出。（F）一選頻裝置，其幅頻特性在f1～f2區(qū)間急劇衰減(f2>f1)，在0～f1和f2～∞之間近乎平直，這叫低通濾波器。（F）半橋聯(lián)接中要求兩個橋臂阻值變化大小相等，極性相反。（√）電橋電路是一個很好的幅度調(diào)制器。(T)從信號運算的角度看，調(diào)幅過程就是將調(diào)制信號與載波信號相乘。(T)相敏檢波是一種能鑒別信號的相位和極性卻無放大能力的檢波電路。(T)壓電式傳感器不一定要配接前置放大器。（×）電荷放大器使壓電加速度計輸出的電荷量得到放大，由此而得電荷放大器的名稱。(F)壓電式傳感器采用電荷放大器或電壓放大器，其測量效果總是相同的。(F)A.理論直線B.標(biāo)定曲線C.理論標(biāo)定曲線D.幅頻曲線39．選擇二階裝置的阻尼比ζ=0.707，其目的是()。DA.阻抗匹配B.增大輸出量C.減小輸出量D.接近不失真條件40．自相關(guān)函數(shù)一定是()函數(shù)。AA.偶B.奇C.周期D.隨機41．?dāng)?shù)字信號的特征是()DA.時間上連續(xù)幅值上離散 B.時間上離散幅值上連續(xù)C.時間上和幅值上都連續(xù) D.時間上和幅值上都離散42．二階裝置的動態(tài)特性參數(shù)是它的()C A.時間常數(shù) B.傳遞函數(shù)H(s) C.固有頻率和阻尼比 D.功率譜43．周期信號在時域內(nèi)按時間間隔Ts采樣后，其頻譜將具有（）特征。A A.周期、離散 B.非周期、離散 C.周期、連續(xù) D.非周期、連續(xù)44．一般而言，測量裝置的靈敏度越高，則（）C A.動態(tài)特性越好 B.動態(tài)特性越差 C.測量范圍越窄D.減小磁電式傳感器與齒輪外齒間的間隙45.下列措施中哪些可以提高磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的靈敏度（A,B,C,D）A.增加線圈匝數(shù) B.采用磁性強的磁鐵； C.加大線圈的直徑D.測量范圍越寬1．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2．設(shè)時域信號x(t)的頻譜為X(f)，則時域信號（C）的頻譜為X(f＋fo）。

A.B.

C.

D.3．如果系統(tǒng)的權(quán)函數(shù)為h(t)，系統(tǒng)的輸入x(t)為單位脈沖函數(shù)，此時系統(tǒng)輸出y(t)為（C）A.h(t)x(t)B.x(t)C.h(t)

D.無法確定4．若一選頻濾波器的幅頻特性是：在∞~fc間接近常數(shù)，在fc~0之間急劇衰減。該濾波器為(B)濾波器。

A.低通

B.高通

C.帶通

D.帶阻5．一個相鄰雙臂工作的測力電橋，如果將兩工作臂的一個應(yīng)變片均改為兩個應(yīng)變片串聯(lián)，則電橋的輸出電壓（C）

A.加大一倍

B.減小一倍

C.不變

D.加大兩倍6．輸入x(t)和輸出y(t)的相干函數(shù)的取值在０和１之間，可能是（D）。

A.有外界噪聲干擾

B.系統(tǒng)是非線性的

C.輸出y(t)是輸入x(t)和其它輸入的綜合輸出

D.以上三種7．若電阻應(yīng)變片的輸入信號為正弦波，則以該應(yīng)變片為工作臂的直流測量用橋的輸出是（B）

A.直流信號

B.正弦波

C.調(diào)幅波

D.脈動波8．記錄0~200Hz的正弦信號，宜采用固有頻率為（B)Hz的振動子較合適。

A.120

B.400

C.1200

D.25009．在時域中計算的信號總功率，等于在頻域中計算的信號（C）。

A.自功率譜積分

B.平均功率

C.總功率

D.互功率譜積分１０.周期信號截斷后的頻譜必是（A）的。

A.連續(xù)

B.離散

C.連續(xù)非周期

D.離散周期三、填空題信號可分為確定性和非確定性（隨機）兩大類。確定性信號可分為周期和非周期兩類。周期信號頻譜的特點是離散性，瞬變信號頻譜的主要特點是連續(xù)性。周期信號的傅氏三角級數(shù)是從0到展開的，傅氏復(fù)指數(shù)級數(shù)是從到展開的。單位脈沖函數(shù)的頻譜為，它在所有的頻段上都是的，這種信號是。余弦函數(shù)只有圖，其圖形關(guān)于縱軸對稱，正弦函數(shù)只有圖，其圖形關(guān)于縱軸對稱。已知三角波傅氏級數(shù)展開式為：則其頻率成分為，各頻率的振幅為；幅值頻譜圖為：。在周期方波信號的傅氏級數(shù)式和周期三角波周期三角波信號的傅氏級數(shù)中信號的直流分量分別是和，方波信號的幅值收斂速度比三角波信號，疊加復(fù)原達到同樣精度要求時，方波信號比三角波信號需要更多的，因此對測試裝置要求有更寬的。對傳感器進行的主要目的是檢測傳感器的動態(tài)性能指標(biāo)。已知某傳感器的靈敏度為K0，且靈敏度變化量為△K0，則該傳感器的靈敏度誤差計算公式為rs=。線性系統(tǒng)最主要的兩個特性是和。線性系統(tǒng)具有保持性，即若系統(tǒng)輸入一個正弦信號，則其穩(wěn)態(tài)輸出的保持不變，單輸出的和一般會發(fā)生變化。輸出信號與輸入信號的相位差隨頻率變化的關(guān)系稱。若給時間常數(shù)為τ的一階裝置輸入頻率為ω＝1／τ的正弦信號，則輸出與輸入相位差為。測試裝置的脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)就是當(dāng)輸入為_______時裝置的輸出。當(dāng)用h(t)來表示裝置的動態(tài)特性時，輸入x(t)、輸出y(t)與h(t)三者的關(guān)系為。實現(xiàn)不失真測試的條件是：該測試裝置的幅頻特性、相頻特性。系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)的定義是：系統(tǒng)輸出響應(yīng)的與輸入激勵的之比。在系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析中，它的模等于系統(tǒng)與的幅值比，其幅角等于它們的。為了求取測試裝置本身的動態(tài)特性，常采用響應(yīng)法和響應(yīng)法。、和傳感器的輸出必須經(jīng)過電橋才能測量。壓電式加速度計采用為前置放大器時，其輸出的靈敏度與聯(lián)接加速度計的導(dǎo)線長度無關(guān)。三、問答題靜態(tài)測量和動態(tài)測量的區(qū)別是什么？靜態(tài)測量被測量被值認為是恒定的，不隨時間變化；動態(tài)測量被測量值隨時間變化。測量系統(tǒng)一般有哪些環(huán)節(jié)組成，各個環(huán)節(jié)有什么功能？被測對象：預(yù)先研判被測對象信號特點組成相應(yīng)的測試系統(tǒng)傳感器：將被測信號的變化轉(zhuǎn)換為電信號的變化信號調(diào)理：將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換為便于處理的形式信號處理：分析（analysis）、處理（processing）、顯示（display）觀察者：對獲得的信號進行分析和處理以及結(jié)果表達舉例說明接觸測量與非接觸測量的優(yōu)缺點？傳感器與被測體有機械接觸先舉例，再說特點：接觸測量1）比較簡單；2）傳感器有磨損；3）傳感器對被測特性有影響4）抗干擾性強非接觸測量1）避免傳感器磨損2）避免傳感器對被測特性有影響3）容易受環(huán)境電磁干擾信號一般有哪幾種分類與描述方法？請簡要說明之。（答案P11-P12）寫出周期信號兩種展開式的數(shù)學(xué)表達式，并說明系數(shù)的物理意義。（三角和指數(shù)兩種）周期信號和非周期信號的頻譜圖個有什么特點？它們的物理意義有何異同？周期信號的頻譜是離散譜，其頻率間隔△ω=ω0=2π/T；周期信號的譜線僅出現(xiàn)在基波及各次諧波頻率處；周期信號的幅值譜中各頻率分量的幅值隨著頻率的升高而減小，頻率越高，幅值越小。與周期信號相似，非周期信號也可以分解為許多不同頻率分量的諧波和，所不同的是，由于非周期信號的周期T∞，基頻fdf，它包含了從零到無窮大的所有頻率分量，各頻率分量的幅值為X(f)df，這是無窮小量，所以頻譜不能再用幅值表示，而必須用幅值密度函數(shù)描述。非周期信號的譜線出現(xiàn)在0,fmax的各連續(xù)頻率值上，這種頻譜稱為連續(xù)譜。依據(jù)周期性鋸齒波、方波、三角波、半波整流、全波整流的傅里葉展開式畫出頻譜。求正弦函數(shù)x(t)=Asin(ωt+φ)的自相關(guān)函數(shù)。令ωt+φ=θ,dt=dθ/ω什么是測試裝置的靜態(tài)特性?常用哪幾個特性參數(shù)來描述?（P33）實現(xiàn)不失真測試的條件是什么?分別敘述一、二階裝置滿足什么條件才能基本上保證不失真測試。(P37)線性定常系統(tǒng)有哪些基本性質(zhì)？簡述同頻性在動態(tài)測量中的重要意義。（P32）線性系統(tǒng)具有頻率保持特性的含義是輸入信號的頻率成分通過線性系統(tǒng)后仍保持原有的頻率成分。如果輸入是很好的正弦函數(shù)，輸出卻包含其他頻率成分，就可以斷定其他頻率成分絕不是輸入引起的。它們或由外界干擾引起，或由裝置內(nèi)部噪聲引起，或輸入太大使裝置進入非線性區(qū)，或該裝置中有明顯的非線性環(huán)節(jié)。說明測量系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性的物理意義。（P39）說明二階測量系統(tǒng)的阻尼比多采用0.6-0.7的原因。（P42）工作原理：電阻應(yīng)變式傳感器、壓阻效應(yīng)、熱電阻和熱敏電阻、電容式傳感器、容柵式傳感器、變磁阻式傳感器、差動變壓器傳感器、電渦流傳感器、壓電式傳感器、磁電式、霍爾式電阻絲式應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？各有何優(yōu)缺點？金屬電阻應(yīng)變片是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)；半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用壓阻效應(yīng)。電阻絲應(yīng)變片利用導(dǎo)體形變引起電阻變化，半導(dǎo)體應(yīng)變片利用半導(dǎo)體電阻率變化引起電阻變化。通常半導(dǎo)體應(yīng)變片比電阻絲應(yīng)變片靈敏度高，但分散性大，溫度效應(yīng)也比較大。電容傳感器分為哪幾類？各自的主要用途是什么？變極距型、變面積型、和容柵型。變極距型測壓力、力、微位移、加速度等；變面積型測微位移、力等；變介質(zhì)型測材質(zhì)、厚度、濕度、液位等；容柵型測長位移。為什么變極距型電容傳感器的靈敏度和非線性是矛盾的？實際應(yīng)用中怎樣解決這一問題？變極距型電容傳感器靈敏度靈敏度和極距的平方變化成反比，二者是非線性的，并且要靈敏度高，極距變化量就要小，因此要在實際中解決這對矛盾，可以采用如下方法：限制量程；差動測量；運放運算放大器式測量電路；差動脈沖調(diào)寬電路。差動式傳感器的優(yōu)點是什么？試述產(chǎn)生零點電位的原因和減小零位電壓的措施。優(yōu)點：減小非線性誤差；提高傳感器靈敏度；減小溫度、濕度等環(huán)境因素的影響。當(dāng)被測量的變化導(dǎo)致兩個結(jié)成差動式的傳感器輸出相等時，差動式傳感器輸出應(yīng)該為零，如果差動式傳感器輸出電壓不為零，則稱該電壓為零點殘余電壓，產(chǎn)生原因主要因為組成差動式結(jié)構(gòu)的兩個傳感器材質(zhì)、工藝等不一致，減小零位電壓的措施有：選材一致、工藝一致、電路上加補償電阻或調(diào)零電路。壓電式傳感器主要測量什么物理量？其特性如何？動態(tài)測量,力、壓力,力矩、加速度等，發(fā)電型傳感器，以壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，輸出電信號Q,u,輸出信號很微弱,內(nèi)阻很大,有電纜分布電容?；魻栃?yīng)的本質(zhì)是什么?霍爾元件可以測哪些物理量？設(shè)計一個利用霍爾元件測量轉(zhuǎn)速的裝置，并說明原理。半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)它的電流方向與磁場方向不一致時，半導(dǎo)體薄片上平行于電流和磁場方向的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)，產(chǎn)生的電動勢稱霍爾電勢，半導(dǎo)體薄片稱霍爾元件。根據(jù)霍爾電勢公式，霍爾元件可以測電磁量：恒定的或交變的磁感應(yīng)強度、有功功率、無功功率、相位、電能等參數(shù)；還可以用于位移、壓力、轉(zhuǎn)速的測量。霍爾元件是磁敏元件，要想用來測轉(zhuǎn)速，就必須在被測的旋轉(zhuǎn)體上裝一磁體，旋轉(zhuǎn)時，每當(dāng)磁體經(jīng)過霍爾元件，霍爾元件就發(fā)出一個信號，經(jīng)放大整形得到脈沖信號，也有的霍爾元件可直接輸出脈沖信號，送運算，兩個脈沖的間隔時間就是周期，由周期可換算出轉(zhuǎn)速；也可記數(shù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)，再換算出轉(zhuǎn)速簡述壓電式傳感器需要配置前置放大器的原因；常用的前置放大器有哪兩種?各有何特點?因壓電式傳感器的輸出電阻很大、電荷量很??；普通放大器輸入電阻較小，不能直接放大；阻抗變換器具有輸入阻抗高，輸出阻抗小。電荷放大器具有輸入阻抗高，輸出電壓與壓電式傳感器電荷成正比、與反饋電容成反比；與電纜分布電容無關(guān)；電壓放大器具有電路簡單，成本低，壓電式傳感器須與電纜配套使用。壓電式傳感器往往采用多片壓電晶片串聯(lián)或并聯(lián)方式，當(dāng)采用多片壓電晶片并聯(lián)方式時，適合于測量何種信號?（a）“并聯(lián)”，Q’=2Q，U’=U，C’=2C并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容大，時間常數(shù)大，適宜用在測量慢變信號并且以電荷作為輸出量的地方，（b）“串聯(lián)”Q’=Q，U’=2U，C’=C/2而串聯(lián)接法輸出電壓大，本身電容小。適宜用于以電壓作輸出信號，且測量電路輸入阻抗很高的地方。壓力傳感器動態(tài)標(biāo)定和靜態(tài)標(biāo)定的內(nèi)容有什么區(qū)別？直流電橋與交流電橋在工作原理上有何不同？他們各自的應(yīng)用場合是什么？三、分析問答題(共３０分)1、已知信號，試?yán)L制信號的實頻譜、虛頻譜和單邊幅頻譜、雙邊幅頻譜及雙邊相頻譜（10分）２、已知電阻應(yīng)變儀交流電橋的電橋電源和輸入信號x(t)的幅值譜如圖所示。電橋輸出信號經(jīng)相敏檢波、低通濾波后輸出。試分別畫出電橋輸出信號、相敏檢波輸出信號和低通濾波器輸出信號幅值譜Xm(f)、Xe(f)、Xf(f)。（１０分）3、若用光線示波器來記錄圖一所示的方波信號，可否選用FC6-400型振動子?并說明理由。(注：該振動子的固有頻率為400Hz)（10分）分析問答題答案2．3.答：不能選用。因該方波信號是一個由多頻率成分疊加而成的復(fù)雜周期信號，周期為5ms，則其基頻為：，要較完整地記錄該信號，必須保證其前十次諧波的幅值誤差小于5％，即需滿足：，得。而FC6-400型振動子的固有頻率，遠小于要求的3448Hz，僅僅只有構(gòu)成該方波的一次諧波(200Hz)可以滿足不失真的記錄要求，其余各次諧波記錄時都會產(chǎn)生很大的幅值誤差，故不能選用FC6-400型振動子來進行記錄。四、計算題霍爾元件靈敏度SH=1.2mV/(mA*kGs)，放在梯度為5kGs/mm的磁場中，如果