青島理工大學(xué)工程測(cè)試技術(shù)期末復(fù)習(xí)題及參考答案

工程測(cè)試技術(shù)復(fù)習(xí)卷簡(jiǎn)述題傅里葉變換有哪些主要性質(zhì)？答：傅里葉變換主要有奇偶虛實(shí)性、對(duì)稱性、時(shí)間尺度改變特性、時(shí)移特性、頻移特性、卷積特性、微分和積分特性、線性疊加性、翻轉(zhuǎn)、共軛等性質(zhì)。（回答出其中任意6個(gè)即可）非周期信號(hào)的頻譜具有哪幾個(gè)特點(diǎn)？請(qǐng)對(duì)每個(gè)特點(diǎn)簡(jiǎn)要說明。答：特點(diǎn)：非周期信號(hào)的頻譜具有連續(xù)性、密度性和收斂性。1)瞬變非周期信號(hào)頻譜是連續(xù)的，譜線出現(xiàn)在0,fmax的各連續(xù)頻率值上；2)各頻率分量幅值X(f)df為單位頻寬上的諧波幅值，具有“密度”的含義，是無窮小量，頻譜不能再用幅值表示，而必須用頻譜密度函數(shù)X(f)描述，也稱為頻譜密度譜、頻譜函數(shù)。3)非周期信號(hào)是時(shí)間上不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)，一般為時(shí)域有限信號(hào)，具有收斂可積條件，其能量為有限值。什么是測(cè)量裝置靜態(tài)特性的線性度？請(qǐng)敘述其“理想直線”的確定方法。答：測(cè)量裝置靜態(tài)特性的線性度是指測(cè)量裝置輸入、輸出之間的關(guān)系與理想比例關(guān)系（即理想直線關(guān)系）的偏離程度。這里的“理想直線”通常有兩種確定方法：一種是最小與最大數(shù)據(jù)值的連線，即端點(diǎn)連線。另一種是數(shù)據(jù)點(diǎn)的最小二乘法直線擬合得到的直線。選用傳感器的主要原則是什么？答：選擇傳感器的主要原則是靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、可靠性、精確度、測(cè)量方法等。為什么要進(jìn)行信號(hào)調(diào)理？答：信號(hào)調(diào)理的原因：=1\*GB3①實(shí)現(xiàn)微弱電信號(hào)的放大；=2\*GB3②需要去掉噪聲，提高信噪比；③便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。信號(hào)處理的目的是什么？答：信號(hào)處理的目的：=1\*GB3①修正測(cè)試系統(tǒng)的某些誤差；=2\*GB3②濾除干擾噪聲，提取有用信息；③分離信、噪，提高信噪比。何謂柵欄效應(yīng)？可采取什么措施去消除柵欄效應(yīng)？答：柵欄效應(yīng)定義：采樣的實(shí)質(zhì)就是摘取采樣點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的函數(shù)值，經(jīng)頻域采樣后的頻譜僅在各采樣點(diǎn)上存在，而非采樣點(diǎn)的頻譜則被“擋住”無法顯示（視為0），其效果有如透過柵欄的縫看外景一樣，只有落在縫隙前的少數(shù)景象被看到，其余景象都被柵欄擋住，視為零。這種現(xiàn)象稱為柵欄效應(yīng)。可采取措施：（1）減小頻率采樣間隔???，即提高頻率分辨力，則柵欄效應(yīng)中被擋住的頻率成分減少。但這往往增加計(jì)算工作量，可采用“頻率細(xì)化技術(shù)”解決這一矛盾；（2）對(duì)周期信號(hào)實(shí)行整周期截?cái)啵@是獲得準(zhǔn)確頻譜的先決條件。說明測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成及各組成部分的作用。答：測(cè)試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。傳感器將被測(cè)物理量檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對(duì)接收到的電信號(hào)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(hào)分析，顯示記錄裝則測(cè)量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動(dòng)控制裝置。周期信號(hào)的頻譜具有哪幾個(gè)特點(diǎn)？請(qǐng)對(duì)每個(gè)特點(diǎn)簡(jiǎn)要說明。答：①離線性。周期信號(hào)頻譜是離散的，由一根根譜線組成，每一條譜線只代表唯一諧波分量；②諧波性。每條譜線只出現(xiàn)在基波頻率的整數(shù)倍上，基波頻率是各分量頻率的公約數(shù)，不存在非整數(shù)倍的頻率分量；③收斂性。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(hào)，其諧波幅值總的趨勢(shì)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。何謂測(cè)試裝置的靜態(tài)特性？舉出4個(gè)測(cè)試裝置靜態(tài)特性的主要指標(biāo)。答：測(cè)試裝置的靜態(tài)特性就是在靜態(tài)測(cè)試（測(cè)量）情況下描述實(shí)際測(cè)試裝置與理想定常（時(shí)不變）線性系統(tǒng)的接近程度（定義2分）。主要指標(biāo)(1)線性度；(2)靈敏度；(3)回程誤差；(4)分辨力；(5)零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移；(6)精度；(7)重復(fù)性；(8)可靠性、量程等；（任意4個(gè)指標(biāo)即可）直流電橋和交流電橋達(dá)到平衡時(shí)必須滿足的條件是什么？答：直流電橋平衡條件是對(duì)應(yīng)臂電阻乘積相等。交流電橋平衡條件是對(duì)應(yīng)臂阻抗的模乘積相等，另外對(duì)應(yīng)臂的阻抗角的和也要相等。什么是調(diào)制？調(diào)制的目的是什么？答：調(diào)制是利用低頻緩變信號(hào)控制或改變高頻振蕩信號(hào)的某個(gè)參數(shù)（幅值、頻率或相位）變化的過程。信號(hào)調(diào)制的目的：=1\*GB3①實(shí)現(xiàn)緩變信號(hào)的傳輸，特別是遠(yuǎn)距離傳輸；=2\*GB3②提高信號(hào)傳輸中的抗干擾能力和信噪比。計(jì)算題求周期信號(hào)x(t)=0.6cos(10t+30°)+0.3cos(100t-60°)通過傳遞函數(shù)為H(s)=1/(0.005s+1)的裝置后所得到的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。答案：解：系統(tǒng)頻率特性為設(shè)該裝置是一線性定常系統(tǒng)，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其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)y（t）。設(shè)其中故穩(wěn)態(tài)響應(yīng)2、一電容測(cè)微儀，其傳感器的圓形極板的半徑r=4mm，工作初始間隙，空氣介質(zhì)，試求：（已知空氣介電常數(shù)）（1）通過測(cè)量得到的電容變化量為，則傳感器與工件之間由初始間隙變化的距離（2）如果測(cè)量電路的放大倍數(shù)QUOTES1=100mV/pFS1=100mV/pF，讀數(shù)儀表的靈敏度格/，則此時(shí)儀表指示值變化多少格？答案：解：（1）極距變化型電容傳感器靈敏度為：則（2）設(shè)讀數(shù)儀表指示值變化格數(shù)為m，則（格）3、有人使用電阻應(yīng)變儀時(shí)，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，在下列兩種情況下：（1）在半橋雙臂上各串聯(lián)一片的情況下，是否可以提高靈敏度？為什么？（2）在半橋雙臂上各并聯(lián)一片的情況下，是否可以提高靈敏度？為什么？答案：解答：1）半橋雙臂各串聯(lián)一片時(shí)，不能提高靈敏度。因?yàn)榘霕螂p臂時(shí)，其輸出電壓為，當(dāng)兩橋臂各串聯(lián)電阻應(yīng)變片時(shí)，其電阻的相對(duì)變化量為，即仍然沒有發(fā)生變化，故靈敏度不變。2）半橋雙臂各并聯(lián)一片時(shí)，不能提高靈敏度。因?yàn)榘霕螂p臂時(shí)，其輸出電壓為，當(dāng)兩橋臂各并聯(lián)電阻應(yīng)變片時(shí)，其電阻的相對(duì)變化量為?R2R2=?R4、求以阻值R=120、靈敏度Sg=2的電阻絲應(yīng)變片與阻值為120的固定電阻組成電橋，供橋電壓為3V，并假定負(fù)載電阻為無窮大，當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?chǔ)艦?和2000時(shí)，分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓，并比較兩種情況下的靈敏度。解：這是一個(gè)等臂電橋，可以利用等比電橋和差特性表達(dá)式求解。 =2時(shí)： 單臂輸出電壓： 雙臂輸出電壓： =2000時(shí)： 單臂輸出電壓： 雙臂輸出電壓： 所以雙臂電橋較單臂電橋靈敏度提高1倍。5、有一金屬電阻應(yīng)變片（見圖1），其靈敏度Sg=2.5，R=120Ω，設(shè)工作時(shí)其應(yīng)變?chǔ)艦镼UOTE，問ΔR是多少？設(shè)將此應(yīng)變片接成圖中所示的電路（應(yīng)變片與2V直流電源E組成回路），試求：1）無應(yīng)變時(shí)電流表示值；2）有應(yīng)變時(shí)電流表示值。圖1解：根據(jù)應(yīng)變效應(yīng)表達(dá)式則1）2）三、分析應(yīng)用題1、下圖是一測(cè)試系統(tǒng)的幅頻、相頻特性圖，試問在下列兩種情況下：（1）何為系統(tǒng)不失真測(cè)試條件？（2）當(dāng)輸入信號(hào)為QUOTEx1(t)=A1sinω1t+（3）當(dāng)輸入信號(hào)為QUOTEx2(t)=A1sinω圖2答：（1）根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試的條件，即在工作頻率范圍內(nèi)，測(cè)試系統(tǒng)的幅頻特性A()=A0=常數(shù)，相頻特性()=—t0，其中A0，t0為常數(shù)。（）說法正確。當(dāng)該系統(tǒng)輸入信號(hào)x1(t)=A1sinω1t+A2sinω2t時(shí)，其工作頻率為ω1和ω2，滿足不失真的條件，因此輸出信號(hào)是不失真信號(hào)；（3）說法不正確。而輸入信號(hào)是x2(t)=A1sinω1t+A4sinω4t時(shí)，工作頻率為ω1和ω4，從幅頻特性和相頻特性的圖形可知，不滿足失真條件，輸出信號(hào)是失真信號(hào)。2、在軋鋼過程中，欲測(cè)量薄板的厚度，試舉出兩種擬采用的傳感器，請(qǐng)分別繪出其可行方案的原理圖，并簡(jiǎn)述其測(cè)量工作原理。答：可采用差動(dòng)變壓器、渦電流式、光電式，射線式傳感器、紅外測(cè)距傳感器、反射式光纖位移傳感器等。任選兩種傳感器即可，其中紅外測(cè)距傳感器、反射式光纖位移傳感器的測(cè)量工作原理可參考光電式、射線式傳感器。1）采用差動(dòng)變壓器式傳感器。示意圖如圖所示。測(cè)量工作原理：薄板通過傳送帶經(jīng)過兩個(gè)觸動(dòng)輪，當(dāng)板的厚度不均勻時(shí)，使得觸動(dòng)輪后面連接的桿件帶動(dòng)鐵心上下移動(dòng)，由于鐵心的移動(dòng)使得上下線圈分別產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)二者產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的差值的變化情況就可以監(jiān)測(cè)薄板的厚度變化情況。2）采用渦流式（或渦電流式）傳感器。示意圖如圖所示。測(cè)量工作原理：兩只渦流傳感器對(duì)面放置，距離固定，設(shè)為A。待測(cè)薄板放置于兩個(gè)傳感器之間，則兩個(gè)傳感器分別感知自己與物體的距離，設(shè)為B1、B2。則薄板的厚度=A-B1-B2。3）光電式反射傳感器。示意圖如圖所示。測(cè)量工作原理：兩側(cè)各放置一個(gè)光電式反射傳感器（含光源和光點(diǎn)元件），間隔為C，則兩個(gè)傳感器分別感知自己與物體的距離，設(shè)為A，B，則薄板的厚度=C-（A+B）。4）射線式傳感器（如激光三角反射位移傳感器）。示意圖如圖所示。測(cè)量工作原理：兩側(cè)各放置一個(gè)激光三角反射式位移傳感器（激光發(fā)射二極管，雪崩光點(diǎn)二極管），間隔為C，則兩個(gè)傳感器分別感知自己與物體的距離，設(shè)為A，B，則薄板的厚度=C-（A+B）。3、欲測(cè)量液體壓力，擬采用電容式、電感式傳感器，請(qǐng)繪出可行方案的原理圖，并簡(jiǎn)述其測(cè)量原理。答：1）電容式傳感器可行方案原理如下圖所示。測(cè)量工作原理：彈性膜片與另一金屬板組成一電容，如圖所示，在壓力的作用下，彈性膜片發(fā)生變形，使電容的極距發(fā)生變化，從而引起電容量的變化。電容器接于具有直流極化電壓的電路中，電容的變化有高阻值電阻R轉(zhuǎn)換為電壓變化。電壓輸出與膜片位移速度成正比，從而可測(cè)