《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》熊詩(shī)波-課后習(xí)題-答案

創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》之馬矢奏春創(chuàng)作創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日-第三版-熊詩(shī)波等著緒論0-1敘述我國(guó)法定計(jì)量單元的基本內(nèi)容.解答：教材P4~5,二、法定計(jì)量單元.0-2如何保證量值的準(zhǔn)確和一致？解答：（參考教材P4~6,二、法定計(jì)量單元~五、量值的傳遞和計(jì)量器具檢定） 1、對(duì)計(jì)量單元做出嚴(yán)格的界說(shuō)； 2、有保管、復(fù)現(xiàn)和傳遞單元的一整套制度和設(shè)備； 3、必需保管有基準(zhǔn)計(jì)量器具,包括國(guó)家基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)、工作基準(zhǔn)等. 3、必需按檢定例程對(duì)計(jì)量器具實(shí)施檢定或校準(zhǔn),將國(guó)家級(jí)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量單元量值經(jīng)過(guò)各級(jí)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)傳遞到工作計(jì)量器具.0-3何謂丈量誤差？通常丈量誤差是如何分類(lèi)暗示的？解答：（教材P8~10,八、丈量誤差）0-4請(qǐng)將下列諸丈量結(jié)果中的絕對(duì)誤差改寫(xiě)為相對(duì)誤差.①1.0182544V±μV②±0.00003)g③±0.026)g/cm2 解答：①②③ 0-5何謂丈量不確定度？國(guó)際計(jì)量局于1980年提出的建議《實(shí)驗(yàn)不確定度的規(guī)定建議書(shū)INC-1(1980)》的要點(diǎn)是什么？ 解答： (1)丈量不確定度是表征被丈量值的真值在所處量值范圍的一個(gè)估計(jì),亦即由于丈量誤差的存在而對(duì)被丈量值不能肯定的水平. (2)要點(diǎn)：見(jiàn)教材P11. 0-6為什么選用電表時(shí),不單要考慮它的準(zhǔn)確度,而且要考慮它的量程？為什么是用電表時(shí)應(yīng)盡可能地在電表量程上限的三分之二以上使用？用量程為150V的0.5級(jí)電壓表和量程為30V的1.5級(jí)電壓表分別丈量25V電壓,請(qǐng)問(wèn)哪一個(gè)丈量準(zhǔn)確度高？ 解答： (1)因?yàn)榇蠖嫉碾姽x表、熱工儀表和部份無(wú)線電丈量?jī)x器是按引用誤差分級(jí)的（例如,精度品級(jí)為0.2級(jí)的電表,其引用誤差為0.2%）,而 引用誤差=絕對(duì)誤差/引用值其中的引用值一般是儀表的滿度值(或量程),所以用電表丈量的結(jié)果的絕對(duì)誤差年夜小與量程有關(guān).量程越年夜,引起的絕對(duì)誤差越年夜,所以在選用電表時(shí),不單要考慮它的準(zhǔn)確度,而且要考慮它的量程. (2)從(1)中可知,電表丈量所帶來(lái)的絕對(duì)誤差=精度品級(jí)×量程/100,即電表所帶來(lái)的絕對(duì)誤差是一定的,這樣,當(dāng)被丈量值越年夜,丈量結(jié)果的相對(duì)誤差就越小,丈量準(zhǔn)確度就越高,所以用電表時(shí)應(yīng)盡可能地在電表量程上限的三分之二以上使用.××30/100=0.45V.所以30V的1.5級(jí)電壓表丈量精度高. 0-7如何表達(dá)丈量結(jié)果？對(duì)某量進(jìn)行8次丈量,測(cè)得值分別為：802.40,802.50,802.38,802.48,802.42,802.46,802.45,802.43.求其丈量結(jié)果. 解答： (1)丈量結(jié)果=樣本平均值±不確定度或 (2) 0-8用米尺逐段丈量一段10m的距離,設(shè)丈量1m距離的標(biāo)準(zhǔn)差為0.2mm.如何暗示此項(xiàng)間接丈量的函數(shù)式？求測(cè)此10m距離的標(biāo)準(zhǔn)差. 解答：(1) (2) 0-9直圓柱體的直徑及高的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差均為0.5%,求其體積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為幾多？ 解答：設(shè)直徑的平均值為,高的平均值為,體積的平均值為,則所以第一章信號(hào)的分類(lèi)與描述 1-1求周期方波（見(jiàn)圖1-4）的傅里葉級(jí)數(shù)（復(fù)指數(shù)函數(shù)形式）,劃出|cn|–ω和φn–ω圖,并與表1-1比較.圖1圖1-4周期方波信號(hào)波形圖0tx(t)……A-A 解答：在一個(gè)周期的表達(dá)式為 積分區(qū)間?。?T/2,T/2）所以復(fù)指數(shù)函數(shù)形式的傅里葉級(jí)數(shù)為,.沒(méi)有偶次諧波.其頻譜圖如下圖所示.||cn|φnπ/2-π/2ωωω0ω03ω05ω03ω05ω02A/π2A/3π2A/5π幅頻圖相頻圖周期方波復(fù)指數(shù)函數(shù)形式頻譜圖2A/5π2A/3π2A/π-ω0-3ω0-5ω0-ω0-3ω0-5ω0 1-2求正弦信號(hào)的絕對(duì)均值和均方根值. 解答： 1-3求指數(shù)函數(shù)的頻譜.解答：?jiǎn)芜呏笖?shù)衰減信號(hào)頻譜圖單邊指數(shù)衰減信號(hào)頻譜圖f|X(f)|A/a0φ(f)f0π/2-π/2 1-4求符號(hào)函數(shù)(見(jiàn)圖1-25a)和單元階躍函數(shù)(見(jiàn)圖1-25b)的頻譜.ttsgn(t)01-1tu(t)01圖1-25題1-4圖a)符號(hào)函數(shù)b)階躍函數(shù) a)符號(hào)函數(shù)的頻譜t=0處可不予界說(shuō),或規(guī)定sgn(0)=0.該信號(hào)不滿足絕對(duì)可積條件,不能直接求解,但傅里葉變換存在. 可以借助于雙邊指數(shù)衰減信號(hào)與符號(hào)函數(shù)相乘,這樣便滿足傅里葉變換的條件.先求此乘積信號(hào)x1(t)的頻譜,然后取極限得出符號(hào)函數(shù)x(t)的頻譜.符號(hào)函數(shù)符號(hào)函數(shù)tx1(t)01-1符號(hào)函數(shù)頻譜fφ(f)0π/20f|X(f)|-π/2 b)階躍函數(shù)頻譜在跳變點(diǎn)t=0處函數(shù)值未界說(shuō),或規(guī)定u(0)=1/2.階躍信號(hào)不滿足絕對(duì)可積條件,但卻存在傅里葉變換.由于不滿足絕對(duì)可積條件,不能直接求其傅里葉變換,可采納如下方法求解.解法1：利用符號(hào)函數(shù)結(jié)果標(biāo)明,單元階躍信號(hào)u(t)的頻譜在f=0處存在一個(gè)沖激分量,這是因?yàn)閡(t)含有直流分量,在預(yù)料之中.同時(shí),由于u(t)不是純直流信號(hào),在t=0處有跳變,因此在頻譜中還包括其它頻率分量.單元階躍信號(hào)頻譜單元階躍信號(hào)頻譜f|U(f)|0(1/2)fφ(f)0π/2-π/2解法2：利用沖激函數(shù)根據(jù)傅里葉變換的積分特性1-5求被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)(見(jiàn)圖1-26)的傅里葉變換.圖1-26被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)t圖1-26被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)ttT-TT-Tx(t)w(t)1001-1 解： w(t)為矩形脈沖信號(hào)所以根據(jù)頻移特性和疊加性得： 可見(jiàn)被截?cái)嘤嘞液瘮?shù)的頻譜即是將矩形脈沖的頻譜一分為二,各向左右移動(dòng)f0,同時(shí)譜線高度減小一半.也說(shuō)明,單一頻率的簡(jiǎn)諧信號(hào)由于截?cái)嗾兄骂l譜變得無(wú)限寬.ffX(f)Tf0-f0被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)頻譜 1-6求指數(shù)衰減信號(hào)的頻譜指數(shù)衰減信號(hào)指數(shù)衰減信號(hào)x(t)解答：所以單邊指數(shù)衰減信號(hào)的頻譜密度函數(shù)為根據(jù)頻移特性和疊加性得：000X(ω)-ππφ(ω)ωω指數(shù)衰減信號(hào)的頻譜圖 1-7設(shè)有一時(shí)間函數(shù)f(t)及其頻譜如圖1-27所示.現(xiàn)乘以余弦型振蕩.在這個(gè)關(guān)系中,函數(shù)f(t)叫做調(diào)制信號(hào),余弦振蕩叫做載波.試求調(diào)幅信號(hào)的傅里葉變換,示意畫(huà)出調(diào)幅信號(hào)及其頻譜.又問(wèn)：若時(shí)將會(huì)呈現(xiàn)什么情況？圖1-27題1-7圖圖1-27題1-7圖ωF(ω)0f(t)0t-ωmωm 解：所以根據(jù)頻移特性和疊加性得： 可見(jiàn)調(diào)幅信號(hào)的頻譜即是將調(diào)制信號(hào)的頻譜一分為二,各向左右移動(dòng)載頻ω0,同時(shí)譜線高度減小一半.ffX(f)ω0-ω0矩形調(diào)幅信號(hào)頻譜若將發(fā)生混疊. 1-8求正弦信號(hào)的均值、均方值和概率密度函數(shù)p(x). 解答： (1),式中—正弦信號(hào)周期 (2) (3)在一個(gè)周期內(nèi)xx(t)正弦信號(hào)xx+ΔxΔtΔtt

第二章測(cè)試裝置的基本特性 2-1進(jìn)行某靜態(tài)壓力丈量時(shí),所采納的壓電式力傳感器的靈敏度為90.9nC/MPa,將它與增益為0.005V/nC的電荷放年夜器相連,而電荷放年夜器的輸出接到一臺(tái)筆式記錄儀上,記錄儀的靈敏度為20mm/V.試計(jì)算這個(gè)丈量系統(tǒng)的總靈敏度.當(dāng)壓力變動(dòng)為3.5MPa時(shí),記錄筆在記錄紙上的偏移量是幾多？ 解：若不考慮負(fù)載效應(yīng),則各裝置串連后總的靈敏度即是各裝置靈敏度相乘,即S=90.9(nC/MPa)0.005(V/nC)20(mm/V)=9.09mm/MPa. 偏移量：y=S3.5=31.815mm. 2-2用一個(gè)時(shí)間常數(shù)為0.35s的一階裝置去丈量周期分別為1s、2s和5s的正弦信號(hào),問(wèn)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值誤差將是幾多？ 解：設(shè)一階系統(tǒng),,T是輸入的正弦信號(hào)的周期穩(wěn)態(tài)響應(yīng)相對(duì)幅值誤差,將已知周期代入得 2-3求周期信號(hào)x(tt+0.2cos(100t?45)通過(guò)傳遞函數(shù)為H(ss+1)的裝置后獲得的穩(wěn)態(tài)響應(yīng). 解：,, 該裝置是一線性定常系統(tǒng),設(shè)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為y(t),根據(jù)線性定常系統(tǒng)的頻率堅(jiān)持性、比例性和疊加性獲得y(t)=y01cos(10t+1)+y02cos(100t?45+2)其中,,所以穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為℃的規(guī)律而變動(dòng),氣球?qū)囟群透叨鹊臄?shù)據(jù)用無(wú)線電送回空中.在3000m地方記錄的溫度為?l℃.試問(wèn)實(shí)際呈現(xiàn)?l℃的真實(shí)高度是幾多？ 解：該溫度計(jì)為一階系統(tǒng),其傳遞函數(shù)設(shè)為.溫度隨高度線性變動(dòng),對(duì)溫度計(jì)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于輸入了一個(gè)斜坡信號(hào),而這樣的一階系統(tǒng)對(duì)斜坡信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)滯后時(shí)間為時(shí)間常數(shù)=15s,如果不計(jì)無(wú)線電波傳送時(shí)間,則溫度計(jì)的輸出實(shí)際上是15s以前的溫度,所以實(shí)際呈現(xiàn)?l℃的真實(shí)高度是Hz=H-V=3000-515=2925m 2-5想用一個(gè)一階系統(tǒng)做100Hz正弦信號(hào)的丈量,如要求限制振幅誤差在5%以?xún)?nèi),那么時(shí)間常數(shù)應(yīng)取幾多？若用該系統(tǒng)丈量50Hz正弦信號(hào),問(wèn)此時(shí)的振幅誤差和相角差是幾多？ 解：設(shè)該一階系統(tǒng)的頻響函數(shù)為,是時(shí)間常數(shù)則 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)相對(duì)幅值誤差令≤5%,f=100Hz,解得≤523s. 如果f=50Hz,則相對(duì)幅值誤差：相角差： 2-6試說(shuō)明二階裝置阻尼比多采納0.6~0.8的原因. 解答：從不失真條件動(dòng)身分析.在0.707左右時(shí),幅頻特性近似常數(shù)的頻率范圍最寬,而相頻特性曲線最接近直線. 2-7將信號(hào)cost輸入一個(gè)傳遞函數(shù)為H(s)=1/(s+1)的一階裝置后,試求其包括瞬態(tài)過(guò)程在內(nèi)的輸出y(t)的表達(dá)式. 解答：令x(t)=cost,則,所以利用部份分式法可獲得利用逆拉普拉斯變換獲得)(1577536+1760j-2)的系統(tǒng)對(duì)正弦輸入x(tt)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的均值顯示. 解：該系統(tǒng)可以看成是一個(gè)一階線性定常系統(tǒng)和一個(gè)二階線性定常系統(tǒng)的串連,串連后仍然為線性定常系統(tǒng).根據(jù)線性定常系統(tǒng)的頻率堅(jiān)持性可知,當(dāng)輸入為正弦信號(hào)時(shí),其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)仍然為同頻率的正弦信號(hào),而正弦信號(hào)的平均值為0,所以穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的均值顯示為0.s+0.5)和41n2/(s2ns+n2)的兩環(huán)節(jié)串連后組成的系統(tǒng)的總靈敏度（不考慮負(fù)載效應(yīng)）. 解：,即靜態(tài)靈敏度K1=3,即靜態(tài)靈敏度K2=41因?yàn)閮烧叽B無(wú)負(fù)載效應(yīng),所以 總靜態(tài)靈敏度K=K1K2=341=123 2-10設(shè)某力傳感器可作為二階振蕩系統(tǒng)處置.已知傳感器的固有頻率為800Hz,阻尼比=0.14,問(wèn)使用該傳感器作頻率為400Hz的正弦力測(cè)試時(shí),其幅值比A()和相角差()各為幾多？若該裝置的阻尼比改為=0.7,問(wèn)A()和()又將如何變動(dòng)？ 解：設(shè),則,,即, 將fn=800Hz,=0.14,f=400Hz,代入上面的式子獲得A(400)1.31,(400)? 如果=0.7,則A(400)0.975,(400)? 2-11對(duì)一個(gè)可視為二階系統(tǒng)的裝置輸入一單元階躍函數(shù)后,測(cè)得其響應(yīng)的第一個(gè)超調(diào)量峰值為1.5,振蕩周期為6.28s.設(shè)已知該裝置的靜態(tài)增益為3,求該裝置的傳遞函數(shù)和該裝置在無(wú)阻尼固有頻率處的頻率響應(yīng). 解： 因?yàn)閐=6.28s,所以d=2/d=1rad/s所以當(dāng)=n時(shí),

第三章經(jīng)常使用傳感器與敏感元件3-1在機(jī)械式傳感器中,影響線性度的主要因素是什么？可舉例說(shuō)明.解答：主要因素是彈性敏感元件的蠕變、彈性后效等.3-2試舉出你所熟悉的五種機(jī)械式傳感器,并說(shuō)明它們的變換原理.解答：氣壓表、彈簧秤、雙金屬片溫度傳感器、液體溫度傳感器、毛發(fā)濕度計(jì)等.3-3電阻絲應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？應(yīng)如何針對(duì)具體情況來(lái)選用？解答：電阻絲應(yīng)變片主要利用形變效應(yīng),而半導(dǎo)體應(yīng)變片主要利用壓阻效應(yīng). 電阻絲應(yīng)變片主要優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定,現(xiàn)行較好；主要缺點(diǎn)是靈敏度低,橫向效應(yīng)年夜. 半導(dǎo)體應(yīng)變片主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、機(jī)械滯后小、橫向效應(yīng)?。恢饕秉c(diǎn)是溫度穩(wěn)定性差、靈敏度離散度年夜、非線性年夜. 選用時(shí)要根據(jù)丈量精度要求、現(xiàn)場(chǎng)條件、靈敏度要求等來(lái)選擇.3-4有一電阻應(yīng)變片（見(jiàn)圖3-84）,其靈敏度Sg＝2,R＝120.設(shè)工作時(shí)其應(yīng)釀成1000,問(wèn)R＝？設(shè)將此應(yīng)變片接成如圖所示的電路,試求：1）無(wú)應(yīng)變時(shí)電流暗示值；2）有應(yīng)變時(shí)電流暗示值；3）電流表指示值相對(duì)變動(dòng)量；4）試分析這個(gè)變量能否從表中讀出？圖3-84題3-4圖圖3-84題3-4圖解：根據(jù)應(yīng)變效應(yīng)表達(dá)式R/R=Sg得R=SgR=2100010-6 1）I1R 2）I2=1.5/(R+R)=1.5/(120+0.24) 3）=(I2-I1)/I1100%=0.2% 4）電流變動(dòng)量太小,很難從電流表中讀出.如果采納高靈敏度小量程的微安表,則量程不夠,無(wú)法丈量12.5mA的電流；如果采納毫安表,無(wú)法分辨0.025mA的電流變動(dòng).一般需要電橋來(lái)丈量,將無(wú)應(yīng)變時(shí)的靈位電流平衡失落,只取有應(yīng)變時(shí)的微小輸出量,并可根據(jù)需要采納放年夜器放年夜.3-5電感傳感器（自感型）的靈敏度與哪些因素有關(guān)？要提高靈敏度可采用哪些辦法？采用這些辦法會(huì)帶來(lái)什么樣后果？解答：以氣隙變動(dòng)式為例進(jìn)行分析.又因?yàn)榫€圈阻抗Z=L,所以靈敏度又可寫(xiě)成 由上式可見(jiàn),靈敏度與磁路橫截面積A0、線圈匝數(shù)N、電源角頻率、鐵芯磁導(dǎo)率0,氣隙等有關(guān). 如果加年夜磁路橫截面積A0、線圈匝數(shù)N、電源角頻率、鐵芯磁導(dǎo)率0,減小氣隙,都可提高靈敏度. 加年夜磁路橫截面積A0、線圈匝數(shù)N會(huì)增年夜傳感器尺寸,重量增加,并影響到靜態(tài)特性；減小氣隙會(huì)增年夜非線性.3-6電容式、電感式、電阻應(yīng)變式傳感器的丈量電路有何異同？舉例說(shuō)明.解答：電容式傳感器的丈量電路自感型變磁阻式電感傳感器的丈量電路： 電阻應(yīng)變式傳感器的丈量電路：電橋電路（直流電橋和交流電橋）. 相同點(diǎn)：都可使用電橋電路,都可輸出調(diào)幅波.電容、電感式傳感器都可使用調(diào)幅電路、調(diào)頻電路等. 分歧點(diǎn)：電阻應(yīng)變式傳感器可以使用直流電橋電路,而電容式、電感式則不能.另外電容式、電感式傳感器丈量電路種類(lèi)繁多.3-7一個(gè)電容測(cè)微儀,其傳感器的圓形極板半徑r＝4mm,工作初始間隙=0.3mm,問(wèn)：1）工作時(shí),如果傳感器與工件的間隙變動(dòng)量＝1m時(shí),電容變動(dòng)量是幾多？2）如果丈量電路的靈敏度S1=100mV/pF,讀數(shù)儀表的靈敏度S2=5格/mV,在＝1m時(shí),讀數(shù)儀表的指示值變動(dòng)幾多格？解：1） 2）B=S1S2C=1005(10-3)答：3-8把一個(gè)變阻器式傳感器按圖3-85接線.它的輸人量是什么？輸出量是什么？在什么樣條件下它的輸出量與輸人量之間有較好的線性關(guān)系？圖3-85題3-8圖圖3-85題3-8圖xxpRLueuoRxRp解答：輸入量是電刷相對(duì)電阻元件的位移x,輸出量為電刷到端點(diǎn)電阻Rx.如果接入分壓式丈量電路,則輸出量可以認(rèn)為是電壓uo.,輸出電阻與輸入位移成線性關(guān)系.,輸出電壓與輸入位移成非線性關(guān)系. 由上式可見(jiàn),只有當(dāng)Rp/RL0時(shí),才有.所以要求后續(xù)丈量?jī)x表的輸入阻抗RL要遠(yuǎn)年夜于變阻器式傳感器的電阻Rp,只有這樣才華使輸出電壓和輸入位移有較好的線性關(guān)系.3-9試按接觸式與非接觸式區(qū)分傳感器,列出它們的名稱(chēng)、變換原理,用在何處？解答：接觸式：變阻器式、電阻應(yīng)變式、電感式（渦流式除外）、電容式、磁電式、壓電式、熱電式、廣線式、熱敏電阻、氣敏、濕敏等傳感器. 非接觸式：渦電流式、光電式、熱釋電式、霍爾式、固態(tài)圖像傳感器等. 可以實(shí)現(xiàn)非接觸丈量的是：電容式、光纖式等傳感器.3-10欲丈量液體壓力,擬采納電容式、電感式、電阻應(yīng)變式和壓電式傳感器,請(qǐng)繪出可行方案原理圖,并作比力.3-11一壓電式壓力傳感器的靈敏度S=90pC/MPa,把它和一臺(tái)靈敏度調(diào)到0.005V/pC的電荷放年夜器連接,放年夜器的輸出又接到一靈敏度已調(diào)到20mm/V的光線示波器上記錄,試?yán)L出這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的框圖,并計(jì)算其總的靈敏度.解：框圖如下壓力傳感器壓力傳感器電荷放年夜器光線示波器壓力P 各裝置串連,如果忽略負(fù)載效應(yīng),則總靈敏度S即是各裝置靈敏度相乘,即S=x/P=9020=9mm/MPa.3-12光電傳感器包括哪兒種類(lèi)型？各有何特點(diǎn)？用光電式傳感器可以丈量哪些物理量？解答：包括利用外光電效應(yīng)工作的光電傳感器、利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電傳感器、利用光生伏特效應(yīng)工作的光電傳感器三種.外光電效應(yīng)（亦稱(chēng)光電子發(fā)射效應(yīng)）—光線照射物體,使物體的電子逸出概況的現(xiàn)象,包括光電管和光電倍增管.內(nèi)光電效應(yīng)（亦稱(chēng)光導(dǎo)效應(yīng)）—物體受到光線照射時(shí),物體的電子吸收光能是其導(dǎo)電性增加,電阻率下降的現(xiàn)象,有光敏電阻和由其制成的光導(dǎo)管.光生伏特效應(yīng)—光線使物體發(fā)生一定方向的電動(dòng)勢(shì).如遙控器,自動(dòng)門(mén)（熱釋電紅外探測(cè)器）,光電鼠標(biāo)器,照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光計(jì),光度計(jì),光電耦合器,光電開(kāi)關(guān)（計(jì)數(shù)、位置、行程開(kāi)關(guān)等）,濁度檢測(cè),火災(zāi)報(bào)警,光電閱讀器（如紙帶閱讀機(jī)、條形碼讀出器、考卷自動(dòng)評(píng)閱機(jī)等）,光纖通信,光纖傳感,CCD,色差,顏色標(biāo)識(shí)表記標(biāo)幟,防盜報(bào)警,電視機(jī)中亮度自動(dòng)調(diào)節(jié),路燈、航標(biāo)燈控制,光控?zé)糇?音樂(lè)石英鐘控制（晚上不奏樂(lè)）,紅外遙感、干手器、沖水機(jī)等.在CCD圖象傳感器、紅外成像儀、光纖傳感器、激光傳感器等中都獲得了廣泛應(yīng)用.3-13何謂霍爾效應(yīng)？其物理實(shí)質(zhì)是什么？用霍爾元件可測(cè)哪些物理量？請(qǐng)舉出三個(gè)例子說(shuō)明.解答：霍爾（Hall）效應(yīng)：金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中,當(dāng)有電流流過(guò)薄片時(shí),則在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的兩正面上將發(fā)生電位差,這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng),發(fā)生的電位差稱(chēng)為霍爾電勢(shì).霍爾效應(yīng)發(fā)生的機(jī)理（物理實(shí)質(zhì)）：在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電荷受到磁場(chǎng)力FL（稱(chēng)為洛侖茲力）作用,而向垂直于磁場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)方向的方向移動(dòng),在兩正面發(fā)生正、負(fù)電荷積累. 應(yīng)用舉例：電流的丈量,位移丈量,磁感應(yīng)強(qiáng)度丈量,力丈量；計(jì)數(shù)裝置,轉(zhuǎn)速丈量（如計(jì)程表等）,流量丈量,位置檢測(cè)與控制,電子焚燒器,制做霍爾機(jī)電—無(wú)刷機(jī)電等.3-14試說(shuō)明壓電式加速度計(jì)、超聲換能器、聲發(fā)射傳感器之間的異同點(diǎn).解答：相同點(diǎn)：都是利用資料的壓電效應(yīng)（正壓電效應(yīng)或逆壓電效應(yīng)）. 分歧點(diǎn)：壓電式加速度計(jì)利用正壓電效應(yīng),通過(guò)慣性質(zhì)量快將振動(dòng)加速度轉(zhuǎn)換成力作用于壓電元件,發(fā)生電荷. 超聲波換能器用于電能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換.利用正、逆壓電效應(yīng).利用逆壓電效應(yīng)可用于清洗、焊接等.聲發(fā)射傳感器是基于晶體組件的壓電效應(yīng),將聲發(fā)射波所引起的被檢件概況振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的換能設(shè)備,所有又常被人們稱(chēng)為聲發(fā)射換能器或者聲發(fā)射探頭.資料結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用發(fā)生位錯(cuò)-滑移-微裂紋形成-裂紋擴(kuò)展-斷裂,以彈性波的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱(chēng)為聲發(fā)射.聲發(fā)射傳感器分歧于加速度傳感器,它受應(yīng)力波作用時(shí)靠壓電晶片自身的諧振變形把被檢試件概況振植物理量轉(zhuǎn)化為電量輸出.3-15有一批渦輪機(jī)葉片,需要檢測(cè)是否有裂紋,請(qǐng)舉出兩種以上方法,并說(shuō)明所用傳感器的工作原理.渦電流傳感器,紅外輻射溫度丈量,聲發(fā)射傳感器（壓電式）等.3-16說(shuō)明用光纖傳感器丈量壓力和位移的工作原理,指出其分歧點(diǎn).解答： 微彎測(cè)壓力原理：力微彎板光纖變形光纖傳遞的光強(qiáng)變動(dòng). 微彎測(cè)位移原理：位移微彎板光纖變形光纖傳遞的光強(qiáng)變動(dòng). 分歧點(diǎn)：壓力需要彈性敏感元件轉(zhuǎn)換成位移.3-17說(shuō)明紅外遙感器的檢測(cè)原理.為什么在空間技術(shù)中有廣泛應(yīng)用？舉出實(shí)例說(shuō)明.解答：紅外遙感就是遠(yuǎn)距離檢測(cè)被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量.空間技術(shù)中利用飛船、航天飛機(jī)、衛(wèi)星等攜帶的紅外遙感儀器可以實(shí)現(xiàn)很多對(duì)地、對(duì)空觀測(cè)任務(wù).如觀測(cè)星系,利用衛(wèi)星遙測(cè)技術(shù)研究地殼斷層分布、探討地動(dòng)前兆,衛(wèi)星海洋觀測(cè)等.3-18試說(shuō)明固態(tài)圖像傳感器（CCD器件）的成像原理,怎樣實(shí)現(xiàn)光信息的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程,在工程測(cè)試中有何應(yīng)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(zhuǎn)換成電荷存儲(chǔ)在CCD的MOS電容中,然后再控制信號(hào)的控制下將MOS電容中的光生電荷轉(zhuǎn)移出來(lái). 應(yīng)用：如冶金部份中各種管、線、帶材軋制過(guò)程中的尺寸丈量,光纖及纖維制造中的絲徑丈量,產(chǎn)物分類(lèi),產(chǎn)物概況質(zhì)量評(píng)定,文字與圖象識(shí)別,傳真,空間遙感,光譜丈量等.3-19在軋鋼過(guò)程中,需監(jiān)測(cè)薄板的厚度,宜采納那種傳感器？說(shuō)明其原理.解答：差動(dòng)變壓器、渦電流式、光電式,射線式傳感器等.3-20試說(shuō)明激光測(cè)長(zhǎng)、激光測(cè)振的丈量原理.解答：利用激光干涉丈量技術(shù).3-21選用傳感器的基來(lái)源根基則是什么？試舉一例說(shuō)明.解答：靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、可靠性、精確度、丈量方法、體積、重量、價(jià)格等各方面綜合考慮.第四章信號(hào)的調(diào)理與記錄4-1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(wú)窮年夜,當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)釀成2和2000時(shí),分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓,并比力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： 雙臂電橋較單臂電橋靈敏度提高1倍.4-2有人在使用電阻應(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(wèn),在下列情況下,是否可提高靈敏度？說(shuō)明為什么？ 1）半橋雙臂各串連一片； 2）半橋雙臂各并聯(lián)一片.解答：電橋的電壓靈敏度為,即電橋的輸出電壓和電阻的相對(duì)變動(dòng)成正比.由此可知： 1）半橋雙臂各串連一片,雖然橋臂上的電阻變動(dòng)增加1倍,但橋臂總電阻也增加1倍,其電阻的相對(duì)變動(dòng)沒(méi)有增加,所以輸出電壓沒(méi)有增加,故此法不能提高靈敏度； 2）半橋雙臂各并聯(lián)一片,橋臂上的等效電阻變動(dòng)和等效總電阻都降低了一半,電阻的相對(duì)變動(dòng)也沒(méi)有增加,故此法也不能提高靈敏度.4-3為什么在靜態(tài)應(yīng)變儀上除設(shè)有電阻平衡旋鈕外,還設(shè)有電容平衡旋鈕解答：靜態(tài)電阻應(yīng)變儀采納高頻交流電給電橋供電,電橋工作在交流狀態(tài),電橋的平衡條件為Z1Z3=Z2Z4|Z1||Z3|=|Z2||Z4|,13=24 由于導(dǎo)線分布、各種寄生電容、電感等的存在,光有電阻平衡是不能實(shí)現(xiàn)阻抗模和阻抗角同時(shí)到達(dá)平衡,只有使用電阻、電容兩套平衡裝置反復(fù)調(diào)節(jié)才華實(shí)現(xiàn)電橋阻抗模和阻抗角同時(shí)到達(dá)平衡.4-4用電阻應(yīng)變片接玉成橋,丈量某一構(gòu)件的應(yīng)變,已知其變動(dòng)規(guī)律為(t)=Acos10t+Bcos100t 如果電橋激勵(lì)電壓u0=Esin10000t,試求此電橋的輸出信號(hào)頻譜.解：接成等臂全橋,設(shè)應(yīng)變片的靈敏度為Sg,根據(jù)等臂電橋加減特性獲得 幅頻圖為ff9900An(f)999010010101004-5已知調(diào)幅波xa(t)=(100+30cost+20cos3t)cosct,其中fc=10kHz,f=500Hz.試求： 1）xa(t)所包括的各分量的頻率及幅值； 2）繪出調(diào)制信號(hào)與調(diào)幅波的頻譜.解：1）xa(t)=100cosct+15cos(c-)t+15cos(c+)t+10cos(c-3)t+10cos(c+3)t 各頻率分量的頻率/幅值分別為：10000Hz/100,9500Hz/15,10500Hz/15,8500Hz/10,11500Hz/10. 2）調(diào)制信號(hào)x(t)=100+30cost+20cos3t,各分量頻率/幅值分別為：0Hz/100,500Hz/30,1500Hz/20.調(diào)制信號(hào)與調(diào)幅波的頻譜如圖所示.ff0An(f)調(diào)制信號(hào)頻譜1500f8500An(f)9500100001150020301001001015105001510調(diào)幅波頻譜4-6調(diào)幅波是否可以看作是載波與調(diào)制信號(hào)的迭加？為什么？解答：不成以.因?yàn)檎{(diào)幅波是載波幅值隨調(diào)制信號(hào)年夜小成正比變動(dòng),只有相乘才華實(shí)現(xiàn).4-7試從調(diào)幅原理說(shuō)明,為什么某靜態(tài)應(yīng)變儀的電橋激勵(lì)電壓頻率為10kHz,而工作頻率為0~1500Hz？解答：為了不發(fā)生混疊,以及解調(diào)時(shí)能夠有效地濾失落高頻成份,要求載波頻率為5~10倍調(diào)制信號(hào)頻率.靜態(tài)應(yīng)變儀的電橋激勵(lì)電壓為載波,頻率為10kHz,所以工作頻率（即允許的調(diào)制信號(hào)最高頻率）為0~1500Hz是合理的.4-8什么是濾波器的分辨力？與哪些因素有關(guān)？解答：濾波器的分辨力是指濾波器分辨相鄰頻率成份的能力.與濾波器帶寬B、品質(zhì)因數(shù)Q、倍頻程選擇性、濾波器因數(shù)等有關(guān).帶寬越小、品質(zhì)因數(shù)越年夜、倍頻程選擇性越小、濾波器因數(shù)越小,分辨力越高.4-9設(shè)一帶通濾器的下截止頻率為fc1,上截止頻率為fc2,中心頻率為f0,試指出下列記述中的正確與毛病. 1）倍頻程濾波器. 2）. 3）濾波器的截止頻率就是此通頻帶的幅值-3dB處的頻率. 4）下限頻率相同時(shí),倍頻程濾波器的中心頻率是1/3倍頻程濾波器的中心頻率的倍.解答：1）毛病.倍頻程濾波器n=1,正確的是fc2=21fc1=2fc1. 2）正確. 3）正確. 4）正確.4-10已知某RC低通濾波器,R=1k,C=1F,試； 1）確定各函數(shù)式H(s)；H()；A()；(). 2）當(dāng)輸入信號(hào)ui=10sin1000t時(shí),求輸出信號(hào)uo,并比力其幅值及相位關(guān)系.解：CCRi(t)ui(t)uo(t)一階RC低通濾波器 1）,=RC=100010-6所以 ,, 2）ui=10sin1000t時(shí),=1000rad/s,所以（穩(wěn)態(tài)輸出）相對(duì)輸入ui,輸出幅值衰減為（衰減了-3dB）,相位滯后.4-11已知低通濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)式中=0.05s.當(dāng)輸入信號(hào)x(t)=0.5cos(10t)+0.2cos(100t-45)時(shí),求其輸出y(t),并比力y(t)與x(t)的幅值與相位有何區(qū)別.解：,,, y(tA(10)cos[10t+(10)A(100)cos[100t-45+(100)] =0.447cos(10t)+0.039cos(100t) 比力：輸出相對(duì)輸入,幅值衰減,相位滯后.頻率越高,幅值衰減越年夜,相位滯后越年夜.4-12若將高、低通網(wǎng)絡(luò)直接串連（見(jiàn)圖4-46）,問(wèn)是否能組成帶通濾波器？請(qǐng)寫(xiě)出網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù),并分析其幅、相頻率特性.RR1C1uo(t)圖4-46題4-12圖C2R2ui(t)解：1=R1C1,2=R2C2,3=R1C2A(0)=0,(0)=/2；A()=0,()=-/2,可以組成帶通濾波器,如下圖所示.-50-50-40-30-20-100Magnitude(dB)101100101102103104-90-4504590Phase(deg)BodeDiagramFrequency(rad/sec)4-13一個(gè)磁電指示機(jī)構(gòu)和內(nèi)阻為Ri的信號(hào)源相連,其轉(zhuǎn)角和信號(hào)源電壓Ui的關(guān)系可用二階微分方程來(lái)描述,即設(shè)其中動(dòng)圈部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I10-5kgm2,彈簧剛度r為10-3Nmrad-1,線圈匝數(shù)n為100,線圈橫截面積A為10-4m2,線圈內(nèi)阻R1為75,磁通密度B為150Wbm-1和信號(hào)內(nèi)阻Ri為125；1）試求該系統(tǒng)的靜態(tài)靈敏度（radV-1）.2）為了獲得0.7的阻尼比,必需把多年夜的電阻附加在電路中？改進(jìn)后系統(tǒng)的靈敏度為幾多？解：1）式中：,,靜態(tài)靈敏度：阻尼比：固有角頻率： 2）設(shè)需串連的電阻為R,則解得：改進(jìn)后系統(tǒng)的靈敏度：

第五章信號(hào)處置初步5-1求h(t)的自相關(guān)函數(shù).解：這是一種能量有限簡(jiǎn)直定性信號(hào),所以5-2假定有一個(gè)信號(hào)x(t),它由兩個(gè)頻率、相角均不相等的余弦函數(shù)疊加而成,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為x(t)=A1cos(1t+1)+A2cos(2t+2)求該信號(hào)的自相關(guān)函數(shù).解：設(shè)x1(t)=A1cos(1t+1)；x2(t)=A2cos(2t+2),則因?yàn)?2,所以,.又因?yàn)閤1(t)和x2(t)為周期信號(hào),所以同理可求得所以5-3求方波和正弦波（見(jiàn)圖5-24）的互相關(guān)函數(shù).tty(t)tx(t)1-11T-1圖5-24