工程测试与信号分析答案.docx

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工程测试与信号分析答案

工程测试与信号分析答案

【篇一：

工程测试与信号基础部分课后答案】

测对象属性量值为目的的全部操作；

测试是具有试验性质的测量，或者可以理解为测量和试验的综合。

测试技术研究的主要内容包括四个方面，即：

测量原理、测量方法、测量系统、数据处理测试技术的任务：

1）新产品设计；2）设备改造；3）工作和生活环境的净化及监测；4）工业自动化生产；5）科学规律的发现和新的定律、公式的诞生。

测试方法的分类：

1）按是否直接测定被测量的原则分类：

直接测量法和间接测量法。

2）按传感器是否与被测物体有机械接触的原则分类：

接触测量法与非接触测量法。

3）按被测量是否随时间变化分类：

静态测量和动态测量

chap1

信号是载有信息的物理变量，是传输信息的载体。

信息是事物存在状态或属性的反映。

区别与联系：

信息蕴含于信号之中，信号中携带着人们所需要的有用信息。

信号的分类：

一、按所传递的信息的物理属性分类：

机械量（如位移、速度、加速度、力、温度、流量等）、电学量（如电流、电压等）、声学量（如声乐、声强等）、光学量等等。

二、按照时间函数取值的连续性和离散性分类：

分为连续时间信号和离散时间信号。

三、按照信号随时间变化变化的特点来分类：

可分为确定性信号和非确定性信号两大类。

四、按照信号能否重复来分类：

确定性信号（周期信号和非周期信号）和非确定性信号（平稳随机信号和非平稳随机信号）。

四、模拟信号与数字信号

信号的描述与分析：

通常以四种变量域来描述信号，即时间域、幅值域、频率域、时频域，对应的信号分析有时域分析、幅域分析、频域分析、时频分析。

一、时域分析

1.峰值和峰峰值

峰峰值表示信号的动态范围，即信号大小的分布区间。

2.均值

表示信号大小的中心位置或常值分量，也称为固定分量或直流分量。

3.方差和均方差

表示了信号的分散程度或波动程度

5.自相关函数

相关的概念

a.相关系数

定量说明随机变量x与y之间的相关程度

b.自相关函数

自相关函数描述了信号一个时刻的取值与相隔?

时间的另一个时刻取值的依赖关系，即相似程度。

自相关函数是偶函数，它的极大值出现于?

＝0处。

周期信号的自相关函数是与原信号周期相同的周期信号。

6.互相关函数

表示两个信号之间依赖关系的相关统计量，即它表示了两个信号的相关程度。

互相关函数主要应用于检测和识别存在于噪声中的有用信号。

一）周期信号的频谱分析

1）．周期信号的三角函数展开式与频谱图

例题1：

周期性矩形波的频谱

矩形波各次谐波的幅值衰减是很慢的，第21次谐波的幅值才衰减为基波的近乎5％。

此矩形波的频谱图

例题2：

周期性三角波的频谱。

三角波高次谐波衰减得很快，其第5次谐波的幅值就衰减为基波的1／25。

它相当于矩形波的第25次谐波。

也就是说，三角波比矩形波更接近于正、

余弦波形。

a、傅里叶变换

1-2、描述周期信号的频率结构可采用什么数学工具？

如何进行描述？

周期信号是否可以进行傅里叶变换？

为什么？

答：

傅里叶级数展开式。

根据具体情况可选择傅里叶级数三角函数展开式和傅里叶级数复指数函数级数展开式两种形式。

周期信号不可以直接进行傅里叶变换，因为周期信号不具备收敛可积的条件，其频域描述只能运用傅里叶级数展开式来描述。

1-4、周期信号、非周期信号和随机信号在不同领域的描述中有何不同？

用什么方法可以鉴别混杂在一起的这三种信号？

用什么方法可以将它们分离开来？

答：

不同性质信号的样本记录，具有不同的概率密度函数。

因此，可以通过分析概率密度函数来确定被测信号所含的成分。

chap2

静态特性主要是指测试系统对于不随时间变化的输入量的响应特性，即系统输入与输出的关系。

静态特性的评定指标：

1.线性度2.迟滞3.重复性4.灵敏度5.分辨力和阈值6.稳定性和温度稳定性7.漂移8.静态误差[精度]

动态特性是指测试系统对随时间变化得输入量得响应特性。

其评定指标为频率响应和瞬态响应

任何一个测试系统不可能在非常宽广的频带内满足不失真的测试条件，我们将a（?

）不等于常数时所引起的失真称为幅值失真，?

（?

）与?

之间的非线性关系所引起的失真称为相位失真。

一般情况下，测试系统既有幅值失真又有相位失真。

改善传感器性能的技术途径：

Ⅰ.结构、材料与参数的合理选择、Ⅱ.差动技术、Ⅲ.平均技术、Ⅳ.稳定性处理、Ⅴ.屏蔽、隔离与干扰抑制、Ⅶ.零示法、微差法与闭环技术?

、Ⅷ.补偿与校正、Ⅸ.集成化、智能化与信息融合

2-5、不失真测试条件能够保证信号的什么不失真？

对于复杂输入信号如何才能保证输出信号不失真？

实际测试系统的特性与不失真测试条件有何差距？

答：

保证波形不失真。

复杂的输入信号保证不失真：

系统的幅频特性为常量，相频特性是过原点且具有负斜率的直线。

实际测试系统不可能在很宽的频率范围内满足不失真测试的条件。

所以实际的测试系统不可避免的会产生幅值失真和相位失真，即使只在某一频率范围内工作，也难以完全理想地实现不失真的测试。

2-8、进行某次动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nc/mpa，将它与增益为0.005v/nc的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/v。

试计算该测量系统的总灵敏度。

又当压力变化3.5mpa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？

解：

总灵敏度

k0?

k01?

k02?

k03?

90.9nc/mpa?

0.005v/nc?

20mm/v?

9.09mm/mpa

记录的位移=3.5?

9.09?

31.8mm

2?

?

100?

?

2?

（?

?

）?

?

?

?

?

1?

?

0.10895?

?

?

?

?

?

又　?

?

2?

f?

2?

?

100?

200?

　　?

?

?

0.108

?

2?

0.108?

4?

5.233?

10（s）?

523?

s2（200?

）

?

?

2?

f?

2?

?

50?

100?

?

?

?

1

?

（?

?

）2?

100%?

1?

1?

（100?

?

5.23?

10）?

42?

1.3%

?

?

?

tg?

1?

?

?

?

tg?

1（100?

?

5.23?

10?

4）?

9?

20/

chap3

3-1

3-7涡流传感器特点：

结构简单、使用方便、分辨率高、不受油污等介质的影响以及可实现非接触式测量等。

应用：

轴振摆测量、轴心轨迹测量、转速测量、材料厚度测量、物件计数、表面探伤。

3-9压电效应：

某些材料在承受机械应变作用时，内部就产生极化现象，从而在材料的相应表面会产生电荷；当外力除去后，又重新恢复到原来的状态，这种现象称为压电效应。

石英石英晶体的压电特性：

3-10电感式传感器分类：

按其转换方式不同分为自感式传感器、互感式传感器、涡流式传感器；按其结构形式不同又可分为变气隙式、变面积式和镙管式chap4

4-1信号调理的作用是信号调理就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。

信号调理可以将数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，它能够帮助直接连接到广泛的传感器和信号类型来实现的。

信号调理技术可以将数据采集系统的总体性能和精度提高10倍。

4-2直流电桥的和差特性是相邻两桥臂电阻变化使各自引起的输出电压相减；相对两桥臂电阻变化使各自引起的输出电压相加。

其作用表明了桥臂电阻变化对输出电压的影响。

利用该特性，在实际应用中可以合理布置应变片进行温度补偿，提高电桥的灵敏度。

4-3什么是信号调制？

在测控系统中为什么要进行信号调制？

常用的信号调制方法有哪几

种？

什么是解调？

信号调制是指利用某种信号（如被测信号）来控制并改变某一高频振荡信号的某个参数（如幅值、频率或相位等）使其随着该信号的变化而变化的过程。

因为信号调制是各种通信系统的重要基础，广泛用于广播、电视、雷达、测量仪表等电子设备。

常用的信号调制方法有模拟调制和数字调制两种。

解调则是指从已调波中恢复出调制信号的过程，即调制的逆过程。

4-4在调制过程中，将控制高频振荡的低频信号称为调制波或调制信号。

将载送低频信号的高频振荡波称为载波或被调信号。

将经过调制后所得到的高频振荡波称为已调波或已调信号。

4-5什么是调幅？

试写出调幅信号的数学表达式，并画出它的波形。

调幅是将一个高频振荡信号（载波）与被测信号（调制信号）相乘，使高频振荡信号的幅值随被测信号的变化而变化。

表达式与图——p144

4-6什么是调频？

试写出调频信号的数学表达式，并画出它的波形。

调频是利用调制信号控制高频振荡波的频率使其随调制信号而变化的过程。

表达式与图——p149

chap6

6-3常见的接触式、非接触式测振传感器有哪些？

其结构与工作原理各有何特点？

答：

接触式测振传感器中的磁电式速度传感器和压电式加速度计，其机电转换较方便，应用较多；非接触式测振传感器中的涡流式传感器属于相对式传感器，因其本身优点诸多，也被广泛应用于工业现场。

6-7常见的角位移传感器有哪些？

其结构与工作原理有何特点？

答：

电阻式滑线式角位移传感器和电阻式变阻器角位移传感器及旋转变压器式角位移传感器。

6-10试对比金属丝电阻与热敏电阻的测温特性。

答：

、热敏电阻具有随温度的变化电阻值变化的特性。

热敏电阻由半导体材料制成，它的电阻温度系数基金数的大几百倍，有着极其灵敏的电阻温度效应，同时它还具有体积小、反应快等优点。

热敏电阻按其电阻随温度变化的典型特性可分为三类：

负温度系数热敏电阻，正温度系数热敏电阻和临界温度电阻器。

负温度系数热敏电阻的电阻值会随温度上升而下降，切电阻温度的变化范围大。

6-11试结合热电效应说明热电偶的冷端补偿原理及方法。

答：

从热电效应的原理可知，热电偶产生的热电动势与两端温度有关。

只有将冷端的温度恒定，热电动势才是热端温度的单值函数。

由于热电偶分度表是以冷端温度为0℃时作出的，因此在使用时要正确反映热端温度（被测温度），最好设法使冷端温度恒为0℃。

但在实际应用中，热电偶的冷端通常靠近被测对象，且受到周围环境温度的影响，其温度不是恒定不变的。

方法：

1、冷端恒温法；2、补偿导线法；3、计算修正法；4电桥补偿法；5、显示仪表零位调整法

【篇二：

工程测试与信号分析大作业】

ss=txt>技术报告

目录

...............................................................................42.3信号频域分析..........................................................................................................................5

2.3.1信号幅值谱......................................................................................................................52.3.2信号解调分析..................................................................................................................52.4信号时频分析..........................................................................................................................6

一、概述

1.1引言

随着现代工业及科学技术的迅速发展，生产设备日趋大型化、集成化、高速化、自动化和智能化，由此而使得设备特别是关键设备在生产实践中的作用越来越大。

发展有效的设备状态监测和故障诊断技术成为当今设备管理和维修的迫切需求，对于齿轮和滚动轴承的状态监测和故障诊断亦是如此。

减速器和滚动轴承从设计、结构、材料到制造等方面已相当成熟和规范，但仍然难以避免诸如磨损、剥落、点蚀、裂纹等常发故障。

减速器和滚动轴承一旦出现故障，直接威胁机械的安全，同时造成极大的经济损失。

因此，对减速器和滚动轴承的故障研究对提高机械运行的安全性、经济性有极大的意义。

本文将一组五个滚动轴承进行点蚀故障实验，观察在故障逐步发生、恶化的过程中轴承振动的变化趋势，提取故障特征，借此对将来的故障诊断提供实验依据。

1.2实验描述

试验台基本结构如图1.1所示。

由减速齿轮箱、驱动电机、制动器和测速装置四个部分组成。

电机额定工作转速1486转/分，电机输出轴上直接安装第一级主动齿轮。

经过减速后的齿轮箱输出轴上安装一个摩擦制动器用以模拟齿轮箱的负载。

电机另一端安装测速装置。

图1.1齿轮故障试验台结构示意图图1.2齿轮故障试验台结构示意图

两级减速齿轮箱结构如图1.2示。

电机输出轴（轴1）转速为1486转/分，对应的旋转频率为24.8hz，第一级齿轮齿数比为24/68，对应啮合频率594.4hz。

第二级传动的齿数比为11/52，对应啮合频率96.2hz。

在额定电机转速下，第一级从动齿轮轴（轴2）的转速为525转/分，对应旋转频率为8.74hz，减速器输出轴（轴3）转速为111转/分，对应旋转频率为1.85hz。

滚动轴承故障：

以轴ii上靠近驱动电机侧的6302型单列向心滚动轴承为故障模拟对象，在轴承内圈人工模拟生成点蚀故障故障。

分别制作三个具有不同故障程度（故障面积大小不同）的轴承进行试验，即故障面积分别占轴承内圈总面积约为15%、45%、75%、100%。

对每种故障轴承各进行一组试验测量。

对于无故障运行状态和每一种故障状态均进行一组测量。

每组测量中分别调整三种负荷状态，在每种负荷状态下用三种不同的采集频率各测一次，数据采集过程用测速装置输出的外触发信号控制，以实现振动信号的同步测量。

每次测量以后直接进行功率谱和倒频谱计算，将测量信号和计算结果分别存入数据文件。

每次测量存四种文件，一个1024点原始振动信号、一个经100次同步平均的时间信号、一个经过100次平均的功率谱和一个由功率谱计算的倒频谱。

测量参数说明见表1.2。

表1.2测量采样频率与负荷

采样频率（点数/

转）

高频hf中频mf低频lf高负荷hl

负荷（n）

中负荷ml低负荷ll

10242566448028080

25600hz6400hz1600hz30.7nm17.9nm5.1nm

二、实验数据分析

本文选取了重载高频采样1测点在正常状态与各故障状态下的振动参数作为实验数据进行分析，期冀得到相应的结论。

2.1观察信号时域波形

我们在matlab里画出振动的时域波形图，分析得知每个信号中都带有一定的直流成分，为了分析简便，我们将信号减去其时域平均值画出其处理后的时域波形图2.1进行观察。

图2.1信号的时域波形图

【篇三：

工程测试与信号处理综合复习题】

周期信号频谱的数学工具是（）。

.a.相关函数b.傅氏级数c.傅氏变换d.拉氏变换

2.傅氏级数中的各项系数是表示各谐波分量的（）。

a.相位b.周期c.振幅d.频率

3.复杂的信号的周期频谱是（）。

4.如果一个信号的频谱是离散的。

则该信号的频率成分是（）。

a.有限的b.无限的c.可能是有限的，也可能是无限的

5.下列函数表达式中，（）是周期信号。

a.x（t）?

?

?

5cos10?

?

?

?

?

?

?

当t?

0?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

b.x（t）?

5sin20?

t?

10cos10?

t?

?

?

?

?

?

?

?

?

t?

?

?

）

?

0?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

当t?

0

?

atc.x（t）?

20ecos20?

t?

?

?

?

?

（?

?

?

t?

?

?

）

6.多种信号之和的频谱是（）。

a.离散的b.连续的c.随机性的d.周期性的

７.描述非周期信号的数学工具是（）。

a.三角函数b.拉氏变换c.傅氏变换d.傅氏级数

８.下列信号中，（）信号的频谱是连续的。

a.x（t）?

asin（?

t?

?

1）?

bsin（3?

t?

?

2）b.x（t）?

5sin30t?

3sin

c.x（t）?

e?

at?

sin?

0t

９.连续非周期信号的频谱是（）。

a.离散、周期的b.离散、非周期的c.连续非周期的d.连续周期的

10.时域信号，当持续时间延长时，则频域中的高频成分（）。

a.不变b.增加c.减少d.变化不定

11.将时域信号进行时移，则频域信号将会（）。

a.扩展b.压缩c.不变d.仅有移项

（t）t?

?

12sin?

?

tt,?

?

（（tt）为单位脉冲函数，则积分12.已知xx?

?

?

?

x（t）?

?

（t?

?

）dt2?

的函数值为

（）。

a．6b.0c.12d.任意值

13.如果信号分析设备的通频带比磁带记录下的信号频带窄，将磁带记录仪的重放速度（），则也可以满足分析要求。

a.放快b.放慢c.反复多放几次

14.如果?

（t）?

?

1，根据傅氏变换的（）性质，则有?

（t?

t0）?

e?

j?

t0。

a.时移b.频移c.相似d.对称

15.瞬变信号x（t），其频谱x（f），则∣x（f）∣2表示（）。

a.信号的一个频率分量的能量b.信号沿频率轴的能量分布密度

c.信号的瞬变功率

16.不能用确定函数关系描述的信号是（）。

a.复杂的周期信号b.瞬变信号c.随机信号

17.两个函数x1（t）和x2（t），把运算式?

?

?

?

x1（t）?

x2（t?

?

）d?

称为这两个函数的（）。

a.自相关函数b.互相关函数c.卷积

18.时域信号的时间尺度压缩时，其频谱的变化为（）。

a.频带变窄、幅值增高b.频带变宽、幅值压低

.频带变窄、幅值压低d.频带变宽、幅值增高

19.信号x（t）?

1?

e?

t

，则该信号是（）.

a.周期信号b.随机信号c.瞬变信号

20.数字信号的特性是（）。

a.时间上离散、幅值上连续b.时间、幅值上均离散

c.时间、幅值上都连续d.时间上连续、幅值上量化

二、填空题

1.信号可分为和两大类。

2.确定性信号可分为和两类，前者的频谱特点是＿＿＿＿。

后者的频谱特点是

＿＿＿＿。

3.信号的有效值又称为＿＿＿＿，有效值的平方称为＿＿＿＿，它描述测试信号的强度

4.绘制周期信号x（t）的单边频谱图，依据的数学表达式是＿＿＿＿，而双边频谱图的依据数学

表达式是＿＿＿＿。

5.周期信号的傅氏三角级数中的n是从＿＿＿＿到＿＿＿＿展开的。

傅氏复指数级数中的n是从

＿＿＿＿到＿＿＿＿展开的。

6.周期信号x（t）的傅氏三角级数展开式中：

an表示＿＿＿，bn表示＿＿＿，a0表示＿＿＿，

an表示＿＿＿，?

n表示＿＿＿,n?

0表示＿＿＿。

7.工程中常见的周期信号，其谐波分量幅值总是随谐波次数n的增加而＿＿＿的，因此，没有必

要去那些高次的谐波分量。

8.周期方波的傅氏级数：

x1（t）?

a?

2a1（cos?

0t?

cos3?

0t?

?

3）周期三角波的傅氏级数：

x2（t）?

a4a11?

2（cos?

0t?

cos3?

0t?

cos5?

2?

925），它们的直流分量分别是＿＿＿和＿＿＿。

信号的收敛速度上，方波信号比三角波信号＿＿＿。

达到同样的测试精度要求时，方波信号比三角波信号对测试装置的要求有更宽的＿＿＿。

10.信号当时间尺度在压缩时，则其频带＿＿＿其幅值＿＿＿。

11.单位脉冲函数?

（t）的频谱为＿＿＿，它在所有频段上都是＿＿＿，这种信号又称＿＿＿。

12.余弦函数只有＿＿＿谱图，正弦函数只有＿＿＿谱图。

13.因为lim?

x2（t）dt为有限值时，称x（t）为＿＿＿信号。

因此，瞬变信号属于＿＿＿，而周期t?

?

?

tt

信号则属于＿＿＿。

14.计算积分值：

t?

（t?

5）?

edt?

＿＿＿。

?

?

?

?

15.两个时间函数x1（t）和x2（t）的卷积定义式是＿＿＿。

16.连续信号x（t）与单位脉冲函数?

（t?

t0）进行卷积其结果是：

x（t）?

?

（t?

t0）?

＿＿＿。

其几何意

义是：

＿＿＿。

17.单位脉冲函数?

（t?

t0）与在t0点连续的模拟信号f（t）的下列积分：

＿＿。

这一性质称为＿＿＿。

18.已知傅氏变换对：

1和?

（f），根据频移性质可知

19.已知傅氏变换对：

x1（t）

＿＿＿。

20.非周期信号，时域为x（t），频域为x（f），它们之间的傅氏变换与逆变换关系式分别是：

x（f）=

＿＿＿，x（t）=＿＿＿。

一、1.b2.c3.a4.c5.b6.c7.c8.c9.c10.c

?

?

?

?

f（t）?

?

（t?

t0）dt?

＿ej2?

f0t的傅氏变换为＿＿＿。

x1（f）和x2（t）则x（f）=x2（f）当x（t）?

x1（t）?

x2（t）时，

11.d12.c13.b14.a15.b16.c17.c18.b19.c20.b

1.确定性信号；随机信号2.周期信号；非周期信号；离散的；连续的

3.均方根值；均方值4.傅氏三角级数中的各项系数（a0,an,bn,an等）傅氏复指数级数中的各项系数（cn,c?

n,cn）。

5.0；+∞；–∞；+∞

6.an—余弦分量的幅值；n次谐波分量的幅值；an--bn—正弦分量的幅值；a0—直流分量；?

n--n次谐波分量的相位角；n?

0--n次谐波分量的角频率

7.衰减8.a；a/2；更慢；工作频带9.?

?

e?

j?

f?

?

sinc?

f?

10.展宽；降低；慢录快放

11.1；等强度；白噪声12.实频；虚频13.能量有限；能量有限；功率有限14.e?

515.?

?

?

?

x1（t）?

x2（t?

?

）d?

16.x（t?

t0）；把原函数图象平移至位置处17.f（t0）；脉冲采样18.?

（f?

f0）19.x1（f）?

x2（f）

20.

x（f）?

?

x（t）edt?

?

?

j2?

ftx（t）?

x（f）edf?

?

?

三、计算题

1.三角波脉冲信号如图1-1所示，其函数及频谱表达式为

?

?

j2?

ft

求：

当时，求的表达式。

第二章习题

2.非线性度是表示标定曲线（）的程度。

a.接近真值b.偏离其拟合直线c.正反行程的不重合

a．幅值域b.时域c.频率域d.复数域

5.下列微分方程中（）是线性系统的数学模型。

a.d2ydydx

dt2?

tdt?

5y?

dt?

xb.d2y

dty?

dx

dtc.d2ydy

2?

dt2?

dty?

10x?

5

6.线性系统的叠加原理表明（）。

a.加于线性系统的各个输入量所产生的响应过程互不影响

b.系统的输出响应频率等于输入激励的频率

c.一定倍数的原信号作用于系统所产生的响应，等于原信号的响应乘以该倍数

7.测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为（）。

a.精度b.灵敏度c.精密度d.分辨率

8.一般来说，测试系统的灵敏度越高，其测量范围（）。

a.越宽b.越窄c.不变

10.线性装置的灵敏度是（）。

a.随机变量b.常数c.时间的线性函数

12.输出信号与输入信号的相位差随频率变化的关系就是系统的（）。

a.幅频特性b.相频特性c.传递函数d.频率响应函数

?

的正弦信号，则其输出与输入间的相位差是（

14.测