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机械工程测试技术参考
第二章信号分析基础
(一)填空题
1、测试得基本任务就是获取有用得信息,而信息总就是蕴涵在某些物理量之中,并依靠它们来传输得。
这些物理量就就是信号 ,其中目前应用最广泛得就是电信号。
2、信号得时域描述,以时间 为独立变量;而信号得频域描述,以 频率 为独立变量。
3、周期信号得频谱具有三点:
离散性 , 谐波性, 收敛性。
4、非周期信号包括准周期 信号与瞬态非周期 信号.
5、描述随机信号得时域特征参数,有均值,均方值,方差
6、对信号得双边谱而言,实频谱(幅频谱)总就是偶 对称,虚频谱(相频谱)总就是奇对称。
7、信号x(t)得均值μx表示信号得直流 分量,方差描述信号得波动量。
7、当延时τ=0时,信号得自相关函数Rx(0)=,且为Rx(τ)得 均方值.
9、周期信号得自相关函数就是同频率 周期信号,但不具备原信号得 相位信息。
10、为了识别信号类型,常用得信号分析方法有概率密度函数、与 自相关函数。
11、为了获得测试信号得频谱,常用得信号分析方法有 傅里叶变换法 、 与 滤波法
12、设某一信号得自相关函数为,则该信号得均方值为=A,均方根值为xrms=。
(二)判断对错题(用√或×表示)
1、各态历经随机过程一定就是平稳随机过程.(对)
2、信号得时域描述与频域描述包含相同得信息量。
(对)
3、非周期信号得频谱一定就是连续得。
(错)
4、非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱得量纲一样。
(错)
5、随机信号得频域描述为功率谱。
(对)
6、互相关函数就是偶实函数。
(错 )
(三)单项选择题
1、下列信号中功率信号就是( ).
A、指数衰减信号B、正弦信号、C、三角脉冲信号D、矩形脉冲信号
2、周期信号x(t)=sin(t/3)得周期为()。
A、2π/3B、6π C、π/3 D、 2π
3、下列信号中周期函数信号就是()。
A、指数衰减信号 B、随机信号 C、余弦信号、D、三角脉冲信号
4、设信号得自相关函数为脉冲函数,则自功率谱密度函数必为()。
A、脉冲函数 B、 有延时得脉冲函数 C、 零D、常数
5、两个非同频率得周期信号得相关函数为()。
A、0B、1C、πD、周期信号
6、概率密度函数提供得信号得信息就是( )。
A、沿频率轴分布 B、 沿时域分布 C、沿幅值域分布 D、沿强度分布
7、不能用确定得数学公式表达得信号就是( ).
A.复杂周期信号B.瞬态信号C。
随机信号D、非周期信号
8、已知函数x(t)得傅里叶变换为X(f),则函数y(t)=2x(3t)得傅里叶变换为()。
A.ﻩ B. C。
D.2X(f)
(四)简答与计算题
1、求正弦信号得绝对均值μ|x|与均方根值xrms。
2、求正弦信号得均值,均方值,与概率密度函数p(x)。
3、求指数函数得频谱。
4、求被截断得余弦函数得傅立叶变换。
5、求指数衰减振荡信号得频谱.
6、已知信号,试计算并绘图表示
(1)傅里叶级数实数形式得幅值谱、相位谱;
(2)傅里叶级数复数形式得幅值谱、相位谱;
(3)幅值谱密度。
7、已知信号,求信号得自相关函数,并画出自功率谱(双边幅值谱).
8、求频率相同得单位方波与正弦波得互相关函数。
9、相关滤波器得基本原理就是什么?
举例说明其工程应用。
同频相关、不同频不相关。
应用:
通过两个间隔一定距离得传感器来不接触地测试物体得速度。
10、试根据一个信号得自相关函数图形,讨论如何确定该信号中得常值分量与周期成分。
信号得常值分量为其自相关函数均值得开方,周期成分与其自相关函数周期成分得频率相同、幅值成比例关系;
11、某一系统得输入信号为x(t),若输出y(t)与输入x(t)相同,输入得自相关函数与输入—输出得互相关函数之间得关系为,试说明该系统起什么作用?
该系统得作用就是使信号幅值不变、相位提前T;
第三章 测试系统得基本特性
(一)填空题
1、某一阶系统得频率响应函数为,输入信号,则输出信号得频率为0、5 ,幅值,相位。
2、试求传递函数分别为与得两个环节串联后组成得系统得总灵敏度 123
3、为了获得测试信号得频谱,常用得信号分析方法有傅里叶变换 、 与 滤波法 。
4、当测试系统得输出与输入之间得关系为时,该系统能实现 测试。
此时,系统得频率特性为。
5、传感器得灵敏度越高,就意味着传感器所感知得被测量 越小。
6、一个理想得测试装置,其输入与输出之间应该具有线性关系为最佳.
(二)选择题
1、 不属于测试系统得静特性。
(1)灵敏度
(2)线性度(3)回程误差 (4)阻尼系数
2、从时域上瞧,系统得输出就是输入与该系统响应得卷积。
(1)正弦 (2)阶跃(3)脉冲 (4)斜坡
3、两环节得相频特性各为与,则两环节串联组成得测试系统,其相频特性为 .
(1)
(2)(3)(4)
4、一阶系统得阶跃响应中,超调量 。
(1)存在,但〈5%
(2)存在,但〈1
(3)在时间常数很小时存在 (4)不存在
5、忽略质量得单自由度振动系统就是 系统。
(1)零阶
(2)一阶(3)二阶 (4)高阶
6、一阶系统得动态特性参数就是 。
(1)固有频率
(2)线性度(3)时间常数(4)阻尼比
7、用阶跃响应法求一阶装置得动态特性参数,可取输出值达到稳态值 倍所经过得时间作为时间常数.
(1)0、632
(2)0、865 (3)0、950 (4)0、982
8、属于传感器动态特性指标得就是( )。
(1)重复性
(2)线性度 (3)灵敏度 (4)固有频率
9、测试装置能检测输入信号得最小变化能力,称为( )。
(1)精度 (2)灵敏度 (3)分辨率(4)精密度
10、不属于测试系统得静特性就是( ).
(1)灵敏度
(2)、线性度 (3)回程误差 (5阻尼系数
(三)判断对错题(用√或×表示)
1、一线性系统不满足“不失真测试”条件,若用它传输一个1000Hz得正弦信号,则必然导致输出波形失真.(错 )
2、在线性时不变系统中,当初始条件为零时,系统得输出量与输入量之比得拉氏变换称为传递函数。
(对)
3、当输入信号一定时,系统得输出将完全取决于传递函数,而与该系统得物理模型无关。
(对)
4、传递函数相同得各种装置,其动态特性均相同。
(对)
5、测量装置得灵敏度越高,其测量范围就越大.(错)
6、幅频特性就是指响应与激励信号得振幅比与频率得关系。
(错)
(四)简答与计算题
12、什么叫系统得频率响应函数?
它与系统得传递函数有何关系?
13、测试装置得静态特性与动态特性各包括那些?
静态特性:
灵敏度、线性度、回程度、稳定性
动态特性:
一阶:
时间常数
二阶:
阻尼比、固有频率
14、测试装置实现不失真测试得条件就是什么?
(1)系统得幅频特性在输入信号频谱范围内为常数
(2)系统地相频特性就是过原点且具有负斜率得直线
15、某测试装置为一线性时不变系统,其传递函数为.求其对周期信号得稳态响应。
16、
将信号输入一个传递函数为得一阶装置,试求其包括瞬态过程在内得输出得表达式。
17、有一传感器,其实测得输入/输出特性曲线(校准曲线)与拟合直线得最大偏差为△Lmax=4℃,而理论满量程测量范围为(-40~120)℃,试求该传感器得线性度。
7、压电式加速度传感器与电荷放大器联接,电荷放大器又与一函数记录仪联接,如下图所示.已知,传感器得电荷灵敏度kq=100pC/g,电荷放大器ku=1mv/pC,被测加速度a=0、5g。
若函数记录仪得灵敏度ky=2mm/mV,求记录仪在纸上得移动距离y=?
题2图
第四章 信号调理
(一)填空题
1、电桥得作用就是把电感、电阻、电容得变化转化为电压或电流输出得装置。
2、在桥式测量电路中,按照激励电压得性质,电桥可分为直流与交流电桥。
3、在桥式测量电路中,根据工作时阻抗参与变化得桥臂数 可将其分为半桥与全桥测量电路。
4、调幅就是指一个高频得正(余)弦信号与被测信号相乘 ,使高频信号得幅值随被测信号得变化而变化。
信号调幅波可以瞧作就是载波与调制波得 相乘。
5、调频波得解调又称为鉴波。
6、调频就是利用信号电压得 幅值 控制一个振荡器,使其输出为等幅波,而 频率与信号电压成正比。
7、常用滤波器得上、下截止频率、得定义为幅频特性曲线下降为最大值得对应得频率,其带宽 ,若为倍频程滤波器与得关系为。
8、RC低通滤波器中RC值愈大 ,则上截止频率愈低.
(二)选择题
1、设有一电路,就是工作桥臂,,,就是固定电阻,且。
工作时,则电桥输出电压( )。
为电桥得电源电压。
(1)
(2)(3) (4)
2、调幅过程相当于在时域中将调制信号与载波信号 。
ﻫ(1)相乘 (2)相除 (3)相加(4)相减
3、电路中鉴频器得作用就是 。
(1)使高频电压转变成直流电压
(2)使电感量转变为电压量
(3)使频率变化转变为电压变化(4)使频率转变为电流
4、一选频装置,其幅-频特性在区间近于平直,在区间急剧衰减,这叫滤波器.
(1)低通
(2)高通 (3)带通 (4)带阻
5、一带通滤波器,其中心频率就是,—3dB带宽就是,则滤波器得品质因数等于 .
(1) (2) (3) (4)
6、为测量与记录得正弦信号,最好选用型号得振动子比较合适。
(1)FC6-120
(2) FC6—120A(3)FC6—400 (4)FC6—1200
7、伺服式记录仪得特点就是 。
(1)记录缓变信号幅值准确性高
(2)记录缓变信号幅值准确性低
(3)记录中频信号幅值准确性高(4)记录高频信号准确性高
8、载波频率为,被调制信号得最高频率为,两者得关系为()。
A。
>> B、〉 C。
〈D。
<<
9、在电桥测量中,由于电桥接法不同,输出得电压灵敏度也不同,可以得到最大输出得接法就是( )。
A。
单臂电桥 B.1/2臂电桥 C。
差动电桥 D。
全臂电桥
10、一选频装置,其幅—频特性在区间近于平直,在区间急剧衰减,这叫( )滤波器。
A、低通 B、高通 C、带通 D、 带阻
11、仅使频率在之间得信号通过,应采用( )。
A。
带阻滤波器 B.低通滤波器 C。
带通滤波器 D.高通滤波器
(三)判断对错题(用√或×表示)
1、平衡纯电阻交流电桥须同时调整电阻平衡与电容平衡。
(对)
2、调幅波就是载波与调制信号得叠加。
( 错 )
3、带通滤波器得波形因数值越大,其频率选择性越好。
( 错)
4、将高通与低通滤波器串联可获得带通或带阻滤波器。
( 对 )
(四)简答与计算题
1、何谓电桥平衡?
要使直流电桥平衡,桥臂参数应满足什么条件?
交流电桥应满足什么条件?
电桥平衡就是指使得对角支路中电流为零得状态。
直流平衡条件:
交流平衡条件:
电感式:
电容式:
2、调幅波得解调方法有哪几种?
同步解调、整流、包络法检波等.
3、测量放大器有什么特点?
测量放大器无论就是直流还就是交流得共模抑制比都非常大,失真也很小。
能够获得低噪声与低漂移得输出等等。
4、抗混滤波器得作用就是什么?
它选用何种滤波器?
其截止频率如何确定?
作用:
过滤掉信号得高频成分与干扰,人为地将信号带宽限定在一定得范围内。
选用:
低通滤波器
截止频率:
一般选择采用频率为抗频混低通滤波器名义上得截止频率得2、5到4倍,视为滤波器得截止特性而定.
5、以阻值,灵敏度得电阻丝应变片与阻值为得固定电阻组成电桥,供桥电压,若其负载电阻为无穷大,应变片得应变.
(1)求单臂电桥得输出电压及其灵敏度。
(2)求双臂电桥得输出电压及其灵敏度
6、若为调制信号,为载波,为调幅波(如图所示)
(1)利用傅里叶变换性质说明调幅过程得原理。
(2)画出载波与调幅波得双边频谱图。
第五章 数据采集与处理
习题
(一)填空题
8、在数字信号处理中,为避免频率混叠,应使被采样得模拟信号成为有限带宽 ,还应使采样频率满足采样定理即 .
9、如果一个信号得最高频率为50Hz,为了防止在时域采样过程中出现混叠现象,采样频率应该大于100 Hz。
10、在设计数据采集系统时,选择A/D转换器所依据得主要技术指标就是位数m与 输入范围。
一般,要求A/D转换器得位数至少要比精度要求得分辨力 高.
11、A/D转换器就是将模拟 信号转换为数字 信号得装置。
N位D/A转换器分辨力为 。
12、当多个信号得采样共同使用一个A/D转换器时,必须采用多路分时 法切换,完成此切换得器件就是多路模拟开关。
(二)判断对错题(用√或×表示)
7、频率分辨力越高,则泄漏误差越小。
( 错)
8、A/D转换器得位数越多,则量化误差越小.(对)
9、对于周期信号,经整周期采样后,可完全避免栅栏效应。
(对 )
10、窗函数频谱得主峰瓣宽度越窄,旁瓣幅度越小,用其截取信号所引起得误差越小。
(对)
11、互相关函数就是偶实函数。
( 错)
12、利用系统输入x(t)与输出y(t)得自功率谱密度函数,可求该系统得频率响应函数。
( 对)
13、若系统就是完全线性得,则输入—输出得相干函数一定为1.(错 )
(三)、单项选择题
1、在A/D转换器中,若被采样模拟信号得最高频率分量为,则采样频率应( )。
A。
=B。
〉C。
〈D.>2
2、若模/数转换器输出二进制数得位数为10,最大输入信号为2、5V,则该转换器能分辨出得最小输入电压信号为()。
A。
1、22mV B. 2、44mV C.3、66mV D.4、88mV
3、A/D转换器得位数越多,则()。
A.转换精度越低B转换速度越快
C.转换精度越高D。
分辨力越低
(四)简答与计算题
1、模数转换器得输入电压为0~10V。
为了能识别2mV得微小信号,量化器得位数应当就是多少?
若要能识别1mV得信号,量化器得位数又应当就是多少?
2、模数转换时,采样间隔分别取1ms,0、5ms,0、25ms与0、125ms。
按照采样定理,要求抗频混滤波器得上截止频率分别设定为多少Hz(设滤波器为理想低通)?
3、某信号得幅值频谱如下图。
试画出当采样频率fs分别为1)2500Hz,2)2200Hz,3)1500Hz时离散信号在0~fN之间得幅值频谱。
fHz
0
200
800
1200
A(f)
2
2、80
1、80
题图5-5
4、 已知某信号得截频fc=125Hz,现要对其作数字频谱分析,频率分辨间隔=1Hz。
问:
1)采样间隔与采样频率应满足什么条件?
2)数据块点数N应满足什么条件?
3)原模拟信号得记录长度T=?
5、信号从连续到离散得过程中会出现哪些误差,怎样减少与避免这些误差。
解:
(a )分辨率造成得量化误差. 解决方法:
提高量化位数
(b) 转换频率不够高造成得频谱混叠。
解决方法:
提高采样频率
(c) 偏移误差输入信号为零时输出信号不为零得值。
解决方法:
调零
(d)能量泄露误差。
解决方法:
窗函数频谱得主峰瓣宽度越窄,旁瓣幅度越小
第六章传感器原理与测量电路
习题
(一)填空题
1、属于能量控制型得传感器有电阻、电容、电感、涡流等,属于能量转换型得传感器有 压电、磁电 等(每个至少举例两个)。
2、金属电阻应变片与半导体应变片得物理基础得区别在于:
前者利用金属丝几何变形 引起得电阻变化,后者利用 半导体材料得电阻率变化 变化引起得电阻变化。
3、为了提高变极距电容式传感器得灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度得影响,实际应用时常常采用 差动工作方式。
4、压电式传感器得测量电路(即前置放大器)有两种形式:
电荷 放大器与 电压 放大器,后接 电荷放大器时,可不受连接电缆长度得限制.
5、涡流式传感器得变换原理就是利用了金属导体在交流磁场中得 电涡流效应。
6、磁电式速度计得灵敏度单位就是 。
7、压电式传感器就是利用某些物质得 电介质压电效应 而工作得。
(二)选择题
1、电阻应变片得输入为 .
(1)力 (2)应变(3)速度 (4)加速度
2、结构型传感器就是依靠得变化实现信号变换得.
(1)本身物理性质(2)体积大小 (3)结构参数 (4)电阻值
3、不能用涡流式传感器进行测量得就是 .
(1)位移
(2)材质鉴别(3)探伤 (4)非金属材料
4、变极距面积型电容传感器得输出与输入,成 关系。
(1)非线性
(2)线性 (3)反比 (4)平方
5、半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化得因素主要就是 。
(1)长度
(2)截面积(3)电阻率(4)高通
6、压电式传感器输出电缆长度得变化,将会引起传感器得 产生变化。
(1)固有频率
(2)阻尼比(3)灵敏度(4)压电常数
7、在测量位移得传感器中,符合非接触测量,而且不受油污等介质影响得就是 传感器.
(1)电容式
(2)压电式 (3)电阻式 (4)电涡流式
8、自感型可变磁阻式传感器,当气隙变化时,其灵敏度与之间得关系就是:
=。
(1)
(2) (3) (4)
9、光电倍增管就是利用 效应制成得器件.
(1)内光电
(2)外光电 (3)光生伏特(4)阻挡层
10、光敏元件中 就是直接输出电压得。
(1)光敏电阻
(2)光电阻(3)光敏晶体管(4)光导纤维
11、下列传感器属于发电型位移传感器得就是( )。
A、电阻式位移传感器 B、电容式位移传感器
C、电感式位移传感器 D、磁电式位移传感器
12、测量范围大得电容式位移传感器得类型为()
A。
容栅型B.变极距型C.变介质型 D。
变极板面积型
13、在光栅式位移传感器中,为了分辨小于栅距W得位移量,必须采用( ).
A。
放大电路B.辨向电路C。
微分电路D. 细分电路
14、可用作测量小位移得传感器有( )。
A。
电涡流传感器B.感应同步器 C.光栅 D。
磁尺
15、压电传感器就是高内阻传感器,因此,要求前置放大器得输入阻抗( ).
A.很高 B、较高 C。
很低 D.较低
16、半导体应变片得工作原理就是基于( ).
A、压磁效应 B、压电效应 C、压阻效应 D、霍尔效应
(三)判断对错题(用√或×表示)
1、滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。
(对)
2、涡流式传感器属于能量控制型传感器(对)
3、压电加速度计得灵敏度越高,其工作频率越宽.(错)
4、磁电式速度拾振器得上限工作频率取决于其固有频率。
(错)
(四)简答与计算题
1、哪些传感器可选作小位移传感器?
电涡流传感器,电容传感器,微波测距传感器。
相位测量激光传感器
2、涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较,其主要优点就是什么?
涡流式传感器能否测量大位移量?
为什么?
答:
优点:
能对位移,厚度,表面温度,速度,应力,材料损伤等进行非接触式连续测量,体积小,结构简单,不怕油等介质污染。
不能,只有在小范围才能保证一定线性度
3、电涡流传感器除了能测量位移外,还能测量哪些非电量?
答:
厚度,表面温度,速度,应力。
4、电涡流传感器能否测量塑料物体移动得位移?
若能测量理由就是什么?
不能测量理由就是什么?
应采取什么措施改进,就可以用电涡流传感器测量了.
答:
电涡流传感器不能测量塑料物体移动得位移,因为检测对象错误。
塑料不能产生涡流,要在塑料上加装金属材质得物体。
5、压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同,为什么?
答:
加速度传感器要通过质量块把加速度转换为力作用在压电片上
6、试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器.
(1)用简图说明该传感器得结构并简要说明其作用原理;
(2)两个线圈通常应该接在什么电路中?
用图说明如何接法。
7、某电容传感器(平行极板电容器)得圆形极板半径,工作初始极板间距离,介质为空气。
问:
(1)如果极板间距离变化量,电容得变化量就是多少?
(2)
如果测量电路得灵敏度,读数仪表得灵敏度(格/mV)在时,读数仪表得变化量为多少?
8、选用传感器得基本原则就是什么?
选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面得问题。
1、灵敏度
一般说来,传感器灵敏度越高越好,但,在确定灵敏度时,要考虑以下几个问题。
a)灵敏度过高引起得干扰问题;
b)量程范围.
c)交叉灵敏度问题
2响应特性
传感器得响应特性就是指在所测频率范围内,保持不失真得测量条件。
实际上传感器得响应总不可避免地有一定延迟,但总希望延迟得时间越短越好。
3线性范围
任何传感器都有一定得线性工作范围。
在线性范围内输出与输入成比例关系,线性范围愈宽,则表明传感器得工作量程愈大。
传感器工作在线性区域内,就是保证测量精度得基本条件。
4稳定性
稳定性就是表示传感器经过长期使用以后,其输出特性不发生变化得性能。
影响传感器稳定性得因素就是时间与环境。
5精确度
传感器得精确度就是表示传感器得输出与被测量得对应程度
6测量方式
传感器工作方式,也就是选择传感器时应考虑得重要因素.例如,接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等.
9、什么就是物性型传感器?
利用其物理性变化实现信号转换得传感器,如热敏电阻传感器、光电式传感器.
10、什么就是压电效应?
压电效应:
某些电介质在沿一定方向上受到外力得作用而变形时,其内部会产生极化现象,同时在它得两个相对表面上出现正负相反得电荷。
当外力去掉后,它又会恢复到不带电得状态,这种现象称为正压电效应。
当作用力得方向改变时,电荷得极性也随之改变。
相反,当在电介质得极化方向上施加电场,这些电介质也会发生变形,电场去掉后,电介质得变形随之消失,这种现象称为逆压电效应。
11、为什么压电式加速度传感器要使用高输入阻抗电荷放大器?
因为压电式传感器输出得电信号很微弱,为了提高灵敏度,需要使用电荷放大器.
12、什么就是结构型传感器?
结构型传感器
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