第1章信号及其描述信号：来自测量装置，通常是电量
1
第一节信号的分类与描述
一.信号的分类
1. 确定性信号与随机信号
确定性信号: 周期信号, 非周期信号
非确定性信号: 随机信号
2
简单周期信号T
噪声信号(平稳)噪声信号(非平稳)
二. 信号的时域描述和频域描述
同一个信号可以有不同的描述方式, 如:
时域描述: 横坐标是时间
频域描述: 横坐标是频率
9
11
案例：汽车速度测量
:
傅里叶
变换
t
ω()
x t ()
X ω0ω
什么是频谱？
频谱：信号在各个频率上的分量
14
频率
时间
时域分析
频域分析
时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除单一
某大型空气压缩机传动装置故障诊断
17
131Hz 147Hz 165Hz 175Hz
π
35
时域波形幅频谱相频谱
信号及其描述习题 1.1求周期方波（图1-4）的傅立叶级数（复指数函数形式）。画出频谱图|C n |—ω ；φn —ω 图并与表1-1对比。 解：傅立叶级数的复指数形式表达式：???±±±== ∑+∞ -∞ =,3,2,1,0;)(0n e C t x n t jn n ω 式中： 所以： 幅值频谱： 相位频谱： 傅立叶级数的复指数形式的幅值频谱图和相位频谱都是双边频谱图。 1.2求正弦信号 x (t )=x 0sin ωt 的绝对均值μ|x |和均方根值x rms 解： 1.3求指数函数 的频谱。 解： 1.4求符号函数（题图1-1a ）和单位阶跃函数（题图1-1b ）的频谱. [] ()????? ???±±±=? ??±±±=-=--=+?+-=??????-+??????--=?? ?+???-==---------? ??,6,4,2; 0,5,3,1;2cos 12111)(1)(12 0000 2 00200202200 0000 00 0000n n n A j n n A j e e n jA n jA e jn A T e jn A T dt Ae dt e A T dt e t x T C jn jn T t jn T t jn T t jn T t jn T T t jn n πππ ππωωπ πωωωωω???±±±±=??? ?? -=∑ +∞ -∞=,7,5,3,1;2)(0n e n A j t x t jn n ωπ???±±±==+=,5,3,1;22 2n n A C C C nI nR n π ????????---=???=-=?????? ??-==,5,3,1;2,5,3,1;202n n n A arctg C C arctg nR nI n ππ π?ω π πωμ2;2sin 1)(lim 0000000= ===?? ∞→T x tdt x T dt t x T T T x 式中：()2 sin 1)(1002 0002000x dt dt x T dt t x T x T T rms ===? ?ω)0;0(;)(≥>=-t Ae t x t ααf j A dt e Ae dt e t x f X ft j t ft j παπαπ2)()(022+=?==? ?∞+--∞+∞--
机械工程测试技术基础第三版课后题答案 1.1求周期方波（图1-4）的傅立叶级数（复指数函数形式）。画出频谱图|C n |—ω ；φn —ω 图并与表1-1对比。 解：傅立叶级数的复指数形式表达式：???±±±==∑+∞ -∞ =,3,2,1,0; )(0n e C t x n t jn n ω 式中： 所以： 幅值频谱： 相位频谱： 傅立叶级数的复指数形式的幅值频谱图和相位频谱都是双边频谱图。 1.2求正弦信号 x (t )=x 0sin ωt 的绝对均值μ|x |和均方根值x rms 解： 1.3求指数函数 的频谱。 解： []() ?? ??? ? ??±±±=???±±±=-=--=+? + -= ??????-+??????--=?? ?+???-==-------- -? ?? ,6,4,2;0,5,3,1;2cos 12 111)(1)(12 000 2 02 02 022 0000 0000 00n n n A j n n A j e e n jA n jA e jn A T e jn A T dt Ae dt e A T dt e t x T C jn jn T t jn T t jn T t jn T t jn T T t jn n πππ π π ωωπ π ωωωωω? ??±±±±=??? ? ? -= ∑ +∞ -∞ =,7,5,3,1;2)(0n e n A j t x t jn n ωπ? ??±±±== +=,5,3,1;22 2 n n A C C C nI nR n π ???? ? ???---=? ??=-=? ????? ??- ==,5,3,1;2 ,5,3,1;202n n n A arctg C C arctg nR nI n πππ ?ω π π ωμ2;2sin 1)(lim 00 00 = = = =? ? ∞ →T x tdt x T dt t x T T T x 式中：()2 sin 1 )(1 002 002 00 x dt dt x T dt t x T x T T rms = = = ??ω)0;0(;)(≥>=-t Ae t x t ααf j A dt e Ae dt e t x f X ft j t ft j παπαπ2)()(0 22+= ?= = ? ? ∞ +--∞ +∞ --
机械工程测试技术基础第三版熊诗波课后答案 (打印版) 如何表达测量结果？对某量进行8次测量，测得值分别为：802、40，802、50，802、38，802、48，802、42，802、46，802、45，802、43。求其测量结果。解答：(1)测量结果=样本平均值不确定度或(2)所以测量结果=802、44+0、0-8 用米尺逐段丈量一段10m的距离，设丈量1m距离的标准差为0、2mm。如何表示此项间接测量的函数式？求测此10m距离的标准差。解答：(1) (2)第一章信号的分类与描述1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|cn|–ω和φn–ω图，并与表1-1对比。解答：在一个周期的表达式为积分区间取（-T/2，T/2）所以复指数函数形式的傅里叶级数为，。没有偶次谐波。其频谱图如下图所示。1-2 求正弦信号的绝对均值和均方根值。解答：1-5 求被截断的余弦函数(见图1-26)的傅里叶变换。解：w(t)为矩形脉冲信号所以根据频移特性和叠加性得：可见被截断余弦函数的频谱等于将矩形脉冲的频谱一分为二，各向左右移动f0，同时谱线高度减小一半。也说明，单一频率的简谐信号由于截断导致频谱变得无限宽。1-7 设有一时间函数f(t)及其频谱如图1-27所示。现乘以余弦型振荡。在这个关系中，函数f(t)叫做调制信号，余弦振荡叫做载波。试求调幅信号的傅里叶
变换，示意画出调幅信号及其频谱。又问：若时将会出现什么情况？解：所以根据频移特性和叠加性得：可见调幅信号的频谱等于将调制信号的频谱一分为二，各向左右移动载频ω0，同时谱线高度减小一半。若将发生混叠。第二章测试装置的基本特性2-1 进行某动态压力测量时，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。试计算这个测量系统的总灵敏度。当压力变化为3、5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？解：若不考虑负载效应，则各装置串联后总的灵敏度等于各装置灵敏度相乘，即S= 90、9(nC/MPa)0、005(V/nC)20(mm/V)=9、09mm/MPa。偏移量：y=S3、5=9、0 93、5= 31、815mm。2-5 想用一个一阶系统做100Hz正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，那么时间常数应取多少？若用该系统测量50Hz正弦信号，问此时的振幅误差和相角差是多少？解：设该一阶系统的频响函数为，t是时间常数则稳态响应相对幅值误差令d≤5%，f=100Hz，解得t≤523ms。如果f=50Hz，则相对幅值误差：相角差：2-7 将信号coswt输入一个传递函数为H(s)=1/(ts+1)的一阶装置后，试求其包括瞬态过程在内的输出 y(t)的表达式。解答：令x(t)=coswt，则，所以利用部分分式法
《 机械工程测试技术基础 》 -第三版- 熊诗波等 著 绪 论 0-1 叙述我国法定计量单位得基本内容。 解答：教材P4~5，二、法定计量单位。 0-2 如何保证量值得准确与一致？ 解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值得传递与计量器具检定） 1、对计量单位做出严格得定义； 2、有保存、复现与传递单位得一整套制度与设备； 3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。 3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现得计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。 0-3 何谓测量误差？通常测量误差就是如何分类表示得？ 解答：（教材P8~10，八、测量误差） 0-4 请将下列诸测量结果中得绝对误差改写为相对误差。 ①1、0182544V±7、8μV ②(25、04894±0、00003)g ③(5、482±0、026)g/cm 2 解答： ①-6 6 7.810/1.01825447.6601682/10±?≈± ②6 0.00003/25.04894 1.197655/10±≈± ③0.026/5.482 4.743±≈‰ 0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出得建议《实验不确定度得规定建议书INC-1(1980)》得要点就是什么？ 解答： (1)测量不确定度就是表征被测量值得真值在所处量值范围得一个估计，亦即由于测量误差得存在而对被测量值不能肯定得程度。 (2)要点：见教材P11。 0-6为什么选用电表时，不但要考虑它得准确度，而且要考虑它得量程？为什么就是用电表时应尽可能地在电表量程上限得三分之二以上使用？用量程为150V 得0、5级电压表与量程为30V 得1、5级电压表分别测量25V 电压，请问哪一个测量准确度高？ 解答： (1)因为多数得电工仪表、热工仪表与部分无线电测量仪器就是按引用误差分级得（例如，精度等级为0、2级得电表，其引用误差为0、2%），而 引用误差=绝对误差/引用值 其中得引用值一般就是仪表得满度值(或量程)，所以用电表测量得结果得绝对误差大小与量程有关。量程越大，引起得绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它得准确度，而且要考虑它得量程。 (2)从(1)中可知，电表测量所带来得绝对误差=精度等级×量程/100，即电表所带来得绝对误差就是一定得，这样，当被测量值越大，测量结果得相对误差就越小，测量准确度就越高，所以用电表时应尽可能地
机械工程测试技术基础第三版熊诗波 绪论 ?０-１叙述我国法定计量单位的基本内容。 解答：教材P４~５，二、法定计量单位。 ?0－2 如何保证量值的准确和一致？ 解答：（参考教材P４~６,二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定) 1、对计量单位做出严格的定义； 2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备; 3、必须保存有基准计量器具,包括国家基准、副基准、工作基准等。 ?3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。 ?０－３何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 解答：（教材P8~１0,八、测量误差) ０-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。 ①1．０1８2５44V±7.８μV ②(２5.０48９4±0.0０003）g ③(5．4８2±0.0２6)ｇ/ｃm2 解答: ?① ?② ?③ 0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于19８0年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INＣ-1（19８0)》的要点是什么？ 解答： ?(1）测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计,亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。 (2）要点：见教材P11。 0－6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用?用量程为150V的0.5级电压表和量程为30V的1．5级电压表分别测量２５V电压，请问哪一个测量准确度高? ?解答： ?(１)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的(例如,精度等级为0．2级的电表,其引用误差为0.２%），而 ?引用误差=绝对误差/引用值 其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。量程越大,引起的绝对误差越大，所以在选用电表时,不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。
《机械工程测试技术基础》 -第三版- 熊诗波等着 绪论 0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。 解答：教材P4~5，二、法定计量单位。 0-2 如何保证量值的准确和一致？ 解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定） 1、对计量单位做出严格的定义； 2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备； 3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。 3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。 0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 解答：（教材P8~10，八、测量误差） 0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。 ①1.0182544V±7.8μV
②(25.04894±0.00003)g ③(5.482±0.026)g/cm2 解答： ①-66 ±?≈± 7.810/1.01825447.6601682/10 ②6 ±≈± 0.00003/25.04894 1.197655/10 ③0.026/5.482 4.743 ±≈‰ 0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？ 解答： (1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。 (2)要点：见教材P11。 0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V的0.5级电压表和量程为30V的1.5级电压表分别测量25V电压，请问哪一个测量准确度高？ 解答： (1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为0.2级的电表，其引用误差为0.2%），而
机械工程测试技术基础第三版熊诗波 绪 论 0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。 解答：教材P4~5，二、法定计量单位。 0-2 如何保证量值的准确和一致？ 解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定） 1、对计量单位做出严格的定义； 2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备； 3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。 3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。 0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 解答：（教材P8~10，八、测量误差） 0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。 ①1.0182544V±7.8μV ②(25.04894±0.00003)g ③(5.482±0.026)g/cm 2 解答： ①-6 6 7.810/1.01825447.6601682/10±?≈± ②6 0.00003/25.04894 1.197655/10±≈± ③0.026/5.482 4.743±≈‰ 0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？ 解答： (1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。 (2)要点：见教材P11。 0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V 的0.5级电压表和量程为30V 的1.5级电压表分别测量25V 电压，请问哪一个测量准确度高？ 解答： (1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为0.2级的电表，其引用误差为0.2%），而 引用误差=绝对误差/引用值 其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。量程越大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。 (2)从(1)中可知，电表测量所带来的绝对误差=精度等级×量程/100，即电表所带来的绝对误差是一定的，这样，当被测量值越大，测量结果的相对误差就越小，测量准确度就越高，所以用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用。 (3)150V 的0.5级电压表所带来的绝对误差=0.5×150/100=0.75V ；30V 的1.5级电压表所带来的绝对误差=1.5×30/100=0.45V 。所以30V 的1.5级电压表测量精度高。
-第二版- 熊诗波等著 绪论 0-1叙述我国法定计量单位的基本内容。 解答：教材P4~5,二、法定计量单位。 0-2如何保证量值的准确和一致？ 解答：(参考教材P4~6,二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定) 1、对计量单位做出严格的定义； 2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备； 3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。 3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。 0-3何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 解答：(教材P8~10,八、测量误差) 0-4请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。 ① 1.0182544V ±8 V ②(25.04894 000003)g 2 ③(5.482 ±026)g/cm 解答： ①-7.8 10-6/1.0182544 ： -7.6601682/106 ②一0.00003/25.04894 ： _1.197655/106 ③-0.026/5.482 : 4.743%。 0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？ 解答： (1) 测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被 测量值不能肯定的程度。 (2) 要点：见教材P11。 0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V的0.5级电压表和量程为30V的1.5级电压表分 别测量25V电压，请问哪一个测量准确度高？ 解答： (1) 因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的(例如，精度等级为 0.2级的电表，其引用误差为0.2%),而 引用误差=绝对误差/引用值 其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。量程越 大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。
机械工程测试技术基础》 -第三版 - 熊诗波等著 绪论 0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。解答：教材P4~5，二、法定计量单位。 0-2 如何保证量值的准确和一致？解答：(参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定) 1、对计量单位做出严格的定义； 2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备； 3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。 3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。 0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 解答：(教材P8~10,八、测量误差) 0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。 ① 1.0182544V ±8 N ②(25.04894 000003)g ③(5.482 ±026)g/cm2 解答： -6 6 ①7.8 10-6/1.0182544 7.6601682/10 6 ②0.00003/25.04894 1.197655/106 ③0.026/5.482 4.74% 0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980 年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980) 》的要点是什么？ 解答： (1) 测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被 测量值不能肯定的程度。 (2) 要点：见教材P11。 0-6 为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V 的0.5 级电压表和量程为30V 的1.5 级电压表分别测量25V 电压，请问哪一个测量准确度高？ 解答： (1) 因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的(例如，精度等级为 0.2 级的电表，其引用误差为0.2%)，而引用误差=绝对误差/引用值 其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。量程越大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。 (2) 从(1)中可知，电表测量所带来的绝对误差=精度等级X量程/100，即电表所带来的绝对误差是一定的，这样，当被测量值越大，测量结果的相对误差就越小，测量准确度就越高，所以用电表时应尽可能地在电
机械工程测试技术基础(第三版)试卷集. 一、填空题 １、周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是的。 ２、均方值Ψx2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差σx2的关系是。 ３、测试信号调理电路主要有、、。 ４、测试系统的静态特性指标有、、。 ５、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的。 ６、传感器按信号变换特性可分为、。 ７、当时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度S趋于。 ８、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合、的变化，才能使输出有最大值。 ９、信号分析的过程主要包括：、。 10、系统动态特性在时域可用来描述，在复数域可用来描述，在频域可用来描述。 11、高输入阻抗测量放大电路具有高的共模抑制比，即对共模信号有抑制作用，对信号有放大作用。 12、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在。 13、压控振荡器的输出电压是方波信号，其与输入的控制电压成线性关系。 14、调频波的解调又称，其解调电路称为。 15、滤波器的通频带宽和响应时间成关系。 16、滤波器的频率分辨力主要由其决定。 17、对于理想滤波器，滤波器因数λ＝。 18、带通滤波器可由低通滤波器（f c2）和高通滤波器（f c1）而成（f c2> f c1）。
19、测试系统的线性度和滞后度是由误差引起的；而重复性误差是 由误差引起的。 二、问答题（共30分） １、什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用。（10分） ２、说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10分） ３、选用传感器的原则是什么？（10分） 三、计算题（共55分） １、已知信号x(t)=e-t (t≥0)， (1) 求x(t)的频谱函数X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。 (2) 求x(t)的自相关函数R x (τ) 。（15分） ２、二阶系统的阻尼比ξ=0.2，求ω=ωn时的幅值误差和相位误差，如果使幅值误差不大于10％，应取多大阻尼比？。（10分） ３、一电容传感器，其圆形极板r = 4mm，工作初始间隙δ0 =0.3mm， （1）工作时如果传感器的工作间隙变化Δδ=±2μm，求电容的变化量。 （2）如果测量电路灵敏度S1=100mv/pF，读数仪表灵敏度S2=5格/mv，在 Δδ=±2μm时，读数仪表的指示值变化多少格？ （ε0 = 8.85×10-12 F/m）(8分) ４、已知RC低通滤波器的R=1KΩ，C=1MF，当输入信号μx= 100sin1000t时，求输出信号μy 。（7分） ５、（1）在下图中写出动态应变仪所包含的各个电路环节。 （2）如被测量x(t) = sinωt，载波y(t)=sin6ωt，画出各环节信号的波形图。 (15分 一、填空题： 1、连续 2、￠x2=H x2+óx2 3、电桥、放大、调制解调电路