填空题20分,每空1分1.测试技术是测量和实验技术的统称;工程测量可分为静态测量和 动态测量;2.测量结果与被测真值之差称为测量误差;3.将电桥接成差动方式习以提高灵敏度,改善非线性,进行温度 补偿;4.为了补偿 温度变化给应变测量带来的误差,工作应变片与温度补偿应变片应接在 相邻 桥臂上; 5．调幅信号由载波的幅值携带信号的信息,而调频信号则由载波的 频率 携带信号的信息;6．绘制周期信号()x t 的单边频谱图,依据的数学表达式是 傅氏三角级数中的各项系数,而双边频谱图的依据数学表达式是傅氏复指数级数中的各项系数;7．信号的有效值又称为均方根值,有效值的平方称为均方值2ψ,它描述测试信号的强度信号的平均功率;8．确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类,前者频谱特点是离散的,后者频谱特点是连续的; 9.为了求取测试装置本身的动态特性,常用的实验方法是频率响应法和阶跃响应法; 10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= 0()x t t -;其几何意义是 把原函数图像平移至t 位置处 ;11、带通滤波器的中心频率F=500HZ,负3分贝点的带宽B=10HZ,则该滤波器的品质因数Q=50; 12．调幅过程在频域相当于频率搬移过程,调幅装置实质上是一个乘法器;13．周期信号的傅氏三角级数中的n 是从0到+∞展开的;傅氏复指数级数中的n 是从－∞到＋∞展开的;14．周期信号xt 的傅氏三角级数展开式中：a n 表示余弦分量的幅值,b n 表示正弦分量的幅值,a 0表示直流分量;15．余弦函数只有实频谱图,正弦函数只有虚频谱图;16．单位脉冲函数0()t t δ-与在0t 点连续的模拟信号()f t 的下列积分：0()()f t t t dt δ∞-∞-=⎰0()f t ;这一性质称为脉冲采样;17、 若xt 的傅立叶变换是Xf,则xkt 的傅立叶变换是1k×k (k k)18、 测试装置输出波形无失真但有时间延迟的不失真测试条件是：装置的幅频特性为常数,相频特性为φ(ω)=−tω;19、 xt 的频谱是Xf,yt 的频谱是Yf,若在频域内Xf 与Yf 作相乘运算,则对应在时域内xt 与 yt 应作__卷积___20、 一个理想的测试装置,其输入和输出之间应该具有线性关系最佳; 21、 压电式传感器是利用某些物质的_压电效应而工作的 22、 调幅波可以看作是载波与调制波的相乘;23、 为了提高便极距型电容传感器的灵敏度,线形度及减小外部条件对测量精度的影响,实际应用时常常采用差动式工作方式24、 频率不同的两个正弦信号,其互相关函数Rxyτ =0 ;25、 滤波器分离信号中相邻频率成份的能力称为分辨能力,它取决于滤波器的带宽;26、 压电式传感器在使用电压前置放大器时,连接电缆长度改变,测量系统的灵敏度也发生变化 27、 测试系统通常由传感器,信号的调理和转换及信号处理所组成;28、 对连续时域信号作加窗截断处理,必然会引起频谱的泄露现象;29、 能用确切数学式表达的信号称为确定性信号,不能用确切数学式表达的信号称为随机信号; 30、选择窗函数对信号进行截断时,应力求其频谱的主瓣宽度窄些,旁瓣幅度小些;31、根据滤波器的选频作用分,滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器; 32、由δ函数卷积特性,任一函数xt 与具有时移to 的单位脉冲函数δt ±to 的卷积为x=t ±to,δt 函数的频谱密度函数为∫1k 2kkkk kk +∞−∞ 二、选择题20分,每题2分1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时,电桥灵敏度将C; A ．增大 B ．减少 C.不变 D.变化不定 2．调制可以看成是调制信号与载波信号A; A 相乘 B ．相加 C ．相减 D.相除 3．描述周期信号的数学工具是D;A ．相关函数B ．拉氏变换C ．傅氏变换 D.傅氏级数 4．下列函数表达式中,B 是周期信号;A ．5cos100()00t t x t t π⎧≥⎪=⎨⎪<⎩当当B ．()20cos20()atx t e tt π-=-∞<<+∞C ．()5sin 2010cos10()x t t tt ππ=+-∞<<+∞5．时域信号的时间尺度压缩时,则其频带的变化为B; A ．频带变窄、幅值增高 B ．频带变宽、幅值压低 C ．频带变窄、幅值压低 D ．频带变宽、幅值增高 6．非线性度是表示定度曲线A 的程度;A ．偏离其拟合直线B ．接近真值C ．正反行程的不重合 7．一般来说,测试系统的灵敏度越高,则其测量范围B; A ．越宽 B ．越窄 C ．不变8.下列哪一种敏感元件不属于弹性式压力敏感元件D A.波登管 B ．膜片 C ．波纹管 D ．电阻应变片9.对于单向应力状态的测量,贴应变片时,应变片的方向与主应力方向应该相交成A ° B ．45° C ．90° D ．30° 10．二阶装置引入合适阻尼的目的是C;A ．使系统不发生共振B ．使得读数稳定C ．获得较好的幅频、相频特性11．为了保证实现极距变化型差动电容传感器的差动工作,传感器的两个电容应当连接成 A ; A ．并联电路 B ．串联电路 C ．电桥电路 12．要使RC 低通滤波器的通带加宽,则RC 值应 B; A.增加 B ．减少 C ．不变 13．描述非周期信号的数学工具是C ;A 三角函数B ．拉氏变换 C. 傅氏变换 D. 傅氏级数14．下列信号中． C 信号的频谱是连续的;A ．12()sin()sin(3)x t A wt B wt ϕϕ=+++ B ．()5sin 30x t t =+C.0()sin at x t e tω-=15．数字信号的特征是 B ;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 16．测试装置能检测输入信号的最小变化能力,称为D ; A.精度 B ．灵敏度 C ．精密度 D.分辨率17．测试装置的脉冲响应函数与它的频率响应函数间的关系是B ; A ．卷积 B ．傅氏变换对 C ．拉氏变换对 D ．微分 18．多种信号之和的频谱是C ;A.离散的B.连续的C.随机的D.周期的19．二阶装置,用相频特性中0()90w ϕ=-时所对应的频率w 作为系统的固有频率的估计值,该值与系统阻尼率的大小B ;A ．有关B ．无关C ．略有关系D ．有很大关系 20.滤波器的上、下截止频率为21,c c f f ,中心频率f ；则它们的关系是 A ; A .k 0=√k k1×k k2 B .k 0=k k1+k k22C .k 0=k k2=k k1221、差动式变极距式电容传感器的灵敏度是变极距式传感器的____A__倍. A 、2 B 、3 C 、4 D 、5 22、信号有多种类型,从分析域上看,经典的分析方法有__D_和_ __;A 、时域法,相频法B 、时域法,幅频法C 、相频法,幅频法D 、时域法,频域法 23、压电式传感器的转换原理是利用晶体材料的__B____;A 、电阻应变效应B 、压电效应C 、电磁感应D 、霍尔效应24、传感器的静态特性中,输出量的变化量与引起此变化的输入量的变化量之比称为___B___; A 、线性度 B 、灵敏度 C 、稳定性 D 、回程误差25、若电容式传感器在真空中,其覆盖板面为一圆形,r=20cm,极板间距d=2mm,其电容量为：___答案都是错的___;A 、×10^-9B 、×10^-15C 、×10^-9D 、×10^-9 26、信息与信号二者间关系是___C___;A 、信息与信号相同B 、信息包含信号C 、信息在信号之中D 、信息与信号无关 27、当两信号的互相关函数在t0有峰值,表明其中一个信号和另一个信号时移t0时,相关程度____B__;A 、最低 B 、最高 C 、适中 D 、一般 28、传感器的灵敏度越高,意味着传感器所能感知的__A_越小; A 、被测量 B 、输出量 C 、频率特性 D 、显示值 29、测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取CA 、干扰噪声信号B 、正弦信号C 、有用信号D 、频域信号30、时域信号的时移,则频谱变化为 DA、扩展B、压缩C、不变D、相移31、记录磁带快录慢放,放演信号的频谱带宽DA、变窄,幅值压低B、扩展,幅值压低C、扩展,幅值增高D、变窄,幅值增高32、用二阶系统作测量装置时,为获得较宽的工作频率范围,则系统的阻尼比应DA、愈大愈好B、愈小愈好C、接近1/2D、接近1/√233、对二阶系统输入信号xt=A1sinw1t+A2sinw2t,则系统稳态输出方程的通式为 DA、A1sinw1t+φ1+A2sinw2t+φ2B、A1A2sinw1tsinw2tC、A1＇sinw1t+A2＇sinw2tD、A1＇sinw1t+φ1＇+A2＇sinw2t+φ２＇34、概率密度函数提供了随机信号 B的信息A、沿频域分布B、沿幅值域分布C、沿时域分布D、强度方面35、在测量位移的传感器中,符合非接触测量,而且不受油污等介质影响的是DA、电容式B、压电式C、电阻式D、电涡流式36、只使在fe1～fe2间频率的信号通过,应采用 B 滤波器A、带阻B、带通C、高通D、低通37、在选用振子时,除了使阻尼比接近０.７外,应使被测正弦信号的最高频率f m C 振动子的固有频率f n;A、等于B、>2倍C、≤０.５-０.６D、<０.1倍38、为使电缆的长度不影响压电式传感器的灵敏度,应选用B 放大器;A、电压B、电荷C、微分D、积分39、当τ→∞时,信号xt的自相关函数Rxτ呈周期性变化,说明该信号B ;A、为周期信号B、含有周期成份C、为离散信号D、为非周期信号40、正弦信号的自相关函数,使原有的相位信息BA、不变B、丢失C、移相D、一定变为90°41、不能用确定的数学公式表达的信号是D信号;A、复杂周期B、瞬态C、非周期D、随机42、非线性度是表示定度曲线B 的程度;A、接近真值B、偏离其拟合直线C、正反行程不重合D、滞后现象43、自相关函数一定是B 函数;A、奇B、偶C、周期D、非周期44、为了能从调幅波中很好地恢复出原被测信号,通常用D 做为解调器;A、鉴频器B、整流器C、鉴相器D、相敏检波器45、采样时为了不产生频谱混叠,采样频率必须大于信号最高频率的B倍A、4B、2C、10D、546、压电式传感器前置放大器的主要作用是B ; A、把传感器的低阻抗输出变换为高阻抗输出 B、把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出 C、调制传感器的输出信号D、对传感器的输出信号尽行检波47、在电桥测量电路中,由于电桥接法不同,输出的电压灵敏度也不同,___D____接法可以获得最大的输出;A、单臂电桥B、差动半桥C、补偿电桥D、全桥48、压电传感器所使用的前置放大器在电路中起着很重要的作用,以下说法错误的是___B___;A 、将传感器的高阻抗输入变成低阻抗输出;B 、将传感器的底阻抗输入变成高阻抗输出;C 、将压电传感器的微弱信号放大;D 、电压放大器和电荷放大器的区别在于电荷放大器带有一个深度负反馈; 49、幅值调制装置实质是一个CＡ、低通滤波器 Ｂ、高通滤波器 Ｃ、乘法器 Ｄ、振荡器 50、理想滤波器在通带内的幅频特性为 AＡ、常数 Ｂ、零 Ｃ、零或常数 Ｄ、无法确定 51．变极距型电容传感器的输出与输入,成A 关系; A.非线性 B.线性 C.反比 D.平方52．如果窗函数频谱的主瓣峰值相对于左右旁瓣峰值越大,则该窗函数的泄漏误差A ; A.越小 B. 越大 C.不定 D.不确定 53．不能用涡流式传感器进行测量的是 D ; A.位移 B.材质鉴别 C. 探伤 D.非金属材料54．设时域信号xt 的频谱为Xf,则时域信号C 的频谱为Xf ＋f 0;A . )(0t t x - B. )(0t t x + C.tf j e t x 02)(π- D. tf j e t x 02)(π55．压电式传感器后面的放大器的主要功能为 C ;A.阻抗变换B.信号放大C. 阻抗变换和信号放大D.不确定56．一个相邻双臂工作的测力电桥,如果将两工作臂的一个应变片均改为两个应变片串联,则电桥的输出电压DA. 加大一倍B. 减小一倍C. 不变D. 加大两倍57．一个相邻双臂工作的测力电桥,如果将两工作臂的一个应变片均改为两个应变片串联,则电桥的输出电压DA. 加大一倍B. 减小一倍C. 不变D. 加大两倍 三、简答题共30分1.信号分析和处理必需遵循的原则有哪几点4分答：① 各环节的输入量与输出量之间应保持一一对应的关系,并尽量不失真；2’② 尽可能减小或消除各种干扰;2’ 2.周期信号的频谱具有哪几个特点6分 答：① 周期信号的频谱是离散的;2’② 每条谱线只出现在基波频率的整倍数上,基波频率是各分量频率的公约数;2’③ 各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角;工程中常见的周期信号,其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小的;因此,在频谱分析中没必要取那些次数过高的谐波分量;2’ 3.现有电阻1R 和2R ,电感L 和电容C,连结成四臂交流电桥,试画出能满足电桥平衡的正确接桥方法,并写出该电桥的平衡条件;设激励为iu ,输出为ou ;5分答：正确的接桥方法如图所示：3’电桥的平衡条件是：121LR R jwL jwC C =⋅=4.有人在使用电阻应变片时,发现灵敏度不够,于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度;试问,在半桥上各串联一片的情况下,是否可以提高灵敏度为什么5分答：不能提高灵敏度;因为半桥双臂时,其输出电压为：12o i R u u R ∆=当量桥臂各串联电阻应变片时,其电阻的相对变化量为22R R R R ∆∆=2’ 即仍然没有发生变化,故灵敏度不变;要提高灵敏度只能将双臂电桥改为全桥连接;这时o iRu u R ∆=;1’5.什么是调制和解调为什么要调制5分答：所谓调制,就是在调制信号测试信号的控制下,使载波信号工作信号的某些参数如幅值、频率、相位发生变化的过程;2’解调,就是从已调制波中恢复出调制信号的过程一般的被测量,如力、位移、应变等,经传感器检测变换后,常常是一些缓变的电信号;1’经过调制后,采用交流放大,比直接用直流放大,效果好；另外,调制波抗干扰能力强,也便于传输;2’6.在机械工程中常见的有哪些参数的测量5分答：在机械工程的测试过程中,常见的参数测量有：应力的测量；应变的测量；扭矩的测量、振动信号的测量；声强测量；声发射测量；位移的测量；流量的测量；压力的测量等; 7.测量按测量值获得的方法进行分类有哪些 6’答：直接测量——指无需经过函数关系的计算,直接通过测量仪器得到被测值得测量;等精度直接测量和不等精度直接测量；2’间接测量——指在直接测量值的基础上,根据已知函数关系,计算被测量的量值的测量；2’ 组合测量——指将直接测量或间接测量与被测量值之间按已知关系组合成一组方程函数关系,通过解方程组得到被测值得方法;2’8.重复性误差和迟滞误差有何区别 6’答：重复性是指测试装置在输入按同一方向做全量程连续多次变动时,所得特性曲线不一致的程度;迟滞是测试装置在正反行程中输入输出曲线的不重合程度; 9.什么是不失真测试,不失真测试的条件是什么 4’答：若0,t A 都是常数,如果一个测试装置,则有)()(00t t x A t y -=,即认为该测试装置实现了不失真测量;2’这表明,输出信号较输入信号,幅值放大了0A 倍,时间上滞后了t ,波形一致;对上式作傅里叶变换,有)()(00ωωωX e A Y jt -=;所以,若要实现输出波形不失真,其幅频、相频特性应满足如下条件00()()A A t ωωω===-常数；;2’10.电器式传感器包括哪几种,各自的工作原理如何 5’答：包括电阻式、电感式、电容式三种;电阻式传感器工作原理：把被测量转换为电阻变化的一种装置；2’电感式传感器工作原理：把被测量如位移转换为电感量变化的一种装置；2’ 电容式传感器工作原理：把被测物理量转换为电容量变化的一种装置; 11、什么是调制,调制的目的是什么,如何实现对信号进行调幅和解调答：调制是指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的某个参数的过程;信号调理的的目的是1实现缓变信号的传输,特别是远距离传输 2提高信号传输中的抗干扰能力和信噪比对信号进行调幅是将一个高频载波信号与被测信号相乘,使得高频信号的幅值随被测信号的变化而变化;可使用同步解调、相敏检波的方式来实现对信号进行解调;12、什么是负载效应对于电压输出的环节,减轻负载效应的措施有哪些答：当一个装置联接到另一装置上时,由于发生能量交换而使前装置的联接处甚至整个装置的状态和输出都将发生变化的现象称为负载效应；对于电压输出的环节,减轻负载效应的办法有: 1提高后续环节负载的输入阻抗；2在原来两个相联接的环节之中,插入高输入阻抗、低输出阻抗的放大器,以便一方面减小从前环节吸取能量,另一方面在承受后一环节负载后又能减小电压输出的变化,从而减轻负载效应；3使用反馈或零点测量原理,使后面环节几乎不从前环节吸取能量; 13、何谓压电效应压电式传感器对测量电路有何特殊要求为什么答：某些物质在外力的作用下,不仅几何尺寸发生了变化,而且内部极化,某些表面上出现电荷,形成电场;当外力去掉时,又重新回到原来的状态,这一性质称为压电效应;压电式传感器的测量电路必须有高输入阻抗并在输入端并联一定的电容Ci 以加大时间常数CR 0;主要是为了在测量动态量时,获得一定的输出电压并实现不失真测量; 四、计算题共20分,每小题10分 1.求如图所示三角脉冲信号的频谱;解：1.求如图所示三角脉冲信号的频谱; 解：一个周期内的表达式为：202()202ATt t Tx t A Tt t T⎧≤≤⎪⎪=⎨⎪--≤≤⎪⎩2’ 因为()x t 为偶函数,所以n b =, 1,2,3n =1’2/2/2202/200/2/20022/2002212241()2224281()cos cos (os 1)()41,3,52()[(1)1]()02,4,6TT T T T T n T n A A Aa x t dt tdt t T T T T A A a x t n tdt t n tdt c n T T T T n A n A n n n ωωπωππ--=======--⎧=⎪=--=⎨⎪=⎩⎰⎰⎰⎰2’出此得()x t 的三角函数形式傅里叶级数展开为0002211,3,5412()(cos sin )cos 2n n n n A A n x t a a n t b n t t Tn πωωπ∞===++=-∑∑1’n 次谐波分量的幅值22224n n n AA a b n π=+=1’n 次谐波分量的相位arctannn nb a ϕπ=-=-1’画出()x t 的频谱如图所示;2.用电阻应变片及双臂电桥悬臂梁的应变ε;其贴片及组桥方法如图所示;已知图中R 1=R 1`=R 2=R 2`=12Ω,上下贴片位置对称,应变片的灵敏度系数k=2;应变值31010ε-=⨯,电桥供桥电压u i =3v;试分别求出如图组成桥路时的输出电压u 0=解：如图b 组桥时的输出电压为5’111121211()0.03()2222o i i i i i R R R R R R u u u u u k u V R R R R R R R R R ε+∆+∆∆=-=⋅-=⋅==+∆+-∆++如图c组桥时的输出电压为''1111''''1111222()222110.03()422o ii i i R R R R R u u R R R R R R R R R R R R Ru u u V R R+∆++∆=-++∆++∆++-∆-∆+∆∆=-==5’3.对称方波的波形图如图所示;求傅里叶级数的三角形式展开,并画出频谱;解：由图可知,它是正负交替的周期信号;其直流分量为：a 0=01’,其脉宽等于周期的一半,即12T τ=,1’将此代入式可得111sin22sin 022n nnw E w E n a b nw n ττπτππ===；3’因此,对称方波的傅立叶级数三角函数形式为：111121211()sin cos (cos )235En E f t nw t w t w t w t n πππ=⋅⋅=-+-∑2’3’4.如图所示为两直流电桥,其中图a 称为卧式桥,图b 称为立式桥,且12340R R R R R ====,12R R 、为应变片,34R R 、为固定电阻;试求在电阻应变片阻值变化为R ∆时,两电桥的输出电压表达式并加以比较;解：图a 中,卧式桥的输出电压为000114112234000222o b d i i ii R R R R R R R u u u u u u u R R R R R R R R R ⎛⎫+∆+∆=-=-=-= ⎪+∆+-∆+⎝⎭4’图b 中,立式桥的输出电压为001122114223000022002222412o b d i i ii iR R R R R R R R u u u u u u R R R R R R R R R R RR R R u u R R R R ⎛⎫+∆-∆+∆-∆=-=-=- ⎪+∆+-∆++∆-∆⎝⎭∆⋅∆==-∆⎛⎫∆- ⎪⎝⎭4’由此可知,当2012R R ⎛⎫∆ ⎪⎝⎭时,得2o iRu u R ∆=⋅,在忽略了高阶无穷小之后,两电桥的输出电压是一样的,均为12o iRu u R ∆=⋅;1’不同之处是：立式桥由非线性误差,而卧式桥没有,所以卧式桥更精确;1’五、判断题1、测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取有用信息;2、周期信号各次谐波的频率只能是基波频率的整数倍;3、一般把控制高频震荡波的缓变信号称为调制波,载送缓变信号的高频震荡称为载波,调制后的震荡波称为已调波;4、测量环节作为被测量环节的负载,两环节将保持原来的传递函数;5、一个理想的测试装置,其输入和输出之间应具有线性关系为最佳;6、压电传感器的前置放大器的主要作用是对传感器输出信号进行解调;7、周期信号的频谱是由无限多条离散谱线组成,每一条谱线代表一个谐波分量;8、当τ＝0时,自相关函数值最小值;9、滤波器中,一般规定幅频特性值等于1.414A 时所对应的频率称为截止频率; 10、用二阶系统作测量装置时,为获得较宽的工作频率范围,则系统的阻尼比应接近; 11、信噪比越大则有用信号的成分越大,噪声影响也大;12、用二阶系统作测量装置时,影响幅值测量误差大小的参数有灵敏度;13、在电桥测量电路中,由于电桥接法不同,输出的电压灵敏度也不同,差动半桥接法可以获得最大的输出;14、周期信号频谱具有发散性、谐波性、离散性;15、对于电压放大器来说,当改变电缆的型号尺寸,输出电压将不改变;16、前置放大器在电路中起到了放大传感器微弱信号和将传感器的低阻抗输出变换为高阻抗输出的作用;17、霍尔式传感器是目前国内外应用最广的一种磁敏传感器之一,其工作原理为霍尔效应; 18、差动半桥接法的灵敏度是单臂电桥灵敏度的3 倍;19、任意函数和δ函数的卷积,就是将该函数在自己的横轴上平移到δ函数所对应的位置;20、调制是指利用被测缓变信号来控制或改变高频震荡波的某个参数;使其按被测信号的规律变化,以利于信号的放大与传输;21．非周期信号的频谱都是连续的; 22．随机信号是确定性信号;23．传递函数不仅反映了系统的稳态过程,还反映了系统响应的过渡过程; 24．变间隙式差动变压器是一种电容式传感器;25．选择好的窗函数对信号进行截断,可以减少能量泄漏;26．非周期信号的频谱一定是离散的;27．瞬态信号是能量有限信号;28．变面积型电容传感器的灵敏度不为常数;29．在直流电桥中,只要满足任意两相邻桥臂的阻值之乘积等于另外两相邻桥臂阻值的乘积, 则电桥一定处于平衡;30．测试系统的灵敏度越高测量性能越好;。
