电桥的和差特性

复习题库专业（班级）一、选择题(每小题2分，共10分)1.非周期信号的频谱是( a )A.连续的B.离散的C.基频的整数倍D.脉冲函数2.周期信号的自相关函数必为（ A ）A．周期偶函数 B．非周期偶函数C．周期奇函数 D．非周期奇函数3.已知函数x(t)的傅里叶变换为X（f），则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（ B ）4.将电阻应变片贴在( c )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。

A.质量块B.导体C.弹性元件D.机器组件5.一阶系统的动态表征参数是( d )A.线性度B.固有频率C.阻尼比D.时间常数6.某周期偶函数f(t)，其傅立叶级数中 ( A )A 不含正弦分量B 不含余弦分量C 仅有奇次谐波分量D 仅有偶次谐波分量7.一阶系统的动态表征参数是( d )A.线性度B.固有频率C.阻尼比D.时间常数8.利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（ C ）A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片9.属于传感器动态特性指标的是（ D ）A．重复性 B．线性度 C．灵敏度 D．带宽10.按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（ A ）A．光电式传感器 B．电容式传感器C．压电式传感器 D．磁电式传感器1.不属于二阶系统的动态动特性指标的是( a ) --3A.线性度B.固有频率C.阻尼比D.带宽2.下列描述不正确的( b ) --3A.周期信号可以展开无数个谐波信号之和形式B.非周期信号不可以展开无数个谐波信号之和形式C.周期信号谱线只出现在基波频率的整数倍D.非周期信号的谱线是连续的3.不属于热电偶定律的（ d ） --3A.中间导体定律B.中间温度定律C.参考电极定律,D.和差特性4.在测量电路中，一般使用（ b ）热敏电阻进行温度补偿，以提高精度。

学生用复习题一、选择题：1.将电阻应变片贴在( C )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。

A.质量块B.导体C.弹性元件D.机器组件2.半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( B)A.上升B.迅速下降C.保持不变D.归零3.结构型传感器是依靠传感器( C)的变化实现信号变换的。

A.材料物理特性B.体积大小C.结构参数D.电阻值4．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（C）A．压力B．力矩C．温度D．厚度5．属于传感器动态特性指标的是（D）A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率6．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（ A ）A．光电式传感器B．电容式传感器C．压电式传感器D．磁电式传感器7．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（D）A．变极板面积型B．变极距型C．变介质型D．容栅型8．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（C）A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片9．若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最小输入电压信号为（ B ）A．1.22mV B．2.44mV C．3.66mV D．4.88mV10、属于传感器静态特性指标的是[D]A.固有频率B.临界频率C.阻尼比D.重复性11、属于传感器静态特性指标的是[A]A.固有频率B.临界频率C.阻尼比D.重复性12、差动变压器属于[B ]A.物性式传感器B.结构式传感器C.电阻式传感器D.电感式传感器13、某自感式传感器线圈的匝数为N，磁路的磁阻为Rm，则其自感为[ B]A.N/Rm B.N2/RmC.Rm /N D.N2/R2m14、莫尔条纹的移动对被测位移量所起的作用是[B]A.调制B.放大C.细分D.降噪15、涡流式压力传感器利用涡流效应将压力的变化变换成线圈的[D]A.电阻变化B.电容变化C.涡流变化D.阻抗变化16、要使直流电桥输出电压为零的条件是[ B]A.R1R3>R2R4B. R1R3=R2R4C.R1R3<R2R4D. R1R3>=R2R417、电阻式传感器是将被测量的变化转换成[B]变化的传感器。

1.测试装置的静态特性指标主要有灵敏度、线性度、回差、精确度一阶系统的动态参数是时间常数τ,二阶系统的动态参数是时间常数τ和阻尼比ξ;2测试装置的幅频特性描述的是输出信号与输入信号幅值比随输入信号频率变化的关系, 相频特性描述的是输出信号与输入信号相位差随输入信号频率变化的关;2.表征测试装置动态特性的频率响应特性应包括_幅频特性,和_相频特性;3.将信号xt=6sin2t输入时间常数τ= 的一阶装置,则稳态输出的幅值Y0= ,相位滞后φ0=_____,输出信号yt= ;︒-︒当测量较小应变值时,应选用根据压阻效应工作t4545)的半导体应变片,而测量大应变值时应选用根据电阻应变效应工作的金属电阻应变片;4.常用的应变片有半导体与金属丝两大类;对于金属电阻应变片来说：S=1+2μ,而对于半导体应变片来说 S＝πLE ;前一种应变片的灵敏度比后一种低5.金属电阻应变片的电阻相对变化主要是由于电阻丝的几何尺寸变化产生的;6.差动变压器式传感器工作时,如果铁芯做一定频率的往复运动,其输出电压是调制波;7.差动变压器式位移传感器是将被测位移量的变化转换成线圈_互感_____系数的变化,两个次级线圈要求_反向____串接;11交流电桥的平衡条件为相对桥臂阻抗之模的乘积相等和阻抗角和相等 ,因此,当桥路相邻两臂为电阻时,则另外两个桥臂应接入电阻性质的元件才能平衡;12自感式传感器通过改变气隙、面积和有效线圈匝数从而改变线圈的自感量,可将该类传感器分为变气隙式自感式传感器、变面积式自感传感器和螺管式自感传感器 ;13压电传感器在使用电荷放大器时,其输出电压几乎不受电缆长度变化的影响;14压电传感器中的压电片并联时可提高电荷灵敏度,适用于测量缓变信号和以电荷为输出量的场合;而串联时可提高电压灵敏度,适用于以电压为输出量的场合;15压电传感器在使用前置放大器时,连接电缆长度的改变,测量系统的灵敏度也将发生变化;16压电式传感器是双向可逆型换能器,即可将机械能转换为电能,这是由于压电效应；也可将电能转换为机械能,这是根据逆压电效应;8.压电传感器前置放大器的作用是把传感器输入的高阻抗变为低阻抗输出和把传感器的微弱信号放大9.周期信号的频谱是离散的,非周期信号的频谱是连续的；非周期信号的频谱可以借助于数学工具傅立叶变换而得到;10.在非电量的电测技术中,总是将被测的物理量转换为___电_____信号;11.组成热电偶的条件是两电极材料不同和两电极有温度差 ;12.测试系统的特性可分为静态特性和动态特性;13.能用确切数学表达式表达的信号称为确定性信号,不能用确切数学表达式表达的信号称为随机信号;14.描述测试系统动态特性的数学模型有微分方程和频率响应函数 ;15.附加传感器质量将使原被测系统的固有频率减小增大、减小、不变;16.温度引起电阻应变片阻值变化的原因有两个,其一电阻温度效应 ,其二线膨胀系数不同 ;17.均方差表示信号的波动量 ,方差表示信号的绕均值波动的程度 ;18.测试系统不失真条件是幅频特性为常数、相频特性为过原点的负方向斜线 ;19.常用的温度传感器有热电偶、电阻温度计等;20.利用霍尔元件可以测量位移和转速等运动量;21.单位脉冲的频谱是均匀谱 ,它在整个频率范围内具有幅值相等 ;22.线性系统具有频率保持性,即系统输入一正弦信号,其稳态输出的幅值和相位一般会发生变化;23.差动电桥可提高灵敏度 ,改善非线性 ,进行温度补偿;24.为补偿温度变化给应变测量带来的误差,主应变片与补偿应变片应接相邻桥臂;25.一般将控制高频振荡的缓变信号称为调制信号 ,载送缓变信号的高频振荡信号称为载波 ,经过调制的高频震荡信号称为已调制波 ;判断1. 周期信号的频谱必定是离散的;2. 灵敏度指输出增量与输入增量的比值,又称放大倍数;X3. 传递函数表征系统的传递特性,并反映其物理结构;因此,凡传递函数相同的系统其物理结构亦相同;X4. 变间隙式电感传感器,只要满足δ<<δo的条件,则灵敏度可视为常数;5. 用差动变压器测量位移时,根据其输出特性可辨别被测位移的方向;X6.莫尔条纹的间距B随光栅刻度线夹角θ增大而减小;7. 测量小应变时,应选择灵敏度高的金属丝应变片,测量大应变时,应选用灵敏度低的半导体应变片;X8.霍尔元件包括两个霍尔电极和两个激励电极;9. 在光的照射下材料的电阻率发生改变的现象称为外光电效应;X10. 采用热电偶冷端恒温法进行冷端温度补偿,只能将冷端置于冰水混合的容器中;X11. 非周期信号的频谱是离散谱;X12. 随机信号的概率密度函数是表示信号的幅值落在指定区间的概率;13.为提高测试精度,传感器灵敏度越高越好;X14. 依靠被测对象输入能量使之工作的传感器称为能量转换型传感器;X15. 根据压电效应,在压电材料的任何一个表面的压力均会在相应表面上产生电荷;X16. 由同一种材料构成热电偶即使两端温度不等也不会形成电势;17. 若将四个承受应力的应变片作为全桥四臂,则电桥输出电压一定比仅用一个应变片大四倍;X18. 对某常系数线性系统输入周期信号,则其稳态输出信号将保持频率、幅值和相位不变;X19. 任何周期信号都可以由不同频率的正弦或余弦信号迭加而成;20. 一个信号不能在时域和频域上都是有限的;21. 当信号在时间尺度上压缩时,其频谱频带加宽,幅值增高;X22. 线性定常系统中,当初始条件为零时,系统输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数;X23. 莫尔条纹有位移放大作用,可以通过莫尔条纹进行脉冲计数来测量微小位移;24. 同一个传递函数可表征多个完全不同的物理系统,因此不同物理系统可能会有相似传递特性;X25. 一阶系统时间常数和二阶系统固有频率越小越好;26.调幅波是频率不变而幅值发生变化的已调波;27. 相敏检波器是一种能鉴别信号相位和极性而不能放大信号的检波器;28. 频率保持性是指测试系统的输出信号频率总等于输入信号的频率;X29. 测试装置的灵敏度越高,其测量范围就越大;30. 一阶测试系统的时间常数越小越好;X31. 动态特征好的测试系统应具有很短的瞬态响应时间和很窄的频率响应特征;32.线性定常系统,初始条件为零时,系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为传递函数;33. 时间常数表征一阶系统的惯性,是过渡过程长短的度量;34. 用常系数微分方程描述的系统为线性系统;00000傅里叶级数中的系数表示谐波分量的振幅_;1.准周期信号的频谱是__.离散的_________;2.如果一个信号的频谱是离散的,则该信号的频率成份是有限的或无限的______;3.时域信号使其变化速度减慢,则低频成分__增加____;概率密度函数是_.幅值_____域上来描述随机信号的;4.二阶系统的阻尼比越小,则阶跃响应的超调量__越大_________;5.幅值解调过程中,相敏检波器的作用是__判断极性和提取已调波的幅值信息_________;6.在非电量的电测技术中,总是将被测的物理量转换为__电 ______信号;7.输出信号与输入信号的相位差随频率变化的关系称___相频特征 _____; 测试装置的脉冲响应函数与它的频率响应函数的关系为__.傅氏变换对______;8.9.的灵敏度;11.高频反射式涡流传感器是基于涡电流和集肤效应来实现信号的感受和变换的;,,14.;15.,这;,18.输出电压几乎不受联接19.,,则应该增大加速度计固有频率,则应减小加速度计固有频率,可以增大质量块的质量或者减小弹簧的刚度,此时灵敏度 ;23.测量应变所用电桥特性是电桥的和差特性 ;为提高电桥灵敏度,极性相同的应变片应该接于相对臂,极性向反的应变片应接于相邻臂;24.由测量仪器本身结构或原理引起的误差称为系统误差;25.能完成接受和实现信号转换的装置称为传感器 ;26.对某二阶系统输入周期信号,则其输出信号将保持频率不变,幅值、相位改变 ;27.减小随机误差影响的主要办法是增加测量次数 ;28.低通滤波器的作用是滤除高频信号 ;29.半导体应变片是根据压阻效应原理工作的;30.压电式传感器属于发电型传感器;31.采用直流电桥进行测量时,每一桥臂增加相同的应变片数,则电桥的测量精度不变 ;32.用某一调制信号xt=Acos40pt+Bcos400pt,调制载波信号yt=Ccos4000pt,则调制波的频率宽为 2000-200~2000+200； ;33.灵敏度始终是常数的传感器是变面积式自感传感器和电阻应变片 ;计量光栅测量位移时,采用细分技术是为了提高分辨率34.描述周期信号的数学工具是傅立叶级数,描述非周期信号的数学工具是傅立叶变换 ;35.将信号在时域平移,则在频域中信号将会仅有相移 ;36.金属丝应变片在测量某一构件的应变时,其电阻变化主要由金属丝几何尺寸变化来决定;为什么通常二阶系统的阻尼比ζ≈左右频域：在一定误差范围下,ζ≈时系统可测频带范围宽;时域：ζ≈时,当ω0越大,响应时间越短;何为调制、解调调制与解调的目的是什么调制就是用调制信号控制载波信号,让后者的某一特征参数按前者变化;解调就是从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号;调制的目的是使缓变信号便于放大和传输;解调的目的是恢复原信号;简述系统不失真测试的条件时域和频域及其物理意义;时域：yt=kxt-t0;物理意义：系统的输出波形与输入信号的波形完全相似,保留了原信号的全部特征信息；输出波形与输入信号的波形只是幅值放大了k倍,在时间上延迟了t0;频域：Aω=k=常数,φω=-ωt0;物理意义：幅频特性在xt频谱范围内恒为常数,即输入信号各频率成分幅值通过此系统所乘系数相同,幅频特性\有无限宽通频带；相频特性是通过原点向负方向发展并与ω成线性关系的直线,即输入信号中各频率成分相位角通过此系统时成与频率ω成正比的滞后移动,滞后时间都相同;试说明为什么不能用压电式传感器测量变化比较缓慢的信号由于传感器的内阻及后续测量电路输入电阻Ri 非无限大,电路将按指数规律放电,造成测量误差,电荷泄漏使得利用压电传感器测量静态或准静态量非常困难;通常压电传感器适宜作动态测量,动态测量时电荷量可以不断得到补充;简述测试系统的静态特性指标;a灵敏度：若系统的输入x增量△x,引起输出y发生变化△y时,定义灵敏度S为: S=△y/△xb线性度：对测试系统输入输出线性关系的一种度量;c回程误差：描述系统的输出与输入变化方向有关的特性;d重复性：衡量测量结果分散性的指标,即随机误差大小的指标;e精度：评定测试系统产生的测量误差大小的指标;f 稳定性和漂移：系统在一定工作条件下,当输入量不变时,输出量随时间变化的程度;g 分辨力率：测试装置分辨输入量微小变化的能力;h 可靠性：评定测试装置无故障工作时间长短的指标;分别列举位移、温度、转速测量传感器各一种并简述其原理;位移传感器：变气隙式自感传感器——电磁感应原理;温度传感器：热电偶——热电效应;转速测量传感器：霍尔式转速测量传感器——霍尔效应;测试系统的基本特性是什么静态特性：灵敏度、线性度、回程误差、重复性、精度、稳定性和漂移、分辨力率、可靠性等;动态特性负载特性抗干扰特性简述常用温度测试方法及相应传感器原理;接触式测温法：膨胀式：根据热胀冷缩原理设计,如液体、气体和金属膨胀式温度计；电阻式：根据电阻温度效应设计,如电阻式、半导体温度计；热电偶：根据热电效应设计;非接触式测温法：基于热辐射效应,如红外式温度计;一阶系统和二阶系统主要涉及哪些动态特性参数这些动态特性参数的取值对系统性能有何影响一般采用怎样的取值原则一阶系统：时间常数τ;时间常数τ决定着一阶系统适用的频率范围,τ越小测试系统的动态范围越宽,反之,τ越大则系统的动态范围就越小;为了减小一阶系统的稳态响应动态误差,增大工作频率范围,应尽可能采用时间常数τ小的测试系统;二阶系统：阻尼比ξ、固有频率ω0;二阶系统幅频特性曲线是否出现峰值取决于系统的阻尼比ξ的大小；当二阶系统的阻尼比ξ不变时,系统固有频率越大,保持动态误差在一定范围内的工作频率范围越宽,反之,工作频率范围越窄;对二阶系统通常推荐采用阻尼比ξ＝左右,且可用频率在0~ 范围内变化,测试系统可获得较好的动态特性,其幅值误差不超过 5％,同时相频特性接近于直线,即测试系统的动态特性误差较小;传感器采用差动形式有什么优点试举例;1改善非线性;2提高灵敏度;3对电源电压、频率的波动及温度变化等外界影响有补偿作用;4对电磁吸力有一定的补偿作用,从而提高测量的准确性;若调制信号的最高频率为fm,载波频率为f0,那么fm与f0应满足什么关系原因何在若调制信号为瞬态信号连续谱,信号最高频率fm,则调幅波的频谱也是连续谱,位于f0± fm之间;只有f0>>fm,频谱不会产生交叠现象;为了正确进行信号调制,调幅信号的频宽2fm相对于中心频率载波频率f0应越小越好,实际载波频率通常f0≥10fm;测量、测试、计量的概念有什么区别测量：以确定被测对象属性和量值为目的的全部操作;测试：意义更为广泛的测量——具有试验性质的测量;计量：实现单位统一和量值准确可靠的测量;何谓测量误差通常测量误差是如何分类、表示的说明各类误差的性质、特点及其对测量结果的影响;测量误差：测量结果与被测量真值之差;误差分类：随机误差由特定原因引起、具有一定因果关系并按确定规律产生,再现性、系统误差因许多不确定性因素而随机产生、偶然性、粗大误差系统各组成环节发生异常和故障等引起;误差表示：绝对误差、相对误差真值相对误差、示值相对误差、引用误差;准周期信号与周期信号有何异同之处与非周期信号有何异同之处满足什么要求简谐信号才能叠加成周期信号该信号的周期如何确定准周期信号: 由多个周期信号合成,各信号周期没有最小公倍数;频谱离散;周期信号：按一定时间间隔重复出现的信号,由多个周期信号合成,各信号周期有最小公倍数;频谱离散;非周期信号：不会重复出现的信号,包括准周期信号、瞬态信号;其中准周期信号频谱离散,瞬态信号频谱连续;各简谐信号周期有最小公倍数才能叠加成周期信号;该信号周期为各信号周期的最小公倍数;金属电阻应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别各有何优缺点应如何针对具体情况选用金属电阻应变片的工作原理基于其敏感栅发生几何尺寸改变,使金属丝的电阻值随其变形而改变,即电阻应变效应,产生1＋2μεx项;而半导体应变片的工作原理是利用半导体材料沿某一方向受到外加载荷作用时,由应力引起电阻率的变化,即压阻效应,产生πL Eεx 项;两种应变片相比,半导体应变片最突出的优点是灵敏度高,另外,由于机械滞后小、横向效应小及本身的体积小等特点,扩大了半导体应变片的使用范围,最大缺点是温度稳定性差、灵敏度离散度大,在较大应变作用下,非线性误差大等,给使用带来困难;当测量较小应变值时,应选用根据压阻效应工作的半导体应变片,而测量大应变值时应选用根据应变效应工作的金属电阻应变片;电阻应变片产生温度误差的原因有哪些怎样消除误差由温度引起应变片电阻变化的原因主要有两个：一是敏感栅的电阻值随温度的变化而改变,即电阻温度效应；二是由于敏感栅和试件线膨胀系数不同而产生的电阻变化;进行温度补偿,消除误差的方式主要有三种：温度自补偿法、桥路补偿法和热敏电阻补偿法;温度自补偿法是通过精心选配敏感栅材料与结构参数来实现温度补偿；桥路补偿法是利用电桥的和差特性来达到补偿的目的；热敏电阻补偿法是使电桥的输入电压随温度升高而增加,从而提高电桥的输出电压;涡流的形成范围和渗透深度与哪些因素有关被测体对涡流传感器的灵敏度有何影响涡流形成范围:径向为线圈外径的～倍,且分布不均匀,与线圈外径D有关；涡流贯穿深度有限,深度一般可用经验公式求得,与导体电阻率、相对导磁率和激励频率有关;涡流效应与被测导体电阻率、导磁率、几何形状与表面状况有关,因此涡流传感器的灵敏度也与上述被测体的因素有关;涡流式传感器的主要优点是什么电涡流式传感器能对位移、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,另外还具有体积小,灵敏度高,频率响应宽等特点;非接触测量,抗干扰能力强；灵敏度高；分辨力高,位移检测范围：±1mm～±10mm,最高分辨率可达%；结构简单,使用方便,不受油液等介质影响压电式传感器的测量电路中为什么要加入前置放大器电荷放大器有何特点压电式传感器的前置放大器有两个作用：一是阻抗变换把压电式传感器输出的高阻抗变换成低阻抗输出；二是放大压电式传感器输出的微弱信号;电荷放大器的输出电压与外力成正比,与反馈电容Cf成反比,而与Ca、Cc和Ci无关,当制作线路时使Cf成为一个非常稳定的数值,则输出电压唯一的取决于电荷量,与外力成反比;电缆分布电容变化不会影响传感器灵敏度及测量结果是电荷放大器的突出优点,但电路复杂,造价较高;采取何种措施可以提高压电式加速度传感器的灵敏度选用压电系数大的压电材料做压电元件；增加压电晶片数目；合理的连接方法;如何减小电缆噪声对测量信号的影响使用特制的低噪声电缆；输出电缆应予以固紧,用夹子、胶布、腊等固定电缆以避免振摇；电缆离开试件的点应选在震动最小处;什么是霍尔效应为什么半导体材料适合于作霍尔元件霍尔效应：置于磁场中的通电半导体,在垂直于电场和磁场的方向产生电动势的现象;根据霍尔效应,霍尔元件的材料应该具有高的电阻率和载流子迁移率;一般金属的载流子迁移率很高,但其电阻率很小；绝缘体电阻率很高,但其载流子迁移率很低；只有半导体材料最适合做霍尔元件;霍尔元件的不等位电势的概念是什么产生不等位电势的主要原因有哪些如何进行补偿不等位电势：当磁感应强度B为零、激励电流为额定值IH时,霍尔电极间的空载电势;产生不等位电势的原因主要有：霍尔电极安装位置不正确不对称或不在同一等电位面上；半导体材料的不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀；激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等;补偿电路见P173;简述霍尔位移传感器的工作原理;当改变磁极系统与霍尔元件的相对位置时,即可得到输出电压,其大小正比于位移量;保持霍尔元件的控制电流I一定,使其在一个有均匀梯度的磁场中移动,则霍尔电势与位移量成正比;简述热电偶产生热电势的条件是什么热电偶的两个电极材料不同,两个接点的温度不同;简述热电偶冷端温度补偿的各种方法的特点0℃恒温法：将热电偶冷端放在冰和水混合的容器中,保持冷端为0℃不变;这种方法精度高,但在工程中应用很不方便,一般在实验室用于校正标准热电偶等高精度温度测量;修正法：实际使用中,设法使冷端温度保持不变放置在恒温器中,然后采用冷端温度修正的方法,可得到冷端为0℃时的热电势;根据中间温度定律,EABT,T0＝ EABT,Tn＋EABTn,T ,因为保持温度Tn不变,因而EABTn,0 ＝常值,该值可以从热电偶分度表中查出;测量的热电势与查表得到的相加,就可得到冷端为0℃时的热电势,然后再查热电偶分度表,便可得到被测温度T;补偿导线法：将热电偶的自由端引至显示仪表,而显示仪表放在恒温或温度波动较小的地方;采用某两种导线组成的热电偶补偿导线,在一定温度范围内0～100℃具有与所连接的热电偶相同的热电性能;不同的热电偶要配不同的导线,极性也不能接错;补偿电桥法：利用不平衡电桥又称冷端补偿器产生不平衡电压来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化;。

一、选择题、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倍.、、、、、信号有多种类型，从分析域上看，经典的分析方法有和。

、时域法，相频法、时域法，幅频法、相频法，幅频法、时域法，频域法、压电式传感器的转换原理是利用晶体材料的。

、电阻应变效应、压电效应、电磁感应、霍尔效应、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。

、线性度、灵敏度、稳定性、回程误差、信息与信号二者间关系是。

、信息与信号相同、信息包含信号、信息在信号之中、信息与信号无关、当两信号的互相关函数在有峰值，表明其中一个信号和另一个信号时移时，相关程度。

、最低、最高、适中、一般、传感器的灵敏度越高，意味着传感器所能感知的越小。

、被测量、输出量、频率特性、显示值、测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取( )、干扰噪声信号、正弦信号、有用信号、频域信号、时域信号的时移，则频谱变化为（）、扩展、压缩、不变、相移、记录磁带快录慢放，放演信号的频谱带宽( )、变窄，幅值压低、扩展，幅值压低、扩展，幅值增高、变窄，幅值增高、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( )、愈大愈好、愈小愈好、接近、接近、对二阶系统输入信号(),则系统稳态输出方程的通式为( ) 、(φ）(φ）、、＇＇、＇（φ＇１）＇（φ２＇）、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( )、电容式、压电式、电阻式、电涡流式、只使在～间频率的信号通过，应采用（）滤波器、带阻、带通、高通、低通、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( )振动子的固有频率、等于、>倍、≤（０.５０.６）、<０倍、为使电缆的长度不影响压电式传感器的灵敏度，应选用（）放大器。

、电压、电荷、微分、积分、当τ→∞时,信号（）的自相关函数（τ）呈周期性变化,说明该信号( )。

、为周期信号、含有周期成份、为离散信号、为非周期信号、正弦信号的自相关函数，使原有的相位信息( )、不变、丢失、移相、一定变为°、不能用确定的数学公式表达的信号是（）信号。

三、简答题（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）测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索型的、论证型的测量过程，也是获取信息的过程。

（1）测量对象（2）传感器：在测试系统和被测试对象之间建立了一定的连接关系，它直接感受被测量并将其转换成电信号。

是测试系统中的关键部件。

（3）中间转换电路（信号调理电路）：作用是将传感器的输出信号进行传输、放大和转换，使其适合显示、纪录、数据处理。

（4）信号处理单衣：它是以计算机为核心对中间转换电路的输出信号作进一步地处理（如：计算、频谱分析、数据储存等）（5）显示、记录部分：作用是输出测试结果。

.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’）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）相同之处在于：都是将被测量的变化转换为电阻的变化，且dR/R=(1+2H)ε+λEε,其中H为材料的泊桑比，E为材料的弹性模量，(1+2H)ε是由几何尺寸变化引起的阻值变化，λEε是由电阻率的变化引起的阻值变化。

不同的是，电阻应变片是利用导体形变引起的阻值变化，所以dR/R≈(1+2H)ε，S≈1+2H；而半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应使电阻率发生变化引起电阻变化。

所以dR/R=λEε，S ≈λE。

各自的优点分别为：电阻丝应变片具有相当高的适应性；半导体应变片的灵敏度高，一般为电阻丝应变片的50-70倍。

3、选用传感器的原则是什么？（10分）基本原则是：选用的传感器其性能应当与被测信号的性质相匹配。

1、周期信号频谱的特点是离散性、谐波性和____收敛性___。

2、随机信号的动态分量可用它的方差表示。

3、模/数转换(A/D)过程的顺序是采样、量化和编码。

4、对连续时域信号作加窗截断处理，必然会引起频谱的___泄漏__现象。

5、时域信号的特征值有均值、均方值、方差等。

6、信号的频谱函数可表示为__幅值___频谱和___相位__频谱；系统的频率响应函数可表示为__幅频___特性和__相频__特性。

7、周期信号包括正弦信号和方波信号。

8、在周期信号的相关分析中，自相关函数保留了原正弦信号的幅值和频率信息，互相关函数保留了原信号的相位差信息。

9、测试按所测信号随时间的关系，可分为静态测试和___动态___测试。

10、模似信号是指时间和幅值都具有连续性特性的信号。

11、X（f）为x（t）的频谱，W（f）为矩形窗函数w（t）的频谱，二者时域相乘，则频域可表示为 x(f)*w(f) 。

12、在数字信号处理过程中，频混是由于采样频率过低引起的，泄漏是由于信号的加窗截断引起的。

13、信号的均值描述信号的直流分量，均方值描述信号的平均功率，方差描述信号的波动量。

14、描述周期信号频谱的数学工具是傅里叶级数。

描述非周期信号频谱的数学工具是傅里叶变换。

15、可用函数表达的信号是确定性信号，不可用函数表达的信号是非确定性信号。

16、某复杂周期信号的基频为0.1Hz，如取谐波的最高次数为25，则采样频率至少应为 0.4 Hz。

17、频谱图反映了信号的__幅值__和__相位___与___频率___的关系。

18、如果所测试的信号不随时间变化,这种测试称为__静态__测试，如果所测试的信号随时间变化很快，这种测试称为___动态___测试。

19、信号的时域描述，以时间为独立变量；而信号的频域描述，以频率为独立变量。

20、A/D 转换是将 模拟 信号转换成 数字 信号的装置。

21、某复杂信号的各频率分量的频率为：50Hz, 100Hz, 500Hz, 1000Hz, 300Hz, 600Hz ，则采集此信号的采样频率至少为 2000HZ 。

现代检测技术2021试卷A及答案成绩 __大学考试题课程现代检测技术学院电信学院考试日期 2021 年月日专业班号√ 姓名学号期中期末一、名词解释（每题2分，共10分）1.测试系统的灵敏度 2.压电效应 3.热电偶冷端补偿 4.电阻应变效应 5.虚拟仪器二、填空（每空1分，共30分）1.一阶系统的时间常数τ表征系统的特性，一阶系统的截止频率表示为；二阶系统的动态参数是阻尼比ζ和，通常ζ= 时，响应速度快，动态误差小，系统的输出能够以较快的速度达到给定的误差范围。

2.线性度是指，也称非线性误差，常用的直线拟合方法有理论拟合、和等。

3.常用的应变片有与两大类，其中灵敏度较高的是，线性度较好的是。

4.为了加强居民小区的安全，可以在小区围墙上加装传感器进行昼夜监控。

5.可以进行转速测量的传感器包括、和；可以进行金属工件厚度测量的传感器包括、共 4 页第 1 页和。

6.在图像测量中，为了确定工件的角点，常采用方法，它的原理是。

7.光电管、光电倍增管是利用效应工作的，光电池是利用效应工作的，光敏电阻是利用效应工作的。

8.极距变化型的电容式传感器常采用差动结构，目的是以及。

9.为利用电桥的和差特性，提高系统的灵敏度，应使桥臂上电阻应变极性相同，桥臂上电阻应变极性相反。

10.GPS卫星导航系统由3部分组成，分别是、和。

三、简答（每题5分，共25分）1.基本型现代检测系统包括哪些环节？ 2.什么是霍尔效应？为什么半导体材料适合于作霍尔元件？ 3.请从CCD的原理解释图像亮度与曝光时间的关系。

4.如果对1mm左右的微位移量进行检测，请问可以选用什么传感器？列举2种方案，并解释其工作原理。

5.探底雷达可以完成哪些检测任务？在对混凝土构件进行探测时与超声波传感器有何异同？四、计算题（共20分）1.有一悬臂梁，在其中部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，如题图1所示。

1）请给出由这四个电阻构成全桥电路的示意图。

（3分）2）若该梁悬臂端受一向下力，长，宽，厚，，，应变片灵敏度系数，应变片空载电阻；第 2 页西安交通大学考试题试求此时这四个应变片的电阻值（注：）。

（二）判断对错题（用√或×表示）1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。

（ ）2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。

（ ）3、 非周期信号的频谱一定是连续的。

（ ）4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。

（ ）5、 随机信号的频域描述为功率谱。

（ ） （二）、√。

、√。

、╳。

、╳。

、√。

1、 一线性系统不满足“不失真测试”条件，若用它传输一个的正弦信号，则必然导致输出波形失真。

（）2、 在线性时不变系统中，当初始条件为零时，系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数。

（）3、 当输入信号)(t x 一定时，系统的输出)(t y 将完全取决于传递函数)(s H ，而与该系统的物理模型无关。

（）4、 传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。

（）5、 测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。

（）6、 幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。

（） （三）╳√√√╳╳（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。

（ ）2、 涡流式传感器属于能量控制型传感器（ ）3、 压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。

（ ）4、 磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。

（ ） （三）√√╳╳（二）选择题1、 不属于测试系统的静特性。

（）灵敏度（）线性度（）回程误差（）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统响应的卷积。

（）正弦（）阶跃（）脉冲（）斜坡3、 两环节的相频特性各为)(1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性为。

（）)()(21ωωQ Q （）)()(21ωωQ Q +（）)()()()(2121ωωωωQ Q Q Q +（）)()(21ωωQ Q -4、 一阶系统的阶跃响应中，超调量。

（）存在，但<％（）存在，但<（）在时间常数很小时存在（）不存在 5、 忽略质量的单自由度振动系统是系统。

1．测量系统的静态特性是输入量和输出量不随时间变化或变化缓慢时,输出与输入之间的关系。

2．电阻应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着所受机械变形（伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。

3．测量误差按性质分为系统误差、随机误差和粗大误差。

4．在光照作用下，物体内电子逸出物体表面，在回路中形成光电流的现象称为外光电效应;在光照作用下，物体导电性能发生改变的现象称为内光电效应。

5．现代测试系统基本型结构包括传感器、信号调理、数据采集、计算机及输出显示、打印等环节。

6．请列举2个超声波传感器可以测量的物理量：厚度、无损探伤、计数、距离等7．为利用电桥的和差特性,提高系统的灵敏度，应使相对桥臂上电阻应变极性相同，相邻桥臂上电阻应变极性相反.8．GPS卫星导航系统由3部分组成，分别是空间星座部分;地面支撑系统;用户设备；9．线性度是指系统输入输出特性与拟合直线的不一致程度，也称非线性误差,常用的直线拟合方法有理论拟合、最小二乘拟合；端点连线拟合等.10．常用的应变片有金属电阻应变片与半导体两大类,其中灵敏度较高的是半导体应变片，线性度较好的是金属应变片。

11．为了加强居民小区的安全,可以在小区围墙上加装红外图像（红外摄像仪）传感器进行昼夜监控。

三. 简答题（共35分，每题5分)1。

检测系统的基本任务是什么?获取有用的信息,即借助专门的设备、仪器、设计合理的实验方法与必需的信号分析及数据处理，获得与被测对象有关的信息，最后将结果进行显示或输入到其它信息处理装置、控制系统。

2.根据电容传感器的工作原理说明它的分类以及能够测量哪些物理参量?根据电容式传感器的工作原理，可分为变间距式、变面积式和变介电常数式,利用极板间距和极板覆盖面积的变化，可以测量直线位移或角位移；通过弹性元件也可以测量力、压力、振动或加速度等;利用介电常数的变化还可以进行一些特殊量的测量，如液位、浓度、厚度、湿度等3.为什么不能用压电传感器测量变化比较缓慢的信号？压电式传感器只有在负载阻抗无穷大、内部也无漏电时,受力后产生的电压（电荷)才能长期保存下来，否则电路将以某时间常数按指数规律放电.这对于测量缓变信号极为不利，必将造成测量误差。

1.用频域描述分析设备故障有何突出优点？ 答：频域描述反映了信号的频率组成及其幅值。

2.信号调理阶段的放大滤波、调制。

解调的作用分别是什么？什么是采样定理？采样频率是不是越高越好？放大：提高传感器输出的电压、电流和电荷信号使其的幅值和功率可以进行后续的处理。

调制：将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大。

解调：从放大器的输出信号中提取放大的缓变信号。

滤波：使信号中特定的频率成分用过而极大地衰减其他频率成分。

3.在设备故障诊断时，为什么要对测试信号进行频域分析？频域分析法只要是对信号的频率结构进行分析，确定信号是由哪些成分所组成，以及这些频率成分幅值的大小。

通过对故障特征频率及故障特征频率幅值的分析，就可以准确地对设备的故障情况进行诊断。

4.什么是功率信号？什么是能量信号？什么是随机信号？什么是模拟信号？什么是数字信号？功率信号：若信号在区间（-∞，+∞）的能量是无限的。

即dt t x )(2⎰+∞∞-，但它在有限区间（t t ，2t ）的平均功率是有限的，即dt t x t t t t )(121212⎰-这种信号称功率信号。

能量信号：当满足时，认为信号的能量是有限的，称为能量有限信号，简称能量信号。

随机信号：是一种不能准确预测且未来瞬时值，也无法用数学关系式来描述的信号。

模拟信号：在所讨论的时间间隔内，对任意时间值，除第一类间断点外都可以给出确定的函数的信号。

数字信号：时间离散而幅值量化，称为数字信号（幅值和时间上都离散的信号）。

5. 试述信号的幅值谱与系统的幅频特性之间的区别。

信号的幅值谱表征信号的幅值随频率的分布情况，幅值特性指方法电路的电压放大倍数与频率的关系。

前者描述信号各频率分量得幅度后者是系统对输入各频率分量得幅度怎么样变化。

6. 周期信号的频谱图有何特点？其傅里叶级数三角函数展开式与复指数函数展开式的频谱有何特点？（1）1.离散性2.谐波性3.收敛性。

（2）周期信号的傅里叶级数三角函数展开式频率谱是位于频率右侧的离散谱，谱线间隔为整数个ω。

（二）判断对错题（用√或×表示)1、各态历经随机过程一定是平稳随机过程。

（）2、信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。

（）3、非周期信号的频谱一定是连续的。

( )4、非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样.( ）5、随机信号的频域描述为功率谱。

（）(二）1、√；2、√；3、╳；4、╳；5、√;1、一线性系统不满足“不失真测试"条件，若用它传输一个1000Hz的正弦信号，则必然导致输出波形失真.（）2、在线性时不变系统中，当初始条件为零时，系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数。

( ）3、当输入信号一定时，系统的输出将完全取决于传递函数，而与该系统的物理模型无关.( )4、传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。

( ）5、测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。

（）6、幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。

（）（三）╳√√√╳╳（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.（)2、涡流式传感器属于能量控制型传感器（）3、压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。

( ）4、磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。

（）(三）√√╳╳(二)选择题1、不属于测试系统的静特性。

（1)灵敏度（2)线性度（3）回程误差(4）阻尼系数2、从时域上看，系统的输出是输入与该系统 3 响应的卷积。

（1）正弦（2）阶跃（3）脉冲（4）斜坡3、两环节的相频特性各为和，则两环节串联组成的测试系统,其相频特性为.(1）(2）(3）（4）4、一阶系统的阶跃响应中,超调量4。

（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、忽略质量的单自由度振动系统是2系统。

(1）零阶(2)一阶（3）二阶（4）高阶6、一阶系统的动态特性参数是3。

（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的动态特性参数，可取输出值达到稳态值倍所经过的时间作为时间常数.（1)0。

机械测试技术习题⼀、填空题（每空1分，共20分）１、周期信号的频谱是离散的，⽽⾮周期信号的频谱是连续的。

3、两个时域函数1()x t 、2()x t 的卷积定义为 12()()x t x t d ττ-? 。

5、测试系统的静态特性指标有灵敏度、线性度、回程误差。

6、滤波器的频率分辨⼒主要由其带宽决定。

7、对于理想滤波器，滤波器因数λ＝ 1。

8、半导体应变⽚是根据压阻效应原理⼯作的。

9、传感器按⼯作原理可分为应变式、电容式、电感式、压电式等。

10、⽯英等晶体沿⼀定⽅向施加外⼒使之变形时，晶体内产⽣极化，使得表⾯出现电荷，形成电场。

当外⼒去掉时，表⾯⼜重新回复到原来不带电状态，这种现象称为正压电效应。

11、根据载波受调制的参数的不同，调制可分调幅、调频、调相。

12．电感式传感器常可分为⾃感式、互感式等。

⼀、填空（1×20）1.连续3. 12()()x t x t d ττ-?5. ⾮线性度、灵敏度、回程误差6. 带宽7.18. 压阻效应9.应变式、电容式、电感式、压电式、（或热电式等）10.正压电效应11.调幅、调频、调相12磁阻式、电涡流式、（或差动变压器式）2、δ函数的频谱是均匀谱。

3、周期信号可按三⾓函数分解成下列形式：)cos cos ()(0010t n b t n a a t x n n n ωω++=∑∞=，其中，0a = ，n a = ，n b = 。

4、使信号中特定的频率成分通过，⽽衰减其他频率成分的电路称滤波器。

5、信号可分为确定性信号和随机信号，也可分为模拟信号和数字信号。

6、滤波器的品质因素Q 与带宽B 的关系是。

7、对于实际滤波器，滤波器因数λ范围⼀般是（1，5）。

8、⾦属应变⽚是根据应变效应原理⼯作的。

9、传感器按结构可分为结构型、物性型等。

11、根据滤波器的选频作⽤分，滤波器可分为低通、⾼通、带通、带阻。

12．信号分析的⼿段主要有相关分析、功率谱密度分析等。

2.均匀谱 ;sin )(;cos )(;)(2/2/022/2/022/2/10---===T T T n T T Tn T T T tdt n t x b tdt n t x a dt t x a ωω4．滤波器5．随机、数字6. 0f Q B =7. （1，5）8．应变效应9.结构型、物性型 11.低通、⾼通、带通、带阻12．相关分析、功率谱密度分析⼀、填空题（每空0.5分，共15分）２、均⽅值Ψx2表⽰的是信号的强度，它与均值µx、⽅差ζx2的关系是￠x2=H x2+óx2。