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1 求周期方波的傅立叶级数（复指数函数形式），画出|cn|-ω和ϕ-ω图。
(1)方波的时域描述为：(2) 从而：2 . 求正弦信号的绝对均值和均方根值。
(1)(2)3.求符号函数和单位阶跃函数的频谱解：(1)因为不满足绝对可积条件，因此，可以把符合函数看作为双边指数衰减函数：其傅里叶变换为：(2)阶跃函数：4. 求被截断的余弦函数的傅里叶变换。
解：(1)被截断的余弦函数可以看成为：余弦函数与矩形窗的点积，即：(2)根据卷积定理，其傅里叶变换为：5.设有一时间函数f(t)及其频谱如图所示。
现乘以余弦函数cosω0t（ω0>ωm）。
在这个关系中函数f(t)称为调制信号，余弦函数cosω0t称为载波。
试求调幅信号的f(t)cosω0t傅氏变换，并绘制其频谱示意图。
又：若ω0<ωm将会出现什么情况？解：(1)令(2) 根据傅氏变换的频移性质，有：频谱示意图如下：(3) 当ω0<ωm时，由图可见，出现混叠，不能通过滤波的方法提取出原信号f(t)的频谱。
6.求被截断的余弦函数的傅立叶变换。
解：方法一：方法二：(1)其中为矩形窗函数，其频谱为：(2)根据傅氏变换的频移性质，有：第二章4. 求指数衰减函数的频谱函数，（）。
并定性画出信号及其频谱图形。
解：（1）求单边指数函数的傅里叶变换及频谱（2）求余弦振荡信号的频谱。
利用函数的卷积特性,可求出信号的频谱为其幅值频谱为a a`b b`c c`题图信号及其频谱图注：本题可以用定义求，也可以用傅立叶变换的频移特性求解。
5 一线性系统，其传递函数为，当输入信号为时，求：（1）；（2）；（3）；（4）。
解：(1) 线性系统的输入、输出关系为：已知，则由此可得：(2) 求有两种方法。
其一是利用的傅立叶逆变换；其二是先求出，再求，其三是直接利用公式求。
下面用第一种方法。
（3）由可得：(4) 可以由的傅立叶逆变换求得，也可以直接由、积分求得：第三章1.说明线性系统的频率保持性在测量中的作用。
一、选择题1、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____2__倍.2、信号有多种类型，从分析域上看，经典的分析方法有__时域法_和 __频域法_。
3、压电式传感器的转换原理是利用晶体材料的__压电效应____。
4、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___灵敏度___。
6、信息与信号二者间关系是___信息在信号之中___。
7、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___最高__。
8、传感器的灵敏度越高，意味着传感器所能感知的___被测量__越小。
9、测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取(有用信号)10、时域信号的时移，则频谱变化为（相移）11、记录磁带快录慢放，放演信号的频谱带宽(变窄，幅值增高)12、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1/√2 )13、对二阶系统输入信号x(t)=A1sinw1t+A2sinw2t,则系统稳态输出方程的通式为(A1＇sin（w1t+φ＇１）+A2＇sin（w2t+φ２＇）)14、概率密度函数提供了随机信号（沿幅值域分布）的信息15、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(电涡流式)16、只使在fe1～fe2间频率的信号通过，应采用（带通）滤波器17、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fm(≤（０.５-０.６）)振动子的固有频率fn18、为使电缆的长度不影响压电式传感器的灵敏度，应选用（电荷）放大器。
19、当τ→∞时,信号x（t）的自相关函数Rx（τ）呈周期性变化,说明该信号(含有周期成份)。
20、正弦信号的自相关函数，使原有的相位信息(丢失)21、不能用确定的数学公式表达的信号是（随机）信号。
22、非线性度是表示定度曲线（偏离其拟合直线）的程度。
23、自相关函数一定是（偶）函数。
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 tjn nω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)(1200002002002022000000000000n 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 πππππωωππωωωωω⋅⋅⋅±±±±=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∑+∞-∞=,7,5,3,1;2)(0n e n A j t x t jn n ωπ⋅⋅⋅±±±==+=,5,3,1;222n nA C C C nInR n π⎪⎩⎪⎨⎧⋅⋅⋅---=⋅⋅⋅=-=⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==,5,3,1;2,5,3,1;202n n n A arctg C C arctg nR nI n πππϕωππωμ2;2sin 1)(lim 000000====⎰⎰∞→T x tdt x T dt t x T T T x 式中：()2sin 1)(10020002000x 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 ftj t ft j παπαπ2)()(022+=⋅==⎰⎰∞+--∞+∞--解:1) 符号函数的频谱:令:2)单位阶跃函数的频谱:1.5求被截断的余弦函数cos ω0t （题图1-2）的傅立叶变换。
第二章 信号描述及其分析【2-1】 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?参考答案：一般采用傅里叶级数展开式。
根据具体情况可选择采用傅里叶级数三角函数展开式和傅里叶级数复指数函数展开式两种形式。
不考虑周期信号的奇偶性,周期信号通过傅里叶级数三角函数展开可表示为:n A =(2022()cos T n T a x t n tdt T ω-=⎰ 202()sin T n T b x t n tdt T ω-=⎰ ) 式中，T 为信号周期, 0ω为信号角频率, 02T ωπ=。
n A ω-图为信号的幅频图, n ϕω-图为信号的相频图。
周期信号通过傅里叶级数复指数函数展开式可表示为:n C 是一个复数,可表示为:n C ω-图为信号的幅频图, n ϕω-图称为信号的相频图。
▲ 不可直接进行傅里叶变换,因为周期信号不具备绝对可积条件。
但可间接进行傅里叶变换。
参见书中第25页“正弦和余弦信号的频谱”。
【2-2】 求指数函数()(0,0)at x t Ae a t -=>≥的频谱。
参考答案：由非周期信号的傅里叶变换，()()j t X x t e dt ωω∞--∞=⎰，得由此得到，幅频谱为：()A X ω= 相频谱为： ()arctan()a ϕωω=-【2-3】 求周期三角波（图2-5a ）的傅里叶级数（复指数函数形式） 参考答案：周期三角波为： (2)20()(2)02A A t T t x t A A T tt T +-≤<⎧=⎨-≤≤⎩ 则 0221()T jn t n T C x t e dt T ω--=⎰ 积分得 02222204(1cos )(1cos )2n A T A C n n n T n ωπωπ=-=-即 22()1,3,5,00,2,4,n A n n C n π⎧=±±±=⎨=±±⎩L L又因为周期三角波为偶函数，则0n b =，所以arctan 0n nI nR C C ϕ== 所以，周期三角波傅里叶级数复指数形式展开式为：【2-4】 求图2-15所示有限长余弦信号()x t 的频谱。
习题1第3章1、传感器的定义及主要分类有哪些？2、试绘出典型传感器的构成框图？3、从哪些方面评价或选用传感器？4、在选用传感器时，应该遵循什么原则？5、应该采取什么方法来提高传感器的性能？第4章1什么叫金属的电阻应变效应？金属丝的应变灵敏度系数的物理意义是什么？2什么叫金属丝的应变灵敏度系数?它与金属丝的灵敏度系数有何区别？为什么？3何谓半导体的压阻效应？它与金属的电阻应变效应有什么本质区别？4电阻应变计的基本测量电路有哪些？试比较它们各自的特点。
5电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别?它们各有何特点？6某截面积为5cm2的试件，已知材料的弹性模量为2.0X10u N/m2，沿轴向受到105N的拉力，若沿受力方向粘贴一阻值为120Q、灵敏系数为2的应变片，试求出其A R。
7试说明差动式电感传感器与差动变压器式电感传感器工作原理的区别。
8差动变压器和普通变压器的工作原理有何区别？如何提高差动变压器的灵敏度？9试说明电涡流式传感器的工作原理和特点。
10根据电容式传感器的工作原理分为几种类型？各有什么特点？适用于什么场合？11如何改善单极式变极距型传感器的非线性？12什么是压电效应？压电材料有哪些？压电传感器的结构和应用特点是什么？能否用压电传感器测量静态压力？13为什么压电传感器通常用来测量动态或瞬态参量？14用压电式加速度计及电荷放大器测量振动加速度，若传感器的灵敏度为70pC/g （g为重力加速度），电荷放大器灵敏度为10mV/pC,试确定输入3g （平均值）加速度时，电荷放大器的输出电压Uo （平均值，不考虑正负号），并计算此时该电荷放大器的反馈电容C f。
15.用压电式单向脉动力传感器测量一正弦变化的力，压电元件用两片压电陶瓷并联，压电常数为200X 10-12C/N,电荷放大器的反馈电容C =2000pF,测得输出电压u =5sinwt （V）。
f o求：1）该压电传感器产生的总电荷Q （峰值）为多少pC？2）此时作用在其上的正弦脉动力（瞬时值）为多少？16.试说明磁电式速度传感器非线性误差产生的原因以及补偿办法（画图说明）?17.试证明霍耳式位移传感器的输出U H与位移成正比关系？第5章1什么叫激光、激光器和激光传感器？试叙述激光产生的激理。
机械工程测试技术基础习题解答教材：机械工程测试技术基础，熊诗波 黄长艺主编，机械工业出版社，2006年9月第3版第二次印刷。
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： ①-667.810/1.01825447.6601682/10±⨯≈±②60.00003/25.04894 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。
课后习题讲解例4.2.某一测试系统的传递函数是()110.31H s s =+，若测试周期是1.2s ，2s ，4s 的余弦函数，试求系统稳态输出的幅值误差。
答：该一阶系统的频率响应函数是:11()0.310.32/1H j j j T ωωπ==+⨯+其幅值函数是：()()A H j ωω===当周期分别为1.2S ，2s ，4s 时，幅值频谱为1.224(),(),()T T T A A A ωωω======幅值误差:()()()()()()()1()()Y X A X X A X X ωωωωωδωωωω--===-可求出相应的幅值误差为：1.224(),(),()T T T δωδωδω======例 4.3 系统的传递函数是()121000702500H s s s =++，若系统的输入函数为()()()10sin156sin 504514sin 10026x t t t t =++++，试求系统的稳态输出，并分析测试结果是否失真，为什么？ 答：令()110sin15x t t =()()26sin 5045x t t =+ ()()314sin 10026x t t =+根据线性系统的频率保持特性：()()A H j ωω==270()arctan 2500ωϕωω⎛⎫=-⎪-⎝⎭所以当输入是()110sin15x t t =时候，15ω=115()()A H j ωωω===11522707015()arctan arctan 2500250015ωωϕωω=⨯⎛⎫⎛⎫=-=-⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭()()()()11110sin 15y t A t ωϕω=⨯⨯-同理可以求得()2y t ，()3y t所以系统的稳态输出是：()()()()123y t y t y t y t =++例4.5若已知某信号是频率是150HZ 的正弦信号，且测试传感器的动态特性可认为是一阶系统，试问该传感器的时间常数τ为多少才能将传感器的幅值误差控制在3%以内？答：该一阶系统的频率响应函数是:11()12/1H j j j T ωτωτπ==+⨯+其幅值函数是：()()A H j ωω===幅值误差:()()()()()()()1()()Y X A X X A X X ωωωωωδωωωω--===-()()113%A δωω=-=-≤ 即可求得τ。
一、选择题 1、 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 2B 3C 、4D 5 2、 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 3、 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 4、 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 A 线性度 B 、灵敏度 C 、稳定性 D 回程误差 5、 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: 者E 是错的 。
A 1.11 X 10八-9 B 、1.11 X 10A-15 C 、3.27 X 10^-96、 信息与信号二者间关系是 ___ C D 3.27 X 10A-9 A 、信息与信号相同B 、信息包含信号 C 、信息在信号之中7、 当两信号的互相关函数在10有峰值，表明其中一个信号和另一个信号时移 A 最低 B 、最高 C 适中 D —般 &传感器的灵敏度越高，意味着传感器所能感知的A 被测量B 、输出量C 、频率特性9、测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取 rA 干扰噪声信号厂 10、时域信号的时移，贝U 频谱变化为( rA 扩展B 压缩 厂 B 、正弦信号 " )C 、不变 __ a__ 小。
D 显示值 () C 、有用信号11、记录磁带快录慢放，放演信号的频谱带宽() r ' ' 答案D 信息与信号无关 t o 时，相关程度 ____ B 」 D 频域信号 A 变窄，幅值压低厂 C 扩展，幅值增高挣 12、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r' ''B 、扩展，幅值压低D 变窄，幅值增高 B 愈小愈好厂 C 、接近1/2 a A 愈大愈好广 13、对二阶系统输入信号x(t)=A1sinw1t+A2sinw2t,则系统稳态输出方程的通式为() r ''(0.6 — 0.8 )C A A1sin(w1t+ © 1) +A2sin(w2t+ 伸 2) C A1, sinw1t+A2，sinw2t 14、概率密度函数提供了随机信号( r B 、A1A2sinwltsinw2tD A! sin (w1t+ ^1) +A2 sin (w2t+© 2，) )的信息 B 沿幅值域分布 D 强度方面 A 沿频域分布冷C 沿时域分布 厂 15、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 r16、 r厂 A 电容式只使在fe i 〜fe 2间频率的信号通过，应采用( A 带阻挣 厂B 、压电式C 、电阻式挣 C 、高通广D 电涡流式 )滤波器 D 低通 17、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 fm()振动子的固有频率fnrB 、＞2倍冷C C 、w(0 . 5 - 0 . 6)D <0 .1 倍18、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。
《机械工程测试技术》习题课一、填空题1．时间常数τ是一阶传感器动态特性参数，时间常数τ越小，响应越快，响应曲线越接近于输入阶跃曲线。
2．满足测试装置不失真测试的频域条件是幅频特性为一常数和相频特性与频率成线性关系。
3．电荷放大器常用做压电传感器的后续放大电路，该放大器的输出电压与传感器产生的电荷量成正比，与电缆引线所形成的分布电容无关。
4．信号当时间尺度在压缩时，则其频带变宽其幅值变小。
5．当测量较小应变值时，应选用电阻应变效应工作的应变片，而测量大应变值时，应选用压阻效应工作的应变片，后者应变片阻值的相对变化主要由材料电阻率的相对变化来决定。
6．电感式和电容式传感器常采用差动方式，不仅可提高灵敏度，且能改善或消除非线性。
7. 电涡流传感器是利用金属材料的电涡流效应工作，可分为低频透射式和高频反射式两种，其中前者常用于材料厚度的测量。
8．在调制解调技术中，将控制高频振荡的低频信号称为调制波，载送低频信号的高频振荡信号称为载波，将经过调制过程所得的高频振荡波称为已调制波。
9. RC低通滤波器中的RC值越大，则其上限截止频率越小。
10.频率混叠是由于采样频率过低引起的，泄漏则是由于信号截断所引起的。
11.作为传感器的核心部件，直接感受被测物理量并对其进行转换的元件称为敏感元件。
12.在外力作用下，金属应变式传感器主要产生几何尺寸变化，而压阻式传感器主要是电阻率发生变化，两者都引起电阻值发生变化。
13. 描述一阶系统动态特性的参数是时间常数，其值越小，则该系统频带越宽，响应越快。
二、选择题1．离散、周期的时域信号频谱的特点是（C ）的。
A非周期、离散B非周期、连续C、周期、离散D周期、连续2．按传感器能量源分类，以下传感器不属于能量控制型的是（C ）。
A 电阻传感器B 电感传感器C 光电传感器D 电容传感器3．变磁通感应式传感器在测量轴的转速时，其齿盘应采用（B ）材料制成。
A 金属B 导磁C 塑料D 导电4．测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为（D ）。
机械工程测试技术课后习题及答案第一章传感器及检测系统的基本概念1、检测系统由哪几部分组成？说明各部分的作用2、怎样选择仪表的量程大小？3、测量误差可以分为哪几类？引起各类误差的原因是什么？4、传感器按照被测物理量来分，可以分为哪几种？5、某电路中的电流为10A，用甲乙两块电流表同时测量，甲表读数为10.8A，乙表读数为9.5A，请计算两次测量的绝对误差和相对误差。
6、用1.0级量限100V的电压表甲，0.5级量限250V的电压表乙分别测量某电压，读数皆为80V，试比较两次测量结果的准确度。
7、有三台测温仪表，量程均为0～800℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理？解答：1、一个完整的工程检测系统包括：传感器、信号调理电路、信号处理电路和显示记录部分。
各部分作用：传感器——感受被测量，并将其转换为电信号；信号调理电路——将传感器输出信号进行放大和转换；信号处理电路——对电信号进行计算和分析；显示记录部分——显示记录测试结果。
2、应根据被测量的大小，兼顾仪表的准确度等级和量程，使其工作在不小于满度值2/3以上的区域。
3、测量误差可以分为：系统误差、随机误差和疏失误差三类。
引起的原因如下:系统误差——仪器误差、零位误差、理论误差、环境误差和观察者误差等随机误差——温度、磁场，零件摩擦、间隙，气压和湿度的变化，测量人员分辨本领的限制等疏失误差——操作、读数、记录和计算等方面的人为误差等4、传感器按被测物理量可以分为：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器等。
5、绝对误差：△I= I﹣I=10.8-10=+0.8A；△I= I﹣I=9.5-10=﹣0.5A相对误差：γ甲=△I甲/ I0=+0.8/10=8%；γ乙=△I乙/ I0=﹣0.5/10=﹣5%6、最大绝对误差：△V m甲=±K%·V m甲=±1.0%×100=±1.0V；△V m乙=±K%·V m乙=±0.5%×250=±1.25V最大相对误差：γm甲=△V m甲/ V=±1.0/80=±1.25%；γm乙=△V m乙/ V=±1.25/80=±1.56%故：甲表测量结果的准确度高于乙表。
