东北大学《测试技术与传感器》自测试卷

1、自测试卷1一、单项选择题(每题2分,共计24分1、瞬变信号的频谱是( 。(A 离散的,只发生在基频整数倍的频率(B 连续的,随着频率的增大而减小(C 连续的,只在有限区间有非零值(D 离散的,各频率成分的频率比不是有理数2 、信号x(t =A sin(t + 的均方根值为( 。(A A(B A/2 (C A/21/2(D A1/23、下列第(组传感器都是把被测量变换为电动势输出的。(A热电偶、电涡流、电阻应变;(B 热电偶、霍尔、半导体气敏传感器;(C硅光电池、霍尔、磁电;(D压电、霍尔、电感式4、下列第(组传感器较适用于测量旋转轴的转速。(A 电涡流、电阻应变、电容;(B 电磁感应、电涡流、

2、光电;(C 硅光电池、霍尔、压磁;(D 压电、霍尔、电感式5、已知在某特定条件下材料A与铂电阻配对的热电势为13mV, 材料B 与铂配对的热电势为8mV,在此条件下材料 A 与材料 B 配对后的热电势为(mV。(A 5;(B8;(C 13;(D 216、惯性式位移传感器作为滤波器来说具有(特性。(A 低通;(B 高通;(C带通;(D 带阻7、传感器的滞后表示标定曲线(的程度。(A接近真值;(B 偏离其拟合直线;(C 加载和卸载时不重合;(D 在多次测量时的重复8、信号中最高频率f c为1000Hz,在下列选项中,采样频率f s至少应为( Hz。(A2560;(B1000;(C2100;(D20

3、009、下列(为不正确叙述。(A低通滤波器带宽越窄,表示它对阶跃响应的建立时间越短;(B 截止频率为幅频特性值为A 0/21/2所对应的频率;(C 截止频率为对数幅频特性衰减所对应的频率;(D 带通滤波器的带宽为上、下截止频率之间的频率范围。10、线性度表示标定曲线( 的程度。(A接近真值;(B 偏离其拟合直线;(C 加载和卸载时不重合 ;(D 在多次测量时的重复11、调幅波(AM 是( 。(A 载波与调制信号(即被测信号相加;(B 载波幅值随调制信号幅值而变;(C 载波频率随调制信号幅值而变;(D 载波相位随调制信号幅值而变。12、若矩形窗函数为2/2/01(>=t t t x ,其傅

4、立叶变换为( 。 (Af f sin ;(B f f sin ;(C f f sin 1;(D f sin 二 填空题(每空1分,共计12分1、2、 3、一个变送器用24V 电源供电,就其测量范围,输出420的电流。为了把信号输入虚拟仪器,可在变送器电路串连一个( 的标准电阻,以便在该电阻两端取出15V 的电压信号。4、 5、6、7、8、9、10、11、三 问答题(只选作4题,每题6分,合计24分四 计算题(每题10分,共2题,合计20分1、测力传感器的输入100N ,开路输出电压为90mV ,输出阻抗为500。为了放大信号电压,将其连接一个增益为10的反相放大器。若放大器输入阻抗为4k ,求

5、放大器输入负载误差和测量系统的灵敏度。(2放大器的增益带宽积(GBP为10kHz 正弦电压的输出与输入之间的相角差。2、五 综合应用题(每题10分,共2题,合计20分自测试卷2(考试时间120分钟 一 单项选择题(每题2分,共计24分 1.瞬变信号的频谱特点是( 1 (1离散的,只发生在基频的整数倍; (2连续的,随着频率的增大而减小; (3连续的,只在有限区间有非零值; (4离散的,各频率成分的频率比不是有理数。2.若Fx (t =X (f ,k 为大于零的常数,则有 Fx (kt =( 4 (1(k f X ; (2(kf kX ; (3(1kf X k ; (4(1kf X k 。 3.

6、下列第(3 组传感器都是把被测量变换为电动势输出的。(1热电偶、电涡流、电阻应变;(2热电偶、霍尔、半导体气敏传感器;(3硅光电池、霍尔、磁电式 ;(4压电、霍尔、电感式。4.信号中最高频率 f c 为1000Hz ,采样频率 f s 至少应为 ( 4 Hz 。(1500 ; (21000 ; (31500 ; (42000。5.已知在某特定条件下材料A 与铂电阻配对的热电势为13mV , 材料 B 与铂配对的热电势为 8mV ,此条件下材料 A 与材料 B 配对后的热电势为( 1 。(15; (28; (313; (421。6.惯性式位移传感器作为滤波器来说具有(2特性。(1低通; (2高通

7、 ; (3带通 ; (4带阻。7.下面对线性系统的输入、输出间关系表述正确的是(2 (1(f X f H f Y 2= ; (2(f S f H f S x xy =; (3(f S f H f S x y = ; (4(f S f S f S y x xy =。8.非线性度是表示定度(标定曲线( 2 的程度。(1接近真值; (2偏离其拟合直线; (3加载和卸载时不重合;(4在多次测量时的重复。9.下列(1为不正确叙述。(1低通滤波器带宽越窄,表示它对阶跃响应的建立时间越短;(2截止频率为幅频特性值为2/0A 所对应的频率;(3截止频率为对数幅频特性衰减3dB 所对应的频率;(4带通滤波器带宽

8、为上、下截止频率之间的频率范围。10.调幅波(AM 是( 2 。(1载波与调制信号(即被测信号相加;(2载波幅值随调制信号幅值而变;(3载波频率随调制信号幅值而变;(4载波相位随调制信号幅值而变。11.( 4 式传感器适用于几米到几十米的大型机床工作台位移的直线测量。(1电涡流 ; (2 电容 ; (3 压磁式; (4光栅。12.若矩形窗函数为>=2/02/1(t t t w ,其傅里叶变换为( 1 。 (1f f sin ;(2f f sin ; (3f f sin 1; (4f sin 。二 填空题(每空1分,共计12分 1.任何样本的时间平均等于总体平均(集合平均的随机信号被称为(

9、各态历经信号。2.若线性系统的输入为某一的简谐信号,则其稳态响应必为(同频率的简谐信号。3.(绝对式式拾振器在测振时被固定在被测设备上。4.两个压电元件的(并连适用于测量以电荷为输出的场合。5.( 射线 测厚仪是目前常用的非接触式测厚仪之一,与X 射线测厚仪相比它的射线源稳定、廉价。6.正弦信号的自相关函数保留了信号的(幅值信息和(频率信息,但是失去了相位的信息。7.双螺线管差动型传感器比单螺线管型电感式传感器有较高的灵敏度和(线性。8.测试装置在稳态下,单位输入变化所引起的输出变化称为该装置的(灵敏度。9.由于不正确地选择采样的时间间隔而引起频域上高低频之间彼此混淆的现象被称为(混迭。10.

10、(相关系数是在时域描述两个信号之间相关程度的无量纲的函数。11.附加传感器质量将使被测振动系统的固有频率(降低。 1.在二阶系统中,为什么取0.7为最佳阻尼比?从幅频特性上看,阻尼比为0.7时,频谱近似为常数的范围较宽,即工作频率上限较高。从相频特性上看,这时的相频曲线接近于线性。均满足不失真传输的条件。2.什么是泄漏,为什么产生泄漏、如何减少泄漏?由于时域上的截断而在频域上出现附加的频率分量的现象称为泄漏。信号的频谱不同于加窗以前的频谱,由于窗函数的频谱是一个无限带宽的函数,即使是带限信号,在截断后也必然成为无限带宽的信号,所以会产生泄漏现象。为了减少泄漏,应该尽可能寻找频域中接近单位脉冲函

11、数的窗函数,即主瓣窄,旁瓣小的窗函数。3.如何确定信号中是否含有周期成分?信号的概率密度函数在均值处有盆形特征;做自相关函数R x(,R x(含有周期成份,不随的增大而衰减;功率谱在周期频率处有明显的峰值;用倒频谱分析可见明显的峰值及边带频率。4.如何校准压电式加速度传感器?绝对法:将压电式加速度传感器固定在振动台上进行激振,用激光干涉仪测量振动态的振幅,再和传感器的输出做比较;使用小型的、已知振级的校准仪,可在给定频率点校准传感器。相对法:与严格校准的传感器(标准传感器即参考传感器背靠背安装在振动台上,比较两个传感器的输出。5.说明线性系统的频率保持性在测量中的作用。可以认定测得的信号中只有

12、与输入信号相同的频率成份才是真正由输入引起的输出。在排除干扰的基础上,根据测量信号的频率成份推断输入信号的频率成份,查找其产生的原因。6.简述热电偶的测温原理。热电偶由两种不同导体组合并将温度转换成热电动势。热电动势由两种不同导体的接触电势和单一导体的温差电势组成。四 计算题(每题10分,共2题,合计20分 1.用电阻应变片接成全桥,单臂工作,测量某一构件的应变,已知其变化规律为(t t t 100cos 810cos 10+=如果电桥激励电压是t u 10000sin 40=,应变片灵敏度系数K =2。求此电桥输出信号的频谱(并画出频谱图。解:输出 K u u BD 041=100cos 8

13、10cos 10(10000sin 2t t t +t t t t 9900s i n 810100s i n 89990s i n 1010010sin 10+=2.有一1/3倍频程滤波器其中心频率n f =500Hz ,建立时间8.0=e T s 。求该滤波器:(1带宽B 、上、下截止频率1c f 、2c f 。(2若中心频率改为n f '=200Hz ,求带宽、上下截止频率和建立时间。 解: 5.445500891.0500226/12/1=-n n c f f Hz 0.561500122.1500226/12/2=n n c f f Hz5.1155.4450.56112=-

14、=-=c c f f B Hz若中心频率改为Hz 200'=n f2.464.05.115500200='B B Hz2200/5008.0/''='=n n e e e f f T B B T T s五 综合应用题(每题10分,共2题,合计20分 (R 0。 250-150 -400 0 1252 .用应变计测量一小轴的扭矩,测量系统框图如图5.2-1。试在图5.2-2中表示如何布片和组桥,要求电桥的灵敏度最高并消除附加弯曲和拉、压载荷的影响。已知小轴直径D =25mm ,弹性模量E =5102 MPa ,泊松比=0.25;应变仪灵敏度K =10mV/

15、,满量程输出为±1V ,衰减档位置如表5.1所示;由A/D 和PC 构成虚拟仪器,设定其满量程输出为±1000。(抗弯截面模量为0.1D 3,抗扭截面模量为0.2D 3 图当小轴加载扭矩为T =50Nm 时,应选那个应变仪衰减档的位置,虚拟仪器的显示值是多少? 图5.2-2 +=12.0453D T 10010100101021025(2.025.01(502.01(66533345=+=+=-E DT4001004445= mV K I 400040010=选衰减档位置10输出电压为U 0=4000/10=400 mV 显示应变 0=U 0×1000/1000m

16、V=400 五 综合应用题(每题10分,共2题,合计20分 1.一特性常数 A =5/N 的等强度梁,若悬臂端加载P =20N ,根据图5.1(R 0为温度补偿片中贴片和组桥方式,填写静态应变测量时的仪器读数(。 2 .用应变计测量一小轴的扭矩,测量系统框图如图5.2-1。试在图5.2-2中表示如何布片和组桥,要求电桥的灵敏度最高并消除附加弯曲和拉、压载荷的影响。已知小轴直径D =25mm ,弹性模量E =5102 MPa ,泊松比=0.25;应变仪灵敏度K =10mV/,满量程输出为±1V ,衰减档位置如表5.1所示;由A/D 和PC 构成虚拟仪器,设定其满量程输出为±1

17、000。(抗弯截面模量为0.1D 3,抗扭截面模量为0.2D 3 图当小轴加载扭矩为T =50Nm 时,应选那个应变仪衰减档的位置,虚拟仪器的显示值是多少? 图5.2-2 自测试卷3 班级姓名 一 单项选择题(每题2分,共计26分 1.测试装置的传递函数与( 有关。A 与输入量大小;B 与输出量大小;C 与输入、输出信号的频率结构;D 与测试装置的结构 试题答案:D2.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( 。A 电容式;B 压电式;C 电阻式;D 电涡流式试题答案:D3.在下列流量计中采用应变计输出流量信号的是(4 流量计。(1涡轮式;(2椭圆齿轮;(3压差式;(

18、4靶式试题答案:44.将x(t=A sin(2t+和y(t =B sin(51/2t+两个信号叠加,其合成信号x(t+y(t是(。(A角频率为2的周期信号;(B角频率为5的周期信号;(C准周期信号;(D随机信号试题答案:C5、线性度是表示标定曲线( 的程度。(1接近真值;(2偏离其拟合直线;(3正反行程不重合;(4在多次测量时的重复试题答案:26、倒频谱函数是信号的( 1 描述。(1时域;(2频域;(3幅值域;(4复频域试题答案:17.响度是噪声强弱程度的主观评价值,其单位是(。A 宋;B 方;C 分贝;D 瓦试题答案:A8二阶系统,当相频特性中(=-90所对应的频率作为系统固有频率n 的估计

19、,该值与系统阻尼比的大小(。A 对不同频率信号的放大程度;B 系统对静态信号的放大程度;C 系统稳定程度;D 系统对动态信号的放大程度试题答案:B9、(式传感器适用于几米到几十米的大型机床工作台位移的直线测量。(1电涡流(2电容(3电位器(4感应同步器试题答案:410.应变仪中电桥的供桥电压由( 1 供给。(1振荡器(2放大器(3稳压电源(4相敏检波器试题答案:111.测试装置的频响函数H(j是装置动态特性在(中的描述。A 幅值域;B 频域;C 复频域;D 相位域试题答案:C12.当=0时,自相关函数值R x(0( A 等于零B 等于无限大C 为最大值D 为平均值试题答案:C13.各态历经信号

20、属于下面哪一种类型的信号(A复杂周期信号B平稳随机信号C非平稳随机信号D准周期信号试题答案:B 1.调幅波可以看作是载波与调制波的_。试题答案:乘积;2.一个线性时不变系统,当向它输入某一频率的正弦激励时,则其稳态输出信号必为_。试题答案:同一频率的正弦函数;3.能用确切数学式表达的信号称为_信号,不能用确切数学式表达的信号称为_信号。试题答案:确定性;非确定性;4.引用相对误差是仪表的最大示值误差与仪表的之比。试题答案:满量程;5.在周期信号的幅值谱中,谱线间隔为2/T,谱线高度表示_。试题答案:每个频率分量的幅值大小;6.交流电桥在测量之前必须调节平衡,包括_和_平衡。试题答案:电阻;电容

21、7.若采样频率过低,不满足采样定理,则采样离散信号的频谱会发生_现象。试题答案:混迭;8.测试系统通常由(、(和显示记录装置组成。试题答案:传感器; 测量电路或中间变换电路9.测量精确度分别描述了_误差和_误差及两者的综合。试题答案:系统 ;随机 三 问答题(共计5题,每题4分,合计20分1什么是互相关分析,它主要有什么用途?(+=t y t x E R xy对同频的周期信号,有cos(2(00+=y x R xy 不同频的周期信号、周期信号与随机信号不相关。做输入和输出的互相关,排除噪声干扰利用两个传感器信号的互相关分析,测定信号到达两个传感器的时间差,进而得出两点间的距离或两点间运动物体的

22、速度。通过不同时间差所对应的幅值确定信号的主要传输通道或主要信号源。2试述电阻应变测量系统的转换过程。 (1将应变片粘在弹性原件上。(2在力的作用下,弹性原件产生机械变形,传递给应变片。应变片的变形使其电阻值变化。(3通过电桥,将电阻值变化,以电流或电压形式输出。3以单臂工作为例,说明在进行电阻应变测量时,消除温度影响的原理和条件? 将补偿片联接在工作臂的相邻桥臂上,则因温度变化,引起的工作臂与补偿片的阻值相等,因在相邻桥臂上,阻值相减,消除了温度影响。条件(1应变片片相同;(2材料相同;(3放在相同温度场中;(4联接在相邻桥臂上4测试系统不失真测试的频域条件是什么?(1在频域内,幅频特性为常

23、数,相频特性为线性。5光线示波器中,振动子的阻尼是影响振动子的一个重要参数,通常产生阻尼的方法有哪两种?它们工作原理及应用范围上有什么不同? 答:液体阻尼和电磁阻尼。液体阻尼:是将振动子转动部分浸泡在液体中,依靠液体摩擦起到阻尼的作用。固有频率高于400Hz 的振动子一般都采用液体阻尼。电磁阻尼:是基于振动子本身的线圈在磁场中转动时所产生的反向电流的作用,这一电流在磁场中产生抑制线圈偏转的力偶,从而产生阻尼作用。固有频率小于400Hz 的振动子一般都采用电磁阻尼。四 计算题(每题7分,共3题,合计20分 1、用一个一阶系统做100Hz 正弦信号的测量,若要求幅值误差在5%以内,时间常数应取为多

24、少?若用该时间常数在同一系统测试50Hz 的正弦信号,幅值误差和相位差各为多少?(系统j j H +=11(解:2211|(|+=j H05.0200(11122+-05.195.01200(122=+ 41009.5-=(s22422502(1009.5(1111002(111+-=+-=-=0.013=1.3%-=-=-=-91009.55014.32arctan(2arctan(4f2用电阻应变片接成半桥单臂工作,测量某一构件的应变,已知应变变化规律为(t=Acos10t (A 为常数,如果电桥激励电压u=Esin1000t (E 为常数,试求此电桥的输出信号y(t,并定性绘制其图形。1

25、010cos 990(cos 81010cos 990(cos 21410sin 41000sin 4t t EA t t EA t A t E u U -=-=3利用傅氏变换性质,定性画出指数衰减信号t e t x at 0cos (-=的时域、频域图形。五 综合应用题(每题10分,共2题,合计20分 1. 一特性常数 A=1Mpa/N 的等强度梁,材料的波松比=0.3,弹性模量E=2×105MPa,若悬臂端加载P=20N,根据图中贴片和组桥方式,填写静态应变测量时的仪器读数(,或填写电阻R的标号。 2.有一圆柱形压力传感器,其弹性原件的外径为600mm,内径为120cm,弹性模量

26、E=2.0105MPa波松比为=0.3,在测量前估计最大载荷约为33520KN,并略有偏载。所设计的测量系统的联桥方式如图所示,用YD-15动态电阻应变仪放大,由SC-16光线示波器记录。问:1此种组桥方式能否消除偏载的影响?2确定YD-15动态电阻应变仪衰减档?3选振子且要求示波器的光点高度不得小于是20cm.4若直接标定时,标定系数K标=1300KN/mm,实际测量中示波器图的光点高度为23mm,问实际载荷为多少?应变仪参数如下: (1能消除偏载的影响.(8.8025.6173.01(1(5.6171025.123(5.1232712961033520(271296120600(4(42(

27、5322222=+=+=-=-=仪E MPa A F m m d D A应变仪选10档 (3应变仪输出电流:I=0.025802.8/10=2.007(ma 若选FC6-1200: H=2.00712=24.084(mm>20mm若选FC6-2500: 电阻需匹配,16小于20,需串联电阻,电路中电流仍为2.007maH=2.0072.24=4.9098(mm<20mm若选FC6-5000: 电阻需匹配,12小于20,需串联电阻,电路中电流仍为2.007maH=2.0070.45=0.9(mm<20mm 选FC6-1200较为合适。 (4F=130023=29900(KN 自

28、测试卷3(考试时间120分钟一 单项选择题(每题2分,共计24分1 瞬变信号的频谱特点是(2 (1离散的,只发生在基频的整数倍 (2连续的,随着频率的增大而减少(3连续的,只在有限区间有非零值 (4离散的,各频率成分的频率比不是有理数2 信号sin(+=t A t x 的均方根值rms x 为(3 。(1A (22A (3A 22 (4A3 下列第( 3 组传感器都是把被测量变换为电动势输出的。(1热电偶、电涡流、电阻应变 (2热电偶、霍尔、半导体气敏传感器 (3硅光电池、霍尔、磁电式 (4压电、霍尔、电感式4 下列第( 2 组传感器较适合于测量旋转轴的转速。(1 电涡流、电阻应变 ,电容 (

29、2磁电感应、电涡流、光电(3硅光电池、霍尔、磁电式 (4压电、霍尔、电感式5 已知在某特定条件下材料A 与铂电阻配对的热电势为13mV , 材料 B 与铂配对的热电势为 8mV ,在此条件下材料 A 与材料 B 配对后的热电势为( 1 。(15 (221 (313 (486 惯性式位移传感器作为滤波器来说具有( 2 特性。(1低通 (2高通 (3带通 (4带阻7 传感器的滞后是表示标定曲线 ( 3 的程度。(1接近真值 (2偏离其拟合直线(3 正反行程不重合 (4在多次测量时的重复8 信号中最高频率 f c 为1000Hz ,采样频率 f s 至少应为 ( 1 Hz 。(12000 (2256

30、0 (31000 (45009 下列( 1 为不正确叙述。(1 低通滤波器带宽越窄,表示它对阶跃响应的建立时间越短(2 截止频率为幅频特性值为2/0A 所对应的频率(3 截止频率为对数幅频特性衰减3dB 所对应的频率(4 滤波器带宽为上、下截止频率之间的频率范围10、线性度是表示标定曲线 ( 2 的程度。(1接近真值 (2偏离其拟合直线(3 正反行程不重合 (4在多次测量时的重复 11 信号的幅值调制是( 1 。(1载波与调制波相乘 (2载波与调制波相加(3载波幅值随调制信号频率而变 (4载波频率随调制信号幅值而变12 若矩形窗函数为>=2/02/1(t t t w ,其傅里叶变换为(

31、1 。 (1f f sin (2f f sin (3f f sin 1 (4f sin二 填空题(每空1分,共计12分1 时间平均等于总体平均(集合平均的随机信号被称为(各态历经 信号。2 若线性系统的输入为某一频率的简谐信号,则其稳态响应必为( 同频率 的简谐信号。3 一个变送器用24V 电源供电,就其测量范围,输出420mA 的电流。为了把信号输入虚拟仪器,可在变送器电路中串连一个( 250 的标准电阻,以便在该电阻两端取出15V 的电压信号。4 ( 电荷放大器 是一种测振前置放大器,其主要优点是灵敏度与电缆长度无关,并且下限频率较高。5 目前常用的非接触式测厚仪有X 射线测厚仪和( 射线

32、 测厚仪。6 正弦信号的自相关函数保留了信号的( 幅值 信息和(频率 信息,但是失去了相位的信息。7 双螺线管差动型传感器比单螺线管型电感式传感器有较高的灵敏度和( 线性 。8 (众数 是对应于事件发生概率峰值的随机变量的值。9 由于不正确地选择采样的时间间隔而引起频域上高低频之间彼此混淆的现象被称为( 迭混 。10 ( 相关系数 在时域表示两个信号之间相关的概率大小。11 附加传感器质量将使被测振动系统的固有频率( 减小 。三 问答题(任选4题,每题6分,合计24分1 在磁电指示机构中,为什么取0.7为最佳阻尼比?当阻尼比取0.7,从幅频特性的角度,在一定误差范围内,工作频率范围比较宽,从相

33、频特性的角度,特性曲线近似于线性,这样可以在较宽的频率范围实现不失真测试。2 窗函数的作用是什么?窗函数有哪些频域指标,它们能说明什么问题?窗函数的作用是截取一定长度的数据,主要频域指标有3分贝带宽,带宽越窄,频率分辨率越高,最大旁瓣谱峰和旁瓣谱峰渐进衰减速度,它们反映能量泄漏的程度。3 如何确定信号中是否含有周期成分(说出两种方法?做信号的自相关函数,当延时增大时,信号的幅值不衰减;做信号的概率密度函数,含有周期成分时,曲线呈盆形。4 对一个测量装置,已知输入信号的频率范围,如何确定测量结果的幅值误差和相位误差?确定装置的频响函数,把输入信号的频率分别带入幅频特性和相频特性。5 说明长光栅的

34、构成和工作原理。带有条纹的两块直光栅,相互成微小的角度,若直光栅的栅距为w ,光通过光栅形成明暗相间距离为B 的条纹,有w /B =tan 。光栅横向相对移动时,横向条纹沿纵向移动。纵横向移动的距离比等于B /w 。6 即使温度敏感元件的精度很高,在测量中也会产生较大误差,试说明产生误差的原因。表面温度传导误差,敏感元件向环境空气传热;辐射误差,测量气体温度时,热量辐射到管道壁;分离误差,气体流动时,由于粘滞作用,敏感元件表面速度降低到零,导致温度升高。四 计算题(每题10分,共2题,合计20分1 测力传感器的输入为100N, 开路输出电压为90mV ,输出阻抗为500。为了放大信号电压,将其

35、连接一个增益为10的反相放大器。(a 若放大器输入阻抗为4k ,求放大器输入负载误差。这时,测量系统的灵敏度是多少?(b放大器的增益带宽积(GBP 为1MHz ,求频率为10kHz 的正弦输入电压的截止频率和输入输出之间的相位差。解 (a 传感器可以模拟为一个串连500电阻的95mV 的电压发生器。当它和放大器连接时,如图所示。解出电流:mA 02.01024000500090.05=+=-R V I 放大器输入电阻上的电压为:V =RI =40000.0210-3 =8010-3=80mV因此,负载误差为10mV 。灵敏度为8100/1080=K mV/N(b 求截止频率1001010105

36、6=G GPB f C kHz 频率为10kHz 时的相角:7.51010tan 541-=-=-2 为了计算一个电阻性电路功率消耗,已测得电压和电流为V =100±2VI =10±0.2A(a求计算功率时的最大可能误差及最佳估计误差。假设V 和I 的置信水平相同。(b要使功率最佳估计误差达到±10W ,电压和电流应限制在什么范围(两者误差的变化率相等?解 P =VI ,计算P 对V 和I 的偏导数:0.100,0.10=V IP A I V P V 于是(V p w V P w =max +I w IP =10×2+100×0.2=40W 3

37、.282.0100(210(2/1222/122=+= + =I V p w I P w V P w W 71.03.28/102=V071.03.28/102.0= A电压和电流为V =100±0.71VI =10±0.071A五 综合应用题(每题10分,共2题,合计20分1 一特性常数 A=5/N 的等强度梁,若悬臂端加载P=20N ,根据图5.1中贴片和组桥方式,填写静态应变测量时的仪器读数(泊松比=0.25 2 用应变计测量一模拟小轴的扭矩,测量系统框图如图5.2-1,电桥电源电压为15V ,应变计灵敏度系数为2.0。试在图5.2-2中表示如何布片和组桥,要求电桥的

38、灵敏度最高并消除附加弯曲和拉、压载荷的影响。已知小轴直径D =30mm ,弹性模量E =2×105MPa ,泊松比=0.28;应变放大器有1,10,100,1000等4个增益档,其电压放大倍数分别为1,10,100,1000,满量程输出为±5V ;由A/D 和PC 构成虚拟仪器,A/D 输入范围为±5V ,虚拟仪器对应的显示值是±5000mV 。当小轴加载扭矩为T =50Nm 时,请选择应变放大器增益档,如果把显示值标定为输入扭矩,标定系数应为多少? 图 图5.2-2+=12.0453E D T E D T 3452.01(+=6653310101021

39、030(2.028.01(50+- =59.26778.11026.592101563450=-K U U BD mV选增益1000输出电压为1o =U mV 标定系数 K =50/1778=0.02812 N-m / mV 自测试卷4(考试时间120分钟一、单项选择题(每题2分,共计24分1、瞬变信号的频谱特点是( (1离散的、只发生在基频的整数倍;(2 连续的、随着频率的增大而减 小;(3连续的、只在有限区间有非零值;(4离散的、各频率成分的频率比不是有理数。2、若Fx (t =X (f ,k 为大于零的常数,则有Fkx (t =( (1X (f/k ;(2k X

40、 (k f ;(3(1/k X (k f ;(4(1/k X (f/k 。3、下列第( 组传感器都是把被测量变换为电动势输出的。(l 热电偶、电涡流、电阻应变;(2热电偶、霍尔、半导体气敏传感器;(3硅光电池、霍尔、磁电式;(4压电、霍尔、电感式。4、信号中最高频率f c 为1000Hz ,采样频率f s 至少应为( Hz 。(l 500;(21000;(31500;(42000。5、已知在某特定条件下材料A 与铂电阻配对的热电势为13mV ,材料B 与铂配对的热电势为8mV ,此条件下材料A 与材料B 配对后的热电势为( 。 (l 5;(28; (3l3;(421。6、惯性式位移传感器作为滤

41、波器来说具有( 特性。(l 低通;(2高通;(3带通;(4带阻。7、下面对线性系统的输入、输出间关系表述正确的是( (l Y (f =H (f 2X (f ;(2S xy (f =H (f S x (f (3S y (f =H (f S x (f ;(4S xy (f =S x (f S y (f 8、非线性度是表示定度(标定曲线( 的程度。(1接近真值;(2偏离其拟合自线;(3加载和卸载时不重合;(4在多次测量时的重复。9、下列( 为不正确叙述。(1低通滤波器带宽越窄,表示它对阶跃响应的建立时间越短;(2截止频率为幅频特性值为A 0/2所对应的频率;(3截止频率为对数幅频特性衰减3dB 所对

42、应的频率;(4带通滤波器带宽为上、下截止频率之间的频率范围。10、调幅波(AM 是( 。(1载波与调制信号(即被测信号相加;(2载波幅值随调制信号幅值而变;(3载波频率随调制信号幅值而变;(4载波相位随调制信号幅值而变。11、( 式传感器适用于几米到几十米的大型机床工作台位移的直线测量。(1电涡流;(2电容;(3压磁式;(4光栅。12、若矩形窗函数(=2/02/1t t t w ,其傅里叶变换为( 。 (1f f sin ;(2f f sin ;(3f f sin 1;(4f sin 二、填空题(每空1分,共计12分1、任何样本的时间平均等于总体平均(集合平均的随机信号被称为( 信号。2、若线

43、性系统的输入为某一频率的简谐信号,则其稳态响应必为( 的简谐信号。3、( 式拾振器在测振时被固定在被测设备上。4、两个压电元件的( 适用于测量以电荷为输出的场合。5、( 测厚仪是日前常用的非接触式测厚仪之一,与X 射线测厚仪相比,它的射线源稳定、廉价。6、正弦信号的自相关函数保留了信号的( 信息和( 信息,但是丢掉了相位的信息。7、双螺线管差动型传感器比单螺线管型电感式传感器有较高的灵敏度和( 。8、测试装置在稳态下,单位输入变化所引起的输出变化称为该装置的( 。9、由于不正确地选择采样的时间间隔而引起频域上高低频之间彼此混淆的现象被称为( 。10、( 是在时域描述两个信号之间相关程度的无量纲

44、的函数。11、附加感器质量将使被测振动系统的固有频率(。三、回答题(只选作4题,每题6分,合计24分1、在二阶系统中,什么取0.7为最佳阻尼比?2、什么是泄漏,为什么产生泄漏,如何减少泄漏?3、如何确定信号中是否含有同期成分?4、如何校准压电式加速度传感器?5、说明线性系统的频率保持性在测量中的作用。6、简述热电偶的测温原理。四、计算题(每题10分,共2题,合计20分1、用电阻应变片接成全桥,单臂工作,测量某一构件的应变,已知其变化规律为(t=10cos10t+8cos100t。如果电桥激励电压是u0=4sin10000t,应变片灵敏度系数K=2。求此电桥输出信号的频谱(并画出频谱图。2、有一

45、l/3倍频程滤波器其中心频率f n=500Hz,建立时间T e=0.8s。求滤波器:(1带宽B、上下截止频率f c1、f c2。(2中心频率改为f n=200Hz,求带宽、上下截止频率和建立时间。五、综合应用题(每题10分,共2题,合计20分1、一特性常数A=5/N的等强度梁,若悬臂端加载P=20N,根据图1(R0为温度补偿片中贴片和组桥方式,填写静态应变测量时的仪器读数(。 图12 、用应变计测量一小轴的扭矩,测量系统框图如图2。试在图3中表示如何有片和组桥,要求电桥的灵敏度最高并消除附加弯曲和拉、压载荷的影响。已知小轴直径D=25mm.弹性模量E=2×105Mpa,泊松比=0.2

46、5;应变仪灵敏度K=10mV/,满量程输出为±1V,衰减档位置如表1所示;由A/D和PC构成虚拟仪器,设定其满量程输出为±1000。(抗弯截面模量为0.1D3,抗扭截面模量为0.2D3。当小轴加载扭矩为T=50Nm时,应选那个应变仪衰减档的位置,虚拟仪器的显示值是多少? 图2 图3表1 试技术试题(考试时间120分钟一、单项选择题(每题2分,共计24分1、附加传感器质量将使被测振动系统的固有频率( 。(1减小;(2增大;(3基本不变;(4略有增大2、若Fx (t =X (f ,k 为大于零的常数,则有Fkx (t =( (1X (f/k ;(2k X (k f ;(3(1/

47、k X (k f ;(4(1/k X (f/k 。3、下列第( 组传感器都是把被测量变换为电动势输出的。(l 热电偶、电涡流、电阻应变;(2热电偶、霍尔、半导体气敏传感器;(3硅光电池、霍尔、磁电式;(4压电、霍尔、电感式。4、( 是一种测振前置放大器,其主要优点是灵敏度与电缆长度无关,并且下限频率较高。(l 调制放大器;(2交流放大器;(3电压放大器;(4电荷放大器5、信号中最高频率f c 为1000Hz ,采样频率f s 至少应为( Hz 。(l 500;(21000;(31500;(42560。6、 信号sin(+=t A t x 的均方根值rms x 为( 。(1A (22A (3A

48、22 (4A 7、已知在某特定条件下材料A 与铂电阻配对的热电势为13mV ,材料B 与铂配对的热电势为8mV ,此条件下材料A 与材料B 配对后的热电势为( 。 (l 5;(28; (3l3;(421。8、惯性式位移传感器作为滤波器来说具有(特性。(l低通;(2高通;(3带通;(4带阻。9、下面对线性系统的输入、输出间关系表述正确的是(lY(f=H(f2X(f;(2S xy(f=H(f S x(f(3S y(f=H(fS x(f;(4S xy(f=S x(fS y(f10、线性度是表示定度(标定曲线(的程度。(1接近真值;(2偏离其拟合自线;(3加载和卸载时不重合;(4在多次测量时的重复。1

49、1、下列(为不正确叙述。(1低通滤波器带宽越窄,表示它对阶跃响应的建立时间越短;(2截止频率为幅频特性值为A0/2所对应的频率;(3截止频率为对数幅频特性衰减3dB所对应的频率;(4带通滤波器带宽为上、下截止频率之间的频率范围。12、调幅波(AM是(。(1载波与调制信号(即被测信号相加;(2载波幅值随调制信号幅值而变;(3载波频率随调制信号幅值而变;(4载波相位随调制信号幅值而变。二、填空题(每空1分,共计12分1、(是对应于事件发生概率峰值的随机变量的值。2、瞬变信号的频谱特点是(3、任何样本的时间平均等于总体平均(集合平均的随机信号被称为(信号。4、若线性系统的输入为某一频率的简谐信号,则

50、其稳态响应必为(的简谐信号。5、(式拾振器在测振时被固定在被测设备上。6、两个压电元件的(适用于测量以电荷为输出的场合。7、双螺线管差动型传感器比单螺线管型电感式传感器有较高的灵敏度和(。8、测试装置在稳态下,单位输入变化所引起的输出变化称为该装置的(。9、由于不正确地选择采样的时间间隔而引起频域上高低频之间彼此混淆的现象被称为(。10、(是在时域描述两个信号之间相关程度的无量纲的函数。11、正弦信号的自相关函数保留了信号的(信息和(信息,但是丢掉了相位的信息。三、回答题(只选作4题,每题6分,合计24分1、说明线性系统的频率保持性在测量中的作用。2、什么是泄漏,为什么产生泄漏,如何减少泄漏?

51、3、如何确定信号中是否含有同期成分?4、在二阶系统中,什么取0.7为最佳阻尼比?5、简述热电偶的测温原理。6、说明长光栅的构成和工作原理。四、计算题(每题10分,共2题,合计20分1、以阻值R=120,灵敏度K=2的电阻丝应变片与阻值为120的固定电阻组成电桥,供桥电压为2 V,并假定负载为无穷大,当应变片的应变为2和2000时,求出单臂工作的输出电压。若采用双臂电桥,另一桥臂的应变为-2和-2000时,求其输出电压并比较两种情况下的灵敏度。2、有一l/3倍频程滤波器其中心频率f n=500Hz,建立时间T e=0.8s。求滤波器:(1带宽B、上下截止频率f c1、f c2。(2中心频率改为f

52、 n=200Hz,求带宽、上下截止频率和建立时间。五、综合应用题(每题10分,共2题,合计20分1、一特性常数A=5/N的等强度梁,若悬臂端加载P=20N,根据图1(R0为温度补偿片中贴片和组桥方式,填写静态应变测量时的仪器读数(。 图12、如题图2所示,在一受拉弯综合作用的构件上贴有四个电阻应变片。试分析各应变片感受的应变,将其值填写在应变表中。并分析如何组桥才能进行下述测试:(1 只测弯矩,消除拉应力的影响;(2 只测拉力,消除弯矩的影响。电桥输出各为多少? 图2测试技术试题一、单项选择题(每题2分,共计20分1、瞬变信号的频谱是( 。(A 离散的,只发生在基频整数倍的频率;(B 连续的,

53、随着频率的增大而减小;(C 连续的,只在有限区间有非零值;(D 离散的,各频率成分的频率比不是有理数。2、若时域信号为x(t× y(t,则相应的频域信号为( 。(A X(f×Y(f (B X(f+Y(f (C X(f*Y(f(D X(fY(f3、如果多次重复测量时存在恒值系统误差,那么下列结论中不下确的是(。(A 测量值的算术平均值中包含恒值系统误差;(B 偏差核算法中,前后两组的离差和的差值显著地不为零;(C 修正恒值系统误差的方法是引入与其大小相等,符号相反的修正值;(D 恒值系统误差对离差的计算结果不产生影响。4、对于二阶系统,用相频特性(=90º所对应的频

54、率估计系统的固有频率n,该n值与系统阻尼比的大小(。(A无关;(B依概率完全相关;(C 依概率相关;(D成线性关系。5、传感器的滞后表示标定曲线(的程度。(A接近真值;(B 偏离其拟合直线;(C 加载和卸载时不重合;(D 在多次测量时的重复。6、在位移测量中,(传感器适用于非接触测量,而且不宜受油污等介质影响。(A电容;(B压电;(C电阻;(D 电涡流。7、下列第(组传感器都是把被测量变换为电动势输出的。(A热电偶、电涡流、电阻应变电;(B 热电偶、霍尔、半导体气敏传感器;(C硅光电池、霍尔、磁电;(D压电、霍尔、电感。8、调幅波(AM是(。(A 载波与调制信号(即被测信号相加;(B 载波幅值随调制信号幅值而变;(C 载波频率随调制信号幅值而变;(D 载波相位随调制信号幅值而变。9、倒频谱函数是信号的(描述。(A 时域;(B频域;(C 幅值域;(D复频域。10、为使信号电缆的长短不影响压电传感器的测量精度,传感器的放大电路应选用(放大器。(A 电压;(B 电荷;(C功率;(D积分。二、填空题(每空1分,共计10分1、任何样本的时间平均等于总体平均(集合平均的随机信号被称为( 信号。2、(误差的大小决定测量数值的准确度。3、二阶测试装置,其阻尼比为(左右时,可以获得较好的综合特性。4、恒带宽比滤波器的中心频率越高,其带