机械工程测试技术基础习题及答案V123修正补充版

第一章习题一、选择题1.描述周期信号的数学工具是（B）。A.相关函数B.傅氏级数C.傅氏变换D.拉氏变换2.傅氏级数中的各项系数是表示各谐波分量的（C）。A.相位B.周期C.振幅D.频率3.复杂的信号的周期频谱是（A）。A．离散的B.连续的C.δ函数D.sinc函数4.下列函数表达式中，（B）是周期信号。B.C.D.5.多种信号之和的频谱是（C）。A.离散的B.连续的C.随机性的D.周期性的6.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7.下列信号中，（C）信号的频谱是连续的。A.B.C.D.8.时域信号，当持续时间延长时，则频域中的高频成分（C）。A.不变B.增加C.减少D.变化不定9.已知为单位脉冲函数，则积分的函数值为（C）。A．6B.0C.12D.任意值10.如果，根据傅氏变换的（A）性质，则有。A.时移B.频移C.相似D.对称11.不能用确定函数关系描述的信号是（C）。A.复杂的周期信号B.瞬变信号C.随机信号12.两个函数，把运算式称为这两个函数的（C）。A.自相关函数B.互相关函数C.卷积13.时域信号的时间尺度压缩时，其频谱的变化为（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14.数字信号的特性是（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15.信号，则该信号是(C).A.周期信号B.随机信号C.瞬变信号16.数字信号的特性是（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、幅值上量化二、填空题信号可分为确定信号和随机信号两大类。确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者的频谱特点是离散的。后者的频谱特点是连续的。绘制周期信号x（t）的单边频谱图，依据的数学表达式是，而双边频谱图的依据数学表达式是。周期信号的傅氏三角级数中的n是从1到+∞展开的。傅氏复指数级数中的n是从-∞到+∞展开的。工程中常见的周期信号，其谐波分量幅值总是随谐波次数n的增加而减小的，因此，没有必要去那些高次的谐波分量。窗函数ω（t）的频谱是，则延时后的窗函数的频谱应是。信号当时间尺度在压缩时，则其频带变宽其幅值减小。例如将磁带记录仪慢录快放即是例证。单位脉冲函数的频谱为无限宽广的频谱，它在所有频段上都是等强度的，这种信号又称均匀谱。余弦函数只有实频谱图，正弦函数只有虚频谱图。计算积分值：e-5。两个时间函数的卷积定义式是。单位脉冲函数与在点连续的模拟信号的下列积分：。这一性质称为。已知傅氏变换对1，根据频移性质可知的傅氏变换为。已知傅氏变换对：和，当时，则=。(此处星号意为卷积运算，不是乘号)非周期信号，时域为x（t），频域为，它们之间的傅氏变换与逆变换关系式分别是：=，x（t）=。第二章习题一、选择题1.测试装置传递函数H（s）的分母与（C）有关。A.输入量x（t）B.输入点的位置C.装置的结构2.测试装置的频响函数H（jω）是装置动态特性在（C）中的描述。A．幅值域B.时域C.频率域D.复数域3.线形系统的叠加原理表明（A）。A.加于线形系统的各个输入量所产生的响应过程互不影响B.系统的输出响应频率等于输入激励的频率C.一定倍数的原信号作用于系统所产生的响应，等于原信号的响应乘以该倍数4.一般来说，测试系统的灵敏度越高，其测量范围（B）。A.越宽B.越窄C.不变5.若测试系统由两个环节串联而成，且环节的传递函数分别为，则该系统总的传递函数为（B）。若两个环节并联时，则总的传递函数为（A）。A.B.C.D.6.输出信号与输入信号的相位差随频率变化的关系就是（B）。A.幅频特性B.相频特性C.传递函数D.频率响应函数7.时间常数为τ的一阶装置，输入频率为的正弦信号，则其输出与输入间的相位差是（A）。A.-45°B-90°C-180°8.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9.对不变线形系统的频率响应函数等于（B）。A.系统的正弦输出与正弦输入比B.系统稳态正弦输出的傅氏变换与正弦输入的傅氏变换之比C.用虚指数函数表示系统稳态正弦输出与正弦输入之比10.对某二阶系统输入周期信号，则其输出信号将保持（C）。A.幅值不变，频率、相位改变B.相位不变，幅值、频率改变C.频率不变，幅值、相位改变11.二阶系统的阻尼率ξ越大，则其对阶越输入的时的响应曲线超调量（B）。A.越大B.越小C.不存在D.无关12.二阶装置引入合适阻尼的目的是（C）。A.是系统不发生共振B.使得读数稳定C.获得较好的幅频、相频特性13.不失真测试条件中，要求幅频特性为（B），而相频特性为（A）。A.线形B.常数C.是频率的函数二、填空题1.一个理想的测试装置应具有单站值的、确定的输入输出关系。2.测试装置的特性可分为幅频特性和相频特性。3.测试装置的静态特性指标有线性度、灵敏度和回程误差。4.描述测试装置动态特性的数学模型有常系数线性微分方程、传递函数、频率响应函数等。5.线形系统中的两个最重要的特性是指静态特性和动态特性。6.测试装置在稳态下，其输出信号的变化量与其输入信号的变化量之比值，称为灵敏度，如果它们之间的量纲一致，则又可称为放大倍数。7.测试装置的输出信号拉氏变换与输入信号拉氏变换之比称为装置的传递函数。8.测试装置对单位脉冲函数δ（t）的响应，称为脉冲响应函数记为h（t），h（t）的傅氏变换就是装置的频率响应函数。9.满足测试装置不失真测试的频域条件是幅频为常数和相频是线性的。10.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。11.测试装置的动态特性在时域中用脉冲响应函数h(t)描述，在频域中用频率响应函数H(ω)描述。12.二阶系统的主要特征参数有ωn、ζ。13.已知输入信号x（t）=30cos（30t+30°），这时一阶装置的A（ω）=0.87，=-21.7°，则该装置的稳态输出表达式是：y（t）=。14.影响一阶装置动态特性参数是，原则上希望它很小。15.二阶系统的工作频率范围是。16.测试装置的频率响应函数为H（jω），则｜H（jω）｜表示的是幅值，∠H（jω）表示的是相角，它们都是频率的函数。第三章习题一、选择题1.电涡流式传感器是利用（A）材料的电涡流效应工作的。A.金属导电B.半导体C.非金属D.2.下列传感器中（B）是基于压阻效应的。A.金属应变片B.半导体应变片C.压敏电阻3.石英晶体的压电系数比压电陶瓷的（C）。A.大得多B.相接近C.小得多4.金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由（B）来决定的。A.贴片位置的温度变化B.电阻丝几何尺寸的变化C.电阻丝材料的电阻率变化5.电容式传感器中，灵敏度最高的是（C）。A.面积变化型B.介质变化型C.极距变化型6.极距变化型电容传感器适宜于测量微小位移量是因为（B）A.电容量微小影响灵敏度B.灵敏度与极距的平方成反比，间距变化大则产生非线形误差C.非接触测量7.高频反射式涡流传感器是基于（A）和（D）的效应来实现信号的感受和变化的。A.涡电流B.纵向C.横向D.集肤8.压电材料按一定方向放置在交变电场中，其几何尺寸将随之发生变化，这称为（D）效应。A.压电B.压阻C.压磁D.逆压电9.下列传感器中，能量控制型传感器是（B）和（C），能量转换型传感器是（A）和（D）。A.光电式B.应变片C.电容式D.压电式二、填空题1.可用于实现非接触式测量的传感器有涡流和光电等。2.电阻应变片的灵敏度表达式为，对于金属应变片来说：S=，而对于半导体应变片来说S=。3.具有压电效应的材料称为压电材料，常用的压电材料有石英和压电陶瓷。4.当测量较小应变值时应选用压阻效应工作的应变片，而测量大应变值时应选用机械变形效应工作的应变片。5.电容器的电容量，极距变化型的电容传感器其灵敏度表达式为：。6.发电式传感器有压电式、磁电式等，而参量式的传感器主要是电阻应变式、电感式和电容式等。7.动圈磁电式振动传感器，输出感应电势e与线圈运动的速度成正比，如在测量电路中接入积分电路和微分电路时，则可用来测量振动的位移和加速度。8.电阻应变片的电阻相对变化率是与应变成正比的。9.电容式传感器有极距变化、面积变化和介质变化3种类型，其中极距变化型的灵敏度最高。第四章习题一、选择题1.在动态测试中，电桥的输出量通常采用（B）。A.电阻量B.电压量C.电流量D.电感量2.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3.为提高电桥的灵敏度，可采取的方法是（C）A.半桥双臂各串联一片电阻应变片B.半桥双臂各并联一片电阻应变片C.适当提高电桥的电源电压D.增大应变片的初始电阻值4.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（C）。A.并联电路B.串联电路C.电桥电路5.交流电桥的供桥电压频率为，输出信号最高频率为。它们之间的关系应满足（D）。A.B.C.D.6.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7.在调幅信号的解调过程中，相敏检波的作用是（B）。Ａ.恢复载波信号Ｂ.恢复调制信号的幅值和极性Ｃ.恢复已调制波Ｄ.恢复调制信号的幅值8.用一缓变信号来调制一载波，得到的调幅波的频带宽度为（C）。Ａ.（1000-10）～（1000＋10）Ｂ.-（1000+100）～（1000＋100）Ｃ.（1000－100）～（1000＋100）9.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10.在一定条件下RC带通滤波器实际上是低通滤波器与高通滤波器（A）而成的。A.串联B.并联C.串并联D.叠加11.理想滤波器的滤波因素（C）。A.-1B.0C.112.如甲滤波器2.5，乙滤波器3.5，则滤波器的选择性（A）。A.甲比乙好B.乙比甲好C.不能进行比较13.滤波器的上、下截止频率为，中心频率则它们的关系是（A）。A.B.C.14.滤波器的—3dB频率截止频率，是指信号幅值衰减为输入幅值的（C）处的频率。A.B.1C./2D.1/215.重复频率为1000的方波，经过一截止频率为2000的理想低通滤波器后的输出量为（B）。A.1000的失真的方波B.1000的正弦波C.2000的正弦波D.不知是什么波形16.滤波器的频率分辨力越高，则测量时的响应速度（B）。A.越快B.越慢C.不变17.已知某倍频程滤波器的下截止频率为3000，则其上截止频率为（C），其中心频率为（D）。A.150B1000C.6000D.3000E.450F.300G.100H.225二、填空题1.将电桥接成差动方式可以提高灵敏度，改善非线性，进行温度补偿。2.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。3.调幅信号由载波的幅值携带信号信息，而调频信号则由载波的频率携带信号信息。4.调制有调幅、调频、和调相三种类型，将调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称为载波，经调制后的高频振荡波称为已调制信号。5.调幅过程在频域相当于搬移过程，调幅装置实际上是一个乘法器，典型的调幅装置是电桥电路。6.调幅波经过相敏检波后，既能恢复信号电压的幅值，又能反映其极性。7.RC低通滤波器中的RC值越大，则其上限频带越小。8.高通滤波器的截止频率，在条件下可作为不失真滤波器用，在条件下，可作为微分器用。9.滤波器因素λ=，理想的滤波器的λ=1。10.带通滤波器的中心频率与上、下截止频率间的关系是。第五章习题一、选择题1.两个正弦信号间存在下列关系：同频（A）相关，不同频（C）相关。A.一定B.不一定C.一定不2.自相关函数是一个（B）函数。A.奇B.偶C.非奇非偶D.三角3.如果一信号的自相关函数呈现一定周期的不衰减，则说明该信号（B）。A.均值不为0B.含有周期分量C.是各态历经的4.正弦信号的自相关函数是（A）。A.同频余弦信号B.脉冲信号C.偶函数D.正弦信号5.经测得某信号的相关函数为一余弦曲线，则其（A）是正弦信号的（D）。A.可能B.不可能C.必定D.自相关函数6.对连续信号进行采样时，采样频率越高，当保持信号的记录的时间不变时，则（C）。A.泄漏误差就越大B.量化误差就越小C.采样点数就越多D.频域上的分辨率就越低7.把连续时间信号进行离散化时产生混叠的主要原因是（D）。A.记录时间太长B.采样间隔太宽C.记录时间太短D.采样间隔太窄8.若有用信号的强度、信噪比越大，则噪声的强度（C）。A.不变B.越大C.越小D.不确定9.A/D转换器是将（B）信号转换成（D）信号的装置。A.随机信号B.模拟信号C.周期信号D.数字信号11.已知x（t）和y（t）为两个周期信号，T为共同的周期，其互相关函数的表达式为（C）。A.B.C.D.12.两个不同频率的简谐信号，其互相关函数为（C）。A.周期信号B.常数C.零13.数字信号处理中，采样频率与限带信号最高频率间的关系应为（B）。A.B.C.D.14.正弦信号的自相关函数为（B）。A.B.C.D.15.函数的自相关函数为（D）。AB.C.D.17.数字信号的特征是（B）。A.时间上离散，幅值上连续B.时间、幅值上都离散C.时间上连续，幅值上量化D.时间、幅值上都连续18.两个同频正弦信号的互相关函数是（C）。A.保留二信号的幅值、频率信息B.只保留幅值信息C.保留二信号的幅值、频率、相位差信息19.信号x（t）的自功率频谱密度函数是（B）。A.x（t）的傅氏变换B.x（t）的自相关函数的傅氏变换C.与x（t的幅值谱Z（f）相等20.信号x（t）和y（t）的互谱是（D）。A.x（t）与y（t）的卷积的傅氏变换B.x（t）和y（t）的傅氏变换的乘积C.x（t）•y（t）的傅氏变换D.互相关函数的傅氏变换二、填空题1.在相关分析中，自相关函数，保留了原信号x（t）的频率和幅值信息，丢失了相位信息，互相关函数则保留了相位信息。2.信号x（t）的自相关函数的定义式是=，互相关函数的定义式是=。3.自相关函数是一个周期函数，则原信号是一个同频率的周期函数。4.相关分析在工业中的主要应用有振动测试分析、雷达测距和声发射探伤等应用。5.在同频检测技术中，两信号的频率的相关关系可用自相关函数、互相关函数来进行概括。6.抗混滤波器是一种低频滤波器，是为了防止高频通过，其上截止频率与采样频率之间的关系应满足关系式为。7.频率混叠是由于采样频率太低引起的，泄漏则是由于截断引起的。8.测试信号中的最高频率为100，为了避免发生混叠，时域中采样间隔应小于0.005s。9.若信号满足关系式（式中k为常数）则其互相关函数。10.频率不同的两个正弦信号，其互相关函数=0。11.同频率的正弦信号和余弦信号，其互相关函数=。12..和分别为系统输入和输出的自谱，H（f）为系统的频响函数，则它们间的关系式满足：=。如果是它们的互谱，则=。13.当τ=0时，信号的自相关函数值为均方值。14.自相关函数能将淹没在噪声中的有用信号提取出来，其频率保持不变，而丢失了相位信息。15.采样定理的表达式是，其目的是为了避免信号在频域内发生混叠现象。混叠发生在频率处。16.巴塞伐尔说明了信号在时域中计算的总能量等于在频域中计算的总能量，其数学表达式为。17.对周期信号进行整周期截断，这是获得准确频谱的先决条件。18.信号经截断后，其带宽将变为无限带宽，因此无论采样频率多高，将不可避免地发生泄漏从而导致误差。例1.对三个正弦信号进行采样，采样频率。求三个采样输出序列，比较这三个结果并解释频率混叠现象。解：时域采样脉冲序列的采样序列为当采样频率时，则采样间隔，所以可见不同频率的信号经过相同频率采样，其结果却一样了。原因在于后两者不满足奈奎斯特采样定理，发生了频率混叠。例1.有人使用电阻应变仪时，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，在半桥双臂上各串联一片的情况下，是否可以提高灵敏度？为什么？答：不能提高灵敏度。因为半桥双臂时，其输出电压为当两桥臂各串联电阻应变片时，其电阻的相对变化量为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联接。这时例2.用电阻应变片接成全桥，测量某一构件的应变，已知其变化规律为：，如果电桥的激励电压，试求此电桥的输出信号频谱。画出频谱图。解：全桥时，电桥输出电压为：，k为常数，应变片的灵敏度及电桥的接法有关。则其频谱如下图所示。例3.有一个1/3倍频程带通滤波器，其中心频率，求上、下截止频率。解：由于：当时，则有例4.试设计一个邻接式的1/3倍频程谱分析装置，其频率覆盖范围为（11Hz～35Hz）求出其中心频率和带宽。解：由于恒带宽比滤波器的并且则一、填空题(每空1分，共10分)1.信号可分为____.确定性信号和非确定性信号_____两大类。2.在平稳随机过程中，若任一单个样本函数的时间平均统计特性等于该过程的集合平均统计特性，则该过程叫_____各态历经随机过程____。3.对于线性系统，若输入为x(t)=x0ejωt，则其稳态输出y(t)=，这个性质称为____频率保持性_____。BTe=常数4.已知滤波器的带宽为B，它对阶跃响应的建立时间为Te，则B和Te的关系为_______。5.若测试系统由两个环节并联而成，且各个环节的传递函数分别为H1(S)和H2(S)，则该系统的传递函数为____H(S)=H1(S)+H2(S)_____。6.若采样频率过低，不满足采样定理，则被采样的离散信号的频谱会发生___频混____现象。7.频率不同的两个正弦信号，其互相关函数Rxy(τ)=____0_____。8.若信号满足y(t)=kx(t)关系，式中k为常数，则互相关系数ρxy(τ)=_____±1___。9.两个时域函数乘积的傅里叶变换等于这两个函数____.傅里叶变换的卷积_____。10.图1-10所示电桥的输出为_____0____。图1-10二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。每小题1分，共15分)1.描述非周期信号的数学工具是(D)A.三角函数 B.拉氏变换C.傅氏级数 D.傅氏变换2.时域信号x(t)二阶导数的傅里叶变换是(C)A. B.C.(j2πf)2X(f) D.(2πf)2X(f)3.概率密度函数是在什么域上描述随机信号的分布规律(C)A.时间域 B.频率域 C.幅值域 D.复数域4.测试装置的传递函数H(S)的分母与(D)有关。A.输入量x(t) B.输出量y(t)C.输入点的位置 D.装置的结构5.无论二阶系统的阻尼比ξ如何变化，当它所受的激振力频率与系统固有频率相等时，该系统的位移响应与激振力之间的相位差必为(B)A.0° B.90° C.180° D.不定值6.差动式电感传感器和差动式电容传感器具有(C)的特点。A.灵敏度提高了一倍，非线性度降低了一倍B.灵敏度和非线性度都降低了C.灵敏度提高了一倍，非线性度降低了若干D.灵敏度提高了若干，非线性度降低了一倍7.欲进行旋转齿轮的转速测量，宜选用(B)传感器。A.压电式 B.磁电式 C.电阻式 D.热电式8.为使压电式传感器的灵敏度不受电缆长短的影响，应选用(C)放大器。A.电压 B.比例 C.电荷 D.差动9.常用于对调幅波解调的装置是(D)A.乘法器 B.滤波器 C.鉴频器 D.相敏检波器10.正弦信号x(t)=x0sin(ωt+φ)的自相关函数为(B)A. B. C. D.11.数字信号的特征是(D)A.时间上连续幅值上离散 B.时间上离散幅值上连续C.时间上和幅值上都连续 D.时间上和幅值上都离散12.已知模拟量的最大幅值为±5V，现要求A/D转换器的输出最大误差≤0.5mV，应选用下列哪一种A/D转换器(D)A.8位 B.10位 C.12位 D.16位13.恒带宽比滤波器(信频程滤波器)的带宽B与中心频率fn(A)A.比值为常数 B.无关 C.成正比 D.成反比14.一选频装置，其幅频特性在f1～f2区间急剧衰减(f2>f1)，在0～f1和f2～∞之间近乎平直，这叫(D)滤波器。A.低通 B.高通 C.带通 D.带阻15.电荷放大器是一个(C)放大器。A.高增益，带电阻反馈的运算 B.低增益，带电容反馈的运算C.高增益，带电容反馈的运算 D.高增益的电桥三、问答题(每小题6分，共30分)1.什么是测试装置的静态特性?常用哪几个特性参数来描述?测试装置的静态特性就是指在静态测量情况下描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度。常用的特性参数有灵敏度、线性度和回程误差等。2.实现不失真测试的条件是什么?分别叙述一、二阶装置满足什么条件才能基本上保证不失真测试。测