传感器第2章信号的分类与描述及答案

第2章信号的分类与描述

一、选择题

2.如果M）unl,根据傅氏变换的（）性质，则有5（一%）oe-2。。

A、时移B、频移C、相似D、对称

【答案】A

3.时域信号，当持续时间延长时，则频域中的高频成分（\

A、不变B、增加C、减少D、变化不定

【答案】C

4•傅氏级数中的各项系数是表示各谐波分量的（1

A、相位B、周期C、振幅D、频率

【答案】C

6.时域信号的时间尺度压缩时，其频谱的变化为（\

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

【答案】B

9.多种信号之和的频谱是（

A、离散的B、连续的C、随机性的D、周期性的

【答案】C

io.将时域信号进行时移，则频域信号将会（X

A、扩展B、压缩C、不变D、仅有移项

【答案】D

15.描述非周期信号的数学工具是（\

A、三角函数B、拉氏变换C、傅氏变换D、傅氏级数

【答案】C

16.连续非周期信号的频谱是（X

A、离散、周期的B、离散、非周期的C、连续非周期的D、连续周期的

【答案】C

17.复杂的信号的周期频谱是（1

A、离散的B、连续的C、6函数D、sine函数

【答案】A

20.数字信号的特性是（\

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

【答案】B

二.判断题

1.非周期信号的频谱一定是连续的。（）

【答案】错

2.信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（）

【答案】对

3.非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（）

【答案】错

4.各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（）

【答案】对

5.随机信号的频域描述为功率谱。（）

【答案】对

三、填空题

8.两个时间函数而⑴和修⑺的卷积定义式是（X

【答案】%⑺％2«一工）公

13.测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依

靠它们来传输的。这些物理量就是（），其中目前应用最广泛的是电信号。

【答案】信号

14.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（）

的，因此，没有必要去那些高次的谐波分量。

【答案】衰减

16.已知傅氏变换对：%⑺乂⑺和9⑺匕。）当加）/。）口⑺时，则X（f）=（X

【答案】%,(7)*%//)

四、计算题

1.周期矩形脉冲信号/⑺的波形如下图所示，并且已知T=0.5|is,T=l|is,A=1V,

则问；该信号频谱中的谱线间隔Af为多少？信号带宽为多少？

-

【答案】(1)谱线间隔：:

bco=co.==—j-=24x106

1-6

T}10

或纣=工="=a=1000仅用)

(2)信号带宽

、2乃2乃

B(co\=—=-----------4^-xlO6

r0.5x10、

或=200(Wz)

0.5x10^

19.求符号函数的频谱。

1r>0

符号函数为刈)=-1/<0

0r=0

可将符号函数看为下列指数函数当a^O时的极限情况

【答案】

一小r<0

40=sgn(f)=，

et>0

X(/)=j^x(t)e-j2^dt=lim^JJ^力/普加力一J：O?磔力

..riii

=lim----------------------------

+j2兀fa+j2兀f\

i1

冗fj兀f

28.求周期方波（见下图）的傅里叶级数（复指数函数形式），戈U出村-。和%-口

图，并与表M对比。

【答案】在一个周期的表达式为

积分区间取（-T/2,T/2）

q%

c“[①（"F/号『Ae^dt

A

=j——（COSH7T-1）（H=0,±1,±2,±3,…）

n/c

所以复指数函数形式的傅里叶级数为

004^1

X⑺=Zc£2=-J-2-(l-cos〃乃)e加卬，/?=0,±1,±2,±3,…

n«—so冗n«-oo〃

(4

<?.=----(1-cosn/r)

产m(〃=0,+1,+2,+3,…)

[%=。

2A

III~;---rA、一〃=±1,±3,土,…

+CJ=—Z1(1-cos〃4)=nn

1171

0/?=0,±2,±4,±6,

冗

〃=+1,+3,+5,•,•

~2

c.n

=arctan=<—n=—1,—3,—5,•••

CnR2

0〃=0,±2,±4,±6,•••

没有偶次谐波。其频谱图如下图所示。

幅频图相频图

周期方波复指数函数形式频滑图

第3章测试装置的基本特性

一.选择题

6.一阶系统的阶跃响应中，超调量（\

A、存在，但＜5%B、存在，但＜1

C、在时间常数很小时存在D、不存在

【答案】D

8.忽略质量的单自由度振动系统是（）系统。

A、零阶B、一阶C、二阶D、高阶

【答案】B

9.测试装置的频响函数H（jco）是装置动态特性在（）中的描述。

A、幅值域B、时域C、频率域D、复数域

【答案】C

10.（）不属于测试系统的静特性。

A、灵敏度B、线性度C、回程误差D、阻尼系数

【答案】D

13.从时域上看，系统的输出是输入与该系统（）响应的卷积。

A、正弦B、阶跃C、脉冲D、斜坡

【答案】C

16.两环节的相频特性各为0⑼和2（⑼，则两环节串联组成的测试系统，其相频

特性为（\

A、03）23）B、+⑼C、/嗯程）、D、Q/M-QKM

。1（助+。2（。）

【答案】B

17.输出信号与输入信号的相位差随频率变化的关系就是（\

A、幅频特性B、相频特性C、传递函数D、频率响应函数

【答案】B

19.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（\

A、卷积B、傅氏变换对C、拉氏变换对D、微分

【答案】B

20.测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为（X

A、精度B、灵敏度C、精密度D、分辨率

【答案】D

24.一阶系统的动态特性参数是（\

A、固有频率B、线性度C、时间常数D、阻尼比

【答案】C

27.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。

A、0.632B、0.865C、0.950D、0.982

【答案】A

二、判断题

1.传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。（）

【答案】对

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。（）

【答案】对

3.一线性系统不满足“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。（）

【答案】错

4.当输入信号x⑺一定时，系统的输出y（2各完全取决于传递函数”⑸，而与该系

统的物理模型无关。（）

【答案】对

5.测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。（）

【答案】错

6.幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。（）

【答案】错

三、填空题

3.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（X

【答案】传递函数

4.输入x（t）,输出y（t）,装置的脉冲响应函数h（t）,它们三者之间的关系是

（\

【答案】卷积关系

5.某位移传感器测量的最小位移为0.01mm,最大位移为1mm,其动态线形范围

是（）dB。

【答案】40

9.传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的（）越小。

【答案】被测量

11.一个理想的测试装置应具有单站值的、确定的（I

【答案】输出一输入关系

16.影响一阶装置动态特性参数是（），原则上希望它（\

【答案】时间常数「越小越好

25.一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有（）关系为最佳。

【答案】线性

四.简答题

1.试说明二阶装置阻尼比多采用0.6〜0.8的原因。

【答案】从不失真条件出发分析。狂0.707左右时,幅频特性近似常数的频率范围

最宽，而相频特性曲线最接近直线。

3.求频率响应函数为3155072/（1+0.012）（1577536+1760j0-4）的系统对正弦

输入x«）=10sin（62.8f）的稳态响应的均值显示。

【答案】该系统可以看成是一个一阶线性定常系统和一个二阶线性定常系统的串联,

串联后仍然为线性定常系统。根据线性定常系统的频率保持性可知，当输入为正弦

信号时，其稳态响应仍然为同频率的正弦信号，而正弦信号的平均值为0,所以稳

态响应的均值显示为0。

五、计算题

7.想用一个一阶系统做100Hz正弦信号的测量如要求限制振幅误差在5%以内，

那么时间常数应取多少？若用该系统测量50Hz正弦信号，问此时的振幅误差和相

角差是多少？

【答案】设该一阶系统的频响函数为

=—,z是时间常数

1+JTCO

贝！JA(ty)=.1

Jl+(nw)

(\

稳态响应相对幅值误差5=|A(⑼-l|x100%=1--^====X100%

令应5%，户100Hz,解得比523所。

如果户50Hz,则

相对幅值误差：5=1--=」-----xl00%=1--/1------------x100%«1.3%

21+2;rx523xl06x502

、Vl+(2^r/)J(A/(-)>

相角差：=-arctan(2^rf)=-arctan(2^-x523x10-6x50)«-9.33°

第4章常用传感器与敏感元件

一、选择题

5.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

()会。

A、压电B、压阻C、压磁D、逆压电

【答案】D

6.电阻应变片的输入为(\

A、力B、应变C、速度D、加速度

【答案】B

10.压电式传感器输出电缆长度的变化，将会引起传感器的()产生变化。

A、固有频率B、阻尼比C、灵敏度D、压电常数

【答案】C

16.半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是（

A、长度B、截面积C、电阻率D、高通

【答案】C

22.结构型传感器是依靠（）的变化实现信号变换的。

A、本身物理性质B、体积大小C、结构参数D、电阻值

【答案】C

28.变极距面积型电容传感器的输出与输入，成（）关系。

A、非线性B、线性C、反比D、平方

【答案】B

29.光电倍增管是利用（）效应制成的器件。

A、内光电B、外光电C、光生伏特D、阻挡层

【答案】B

二、判断题

1.滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。（）

【答案】对

2.涡流式传感器属于能量控制型传感器（）

【答案】对

3.压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。（）

【答案】错

4.磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。（）

【答案】错

三、填空题

2.压电式传感器是利用某些物质的（）而工作的。

【答案】压电效应

3.不同的光电元件对于不同波长的光源，其灵敏度是（\

【答案】不相同的

8.超声波探头是利用压电片的（）效应工作的。

【答案】逆压电

14.涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的（）效应。

【答案】涡电流

15.电阻应变片的电阻相对变化率是与（）成正比的。

【答案】应变值£

20.差动变压器式传感器的两个次级线圈在连接时应（1

【答案】反相串接

26.压电传感器在使用（）放大器时，其输出电压几乎不手电缆长度变化的

影响。

【答案】电荷

27.电桥的作用是把电感、电阻、电容的变化转化为（）输出的装置。

【答案】电压或电流

四.简答题

2.什么是滤波器的分辨力？与哪些因素有关？

【答案】滤波器的分辨力是指滤波器分辨相邻频率成分的能力。与滤波器带宽

B、品质因数。、倍频程选择性、滤波器因数等有关。带宽越小、品质因数越大、

倍频程选择性越小、滤波器因数越小，分辨力越高。

3.电阻丝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

何针对具体情况来选用？

【答案】电阻丝应变片主要利用形变效应,而半导体应变片主要利用压阻效应。

电阻丝应变片主要优点是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应

大。半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺点是

温度稳定性差、灵敏度离散度大、非线性大。选用时要根据测量精度要求、现场

条件、灵敏度要求等来选择。

5.有一批涡轮机叶片，需要检测是否有裂纹，请举出三种方法。

【答案】涡电流传感器，红外辐射温度测量，声发射传感器（压电式）等。

11.选用传感器的基本原则是什么？

【答案】灵敏度、响应特性、线性范围、可靠性、精确度、测量方法、体积、重量、

价格等各方面综合考虑。

12.说明用光纤传感器测量压力和位移的工作原理，指出其不同点。

【答案】微弯测压力原理：力-微弯板—光纤变形-光纤传递的光强变化。

微弯测位移原理：位移一微弯板-光纤变形-光纤传递的光强变化。

不同点：压力需要弹性敏感元件转换成位移。

18.说明红外遥感器的检测原理。为什么在空间技术中有广泛应用？举出实例说

明。

【答案】红外遥感就是远距离检测被测目标的红外辐射能量。空间技术中利用飞

船、航天飞机、卫星等携带的红外遥感仪器可以实现很多对地、对空观测任务。

如观测星系，利用卫星遥测技术研究地壳断层分布、探讨地震前兆，卫星海洋观

测等。

五.计算题

1.以阻值R=120Q,灵敏度S=2的电阻应变片与阻值R=120C的固定电阻组成的

电桥供桥电压为3V并假定负载为无穷大，当应变片的应变值为2“和20002时，

分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并匕瞅两种情况下的电桥的灵敏度。(“：

微应变，即IO")

【答案】(1)单臂电桥输出电压。

当应变片为2“时，

1AR

=1X2X2X10-6X3=3X10'6(V)

当应变值为2000”时的输出电压为

-6-3

MO=1X2X2000X10X3=3X10(V)

(2)双臂电桥输出电压。

①当应变片为2“时，

1AR

=1X2X2X10-6X3=6X10-6(V)

②当应变值为2000”•时的输出电压为

6-3

WO=-X2X2000X10-X3=6X10(V)

(3)双臂电桥比单臂电桥的电压输出灵敏度提高一倍。

3.有一霍尔元件，其灵敏度SH=l.2mV/mA•ZGs把它放在一个梯度为5kGs/nun的磁

场中,如果额定控制电流是20mA,设霍尔元件在平衡点附近作±0.01mm摆动，问

输出电压可达到多少毫伏？

【答案】霍尔元件的输出电势

VH=SJB

dR

^VH=SHI-M

=1.2x20x5x(±0.01)

=±1.2(mV)

21.电感传感器(自感型)的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些

措施？采取这些措施会带来什么样后果？

【答案】以气隙变化式为例进行分析。5=箓=-坐&

doLO

又因为线圈阻抗z二区，所以灵敏度又可写成s=M=-丝野

do2o~

由上式可见，灵敏度与磁路横截面积4、线圈匝数M电源角频率铁芯磁导

率伏，气隙黑有关。

如果加大磁路横截面积4、线圈匝数M电源角频率叭铁芯磁导率%，减小气

隙3,都可提高灵敏度。

加大磁路横截面积4、线圈匝数N会增大传感器尺寸，重量增加，并影响到动态

特性；减小气隙#会增大非线性。

第5章信号的调理与记录

一、选择题

3.直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将（I

A、增大B、减少C、不变D、变化不定

【答案】C

4.滤波器的一3dB频率截止频率，是指信号幅值衰减为输入幅值的（）处

的频率。

A、五B、1C、V2/2D、1/2

【答案】C

5.调制可以看成是调制信号与载波信号（I

A、相乘B、相加C、相减D、相除

【答案】A

15.为了记录变量X与Y之间的关系，应选用（1

A、检流计式B、光线示波器

C、磁带机D、X—Y函数记录仪

【答案】D

16.为提高电桥的灵敏度，可采取的方法是（）

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

【答案】C

19.在动态测试中，电桥的输出量通常采用（\

A、电阻量B、电压量C、电流量D、电感量

【答案】B

25.一选频装置,其幅一频特性在八一8区间近于平直，在人f0区间急剧衰减,

这叫（）滤波器。

A、低通B、高通C、带通D、带阻

【答案】B

27.设有一电路，凡是工作桥臂,R2,仁,七是固定电阻，且叫=R?=%=%。工

作时叫一叫+2的，则电桥输出电压e产（Xe0为电桥的电源电压。

A△凡R△叫「AR\n2△叫

A、硫/B、—e0C、—eQD、歹e°

【答案】A

30.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（）而

成的。

A、串联B、并联C、串并联D、叠加

【答案】A

34.在调幅信号的解调过程中，相敏检波的作用是（X

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

【答案】B

37.一带通滤波器，其中心频率是，-3dB带宽是3,则滤波器的品质因数。等于

（\

A、fo+BB、f0-BC、f°BD、f0/B

【答案】D

二、判断题

1.带通滤波器的波形因数％值越大，其频率选择性越好。（）

【答案】错

2.调幅波是载波与调制信号的叠加。（）

【答案】错

3.平衡纯电阻交流电桥须同时调整电阻平衡与电容平衡。（）

【答案】对

4.将高通与低通滤波器串联可获得带通或带阻滤波器。（）

【答案】对

三、填空题

4.光线示波器记录f=500Hz的方波信号时，考虑到五次谐波成分，记录误差不大

于5%

时，则应选用振动子的固有频率为（）的振动子。

【答案】50（）0出

5.RC低通滤波器中的RC值越大，则其上限频带越（X

【答案】窄

10.调频波的解调又称为（1

【答案】鉴频

11.在桥式测量电路中，按照（）的性质，电桥可分为直流和交流电桥。

【答案】激励电压

13.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（）桥臂上。

【答案】相邻

27.在桥式测量电路中，根据工作时阻抗参与变化的（）可将其分为半桥与

全桥测量电路。

【答案】桥臂数

29.RC低通滤波器中RC值愈（），则上截止频率愈低。

【答案】大

四.简答题

3.调幅波是否可以看作是载波与调制信号的迭加？为什么？

【答案】不可以。因为调幅波是载波幅值随调制信号大小成正比变化，只有相乘

才能实现。

4.试从调幅原理说明，为什么某动态应变仪的电桥激励电压频率为10kHz,而

工作频率为（M500Hz?

【答案】为了不产生混叠，以及解调时能够有效地滤掉高频成分，要求载波频率

为5〜10倍调制信号频率。动态应变仪的电桥激励电压为载波，频率为10kHz,所

以工作频率（即允许的调制信号最高频率）为。〜1500Hz是合理的。

五、计算题

2.现有四个电路元件：电阻降品,电感L和电容C,拟接成四臂交流电桥，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。（设电桥激励为对，

电桥输出为）

【答案】正确的接桥方法如下图所示。

6

电桥平衡条件是:

3.已知某RC低通滤波器，/?=lkQ,C=l|iF，试；

1)确定各函数式"(s)；H(w)；A(^)；(p{co\

2)