测试技术基础考试复习题

机械工程测试技术基础复习题

一、 判断题:

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

2.传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。（ ） 3.所有随机信号都是非周期信号。（ ） 4.所有周期信号都是功率信号。（ ） 5.所有非周期信号都是能量信号。（ ） 6.非周期信号的频谱都是连续的。（ ）

7.非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（ ） 8.模拟信号的幅值一定是连续的。（ ） 9.瞬态信号是能量有限信号。（ ）

10.瞬态信号是时间轴上的零平均功率信号。（ ） 11.直流信号被截断后的频谱是连续的。（ ） 12.信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（ ） 13.各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（ ） 14.直流信号具有无限的频谱。（ ）

15.幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。（ ） 16.频响函数反映了系统响应的稳态过程。（ ） 17.频响函数反映了系统响应的稳态过程。（ ）

18.传递函数不仅反映了系统的稳态过程，还反映了系统响应的过渡过程。（ ） 19.若x(t)是限带信号，在被截断后必成为无限带宽的函数。( ) 20.一阶系统中常用时间常数τ作为响应上升时间。（ ） 21.稳态响应法不能用于一阶系统的动态特性测试。（ ） 22.测试系统的灵敏度越高测量性能越好。（ ）

23.若传感器的灵敏度为常数，则表明该传感器的输出、输入关系为线性关系。（ ） 24.金属电阻应变片的电阻相对变化主要是由于电阻丝的尺寸变化产生的。（ ） 25.在数字信号处理过程中，量化误差大小与A/D转换器的位数无关。（ ） 26.变间歇式差动变压器是一种电容式传感器。（ ） 27.涡流传感器分为高频透射式和低频反射式两种类型。（ ） 28.涡流式传感器属于能量控制型传感器（ ） 29.涡流传感器属于有源传感器。（ ）

30.压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。（ ） 31.压电传感器要求后接的负载必须有高输入阻抗。（ ） 32.磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。（ ）

33.为使四臂交流电桥平衡，若两相邻臂接入二电阻，另外两相邻臂应接入性质相同的阻抗元件。（ ）

34.半桥联接中要求两个桥臂阻值变化大小相等，极性相反。（ ）

35.使用电阻应变时，在半桥双臂各并联一片电阻应变片,可以提高灵敏度，这种做法正确。（ ） 36.在直流电桥中，只要满足任意两相邻桥臂的阻值之乘积等于另外两相邻桥臂阻值的乘积， 则电桥一定处于平衡。( )

37.平衡纯电阻交流电桥须同时调整电阻平衡与电容平衡。（ ）

38.若电阻应变片的输入信号为正弦波，则以该应变片为工作臂的交流测量用桥的输出是调幅波。（ ）

39.金属丝应变片在测某一构件的应变时，其电阻的相对变化率主要由电阻材料的电阻率的变化决定。（ ）

40.半桥联接中要求两个桥臂阻值变化大小相等，极性相反。（ ） 41.设带通滤波器的上、下截止频率分别为fc2和fc2,则一倍频程滤波器有：fc2?2fc1。（ ） 42.变面积型电容传感器的灵敏度不为常数。（ ） 43.变间隙式差动变压器是一种电容式传感器。（ ）

44.设信号x(t)的自功率谱密度函数为常数，则x(t)的自相关函数为常数。（ ） 45.提高二阶系统的固有频率，可以扩大系统的工作幅值范围。（ ） 46.调幅波是载波与调制信号的叠加。（ ） 47.带通滤波器的波形因数?值越大，其频率选择性越好。（ ） 48.将高通与低通滤波器串联可获得带通或带阻滤波器。（ ） 49.选择好的窗函数对信号进行截断，可以减少能量泄漏。（ ）

50.窗函数频谱的主峰瓣越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信号所引起的误差越小。（ ） 51.恒带宽滤波器的中心频率越高，其带宽越宽。（ ） 52.随机激振属于宽带激振法。（ ）

53.若系统是完全线性的，则输入输出的相干函数一定为1。（ ）

54.若传感器的灵敏度为常数，则表明该传感器的输出、输入关系为线性关系。（ ） 55.同频、同相位的正弦信号与方波信号作互相关其结果为同频余弦信号。（ ） 56.同频的正弦信号和余弦信号,其相互相关函数是存在的。（ ）

二、 选择题:

1.下列哪一种敏感元件不属于弹性式压力敏感元件（ ）。

A.波登管 B．膜片 C．波纹管 D．电阻应变片 2.调幅过程相当于频率的（ C ）过程。 A 放大 B 缩小 C 转移 D 消失

3.用N型材料Sn02制成的气敏电阻在空气中经加热处于稳定状态后，与氧气接触后 ( )。 A 电阻值变大 B 电阻值变小 C 电阻值不变 D 不确定

4.采用图三所示的超声波传感器安装位置测量管道中流体的流量，流速，如果?=0，以下说法正确的是 ( )。

A 不能实现对管道中流体流量的测量 B 可测出管道中流体的流量等于0 C 可测出管道中流体的流量很大 D ?=0不影响对管道中流体流量的测量 5.微波湿度传感器的工作原理是基于 ( )。

A 微波的波长很短 B 天线具有特殊结构使发射的微波具有尖锐的方向性 C 微波遇到障碍物易于反射 D 水对微波的吸收作用很强 6.一个6位的二进制光电式编码器，其测量精度约为 ( )。 A. 5.6? B. 0.17? C. 0.016? D. 60?

7.硫化铬光敏电阻的伏安特性如图1所示，以下说法正确的是 ( )。

图1 硫化铬光敏电阻的伏安特性

A 在一定照度下，流过硫化铬光敏电阻的电流与其两端电压的关系是不确定的 B 照度越小，硫化铬光敏电阻的阻值越小 C lOOlx照度时，硫化铬光敏电阻的阻值约为5k? D 照度越大，电流越小

8.在直流电路中使用电流表和电压表测量负载功率的测量方法属于 ( )。 A 直接测量 B 间接测量 C 组合测量 D 等精度测量

9.电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用 ( )。 A 直流平衡电桥 B 直流不平衡电桥 C 交流平衡电桥 D 交流不平衡电桥

10.差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有 ( )。

A 直流电桥 B 变压器式交流电桥 C 相敏检波电路 D 运算放大电路 11.实用热电偶的热电极材料中，用得较多的是 ( )。 A 纯金属 B 非金属 C 半导体 D 合金 12.光电管和光电倍增管的特性主要取决于 ( )。

A 阴极材料 B 阳极材料 C 纯金属阴极材料 D 玻璃壳材料

13.用光敏二极管或光敏晶体管测量某光源的光通量是根据什么特性实现的? ( ) A 光谱特性 B 伏安特性 C 频率特性 D 光电特性 14.下列关于微波传感器的说法中错误的是 ( )。 A 可用普通电子管与晶体管构成微波振荡器 B 天线具有特殊结构使发射的微波具有尖锐的方向性

C 用电流-电压特性呈非线性的电子元件做探测微波的敏感探头 D 可分为反射式和遮断式两类

15.用N 型材料SnO2制成的气敏电阻在空气中经加热处于稳定状态后，与N02接触后 ( A 电阻值变小 B 电阻值变大 C 电阻值不变 D 不确定

)。 16.同频、同相位的正弦信号与方波信号作互相关其结果为（ ）信号。 A.正弦 B. C.方波 D.同频余弦

三、 填空题:

1. 确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是_____，后者频谱特点是_____。 2. 周期信号傅立叶级数中的各项系数表示各谐波分量的 ，其频谱是 频谱，各频率成分是基频的 倍。周期信号的频谱具有三个特点： 、 、 。离散、周期的时域信号频谱的特点是_____、_____的。

3. 周期信号截断后的频谱必是 的，直流信号被截断后的频谱必是 的。非周期信号包括

信号和 信号。 4. 模似信号是指时间和幅值都具有 特性的信号，数字信号是指明时间和幅值都具有

特性的信号。

5. 时域是实偶函数的信号，其对应的频域函数是 函数。频域是虚奇函数的信号，其对应的时域函数是 函数。

6. 非确定性某信号不能够用 或 来描述，但变化服从 规律。 7. 用时域窗来截取连续信号，窗越宽则主瓣 。

8. 设时域信号x(t)的频谱为X(f)，则时域信号 的频谱为X(f＋f0）。

9. 信号的时域描述，以 为独立变量；而信号的频域描述，以 为独立变量。从时域看，系统的输出是其输入与该系统 的卷积。 10. 在时域中计算的信号总能量，等于在频域中计算的信号 。

11. 测试装置不失真测试的频域条件是 。当测试系统的输出y(t)与输入x(t)之间的关

系为y(t)?A0x(t?t0)时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为

H(j?)? 。

12. 一般来说，测试系统的灵敏度越高，则其测量范围 。

13. 对二阶系统输入周期信号x(t) =acos(wt+q),则对应的输出信号的频率 ，输出信号的幅值 ，输出信号的相位 。

14. 信号当时间尺度在压缩时，则其频带变 、其幅值变 ，信号在频域中的 成分将增加。

15. 均方值Ψx2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差σx2的关系是 。 16. 测试系统的静态特性指标有 、 、 。

17. 系统动态特性在时域可用 来描述，在复数域可用 来描述，在频域可用 来描述。 18. 一阶系统的动特性参数是 ，为使动态响应快，该参数 。将其用于测量l00Hz的正弦信

号，如幅值误差限制在?10%范围内，其特性参数应不大于 。

1t19. 某一阶系统的频率响应函数为H(j?)?，输入信号x(t)?sin，则输出信号y(t)的频率

22j??1为?? ，幅值y? ，相位?? 。

A(ω)20. 传递函数分别为

为 。

1.5和

3.5s?0.5050?A的两个环节串联后，所组成系统的总灵敏度

100f(Hz)??π??21. 已知x?t??12sin?t，??t?为单位脉冲函数，则积分?x?t????t??dt= 12 。 ???2??22. 信号越光滑，高次谐波的幅值衰减 ，双边谱的幅值为单边谱幅值的 。

23. 瞬态信号的频谱是 频谱，其幅值谱是单位 上的幅值。瞬态信号可看成是无限

多个幅值为 的复指数谐波之和。δ函数的频谱是 谱。 24. 概率密度函数是在 域上对信号的描述，相关函数是在 域上对信号的描述。

25. 频率响应函数是系统输出的 的比，也是当系统输入为正弦信号时，输入与输出的 。它反映了系统响应的 过程。 26. 从时域上看，系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。

27. 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 _____。对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 对称，虚频谱（相频谱）总是 对称。

28. 两环节的相频特性各为Q1(?)和Q2(?)，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性

为 。

29. 信号的有效值又称为_____，有效值的平方称为_____，它描述测试信号的强度(信号的平均功

率)。

30. 二阶欠阻尼振动系统的幅频特性曲线中，幅值最高处的频率_____， 且该值随阻尼的增加而

_____。

31. 为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是_____和_____。 32. 测量装置的特性描述有 态特性描述和 特性描述。

33. 测试装置输出波形无失真但有时间延迟t的有失真测试条件是：装置的幅频特性为 ，相频

特性为 ；输出波形既不失真又无延迟的条件是：幅频特性为 ，相频特性为 。 34. 连续信号x(t)与x(t-?0)进行卷积其结果是：x(t)*x(t-?0)= _____,其几何意义是_____。

35. 要求一阶测试系统在输入信号为2000Hz时，其输出信号的幅值误不超过10%，则其转折频率

为 。

36. 一阶系统的时间常数为T,被测信号的频率为1/T,则信号经过测试系统后,输出信号与输入信号的相位差为 .

37. 当被测量是一个单向向量，要求传感器单向灵敏度 ，其横向灵敏度 38. 根据采样定理，被测信号的频率f1与测试系统的固有频率f2关系是 。

39. 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 ，该乘积后的信号的频谱为 频谱。

40. 对周期信号进行 截断，是获得准确频谱的先决条件。

41. 引用相对误差为0.5%的仪表，其精度等级为 级。若现有两个电压表，其中一个为150V

量程的1.5级电压表，另一个为15V的2.5级电压表，问用这两个电压表测量一个10V左右的电压，则其绝对误差分别为 、 。

42. 传感技术与信息学科紧密相连，是 和自动转换技术的总称。传感器的主要功能是 。 43. 某位移传感器测量的最小位移为0.01mm，最大位移为1mm，其动态线性范围（或测量范围）

是 dB。

44. 物性型传感器的最大特点是 ，包括 、 、 、 等。

45. 变间隙式电容式传感器常作成差动的，其主要目的之一是 ，目的之二是 ，目的之三是 。

46. 半导体应变片传感器的工作原理是基于 效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数 ；压阻效应是指 半导体材料在沿着某一轴向受到 作用时，其 发生变化的现象。涡电流式传感器的工作原理是利用金属导体在交变磁场中的 效应。 47. 闭环伺服式传感器较之一般开环式传感器具有高的 和 。

48. 对于单向应力的测量，贴应变片时，应变片的方向与主应力方向应该相交成

49. 将电桥接成差动方式习以提高_____ ，改善非线性，进行_____ 补偿。为了_____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 _____。 50. 差动变压器式传感器的工作原理是 ，故也称其为 传感器。

51. 磁电式绝对振动速度传感器的动态数学模型是 。磁电式绝对振动速度传感器测振频率应

其固有频率。

52. 已知霍尔式转速传感器的测速齿轮的齿数为20，若测得感应电动势的频率为300Hz，则被测轴

的转速为 。

53. 频率混叠是由于 引起的，泄漏则是由于 所引起的。

54. 变间距式电容传感器的灵敏度与 成反比,所以适合于微小位移的测量.变面积式电容传感

器的灵敏度与 成反比,所以不适合微小位移的测量.

55. 传感器灵敏度越高，表示该传感器 ,通常，其线性范围就 。可变磁阻式传感器的

灵敏度与气隙大小的关系是：气隙越小，灵敏度 。

56. 当测量较小应变值时，应选用电阻 效应工作的应变片，而测量大应变值时，应选用

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 的相对变化来决定。 57. 电感式和电容式传感器常采用差动方式，不仅可提高 ，且能改善或消除 。

58. 电感式传感器常可分为 、 等。自感型可变磁阻式传感器，当气隙?变化时，其灵敏度

S与?之间的关系是：S＝ 。

59. 涡流式传感器的变换原理是 。可分为低频 式和高频 式两种，材料厚度的测量,通常用 ，金属零件表面裂纹的测量，通常用 式的。 60. 磁电式传感器测量电路中引入微分电路是为了测量 。

61. 若石英晶体沿机轴受到正应力，则会在垂直于 的面上产生电荷。压电式加速度计，其压电片并联可提高 .随电缆电容的增加，压电式加速度计的输出电荷灵敏度 ，压电式加速度传感器的工作频率应 其固有频率。

62. 关于压电式传感器中压电元件的连接，与单片相比，并联时,电荷量 、电容量 、输出电压 ；串联时,电荷量 、电容量 、输出增 。

63. 压电式传感器是利用某些材料的 特性来制作的传感器。压电传感器的前置放大器的主要作用是 和 。压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式： 放大器和 放大器，后接 放大器时，可不受连接电缆长度的限制。

64. 电荷放大器常用做 传感器的后续放大电路，该放大器的 与传感器产生的 成正比，与电缆引线所形成的分布电容无关。

65. 依赖于“铁电体”的极化强度与温度有关的特性制成的传感器是 感器 66. 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 。

67. 电桥的作用是把电感、电阻、电容的变化转化为 输出的装置。直流电桥的平衡条件是 。交流调幅电桥的载波频率通常是调制信号频率的 .

68. 当 时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度S趋于 。 69. 动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在 。

70. 为尽量满足不失真测试条件，光线示波器振子应调整阻尼比ζ= ，被测信号频率f与振

子固有频率f0之比应选择f/f0< 。

71. 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。对连续时域信号作加窗截断处理，必然会引起频谱的 现象。

72. 相敏检波通过比较 和 的 来判别信号的极性。 73. 压控振荡器的输出电压是方波信号，其 与输入的控制电压成线性关系。

74. 根据载波受调制的参数不同，调制可分为 。调幅是指一个高频的正（余）弦信号与被测信号 ，使高频信号的幅值随被测信号的 而变化。信号调幅波可以看作是载波与调制波的 。

75. 调幅信号由载波的_____携带信号的信息，而调频信号则由载波的_____携带信号的信息。调幅

信号经解调后必须经过

76. 在调制解调技术中，将控制高频振荡的低频信号称为 ，载送低频信号的高频振荡信号称为 ，将经过调制过程所得的高频振荡波称为 。

77. 调频波是载波幅值随调制信号 而变，其解调电路称为 。调频是利用信号电压的

控制一个振荡器，使其输出为等幅波，而 与信号电压成正比。

78. 滤波器的通频带宽和响应时间成 关系。滤波器的频率分辨力主要由其 决定。对于理想滤波器，滤波器因数λ＝ 。对于实际滤波器，滤波器因数λ范围一般是 。滤波器的倍频程数n值越小，其品质因数Ｑ（越高 ）带通滤波器可由低通滤波器（fc2）和高通滤波器（fc1） 而成（fc2> fc1）。若其带宽为1/3倍频程则fc2 = fc1。 79. 滤波器带宽B和响应建立时间Te的乘积通常选取在BTe= 。滤波器的品质因素Q与带宽B 的关系是 。一带通滤波器的中心频率F=500HZ， -3dB带宽B=10HZ，则该滤波器的品质因数Q= 。滤波器的分辨率越高，则测量信号时其响应速度 。 RC低通滤波器中的RC值越大，则其上限截止频率越 小 。

80. 常用滤波器的上、下截止频率fc1、fc2的定义为幅频特性曲线降为最大值的 倍时对应的

频率为截止频率，其带宽 ，若为倍频程滤波器fc1与fc2的关系为 。 81. 如果一个信号的最高频率为50Hz，为了防止时域采样过程中出现混叠现象，采样频率应大于

Hz。若信号频率为5000Hz，则信号采样后的混迭频率是 Hz。 82. 超声波测量物位是根据超声波在两种介质的分界面上会发生 现象而实现的.

83. 信号的预处理包括 、 、 、 等环节，数字信号处理中，采样频率fa与被测信号中最高频率成分fc的关系应为（ fa>2fc ）。

84. 信号χ(t)的自功率谱密度函数Sx(f)是 ,信号χ(t)和y(t)的互谱Sxy(f)是 85. 设有一电路，R1是工作桥臂，R2，R3，R4是固定电阻，且R1?R2?R3?R4。工作时

e? 。e0为电桥的电源电压。 压y86. 一个相邻双臂工作的测力电桥，如果将两工作臂的一个应变片均改为两个应变片串联，则电桥

的输出电压

87. 若电阻应变片的输入信号为正弦波，则以该应变片为工作臂的直流测量用桥的输出是 88. 自感型传感器的两线圈接于电桥的相邻桥臂时，其输出灵敏度 。 89. 设信号x(t)的自功率谱密度函数为常数，则其自相关函数为

90. 用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性，其取值在 范围内。 91. 如果窗函数频谱的主瓣峰值相对于左右旁瓣峰值越大，则该窗函数的泄漏误差 。

R1?R1?2?R1，则电桥输出电

92. 自相关函数是 函数，其最大值发生在τ= 时刻，当时延趋于无穷大时，周期信

号的自相关函数仍然是同 的 。 93. 相关滤波的工作原理是 94. 若信号满足y(t)=kx(t)关系，其中k常数，则其互相关系数pxy()= . 95. 频率不同的两个正弦信号，其互相关函数Rxy()= .同频的正弦函数和余弦函数，其互相

关函数Rxy()= .

96. 正弦信号的自相关函数是同频的 函数。自相关函数的傅立叶变换是 函数。

97. 已知某信号的自相关函数为Rx(τ)＝100cosωοτ，则该信号的平均功率为 ，标准差

为 。 四、简答题

1）试用方框图描述测试系统的组成，并简述测试工作的全过程。

2）比较周期信号傅里叶级数的三种展开形式，分析各自的物理含义，及相互之间的转化关系。 3）说明如何求解测试装置动态特性的数学描述的3个函数，它们之间有何内在关系？

4）以二阶系统为例，简述求解具体系统频谱特性的一般步骤。 并根据二阶欠阻尼振动系统的幅频特性曲线，说明将阻尼比设置在0.7左右的理论依据？要拓宽二阶系统的分析频率区间，应如何确定二阶系统的特性参数。

5）测试装置的静态特性和动态特性各包括那些？重复性误差和回程误差有何区别?

6）在动态测试中，为什么需考虑待测信号的频率结构？在故障诊断中，如果测试装置不满足不失真测试的条件，会造成误诊断，为什么？

7）什么是负载效应？对于电压输出的环节，减轻负载效应的措施有哪些？

8）压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同，为什么？ 9）信号放大电路的种类，如何根据传感器输出特性选择合适的放大电路？

10） 如何根据测试信号中有用成分和干扰成分的频谱来选择滤波器种类和设定其参数？ 11） 金属电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何特点？在用应变仪测量机构的应力，应变时，如何消除由于温度变化所产生的影响？ 12） 把一个变阻器式传感器按如图接线，它的输入量是什么？ Uy 输出量是什么？在什么条件下，它的输出量与输入量之

RL 间有较好的线性关系？

x

RP

Ui

13） 简述压电效应现象，石英晶体所产生的横向和纵向压电效应产生的电荷聚集在哪里？其大小分别如何计算？压电元件在并联和串联时，压电式传感器各具有什么特征，对后续测量电路有何特殊要求?为什么?

14） 如图为一存在质量不平衡的齿轮传动系统，大齿轮为输入轴，转速为600r/min，大、中、小齿轮的齿数分别为40，20，10。下图为在齿轮箱机壳上测得的振动信号频谱，根据频谱分析知识，比较齿轮轴的振动情况，并说明原因。

15） 试用相关分析的知识说明如何测量热轧钢带的运动速度，及深埋在地下的输油管裂损的位置。

16） 为什么在实际测量中采样频率通常要大于信号中最高频率成分的3到5倍？抗混滤波器的作用是什么？它选用何种滤波器？其截止频率如何确定？

17） 影响电容式极距变化型传感器灵敏度的因素有哪些？提高其灵敏度可以采取哪些措施，带来什么后果？

18） 哪些传感器可选作小位移传感器？

19） 简述涡流式传感器的工作原理，它有哪些特点?能否测量塑料物体移动的位移？为什么？应采取什么措施改进，就可以用电涡流传感器测量了。

20） 电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？欲用电涡流传感器探测金属材料表层和内部缺陷，对线圈的供电频率分别有什么要求，为什么？

21） 可用电涡流传感器、磁阻传感器和霍尔传感器检测缆车钢丝绳断绳或金属平板中的裂纹吗？为什么？若可以，画出检测框图，并比较它们的检测效果。 22） 如果矩形波与三角波都是以1000Hz变化的波形，如果要求误差都不超过10%，选择的放大器通带何不同？如果采用相同的示波器显示，哪个的误差大？为什么？

23） 在油气或石油勘察中，通常要通过爆破对地壳进行激励，分析其原因？若用检波器获取激励回波信号，则深层和浅层资源所对应的检波频率哪个高？为什么？

24） 试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。用简图说明该传感器的结构并简要说明其作用原理；两个线圈通常应该接在什么电路中？用图说明如何接法。

25） 下图是一种传感器的工作原理图，试问这是何种形式的传感器？用图中的符号简述其工作原理。

pw1e1e0?e1?e2eiwxw2e2

图 1 传感器工作原理图

26） 简述压电式传感器需要配置前置放大器的原因？常用的前置放大器有哪两种？各有什么特点？

27） 已知电阻应变仪交流电桥的电桥电源y(t)?cos2?f0t和输入信号x(t)的幅值谱如图所示。电桥输出信号经相敏检波、低通滤波后输出。试分别画出电桥输出信号、相敏检波输出信号和低通滤波器输出信号幅值谱Xm(f)、 Xe(f)、 Xf(f)。

28） 已知电阻应变仪交流电桥的输入信号x(t)和电桥电源y(t)的波形如图所示。电桥输出信号经相敏检波、低通滤波后输出。试画出电桥输出信号xm(t)、相敏检波输出信号xe(t)和低通滤波器输出信号xf(t)。

29） 若用光线示波器来记录图一所示的方波信号，可否选用固有频率为400Hz为FC6-400型振动子? 并说明理由。(提示：要较完整地记录一信号，必须保证其前十次谐波的幅值误差小于5％。)

x(t)A2.5-A57.510t(ms)

30） 直流电桥平衡条件是什么？交流电桥平衡条件是什么？画出平衡电桥的工作原理图，并简述平衡电桥的工作原理。试说明动态电阻应变仪除需电阻平衡外，还需调电容平衡的原因？

31） 现有电阻R1和R2，电感L和电容C，连结成四臂交流电桥，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。（设激励为ui，输出为uo）。 32） 有人在使用电阻应变片时，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，在半桥上各串联一片的情况下，是否可以提高灵敏度？为什么？

33） 差动型变磁阻式电感传感器在使用时常把两个线圈接在电桥的两个相邻桥臂中，试问：（1）此电桥需接入何种激励电压？（2）该电桥的输出电压是何波形？（3）输出电压的幅值与传感器的什么量有关？（4）输出电压大小能否反映被测量的方向？欲知被测量的方向，测量电路中应带有什么环节?

34） 什么是调制，调制的目的是什么，如何实现对信号进行调幅和解调？调幅波的解调方法有哪几种？若要将测试数据分别从高铁站和卫星发送到省信息处理中心，分别采用什么调制方式？为什么？并比较它们的优缺点。若要在省信息处理中心将数据还原，分别采用什么解调方式？阐述其实现过程。

35） 数字信号处理的一般步骤是什么？哪些步骤会带来误差，如何尽可能减少相应误差？并说明其原因。说明为什么信号截断后必然会引起泄漏误差？及信号的时域采样是如何引起信号频谱的周期延展及频率混叠的？

36） 为什么在动态电阻应变仪上除了设有电阻平衡旋钮外，还设有电容平衡旋钮？

37） 简述什么是光电导效应？光生伏特效应？外光电效应？这些光电效应的典型光电器件各自有哪些？

38） 画出利用热电偶测量两点间温度差的线路图，并解释其工作原理。

39） 什么是霍尔效应? 霍尔电动势与哪些因素有关？如何提高霍尔传感器的灵敏度? 试对图1利用霍尔式传感器实现转速测量进行解释。

图1 霍尔传感器转速测量原理图

40） 分析图2中自感式传感器当动铁心左右移动时自感L的变化情况 （己知空气隙的长度为x1和x2，空气隙的面积为S，磁导率?，线圈匝数W不变）。

图2 动铁式自感传感器结构示意

41） 试从材料特性、灵敏度、稳定性等角度比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应。 42） 光导纤维是利用哪种光学现象进行导光的? 光导纤维的数值孔径有何意义?

43） 测得两个同频正弦信号的相关函数波形如图3，问：这一波形是自相关函数还是互相关函数？为什么？从波形中可以获得信号的哪些信息？

图3

44） 下图为动态应变仪工作框图，请指出图中A、B和C分别代表什么？并说明A、B和C在系统中的作用是什么？ 及A、B为什么要由振荡器来同时供电？

x(t)0xm(t)t0x0(t)t0x(t)t0t试件A放大器振荡器BC显示记录y(t)0t

五、计算题

21） 求正弦信号x(t)?x0sin(?t??)的均值?x、绝对均值μ|x|、均方根值xrms、均方值?x，和概率密度函数p(x)。 2） 已知信号x(t)?Asin(2?f0t??/3)，试绘制信号的实频谱、虚频谱和单边幅频谱、双边幅频谱及双边相频谱？ 3） 一阶测试系统的频响函数为H(j?)=1/(1+j?)，分析当测试信号为 x(t)=sint+sin5t 时，有无波形失真现象，误差为多少？ 4） 设有二个结构相同的二阶系统，其固有频率相同，当两者阻尼比不同，一个是0.1，另一个是0.65，若允许的幅值误差为10%，问他们的可用频率范围是多少？ 5） 用热电阻温度计测量热源的温度，将该温度计从20℃的室温突然放入85℃的热源时,相当于输入一阶跃信号x(t)，其响应曲线如图所示。已知一阶测试系统热电阻温度计的时间常数τ=6S，求经过10S后测得的温度和最终示值的相对误差？ 6） 用一阶测量仪器测量100Hz的正弦信号，如果要求振幅的测量误差小于5%，问仪器的时间常数T的取值范围。若用该仪器测50Hz的正弦信号，相应的振幅误差和相位滞后是多少？

7） 设有一阶测量装置其时间常数为0.1秒，问输入信号频率为多少时其输出信号的幅值误差不大于6%？这时输出信号的滞后角是多少？ 8）

一阶系统受到一个阶跃输入的作用，在2秒时达到输入最大值的20%，试求：测试系统的

时间常数和当输出达到最大值的95%时，需多长时间？

9） 用时间常数为0.5s的一阶装置进行测量，若被测参数按正弦规律变化，若要求装置指示值的幅值误差小于5%，问被测参数变化的最高频率是多少？如果被测参数的周期是1s、2s和5s，问幅值误差是多少？ 10）

已知周期方波的傅里叶级数x(t)?4A0(cos2?f0t?1cos6?f0t?1cos10?f0t????)

35?求该方波的均值、频率组成及各频率的幅值，并画出频谱图。

AAAAx(t)??sin?0t?sin2?0t?sin3?0t?......2?2?3?11） 某信号的时域表达式如下, 问:该信号属

于哪类信号(周期或非周期)，试画出波形图? 当该信号通过一理想带通滤波器，该滤波器的A(ω)=1，带宽B=80Hz，中心频率f0=50Hz,画出该滤波器输出波形的幅频谱,并求出滤波器输出波形的平均值为多少(已知该信号基频f0=50Hz )？ 12）

对称方波的波形图如图1所示。求傅里叶级数的三角形式展开，并画出频谱。

13）

求周期余弦信号x?t??Acosωt的均值、均方值、自相关函数和自谱。

14） 已知信号x(t)=e-t (t≥0)，(1) 求x(t)的频谱函数X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。(2) 求x(t)的自相关函数Rx (τ) 。

15） 一个二阶测试系统，受激励力F0sin?t作用，共振时测得振幅为20mm，在0.8倍共振频率时测得振幅为12mm，求系统的阻尼系数。（假定0.8倍共振频率时，阻尼项可忽略） 16）

?(f)。已知RC低通滤波器，R=1kΩ,C=1μF,试：(1) 确定该滤波器的H(s)、H(f)、A(f)、

输入信号ux?10sin1000t,求输出信号uy，并比较其与输入信号的幅值及相位关系。 17） 18）

已知低通滤波器的频率特性为H(f)?1(1?j2?f?)，式中?= 0.05s,当输入信号

x(t)?0.5cos10t?0.2cos(100t?45?)时，求其输出y(t),并比较y(t)与x(t)的幅值与相位有何区别。

如图2所示的RC电路中，已知C?0.01?F，若ex的幅值为100，频率为10kHz，并且输

出端eg的相位滞后ex 30°，求此时的R应为何值，输出电压幅值为多少？

Rexegi(t)C?0.01?F19）

图2 响应曲线

20） 二阶系统的阻尼比ξ=0.2，求ω=ωn时的幅值误差和相位误差，如果使幅值误差不大于10％，应取多大阻尼比？。 21）

一个二阶测试系统，其频响函数为H(j?)?1。今有一信号

[1?(?/?n)2]?0.5j(?/?n)??x(t)?cos(0.5?nt?)?0.5cos(?nt??)?cos(2?nt?)输入此系统后的输出信号y(t)。

2622） 有一信号x(t)?Acos(?t??)，初始相角?为量，试求 1）求其自相关函数；2）确定其均值和方差。 M1M323） 给某加速度传感器突然加载，得到的阶跃响应

所示。由图中实际测量得：M1=15mm, M3=4mm，在0.01s有4.1个衰减的波形，求加速度传感器的阻尼比ξ及固有0.01s24）

对一个可视为二阶系统的装置输入一单位阶跃

一随机变曲线如图3

的标线内频率。 函数后，测

得其响应中产生了数值为1.5的第一个超调量峰值。同时测得其振荡周期为6.28s。设已知该装置的静态增益为3，试求该装置的传递函数和该装置在无阻尼固有频率处的频率响应。

25） 试求正弦信号x(t)?sin?0t和基频与之相同的周期方波信号y(t)的互相关函数Rxy(?)。26） 图5为一简单电感式传感器。磁路取为中心磁路，不计漏磁，设铁心及衔铁的相对磁导率为104，空气的相对磁导率为1，真空的磁导率为4??10?7H?m?1，试计算气隙长度为0mm及为2mm时的电感量。(图中所注尺寸单位均为mm)

?1(?T0/2?t?0)y(t)?{1(0?t?T0/2)

图5 电感式传感器结构

已知电阻应变仪交流电桥的电桥电源y(t)?cos2?f0t和输入信号x(t)的幅值谱如图所示。电

27）

桥输出信号经相敏检波、低通滤波后输出。试分别画出电桥输出信号、相敏检波输出信号和低通滤波器输出信号幅值谱Xm(f)、 Xe(f)、 Xf(f)。

x(t)A2.5-A57.510t(ms)

六、分析计算题

1. 有一吊车的拉力传感器如图九所示。其中电阻应变片R1、R2、R3、R4贴在等截面轴上。已知R1、R2、R3、R4标称阻值均为120?，桥路电压为2V，重物质量为m，其引起R1、R2变化增量为l.20?。（1）画出应变片组成的电桥电路。（2）计算出测得的输出电压和电桥输出灵敏度。（3）说明R3、R4起到什么作用？

图1 吊车拉力传感器结构

2．用电阻应变片及双臂电桥悬臂梁的应变?。其贴片及组桥方法如图4所示。已知图中

'上下贴片位置对称，应变片的灵敏度系数k?2。应变值??10?10?3，R1?R1'?R2?R2?120?，电桥供桥电压ui?3V。试分别求出如图组成桥路时的输出电压Uo的值，若去掉R1?、R2?，输出电压Uo值如何变化？若要提高输出电压，应怎样组桥？

图4 贴片及组桥方法

3、有一台变间隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径r=5mm，假设与被测的初始间隙

d0=0.5mm。已知真空的介电常数等于8.854x10-12F/m，求：

（1）如果传感器与工件的间隙变化量增大?d=10?m，电容变化量为多少?

（2）如果测量电路的灵敏度Ku=100mV/pF，则间隙增大?d=1?m时，输出电压为多少? 若读数仪表的灵敏度为5格/mV，当间隙变化量还为2μm，读数仪表示值变化多少格？

4．有一薄壁圆管式拉力传感器如下图所示。已知其弹性元件材料的泊松比为0.3，电阻应变片

R1、R2、R3和R4阻值相同，且灵敏系数均为2，应变片贴片位置如图所示。若受拉力P作用，问： (1) 欲测量拉力P的大小，应如何正确组成电桥？请画出相应的电桥。

(2) 当供桥电压ei?2V，?1??2?300με时，输出电压eo是多少（1με?1?10?6）？

R1R1PR3R4R2PR3R4R2

5.如图所示为两直流电桥，其中图(a)称为卧式桥，图(b)称为立式桥，且R1?R2?R3?R4?R0，R1、R2为应变片，R3、R4为固定电阻。试求在电阻应变片阻值变化为?R时，两电桥的输出电压表达式并加以比较。

6. 以阻值R?120?，灵敏度S?2.5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4V，并假定负载电阻无穷大，当应变片的应变为1000??时，（1）求单臂电桥的输出电压及其灵敏度。（2）求双臂电桥的输出电压及其灵敏度

7. 有一应变式测力传感器，弹性元件为实心圆柱，直径D=40mm。在圆柱轴向和周向各贴两片应变片（灵敏度系数s=2.），组成差动全桥电路，供桥电压为10v。设材料弹性模量E=2.1?1011pa，泊松比υ=0.3。试求测力传感器的灵敏度（该灵敏度用μv/kN表示）。 F'8. 如图所示一钢质悬臂梁受压时，如何将黏贴在上下表面的两个应变片接到电桥的两个臂上？受拉时呢？ 若只允许在钢质悬臂梁的上表面黏贴一个应变片，如何补偿温度误差？ 若拉力和压力共同作用在悬臂梁上，如何分别测量F和F?呢？

9. 用一个固有频率为1200HZ和阻尼比为0.7的振动子去测量幅值为1、频率为600HZ均值为0的偶函数方波信号，试分析测量结果，并计算输出信号的一次谐波分量。（注：二阶系统的传递函数为ωn2/S2+2ξωn S+ωn2，频率响应函数为

A（ω）=1/√[1-（ω/ωn）2]2+(2ξω/ωn) 2 υ（ω）= -arctg{(2ξω/ωn)/ [1-（ω/ωn）2]}）。

七、综合设计分析题

1. 请选择以下两种测量要求其中的一种，设计实验过程（包括传感器的选用，传感器的安装，信号的传输，信号的分析和处理等内容），并简述其过程。

（1）针对载重卡车载物量进行过磅测量，试设计一测试装置并说明其工作原理；

（2）大功率传动轴在长时间的带载运转下可能发生疲劳损坏，为了保证整机安全，防止事故的发生，对轴的扭振进行测量和监控，试设计一测试装置并说明其工作原理。

2. 欲测试图1(a)所示简直梁的动态特性参数（固有频率和阻尼比），

（1）请从现有设备中选择，并用框图表示测试系统构成，简述测试过程；

（2）测得该梁的幅频特性曲线如图3（b）所示，根据该曲线如何确定简直梁的动态特性参数（给出原理、公式并在图中表示）

（现有设备： 压电式加速度计、 压电式力传感器、磁电式速度计、电阻应变片、电荷放大器、

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