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第一章 绪 论

（略）

第二章 信号及其分类

1 试判断下述结论的正误。

（ 1 ）凡频谱是离散的信号必然是周期信号。

（ 2 ）任何周期信号都由频率不同，但成整倍数比的离散的谐波叠加而成。 （ 3 ）周期信号的频谱是离散的，非周期信号的频谱也是离散的。 （ 4 ）周期单位脉冲序列的频谱仍为周期单位脉冲序列。 （ 5 ）非周期性变化的信号就是随机信号。

（ 6 ）非周期信号的幅值谱表示的是其幅值谱密度与时间的函数关系。 （ 7 ）信号在时域上波形有所变化，必然引起频谱的相应变化。 （ 8 ）各态历经随机过程是平稳随机过程。

（ 9 ）平稳随机过程的时间平均统计特征等于该过程的集合平均统计持征。 （ 10 ）两个周期比不等于有理数的周期信号之和是周期信号。 （ 11 ）所有随机信号都是非周期信号。 （ 12 ）所有周期信号都是功率信号。 （ 13 ）所有非周期信号都是能量信号。 （ 14 ）模拟信号的幅值一定是连续的。 （ 15 ）离散信号即就是数字信号。 2 对下述问题，选择正确答案填空。 （ 1 ）描述周期信号的数学工具是( ) 。

A. 相关函数 B. 傅氏级数 C. 拉氏变换 D. 傅氏变换 （ 2 ）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 （ 3 ）时域信号持续时间压缩，则频域中低频成分( ) 。

A. 不变 B. 增加 C. 减少 D. 变化不定 （ 4 ）将时域信号进行时移，则频域信号将会( ) 。 A. 扩展 B. 压缩 C. 不变 D. 仅有相移

（ 5 ）概率密度函数在( )域、相关函数是在( )域、功率谱密度函数是在( )域上来描述的随机信号

A. 时间 B. 空间 C. 幅值 D. 频率 3 指出题图 3 所示的信号时域波形 并说明原因。

时刻与

时刻频谱（幅值谱）有无变化，

题 3 图 题 6 图

4 判断下列序列是否是周期函数。如果是，确定其周期。

（ 1 ） ；（ 2 ） 。

5 有一组合信号，系由频率分别为 724Hz 、 44Hz 、 5005410Hz 及 600Hz 的相同正弦波叠加而成。求该信号的周期 T 。

6 求题 6 图所示，非对称周期方波信号的傅里叶级数，并绘出频谱图。

7 求题 7 图所示三角波信号的傅里叶级数，并绘出频谱图。 简答题

(1) 信号x(t)=ecos210πt (-∞

(2) 信号x(t)=e-10πt (-∞

(3) 判明 x(n)=ej(n/8-π)是否为周期信号？若是周期信号，求其周期。

(4) 信号x(t)=sin(4t)+sin(√2 t)是否为周期信号？若是周期信号，求其周期。

(5) 信号x(t)=e-t是否为周期信号？若是周期信号，求其周期。

(6) 信号x(t)=e-sin(t)是否为周期信号？若是周期信号，求其周期。

(7) 设有一复杂信号，由频率分别为728Hz、44Hz、500Hz、700Hz的周期正弦波叠加而成，求该信号的周期。

(8) 绘出x(t)=e-0.7tsin(2.π.t)的波形曲线。

(9) 绘出x1(t)=10sin(2.π.t)和x2(t)=3sin(2.π.3.t)的叠加波形曲线。

(10) 用公式求正弦信号100sin(2.π.200.t)的均值与均方值。

(11) 有周期三角波，如图所示，求其均值与均方值。

(12) 求周期方波信号的自相关函数，其周期为T，幅值为A。

(13) 为什麽能用自相关分析消去周期信号中的白噪声信号干扰。

(14) 用波形分析测量信号周期与用自相关分析测量信号周期何种方法更准确。

(15) 计算三角波信号的概率密度和概率分布曲线，并画出信号波形。 (16) 用Signal VBScript中的随机数函数产生1000个(0-1)的随机数，以0.05的幅值增量计算数据落在（0-0.05)、(0.05-0.1)、…、(0.95-1)各区间的概率密度。

(17) 已知信号x(t)由幅值为4的50Hz正弦波信号和幅值为2的100Hz余弦波信号组成，画出信号的实频－虚频谱，幅值－相位谱和功率谱。

(18) 已知周期矩形脉冲信号在一个周期内的表达式为

试求其幅值谱。

(19) 求指数函数x(t)=Ae-at(a>0,t>0)的频谱。

(20) 下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。

下面是在齿轮箱机壳上测得的振动信号功率谱：

请根据所学的频谱分析知识，判断是哪一个齿轮轴存在质量不平衡？

(21) 在系统特性测量中常用白噪声信号作为输入信号，然后测量系统的输出，并将输出信号的频谱作为系统频率特性。请用卷积分定理解释这样做的道理。 （22） 简要说明信号的分类。

（23） 简要说明各类信号如何进行表述。 （24） 简要说明随机信号的主要统计参数。

第三章 测试装臵的基本特性

2-1试判断下述结论的正误并讲述理由。

(1)在线性时不变系统中，当初始条件为零时，系统输出量与输入量值比的拉氏变换称为传递函数。

(2)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

(3)传递函数相同的各种装臵，其动态特性均相同。 (4)测量装臵的灵敏度越高，其测量范围就越大。

(5)幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。

(6)测量装臵的相频特性 φ(ω)表示了信号各频率分量的初相位和频率间的函数关系。

(7)一个线性系统不满足“不失真测量”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。

2-2 某压力测量系统由压电式传感器、电荷放大器和笔式记录仪组成。压电式压力传感器的灵敏度为 80 pC/kPa，将它与一台灵敏度调到 0.005 V/pC的电荷放大器相联。电荷放大器输出又接到灵敏度调成 20

的笔式记录仪上。试计

算该测量系统的总灵敏度。又当电压变化为 2.5 kPa时，记录笔在纸上的偏移量是多少？

2-3 某压力传感器在其全量程 0-5 MPa范围内的定度数据如题 2-3 表，试用最小二乘法求出其拟合直线，并求出该传感器的静态灵敏度和非线性度。 2-4 题 2-4 表所列为某压力计的定度数据。标准时加载压力范围为 0-10 kPa，标准分加在（正行程）和卸载（反行程）两种方式进行。试根据题 2-4 表中数据在坐标纸上画出该压力计的定度曲线；用最小二乘法求出拟合曲线，并计算该压力计的非线性度和回程误差。

题 2-3 表 压力传感器的定度数据 题 2-4 表 压力计定度数据 标准压力读数压力 标准压力（ kPa ） 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 23 3.5 4 4.5 5 0 0.5 0.98 1.48 1.99 2.51 3.01 3.01 3.53 4.02 4.51 5 0 1 2 3 4 5 5 6 7 8 9 10 正行程 反行程 -1.12 0.21 1.18 2.09 3.33 4.5 4.5 5.26 6.59 7.73 8.68 9.8 -0.69 0.42 1.65 2.48 3.62 4.71 4.71 5.87 6.89 7.92 9.1 10.2 （ MPa ） （ MPa ） 读数压力（ kPa ） 2-5 用一个时间常数 的一阶装臵（传递函数 H(s)=1/(1+τs)）去测量

周期分别为 1 s、2 s和 5 s的正弦信号，问各种情况的相对幅值误差将是多少？ 2-6 已知某被测信号的最高频率为 100 Hz，现选用具有一阶动特性的测试装臵去测该信号，若要保证相对幅值误差小于 5 ％，试问应怎样要求装臵的时间常数τ？在选定τ之后，求信号频率为 50 Hz和 100 Hz时的相位差。 简答题

1．简述测试装臵的静态特性。 2．何谓测试系统的动态特性？

3．何谓测试系统的频率响应函数？解释它的物理意义。

4．有两个温度计，一个响应快，能在5s内达到稳定，一个响应慢，需要15s内才能达到稳定，请问两个温度传感器谁的时间常数小？

5．用一个时间常数为0.35s的一阶装臵去测量周期分别为1s，2s，5s的正弦信号，问幅值误差是多少？

6．一个优良的测量系统，当测取一个理想的三角波时，也只能做到工程意义上的不失真，为什麽？ 计算题

1．想用一个一阶系统作120Hz正弦信号的测试，如要求限制振幅误差在5%以内，则时间常数应取多大？若用具有该时间常数的同一系统作60Hz正弦信号的测试，问此时的振幅误差和相角差是多少？

2．求周期信号x(t)=0.5cos10t+0.2cos(50t-45o)通过传递函数为

H(s)?10.2s?1的装臵后所得到的稳态响应。

3．某加速度计输入频率为1200Hz的正弦波时，试确定其振幅误差和相位差，设加速度计fn=2000Hz,ζ=0.55。

4．把灵敏度为404×10-4pc/Pa的压电式力传感器与一台灵敏度调到0.226mV/pc的电荷放大器相接，求其总灵敏度。

5． 求周期信号x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t-45o通过传递函数H(s)=1/(0.005s+1)的装臵后所得到的稳态响应。

6．气象气球携带一种时间常数为15s的一阶温度计，以5m/s的上升速度通过大

气层。设温度按每升高30m下降0.15oC的规律变化，气球将温度和高度数据用无线电信号送回地面。在3000m处所记录的温度为-1oC。试问实际出现-1oC的真实高度是多少？

7．想用一个一阶系统做100Hz的正弦信号测量，如要求限制振幅误差在5%以内，那麽时间常数因应取为多少？若用该系统测量50Hz的正弦信号，问此时的振幅误差和相角差是多少？

8．求频率响应函数为

x(t)=10sin(62.8t)的稳态响应。

的系统对正弦输入

9．设一力传感器为二阶环节。已知其固有频率为800Hz，阻尼比为ζ=0.14，当测量幅值为10kg，频率为400Hz的力参量时，其测得的信号幅值为多少？ 10． 分析题

1．已知一阶系统，其频率响应函数

对于二阶装臵，设计时为何要取阻尼比ζ=0.6～0.8 ？

试分析当测定信号x(t)=sin(t)+sin(5t)时，有无波形失真现象。 判断题

1）在线性不变系统中，当初始条件为0时，系统输出量与输入量之比的拉普拉

斯变换称为系统的传递函数。

2）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），

而与系统的模型无关。

3）传递函数相同的各种装臵，其动态特性均相同。 4）测试装臵的灵敏度愈高，其测量范围就愈大。

5）一线性系统不满足“不失真测试”条件，若用它传输一个1000Hz的单一频率

的正弦信号，则必然导致输出波形失真。

第四章 常用传感器原理及其测量电路

一、选择题

(1) ( )的基本工作原理是基于压阻效应。

(A)金属应变片 (B)半导体应变片 (C)压敏电阻 (D)光敏电阻

(2) 金属电阻应变片的电阻相对变化主要是由于电阻丝的( )变化产生的。

(A)尺寸 (B)电阻率 (C)形状 (D)材质 (3) 光敏元件中( )是直接输出电压的。

(A)光敏电阻 (B)光电池 (C)光敏晶体管 (D)光导纤维

(4) 压电式传感器是个高内阻传感器,因此要求前臵放大器的输入阻抗( )。

(A)很低 (B)很高 (C)较低 (D)较高

(5) 光敏电阻受到光照射时,其阻值随光通量的增大而( )。 (A)变大 (B)不变 (C)变为零 (D)变小

(6) 半导体热敏电阻随着温度的上升,其阻值( )。 (A)下降 (B)上升 (C)保持不变 (D)变为零

(7) 在尘埃、油污、温度变化较大伴有振动等干扰的恶劣环境下测量时,传感器的选用必须首先考虑( )因素。

(A)响应特性 (B)灵敏度 (C)稳定性 (D)精确度 (8) 超声波传感器是实现( )转换的装臵。 (A)声电 (B)声光 (C)声磁 (D)声压

(9) 压电式传感器常用的压电材料有( )。 (A)石英晶体 (B)金属 (C)半导体 (D)钛酸钡

(10) 压电式传感器使用( )放大器时,输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。

(A)调制放大器 (B)电荷放大器 (C)电压放大器 (11) 压电元件并联连接时,( )。

(A)输出电荷量小,适用于缓慢变化信号测量。

(B)输出电压大,并要求测量电路有较高的输入阻抗。 (C)输出电压小,并要求测量电路有较高的输入阻抗。 (D)输出电荷量大,适用于缓慢变化信号测量。 (12) 磁电动圈式传感器的动态数学模型是( )。 (A)一阶环节 (B)二阶环节 (C)零阶环节 (D)比例环节 (13) 常用的光电元件传感器包括( )。

(A)电荷耦合器 (B)光敏电阻 (C)压电晶体 (D)光敏晶体管 (14) 热敏电阻输出特性线形化处理方法包括( )。

(A)频率均化法 (B)线性化网络法 (C)计算修正法 (D)补偿片法

(15) SnO2型气敏器件在( )下灵敏度高,而在( )下稳定,此特点适宜于检测( )微量气体。

(A)低浓度 (B)高浓度 (C)低温度 (D)高温度

(16) 由许多个MOS电容器排列而成的,在光像照射下产生( )的信号电荷,并使其具备转移信号电荷的自扫描功能,即构成固态图像传感器。

(A)电子 (B)空穴 (C)磁场变化 (D)光生载流子

(17) 基于( )类型的传感器是从被测对象以外的辅助能源向传感器提供能量使其工作,称为能量控制型传感器。

(A)压电效应式 (B)热电效应 (C)光生电动势效应 (D)磁阻效应 (18) 光纤的芯子是用( )材料制成的。

(A)高折射率的玻璃 (B)高折射率的塑料 (C)低折射率的玻璃 (D)低折射率的塑料

(19) 为减少变极距型电容传感器灵敏度的非线性误差,应选用( )类型的传感器为最好。

(A)大间距 (B)高介电常数 (C)差动式 (D)小间距

(20) 磁电式速度传感器线圈平均直径D=25mm,气隙磁感应强度B=6000Gs,希望传感器的灵敏度S=600V/cm/s,则工作线圈匝数应为( )。

(A) 1274 (B) 2500 (C) 1200 D800

(1) 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( )传感器。

（A）压电式 （B）电阻式 （C）电涡流式 （D）电容式

(2) 常用于测量大位移的传感器有( )。

（A）光栅式 （B）应变电阻式 （C）磁栅式 （D）感应同步器 (3) 非接触式测温法的特点包括( )。

（A）改变被测物体的温度分布 （B）热惯性小 （C）动态测量反应快 （D）不受环境条件影响

(4)若热电偶的两极材料相同, 且T≠T0,则热电偶( )。

（A）仅接触电势为零 （B）总的热电动势为零 （C）仅单一导体的热电势为零 （D）有电势输出

(5) 当测量较大的压力时,应采用( )。

（A）柱式弹性元件（B）梁式弹性元件 （C）环式弹性元件 （D）轮辐式弹性元件

(6) 惯性式速度传感器,不失真测试条件为( )。

（A） w/wn=1, ζ=0.5~0.6 （B） w/wn=1,ζ=0.6~0.7 (7) 压电式加速度计,灵敏度与固有频率间关系为( )。

（A）灵敏度高,固有频率高 （B）灵敏度低,固有频率高 （C）灵敏度高,固有频率下降 （D）灵敏度低,固有频率下降 (8) 阻抗头是测量振动系统( )的拾振器。

（A）振动位移 （B）振动加速度 （C）激振力 （D）激振力及响应 二、简答题

1．简述传感器在测试系统中的作用。总结本章介绍的常用传感器的工作原理、结构、测量电路与使用特点，并举例加以说明。 2．试述差动式传感器的特点及应用范围。

3．试述磁电式传感器的类型及在汽车、拖拉机测试中的典型应用实例。 4．试述光电式传感器的工作原理及如何利用其测试汽车、拖拉机行驶速度。 5．选用传感器的原则是什么？传感器的灵敏度与精确度越高越好吗？为什么？

6．评价噪声的主客观参数有哪些? 7．哪些传感器可选作小位移传感器?

(1) 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什麽？ (2) 举出五种你熟悉的机械式传感器，并说明他们的变换原理。

(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？应如何根据具体情况选用？

(4) 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那些措施？采取这些措施会带来什麽后果？

(5) 电容传感器、电感传感器、电阻应变片传感器的测量电路有何异同？ (6) 试按接触式与非接触式区分各类传感器，列出它们的名称，变换原理？ (7) 欲测量液体压力，拟采用电容传感器、电感传感器、电阻应变片传感器和压电传感器，请绘出可行的方案原理图？

(8) 有一批涡轮机叶片，需要检测是否有裂纹，请列举出两种以上方法，并简述所用传感器工作原理。

(9) 何谓霍尔效应？其物理本质是什麽？用霍尔元件可测量那些物理量？请举出三个例子说明？

(10) 选用传感器的基本原则是什麽？在实际中如何运用这些原则？ 一、判断题

（1）能量转换型传感器直接消耗被测对象的输入能量，因而必然造成被测对象状态的变化而产生测量误差。

（2）物性型传感器是利用敏感元件本身物理性质的变化来实现信号变换的。 （3）传感器的灵敏度与量程呈反比。

（4）为提高测量精度，传感器的灵敏度越高越好。 （5）传感器的线性范围越宽，表明其工作量程越大。

二、填空题

1．传感器是 与被测对象接触的环节，它将被测量转换成与 的 的机构。它是检测和控制中最关键的部分。

2．通常用传感器的 和 来描述传感器输出-输入特性。 3．传感器静态特性的主要技术指标包括 、 、 和 。 4．传感器测量动态信号时，其输出反映被测量的 和被测量变化 的能力称动态特性。

5．传感器线性度是指实际输出-输入特性曲线与理论直线之间的 与输出 。

6．传感器灵敏度是指稳态标准条件下， 与 之比。线性传感器的灵敏度是个 。

7．传感器迟滞是指传感器输入量增大行程期间和输入量减少行程期间， 曲线 。

8．传感器的重复性是指传感器输入量在同一方向（增大或减小）做全程内连续 所得输出-输入特性曲线 。

9．传感器变换的被测量的数值处在 状态时，传感器的 的关系称传感器的静态特性。

10．传感器中的弹性元件，形式上分为变换 的弹性元件和变换 的弹性元件。

11．传感器一般由 元件和 元件两部分组成。

12．传感器中的敏感元件是指 被测量，并输出与被测量 的元件。 13．传感器中传感元件是指感受由 输出的、与被测量成确定关系的 ，然后输出 的元件。

14．传感器的机械弹性敏感元件中，它们输入的是 、 、 和 等各种非电量，它们的输出是弹性元件本身的 ，如 、 和 。

15．传感器中弹性元件的弹性特性是指作用在弹性元件上的 与相应 之间的关系，通常用 或 表示。

16．传感器中弹性元件的灵敏度是指在 ，弹性元件产生的 。灵敏度大的弹性元件，表明该元件

三、简答题

1 试述传感器的定义及其在检测中的位臵。 2 传感器由那两个部分组成？各自的定义是什么？ 3 传感器静态特性和动态特性的定义是什么？ 4 传感器静态特性的技术指标及其各自的定义是什么？ 5 机械弹性元件的输入和输出各是什么？

6 弹性元件的弹性特性用什么表示？各自的定义是什么？

7 选用传感器的基本原则是什么？在实际中如何运用这些原则？试举一例说明。

8 欲测量液体压力，拟采用电容式、电感式、电阻应变式和压电式传感器，试绘出可行方案原理图，并作比较。

9 试按接触式与非接触式区分传感器，列出它们的名称、变换原理，用在何处？

10 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？ 11 举出五种你熟悉的机械式传感器，并说明他们的变换原理。

12 欲测量液体压力，拟采用电容传感器、电感传感器、电阻应变片传感器和压电传感器，请绘出可行的方案原理图？

13 有一批涡轮机叶片，需要检测是否有裂纹，请列举出两种以上方法，并简述所用传感器工作原理。 一、选择题

1 的基本工作原理是基于压阻效应。

(A) 金属应变片 (B) 半导体应变片 (C) 压敏电阻 (D) 光敏电阻 2 金属电阻应变片的电阻相对变化主要是由于电阻丝的 变化产生的。 (A) 尺寸 (B) 电阻率 (C) 形状 (D) 材质 二、填空题

1 电位器是一种将 转换为 或 的机电转换元件，它由 和 两个基本部分组成。

2 电位器既可以作 用，又可以作 用，它不仅广泛地用于 和 的测量技术中，而且在 的应用也十分广泛。 3 电位器负载运行时的特性叫 。电位器的负载越大，其输出电压 相对负载误差 。

4 电位器按 的不同，可分为线性和非线性电位器两类，后者又称为 电位器。常用的非线性电位器有 和 。

5 电阻应变片有 、 、 和 等部分组成。其中 是应变片的核心部分。

6 电阻应变片的主要技术数据有 、 和 。 7 按 材料不同，电阻应变片可分为 和半导体应变片两大类。前者的敏感栅有 、 和 三种类型。

8 应变片丝式敏感栅的材料是 。为确保应变片的性能，对此类材料的主要要求是：应变灵敏系数 ，且为 ；电阻率 ；电阻温度系数 。 9 当前，制作丝式敏感栅最理想的材料是 ，它的主要优点是： ； ； 和 。

10 由于 而引起导电材料 变化的现象，叫应变效应。金属电阻应变片的应变效应受 和 两项变化的影响，而半导体应变片的应变效应则主

要受 变化的影响。（变形；电阻； 1+2μ ； ； ）

11 应变片的 恒小于其敏感栅材料的 的现象，称为应变片的横向效应。采用 、 的 型应变片，能减小横向效应的影响。另外，为使横向效应的影响减至忽略不计的程度，可以采用 应变片或 应变片。 12 应变片的几何尺寸有敏感栅的 和 ，以及应变片的 和 。 13 应变片的初始电阻值 R 0 有 、 、 、 和 等类型，其中最常用的是 。

14 由于测量现场环境温度的改变，而引起应变片电阻的附加相对变化量，称为 ，因此而给测量带来的附加误差 ，称为应变片的 ，又叫应变片的 。产生上述现象的原因是由于阻丝 的存在和试件与电阻丝材料 的不同。

15 电阻应变片的温度补偿方法通常有 和 两大类。

16 应变片线路补偿法最常用的是 补偿法，它是将 应变片和 应变片接到电桥的 桥臂，利用它们对电桥输出电压 这一原理，而引起温度补偿作用。

17 通常采用 或 作为电阻应变片桥路。该电路不仅没

有 ，而且 也比单臂应变电桥时高，同时还能起 作用。

18 应变式传感器是由 、 和 组成的装臵。

19 应变式传感器具有 ， ， ， ， ，以及能在 下工作等优点。

20 应变式传感器按用途的不同，可分为 、 、 传感器等等。 21 金属导体和半导体有个显著差别在于金属的电阻率随 而 ，而半导体的电阻率随 而 （少数除外）。

22 电动测微仪是用于测量 变化的仪器，其主要优点为 、 、 以及 等等。

23 金属电阻受应力后，其电阻值的变化主要是由 的变化引起的；半导体电阻受应力后，电阻的变化主要是由 发生变化引起的。 三、简答题

1 试述电位器的基本概念、组成部分、主要作用和优缺点。

2 电位器的空载和有载特性的含义是什么？电位器的非线性误差与哪些参量有关？为什么？

3 说明电阻应变片的组成、规格及分类。

4 什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片工作原理 5 电阻丝的应变灵敏系数 K0 与应变片的灵敏系数 K 有何异同？ 6 什么叫横向效应？应变片敏感栅的结构型式与横向效应有和关系？ 7 试述应变片温度误差的概念、原因和补偿方法。

8 为什么应变式传该器大多采用交流不平衡电桥为测量电路？该电桥为什么又都采用半桥和全桥两种方式？

9 采用平膜式弹性元件的应变式压力传该器，测量电路为全桥时，试问：应变片应粘贴在平膜片的何处？应变片应如何连成桥路？

10 拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路。试问，（ 1 ）四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？（ 2 ）画出相应的电桥电路图。

11 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选用？ 四、计算题

1 一个铂电阻温度传感器用于测量 0 ℃ ～ 200 ℃ 的温度。传感器的电阻—温度关系为：

。试计算：

（ 1 ）

及

值； （ 2 ）传感器在 100 ℃ 时的非线性度。

，其弹性模量，灵敏系数

，应力

。用 BP-3型箔式应变片(原

)测出钢板在力

作用下的拉伸应变为

。若要测

。已知：

，

，

2 有一钢板原长式电阻

。求钢板的伸长 出

和应变片的相对电阻变化

的应变，则相应的 是多少？

。设工作时其应变为

3 有一电阻应变片，其灵敏系数k=3，电阻

，问其电阻变化

若将此应变片接成题 3 图所示电路，试求：

(1) 无应变时电流表的示值; (2) 有应变时电流表的示值; (3) 电流表示值的相对变化量;

(4) 这一变化量能否从表中读出。

题 3 图

4 一单臂惠斯登电桥的某臂为阻值120Ω的电阻应变片。应变片的热膨胀系数为

,电阻温度系数为

2.1 。 若将该应变片贴于 热膨胀系数为

略电桥其余三臂的热电阻，设流经应变片的电流为 25 时电桥的输出（温升前电桥处于平衡状态）。

，灵敏系数为 的金属试件上，忽，试计算温升 60 ℃

5 把一个变阻器式传感器按题 5 图接线，它的输入量是什么？输出量是什么？在什么条件下它的输出量与输入量之间有较好的线性关系？

电感式传感器

一、填空题

1 利用 原理，将非电量的变化转换成线圈 （或 ）变化的装臵，叫电感式传该器。该传该器可分为 和 两大类。

2 自感式有 式和 式。以上每种形式又可再分为 式与 式两种结构。

3 闭磁路变隙式电感传该器主要有 、 和 等部分组成。而单线圈螺线管式电感传该器则由 、 和 等部分组成。

4 由单线圈变隙式电感传该器的基本特性可知，其 与 、 相矛盾。为解决这一矛盾，通常采用 或 电感传该器。 5 在工程技术中，电感式传该器经常用来测

量 、 、 、 、 、 、 、 及 等非电量。 6 由于变隙式差动变压器的测量范围 、结构 ，因而在工程实际中很少应用，而应用最多的是 差动变压器。

7 螺线管式差动变压器主要由 、 和 三部分组成。 8 螺线管式差动变压器的线圈绕组按排列方式的不同可分

为 、 、 、 以及 等类型，通常采用的是 和 。 9 差动变压器在 输出电压称为零点残余电压，其频谱主要包括 和 。该电压会造成传感器再零点附近的灵敏度 、分辨率 和测量误差 。

10 当采用补偿电路来减少零点残余电压时，传感器输出端串联电阻可减少其 分量，并联电阻、电容可减少 分量，加反馈支路可使 和 分量都减少。

11 差动变压器不仅可以直接用于 测量，而且还可以测量与 有关的任何机械量，如 、 、 、 、 和 等等。 12 既能检查调幅波包络 ，又 能检查出包络 的检波器称为差动相敏检波电路。此电路不仅具有 特性，而且能较好第消除 。 13 差动整流式差动变压器常用的 ，它是先把差动变压器两各次级线圈的 分别整流，再将整流后的电流 成通路差动输出。

14 基于法拉第电磁感应现象，块状金属导体臵于 磁场中或在磁场中的作 运动时，导体将产生呈 的感应电流，此电流叫电涡流。 15 电涡流式传感器测量系统由 和 两部分组成，两者利用 来实现测试任务。

16 电涡流式传感器的电涡流径向形成范围大约在线圈外半径 r

as 的 到 之内，而电涡流密度在短路环半径 r= 处为零，在 r= 附近最大。

17 当利用电涡流式传感器测量位移时，只有在 x/r as = 的范围内，才能得到较好的 和较高的 。

18 被测体的电阻率ρ ，相对导磁率μ ，传感器线圈的激磁频率 ，则电涡流的轴向贯穿深度 h 越大。

19 电涡流式传感器的测量电路有 电路、 电路和 电路。 20 定频调幅式测量电路的原理框图包

括 、 、 、 、 和 等部分。 二、简答题

1 说明单线圈和差动变隙式传感器的主要组成、工作原理和基本特性。 2 为什么螺线管式电感传感器比变隙式电感传该器有更大的测位移范围？ 3 电感式传该器测量电路的主要任务是什么？变压式电桥和带相敏整流的交流电桥，谁能更好的完成这一任务？为什么？

4 说明电动测微仪和电感式压力传该器的基本组成和工作原理。

5 概述变隙式差动变压器的组成、工作原理和输出特性。

6 根据螺线管式差动变压器的基本特性，说明其灵敏度和线性度的主要特点。 7 为什么螺线管式差动变压器比变隙式差动变压器的测量范围大？ 8 何谓零点残余电压？说明该电压的产生原因及消除方法。

9 差动变压器的测量电路有几种类型？试述它们的组成和基本原理。为什么这类电路可以消除零点残余电压？

10 概述差动变压器的应用范围，并说明用差动变压器式传感器检测振动的基本原理。

11 什么叫电涡流效应？

12 概述电涡流式传感器的基本结构与工作原理。

13 电涡流的形式范围包括哪些内容？他们的主要特点式什么？ 14 被测体对电涡式传感器的灵敏度有何影响？ 15 概述定幅调频式测量电路的工作原理？

16 变磁阻式电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度的措施有哪些？采取这些措施后会带来什么样的后果？

17 以变气隙式自感传感器位移为例，分析、比较传感器差动与非差动式的灵敏度。

18 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那些措施？采取这些措施会带来什么后果？ 三、计算题

1 一变气隙式电感传感器如题 1 图所示，线圈铁心由直径 1 cm的钢棒弯成直径 4 cm的半圆，线圈匝数为 500 ，衔铁由厚 0.5 cm的钢板做成。已知铁心和衔铁材料的相对导磁率为 100 ，空气的相对导磁率为 1 ，真空中的导磁率为

，试计算气隙为 1 mm和 3 mm时传感器的电感。

2 题 2 图所示为一电感式压力传感器,线圈匝数下两腔压力

时，两线圈距膜片距离均为 D ，当

的变化可表示为

相等且为纯电感。当上

时，膜片偏移，

。式中， 与膜片

使两线圈磁阻发生变化，磁阻

、 K 为常数， 为膜片偏移量。试证明图中电桥的无负载输出 偏移量 d成正比，并分析如何判断是

还是

。

3 涡流式传感器工作时，被测导体的电涡流效应对传感器线圈参数有什么影响？当被测导体为导磁体或非导磁体时，对线圈参数的影响有何不同？ 4 涡流传感器的阻抗

与其到被测导体间距离 的特性曲线如题 4 图所示，

试定性解释图中近于水平的两端。

一、判断题

变间隙式电容或电感传感器，只要满足 二、选择题

1 为减少变极距型电容传感器灵敏度的非线性误差，应选用 ( ) 类型的传感器为最好。

(A) 大间距 (B) 高介电常数 (C) 差动式 (D) 小间距

2 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 ( ) 传感器。

（ A ）压电式 （ B ）电阻式 （ C ）电涡流式 （ D ）电容式 三、填空题

1 按工作原来的不同，电容式传感器可分为 、 和 三种类型。第一种常用于测量 ，第二种常用于测量 ，第三种常用于测量 。

2 变间隙式电容传感器的初始间隙 d 0 越小，传感器的灵敏度 K 0 、非线性误差

，以上说明，提高 K 0 与减小

。在实际应用中，为使传感

具有足够小的值，则还

条件，则灵敏度就可视为常数。

器具有足够大的 K 0 值，通常使 ，如果还必须使

应满足 ，这就是它只能用于测量 的原理。 3 解决变间隙式电容传感器提高 K 0 与

间的矛盾，可采用 电容传感器，

后者与前者相比，不仅灵敏度 ，而且非线性误差也 。但是，它还受电容极板间 的限制，为此，常采用 的变间隙式电容传感器。

4 部分固体介质的变间隙式电容传感器的 ，它既是 因子，

又是 因子，由于 N 1 ，因此该传感器是在牺牲 的前提下，换取 提高的。

5 变面积式电容传感器的电容增量

，其灵敏度

与动极板位移量

的关系为

。因此，该传感器具有 输出特性，

即具有测量线位移的 和灵敏度 K 为 等优点。

6 极板长度、 极板间间隙、选介电常数 介质，都可以提高变面积式电容式传感器的灵敏度。

7 用变介电常数式电容式传感器测量介质的 比测量其 的性能要好。

8 由于电容式传感器的电容量 ，即容抗 ，因此，该传感器具有需要输入能量 的优点和易受 、稳定性 的缺点。

9 由于电容式传感器动极板移动过程中 ， 以及两极板间的 等原因，所以，该传感器 几乎没有零漂。

10 由于电容式传感器的初始电容 ，因此，该传感器的最大关键问题是 的影响极其严重，这不仅会造成传输效率 ，灵敏度 ，而且会产生很大的 。

11 电容式传感器配用的 测量电路很多，诸如 、 、 、 和等等。

12 对定型的电容式压力传感器而言，其灵敏度为 ，即传感器具有 特性。

13 各中加速度传感器都采用 ，将被测加速度变换成 或者 ，而后再通过传感器转换成相应的 。电容式传感器的主要特点是 、 。

14 由于电容式荷重传感器具有测量误差 、受接触面影响小和温度漂移可补偿到 的程度等优点，因此它不仅被广泛地应用于 和 的检测，而且在自动检测和控制系统中也常来作 发送器。

15 差动式面积电容式传感器的主要优点是 和 。 四、简答题

1 试述电容式传感器的工作原理与分类？

2 比较空气介质的变间隙式与差动式电容传感器的灵敏度和非线性误差 3 说明部分固体介质的变间隙式电容传感器的设计目的和特点 4 为什么变面积式传感器的测位移范围较大？

5 为什么采用变介质电常数式传感器测量介质介电常数变化，比测量介电材料厚度变化的性能要好？

6 试述电容式传感器的特点和关键问题。

7 电容式传感器配用的测量电路有哪几种？它们的工作原理和主要特点是什么？

8 说明电容式严厉、加速度、荷重、位移传感器的组成、原理及主要特点。 五、计算题

1 一电容测微仪,其传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径 r=1mm，工作初始间隙

，介质为空气。问：（ 1 ）如果传感器的极板间隙变化量

，电容变化量是多少？（ 2 ）如果测量电路的灵敏度

，读数仪表的灵敏度

仪表的实质变化多少格？

2 一平板电容式位移传感器如题 2 图所示，其极板宽度

，极板间介质为空气，其介电常数

测量 方向的位移，试计算其灵敏度。

，极板间距 。若用它来

，在

时，读数

题 2 图 题 3 图

3 电容式液位计如题 3 图所示，放入液缸的两同心金属圆筒构成电容的两极。设外筒内径为 为

，内筒外径为

，液位的介电常数为

，空气的介电常数

，电极总长为 ，液面高度为 。求：

的关系；

(1) 液面高度 与电容

(2) 液位计的灵敏度 ，并分析 与 是否是线性关系。

4 题4图所示为一电容式速度传感器。证明该传感器的输出电流 i 正比于电容器动片的角速度

5 题 5 图所示为一变介质电容式位移传感器。两金属极板为边长 5cm 的正方形，相距 1mm ，介电板与金属极板等宽，厚为 1mm ，可在金属基板间滑动。设空气和介电板的相对介电系数分别为1和4，试计算位移 的电容值（真空中的介电常数

第五章 信号调理、处理与记录

简答题 1

以阻值R=100Ω、灵敏度S=2的电阻丝应变片与阻值为100Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为2V，并假设负载为无穷大，当应变片的应变为2με和2 000με 时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。

2 3 4 5 6 7 8 9

电阻应变片常用的测量电路是什么? 电容和电感传感器常用的测量电路是什么? 电荷放大器是哪种传感器的测量电路? 交流电桥可作为哪些传感器的测量电路? 什么是调制和解调，调制和解调的作用是什么? 常用的调幅电路有哪些?相应的解调电路是什么? 常用的调频电路有哪些?相应的解调电路是什么?

低通、高通、带通及带阻滤波器各有什么特点?它们的频率特性函数的关系是什么?

）。

时传感器

10 11 12 13 14

常见的信号记录装臵各有什么特点，如何选用。

调幅波是否可以看做为是载波与调制信号的叠加，为什麽？ 什麽是滤波器的品质因数？它与滤波器频率分辨力有何关系？ 什麽是调制，调制的目的是什麽？

调频信号与调幅信号有何相同之处？有何不同之处？

计算分析题

(1) 已知理想波形器

试求，当函数通过到滤波形后的：

1）时域波形 2）频谱

3）为什么说该滤波器的是非因果系统

(2) 试求调幅信号xa(t)=(1+cost)cos100t通过带通滤波器时的输出信号ya(t)及其频谱Ya(w)。带通滤波形的传输特性为:

(3) 请用一阶RC低通滤波器和RC高通滤波器构成RC带阻滤波器，画出其电路图。

(6) 已知调制信号是幅值为10，周期为１秒的方波信号，载波信号是幅值为１，频率为10Hz正弦波信号。 1)画出已调制波的波形 2)画出已调制波的频谱

(9) 低通、高通、带通、带阻滤波器各有什麽特点，画出它们的理想幅频特性图。

第六章 测量误差分析

问答题

6-1 什么是误差，相对误差和绝对误差如何定义。 6-2 简要说明误差的来源。

6-3 简要说明系统误差的分类，如何消除。 6-4 简要说明随机误差的分布，如何消除。 6-5 简要说明粗大误差的来源，如何消除。 6-6 间接测量的结果应如何分析误差。

第七章 静态、动态测试数据处理

问答题

7-1 简要叙述试验数据的处理方法。 7-2 分析对比试验数据的处理的三种方法。 7-3 试对已知的一组试验数据进行回归分析。 7-4 简述动态测试数据的分类。

7-5 简要说明试验数据的时域、幅值域、频域的分析方法。

第八章 微机在测试技术中的应用

问答题

8-1 微机测试系统的典型结构，及其各子系统的基本功能？ 8-2 微机测试系统的特点

8-3 模拟量的多路输入通道的常用结构形式有哪些？说明各自特点和使用场合？

8-4 什么是USB总线？USB的基本结构？

8-5 USB有几种传输类型？每种类型各有何特点？通用式主机控制器的带宽分配形式？

8-6 通用式主机控制器的带宽分配形式？

8-7 什么是虚拟仪器？虚拟仪器有什么特点？虚拟仪器的内部功能是如何划分的？

8-8 简述虚拟仪器的结构与组成方式？

8-10 软件在虚拟仪器中有什么作用？ 第九章 测试技术在汽车上的应用 问答题

1．发动机测试系统构成的特点是什么？ 2．说明汽车振动测试的方法及测试系统组成。 3．简述汽车动力性能的测试方法。

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