测试技术及信号处理的意义

第一章习题 测试信号的描述与分析

一、 选择题

1.描述周期信号的数学工具是（ ）。

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（ ）。 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．离散的 B.连续的 C.δ函数 D.sinc函数 4.如果一个信号的频谱是离散的。则该信号的频率成分是（ ）。

A.有限的 B.无限的 C.可能是有限的，也可能是无限的 5.下列函数表达式中，（ ）是周期信号。

A. x(t)???5cos10???????当t?0??????????????????

?0???????????????????当t?0B.x(t)?5sin20?t?10cos10?t?????????t???) C.x(t)?20e?atcos20?t?????(???t???)

6.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 ７.描述

习题

1. 试述信号的分类和描述方法。时域和频域描述方法各自有什么特点及用途？请用图示的方

法对单位直流信号、单位脉冲信号、正弦信号、余弦信号进行描述。 2. 周期信号和非周期信号（瞬变信号）的频谱各有什么特点？ 3. 试述傅里叶变化的主要性质。

4. 试述自相关函数和互相关函数的含义，分别说明它们

在工程上有哪些应用？

5. 求图1所示求单边指数信号x(t)?Ee?at(a?0，t?0) 的频谱X(ω)，并做出频谱图。

6. 求被截断的余弦信号（题图2）的傅氏变

换X(ω)。

7. 连续信号在数字化的过程中会出现哪些

问题，如何防止这些问题的出现？ 8. 判断并改错题

1) 矩形脉冲信号是一个周期信号，频谱为常数。( )

2) 准周信号频谱是离散的，所以其为周期信号。（） 3) 周期相同的两个周期信号的互相关函数仍是周期函数，但其周期变，相位信息丢失。（） 4) 周期单位脉冲信号的频谱是非周期信号。（） 9. 某信号的自相关函数图形如题图3所示，试分

析该信号是什么类型的信号，并在图中表示出ψx=?、μx=？

2

图1 题图2 题图3 10. 某车床加工外圆表面时，表面振纹主要由转

46642456.doc

应变测试信号处理电路设计

摘要：电阻应变式传感器应用十分广泛。利用电阻应变式传感器作为转换器件进行力的测试是一种常用的测力方法，但是由应变传感器直接输出的信号很微弱，需进行信号调理才能进行数字化处理。本文通过对应变传感器输出信号的分析，设计了一种高精度应变测试放大滤波电路作为微弱应变信号的前置处理电路。电路以高精度仪表放大器AD620与高精度运放OP07作为核心器件。经过实验证明其效果良好，线性失真很低，满足工程运用的要求。 0 引言

电阻应变式传感器应用十分广泛，一般采用桥式电路结构，从应变传感器所获得信号常为差模微弱信号，并含有较大共模部分，其数值有时远大于差模信号。因此，要求放大器应具有较强的抑制共模信号的能力。这就要求前置测量放大电路具有高增益、高精度、低噪声、低漂移、高共模抑制比等特点。仪表用放大器AD620是一种低功耗的仪用放大器，增益可调节，还具有高输入阻抗和高共模抑制比，特别适合做小信号的前置放大级。OP07为高精度运算放大器，噪声低，具有极低的输入失调电压及温漂，与阻容构成有源放大滤波电路，做为电路的第二级。通过级联方式对应变电桥输出的小信号进行放大滤波。 1 电阻应变电桥工作原理

应变片是常用的

一. 判断题

【 】1. 磁电式速度传感器是利用电磁感应原理。对

【 】2. 测量正确度描述了测量结果中粗大误差大小的程度。错 【 】3. 确定信号中那些不具有周期重复性的信号称为非周期信号。对

【 】4. 当一个空气微粒偏离其平衡位置时，就有一个压力的临时增加，据此可描

述声强为功率面积。错

【 】5. 应变片式位移传感器是将位移量转换为应变量。对

二. 单向选择

1. 通过与国家基准对比或校准来确定量值单位的为 B 。

A.国家基准 (B) 副基准 C.计量基准 D.企业基准

2. 下列不属于量值的是 D 。

A. 2m B.30kg C.4s D. A

3. 同一量多次测量时，误差的正负号和绝对值以不可预知的方式变换称为 B 。

A.系统误差 B.随机误差 C.相对误差 D.绝对误差 4. D 中那些不具有周期重复性的信号称为非周期信号。

A.离散信号 B.阶跃信号 C.不确定信号 D.确定信号

5. 周期信号的强度可用峰值、 C 、有效值、和平均功率来描述。

A.真值

2．已知信号x(t)试求信号x(0.5t) ，x(2t)的傅里叶变换

?1,x(t)???0,t?T1t?T1

解：由例可知x(t)的傅里叶变换为

X(f)?2T1sinc2?fT1

根据傅里叶变换的比例特性可得

如图2-32所示,由图可看出，时间尺度展宽(a<1.0)将导致其频谱频带变窄,且向低频端移

Fx(0.5t)??F?x(2t)??1f??2T1sinc?2?T1??4T1sinc?4?fT1?0.50.5??1f??2T1sinc?2?T1??T1sinc??fT1?22??动,这种情况为我们提高设备的频率分析范围创造了条件,但是以延长分析时间为代价的;反之,时间尺度压缩(a>1.0)会导致其频谱频带变宽,且向高频端扩展,这种情况为我们提高信号分析速度提供了可能。

2Tx(t/2)1a=0.5-1/2T1/2T-TTtfx(t/2)1a=1.0-1/TT1/T-T/2T/2t1 fx(t/2)1a=2.0-2/TT/22/T-T/4T/4t1 f 题图2-17 时间尺度展缩特性示意图

3．所示信号的频谱

x(t)?12x1(t?2.5)?x2(t?2.5)

式中x1(t), x2(t)是如图2-31b），图2-31c）所示矩形脉冲。

解：根据前面例2-15求得x1(t)

1． 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。 答：白噪声是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声，所有频率具有相同能量的随机噪声称为白噪声。在其频谱上是一条直线。系统频率特性：传递函数的一种特殊情况，是定义在复平面虚轴上的传递函数。时域卷积分定理：两个时间函数的卷积的频谱等于各个时间函数的乘积，即在时域中两信号的卷积等效于在频域中频谱相乘。频域卷积分定理：两个时间函数的频谱的卷积等效于时域中两个时间函数的乘积。 y(t)=h(t)*x(t),对y(t)作付式变换，转到相应的频域下Y(f)=H(f)X(f)，由于x(t)是白噪声，付式变换转到频域下为一定值，假定X(f)=1，则有Y(f)=H(f)，此时就是传递函数。

2． 用1000Hz的采样频率对200Hz的正弦信号和周期三角波信号进行采样，请问两个信

号采样后是否产生混叠？为什么？

采样频率ωs（2π／Ts）或 fs(1／Ts)必须大于或等于信号x(t)中的最高频率ωm的两倍，即ωs＞2ωm，或 fs＞2fm。

为了保证采样后的信号能真实地保留原始模拟信号的信息，采样信号的频率必

信号分析与处理方法及应用

摘 要

信号是通信系统在运行过程中各种随时间变化的动态信息，经各种测试仪器拾取并记录和存储下来的数据或图像。信号处理与分析技术则是工业发展的一个重要基础技术。

随着各行各业的快速发展和各种各样的应用需求，信号分析和处理技术在信号处理速度、分辨能力、功能范围以及特殊处理等方面将会不断进步，新的处理激素将会不断涌现。当前信号处理的发展主要表现在：1.新技术、新方法的出现；2.实时能力的进一步提高；3.高分辨率频谱分析方法的研究三方面。

信号处理的发展与应用是相辅相成的，工业方面应用的需求是信号处理发展的动力，而信号处理的发展反过来又拓展了它的应用领域。机械信号的分析与处理方法从早期模拟系统向着数字化方向发展。在几乎所有的通信领域中，它一直是一个重要的研究课题。

随着信息技术的不断发展和信息技术应用领域的不断扩展，这门课程已经从电子信息工程类专业的专业基础课程扩展成电子信息、自动控制、电子技术、电气工程、计算机技术、生物医学工程等众多电类专业的专业基础课程，甚至在很多非电专业中也设置了这门课程。而其内容也从单一的电系统分析扩展到许多非电系统分析。虽然各个专业开设这门课程时的侧重点会有所不同，应用背景也有差异，但是，本课程所提练的信号

绪论

.列出几项你身边传感测试技术的应用例子。

解：光电鼠标，电子台称，超声波测距，超声波探伤等。

第1章传感器的基本概念

1. 什么叫做传感器的定义？

最广义地来说，传感器是一种能把物理量、化学量以及生物量转变成便于利用的电信号的器件。

2.画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。

答：

被测量 敏 感 元 件 转 换 元件 基 本 转 换电路 电量 传感器系统的组成框图 传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成， 1）.敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

2）.转换元件：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。 3）.转换电路：上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。

3.传感器有哪几种分类 ？

按被测量分类 ——物理量传感器 ——化学量传感器 ——生物量传感器 按测量原理分类 阻容 力敏 光电 声波 按输出型式分类 数字传感器 模拟传感器

哈尔滨工程大学

博士学位论文

阵列信号处理相关技术研究

姓名：陈四根

申请学位级别：博士

专业：通信与信息系统

指导教师：杨莘元

20040501

阵列信号处理相关技术研究

摘要

阵列信号处理是信号处理领域的一个重要分支，在雷达、通信等系统中得到广泛的应用。通过对信号在时间和空间上同时进行采样和处理，可以更加充分地提取信号中的信息，从而更加有效地抑制干扰，提高系统的效率。本文介绍了阵列信号处理基本理论及模型，主要对阵列信号处理的两个重要方面——ＤＯＡ估计和波束形成技术及其相关技术进行了一些研究。

分析了一种基于单反射的椭圆模型的多径信道，根据随机变量函数的概率分布理论设计了一种这种信道模型的仿真方法。

ＭＵＳＩＣ算法是一种经典的谱估计算法，但是计算量相对较大，提出了一种适用于等距线阵的ＤＯＡ估计方法，这种方法结合ＦＦＴ和传统ＭｕｓＩｃ算法，可以减少估计搜索量。

研究了循环统计量的噪声干扰抑制特性，提出了一种基于循环自相关的ＤＯＡ估计方法，相对伪数据的循环统计量ＤＯＡ估计算法，这种算法计算简单。

分析研究了阵元互耦对谱相关信号子空间拟合ＤＯＡ估计算法的影响，提出了相应的互耦补偿方法。

分析了相干信号的ＤＯＡ估计问题，对比研究了前向空间平滑技术和前后向空间平滑技术的性质，提出

哈尔滨工程大学

博士学位论文

阵列信号处理相关技术研究

姓名：陈四根

申请学位级别：博士

专业：通信与信息系统

指导教师：杨莘元

20040501

阵列信号处理相关技术研究

摘要

阵列信号处理是信号处理领域的一个重要分支，在雷达、通信等系统中得到广泛的应用。通过对信号在时间和空间上同时进行采样和处理，可以更加充分地提取信号中的信息，从而更加有效地抑制干扰，提高系统的效率。本文介绍了阵列信号处理基本理论及模型，主要对阵列信号处理的两个重要方面——ＤＯＡ估计和波束形成技术及其相关技术进行了一些研究。

分析了一种基于单反射的椭圆模型的多径信道，根据随机变量函数的概率分布理论设计了一种这种信道模型的仿真方法。

ＭＵＳＩＣ算法是一种经典的谱估计算法，但是计算量相对较大，提出了一种适用于等距线阵的ＤＯＡ估计方法，这种方法结合ＦＦＴ和传统ＭｕｓＩｃ算法，可以减少估计搜索量。

研究了循环统计量的噪声干扰抑制特性，提出了一种基于循环自相关的ＤＯＡ估计方法，相对伪数据的循环统计量ＤＯＡ估计算法，这种算法计算简单。

分析研究了阵元互耦对谱相关信号子空间拟合ＤＯＡ估计算法的影响，提出了相应的互耦补偿方法。

分析了相干信号的ＤＯＡ估计问题，对比研究了前向空间平滑技术和前后向空间平滑技术的性质，提出