测试技术复习题和答案

信号部分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 时刻与 时刻频谱（幅值谱）有无变化，并说明原因。 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。 答案：1. 判断题（1） 考虑准周期信号。 （2） 频率比值为有理数。 （3） （4） 是周期脉冲序列。 （5） 根据随机信号的定义判断。 （6） 表示的是幅值谱密度与频率的函数关系。 （7） （8） （9） （10） （11） 随机初相位的正弦信号是周期信号。 （12） （13） （14） （15） 2. 选择题(1) B (2) C (3) B (4) D (5) B A D 3. 无变化 4. (1) 不是周期函数。 (2) 是周期函数，周期为 0.1 秒。 5. 周期为 0.25s 。 6. 频谱图略。 测试装置部分-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置，其动态特性均相同。 (4)测量装置的灵敏度越高，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)测量装置的相频特性 ()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（ MPa ） 读数压力（ MPa ） 读数压力（ kPa ） 0 0 标准压力（ kPa ） 正行程 反行程 0.5 0.5 0 -1.12 -0.69 1 0.98 1 0.21 0.42 1.5 1.48 2 1.18 1.65 2 1.99 3 2.09 2.48 2.5 2.51 4 3.33 3.62 3 3.01 5 4.5 4.71 23 3.01 5 4.5 4.71 3.5 3.53 6 5.26 5.87 4 4.02 7 6.59 6.89 4.5 4.51 8 7.73 7.92 5 5 9 8.68 9.1 10 9.8 10.2 2-5 用一个时间常数 的一阶装置（传递函数 H(s)=1/(1+s)）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置去测该信号，若要保证相对幅值误差小于 5 ，试问应怎样要求装置的时间常数 ？在选定 之后，求信号频率为 50 Hz 和 100 Hz 时的相位差。答案：2-1 判断题（1） 应该是 “输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比”。 （2） 还与初始条件有关。 （3） （4） 灵敏度与测量范围没有直接的关系。 （5） （6） （7） 对于单频率的正弦信号，经过该系统，波形不会失真。 2-2 31.815mm 2-3 y=1.005x-0.01 静态灵敏度为 1.005 、非线性度为 0.6。 2-4 解题思路同 2.3 。 2-5 在已知时间常数、被测信号周期的前提下，根据一阶线性系统幅值计算公式进行计算 ，幅值误差为 ，分别计算得 58.6 、 32.7 、 8.5 。 2-6 解题思路同 2.5 。 传感器部分一、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置。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+2 ； ； ） 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 组成的装置。 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