标准答案传感器与测试技术试卷A

1、-装 订 线-上 海 海 事 大 学 试 卷2009 2010 学年第二学期期末考试 传感器与测试技术 （A卷）标准答案和评分标准一、填空题（15分，每空0.5分，答对30个空格得15分）请将正确答案写在相应空格。1、基准是用来 保存、复现计量单位 的计量器具。基准通常分为 国家基准 、 副基准 和 工作基准 三种等级。2、按误差的统计特征来分，误差可分为 系统误差 、 随机误差 和 粗大误差 。一般， 粗大 误差可以剔出。3、能够感受规定的 被测量 并按照一定的 规律 转换成可用输出信号的器件或装置称作传感器，它通常由 敏感 元件和 转换 元件组成。4、传感器的静态特性中，输出量的变化量与引

2、起此变化的输入量的变化量之比称为 灵敏度 。5、在规定条件下，对一个 恒定 的输入在规定时间内的输出变化称为点漂，而在 标称范围最低值 处的点漂，称为零点漂移。6、对于一个物理系统，系统的输出信号在时间上一般 滞后 于输入信号，这种在时间上的不同步现象及其严重程度是由系统的 相频 特性所决定的。7、若周期信号x(t)的周期为T，则其基频为 1/T 。8、电阻应变式传感器的作用是把材料的 应变（变形） 转换成 电阻 的相对变化。9、机械振动是指物体在 平衡（或平均） 位置附近所作的 往复 运动。10、描述振动强烈程度的量主要有 峰 值、 有效 值和 平均 值，振动烈度实质是 速度的有效值 。11

3、、惯性式振动传感器（k-m-c系统）具有 二 阶环节的频响特性。12、电容式传感器根据测量原理可分为三种类型：变间隙型 、 变面积型 和和 变介电常数型 。二、简答题（6小题，每小题5分，共30分）请将正确答案写在相应小题空白处。1、Fourier变换的主要思想是什么？答：把复杂的时域波形，经FT分解成若干单一的谐波分量来研究，从而获得信号的频率结构以及各谐波幅值和相位信息。2、 静态测量和动态测量的区别？答：静态测量特点是被测量值可以认为是恒定的；动态测量特点是被测量值是随时间而变化的。3、 用石英晶体加速度计及电荷放大器测量振动。已知：加速度计灵敏度为0.5 pC/(ms-2)，电荷放大器

4、灵敏度为50 mV/pC，当机器达到最大加速度值相应的输出电压幅值为2V。试求该机器的最大振动加速度？答：0.5 pC/(ms-2) 50 mV/pC =25 mV/(ms-2) =0.025 V/(ms-2)ms-24、 试说明一阶系统中时间常数越小越好的原因？答：一阶系统中时间常数越小，系统响应越快，且满足于测试不失真条件的频带也越宽。5、 振动传感器不同的安装方式对测量有何影响？答：对于不同安装方式的振动传感器，当其固有频率越高时，其满足线性变化的频率范围越大，即所能测量的振动频率范围越宽。6、 如图所示为悬臂梁自由振动后并趋于稳定（静态）的动载应变信号(左图为时域波形，右图为其幅频曲线

5、)，简述如何在时域波形和幅频曲线上分别求该载荷信号的平均值（即静载应力），并在图上分别以线段和原点标注示意。幅频曲线中圆点所标注的数值表示什么物理含义，请说明？（5分）答：在时域波形中对趋于平稳的数据段求平均值就得到其平均应力值（静载应力），在幅频谱图中零频率分量对应的值便是静载应力的值。幅频曲线中圆圈所标注的峰值表示该悬臂梁振动的固有频率为8.20Hz，在采样时间内的平均振幅为0.75，平均振幅体现出了该振动的能量大小。 三、综合题（10+10+15+10+10，共55分）请将正确答案写在相应小题空白处。1、用时间常数为0.0025s的一阶测量装置（如图所示）进行周期信号测量。若将幅度误差限

6、制在5%以下，（1）试求所能测量的最高频率为多少？（5分）（2）此时的相位差是多少？（5分） 解：由题意得 (1) (2) (3) (4)由（1）（2）（3）（4）式得：2、假设能满足实现不失真测量条件的某一测量装置，在x=5sin(100t)的输入信号激励下，其输出信号为y=10sin(100t-/10)，问：（1）该测量装置输出滞后于信号输入的时间为多少？（5分）（2）当输入信号为x=2sin(400t)时，该装置输出信号的幅值和相位为多少？（5分）解：该装置满足实现不失真测量条件，即输出y(t)和x(t)的关系为y(t)=A0x(t-t0)A0=10/5=2 t0=1/1000=1ms

7、信号输出滞后于信号输入的时间为1ms当输入信号为x=2sin(400t)时，该装置输出信号的幅值Ay=A0×Ax=2×2=4相位3、有一工程信号x(t)=2+5+2×sin(200t)×cos(800t) + 3×sin(600t)，（1）试画出它的单边幅频谱图，并明确标注其频率及其相应的幅值。（10分）（2）在保证信息不丢失的情况下，采样频率至少为多少？此时，求出相应的采样间隔和折叠频率？（5分）（注：2 sin()×cos()= sin(+) +sin(-）30040005000f(Hz)51A(f)2该工程信号所包含的最高频率根

8、据采样定理，在保证信息不丢失的情况下，采样频率应满足：相应的采样间隔=1/fs=1/1000=0.1ms折叠频率=fs/2=500Hz4、有人在使用半桥相邻两臂测电阻应变片时（R1和R2是工作片），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。简化电路，设 ，试问，(1)未增加应变片时电路的灵敏度？（5分）（2）在半桥（R1和R2）双臂各串联一片相同应变片时是否可提高灵敏度？说明为什么？ （5分）解：未增加电阻应变片时， 简化电路，设 时，计算得：半桥双臂的灵敏度为： 当半桥双臂各串联一片时： 简化电路，设 时，计算得：，所以不能提高灵敏度。5、图所示为应变测量的传感与信号放大装置。设电阻应变计（工作片）电阻值R1=120 ；灵敏度Sg=2.00；其它桥臂的电阻值R2= R3= R4=120 ；供桥电压u0=4 V。试问