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1、傳感器與測試技術(shù)期末考試試卷一、填空（每空1份，共20分）1 測試技術(shù)的基本任務(wù)是 獲取有用信息 。2 從時域看，系統(tǒng)的輸出是其輸入與該系統(tǒng) 脈沖響應(yīng)函數(shù) 的卷積。3 信號的時域描述，以 時間t 為獨立變量；而信號的頻域描述，以 頻率f 為獨立變量。4 如果一個信號的最高頻率為50Hz，為了防止在時域采樣過程中出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，采樣頻率應(yīng)該大于 100 Hz。5 在橋式測量電路中，根據(jù)其 激勵電流 的性質(zhì)，可將其分為直流電橋與交流電橋。6 金屬電阻應(yīng)變片與半導體應(yīng)變片的主要區(qū)別在于：前者利用形變效應(yīng) 引起的電阻變化，后者利用 壓阻效應(yīng) 變化引起的電阻變化。 7 壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的 壓電效

2、應(yīng) 而工作的。8 帶通濾波器的上下限截止頻率為fc2、fc1，其帶寬B = ；若其帶寬為1/3倍頻程則fc2 = fc1。9 屬于能量控制型的傳感器有電阻式傳感器、渦電流傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器等等。10 根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)不同，調(diào)制可分為 調(diào)頻 、 調(diào)幅 、 調(diào)相 。11 相關(guān)濾波的工作原理是 同頻相關(guān)不同頻不相關(guān)/同頻檢測原理12 測試裝置的動態(tài)特性可以用 傳遞 函數(shù)、 頻率響應(yīng) 函數(shù)和脈沖響應(yīng) 函數(shù)進行數(shù)學描述。二、選擇題（把正確答案前的字母填在空格上，每題1分，共10分）1 不能用確定的數(shù)學公式表達的信號是 d 信號。 A 復雜周期 B 非周期 C 瞬態(tài) D 隨機2 平穩(wěn)隨

3、機過程必須 b 。 A 連續(xù) B統(tǒng)計特征與時間無關(guān) C 各態(tài)歷經(jīng) D 統(tǒng)計特征等于時間平均3 一階系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)是 c 。A 固有頻率 B 阻尼比 C 時間常數(shù) D 靈敏度4 系統(tǒng)在全量程內(nèi)，輸入量由小到大及由大到小時，對于同一個輸入量所得到的兩個數(shù)值不同的輸出量之間的最大差值稱為 a 。A 回程誤差 B 絕對誤差 C 相對誤差 D 非線性誤差5 電阻應(yīng)變片的輸入為 b 。A 力 B 應(yīng)變 C 速度 D 加速度6 d 用于評價系統(tǒng)的輸出信號和輸入信號之間的因果性。A 傳遞函數(shù) B 互相關(guān)函數(shù) C 互譜密度函數(shù) D 相干函數(shù)7 為使電纜的長短不影響壓電式傳感器的靈敏度，應(yīng)選用 b 放大器。A

4、 電壓 B 電荷 C 微分 D 積分8 在測量位移的傳感器中，符合非接觸測量而且不受油污等介質(zhì)影響是d 傳感器。A 電容式 B 壓電式 C 電阻式 D 電渦流式9 信號分析設(shè)備可分析的頻率低于磁帶記錄儀記錄信號的頻率，可將磁帶 b ，也可達到分析的目的。 A 重放速度放快 B 重放速度放慢 C 重放速度不變 D 多放幾次10. 一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)中，超調(diào)量 d 。 A 存在，但5 B 存在，但2倍 C、（.-.）D、.1倍18、 為使電纜的長度不影響壓電式傳感器的靈敏度，應(yīng)選用（B ）放大器。 A、電壓 B、電荷 C、微分 D、積分19、 當時,信號x（t）的自相關(guān)函數(shù)Rx（）呈周期性變化,說

5、明該信號(B )。A、為周期信號B、含有周期成份C、為離散信號D、為非周期信號20、 正弦信號的自相關(guān)函數(shù)，使原有的相位信息(B )A、不變 B、丟失 C、移相 D、一定變?yōu)?021、 不能用確定的數(shù)學公式表達的信號是（D）信號。 A、復雜周期 B、瞬態(tài) C、非周期 D、隨機22、 非線性度是表示定度曲線（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏離其擬合直線 C、正反行程不重合D、滯后現(xiàn)象23、 自相關(guān)函數(shù)一定是（B ）函數(shù)。 A、奇 B、偶 C、周期 D、非周期24、 為了能從調(diào)幅波中很好地恢復出原被測信號，通常用（D）做為解調(diào)器。A、鑒頻器 B、整流器 C、鑒相器 D、相敏檢波器25、 采樣時

6、為了不產(chǎn)生頻譜混疊，采樣頻率必須大于信號最高頻率的（2 ）倍A、4 B、2 C、10 D、526、 壓電式傳感器前置放大器的主要作用是（B ）。 A、把傳感器的低阻抗輸出變換為高阻抗輸出 B、把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出 C、調(diào)制傳感器的輸出信號D、對傳感器的輸出信號盡行檢波27、在電橋測量電路中，由于電橋接法不同，輸出的電壓靈敏度也不同，_D_接法可以獲得最大的輸出。A、單臂電橋B、差動半橋C、補償電橋 D、全橋28、壓電傳感器所使用的前置放大器在電路中起著很重要的作用，以下說法錯誤的是_B_。A、將傳感器的高阻抗輸入變成低阻抗輸出。B、將傳感器的底阻抗輸入變成高阻抗輸出。C、將壓電

7、傳感器的微弱信號放大。D、電壓放大器和電荷放大器的區(qū)別在于電荷放大器帶有一個深度負反饋。29、幅值調(diào)制裝置實質(zhì)是一個C、低通濾波器 、高通濾波器 、乘法器 、振蕩器30、理想濾波器在通帶內(nèi)的幅頻特性為A 、常數(shù) 、零 、零或常數(shù) 、無法確定31變極距型電容傳感器的輸出與輸入，成（A ）關(guān)系。A.非線性 B.線性 C.反比 D.平方32如果窗函數(shù)頻譜的主瓣峰值相對于左右旁瓣峰值越大，則該窗函數(shù)的泄漏誤差（A ）。A.越小 B. 越大 C.不定 D.不確定33不能用渦流式傳感器進行測量的是( D )。A.位移 B.材質(zhì)鑒別 C. 探傷 D.非金屬材料34設(shè)時域信號x(t)的頻譜為X(f)，則時域信

8、號（C ）的頻譜為X(ff0）。 A . B. C. D. 35壓電式傳感器后面的放大器的主要功能為（ C ）。 A.阻抗變換 B.信號放大 C. 阻抗變換和信號放大 D.不確定36一個相鄰雙臂工作的測力電橋，如果將兩工作臂的一個應(yīng)變片均改為兩個應(yīng)變片串聯(lián)，則電橋的輸出電壓（D） A. 加大一倍 B. 減小一倍 C. 不變 D. 加大兩倍 37一個相鄰雙臂工作的測力電橋，如果將兩工作臂的一個應(yīng)變片均改為兩個應(yīng)變片串聯(lián)，則電橋的輸出電壓（） A. 加大一倍 B. 減小一倍 C. 不變 D. 加大兩倍 二、判斷題1、測試工作的任務(wù)主要是要從復雜的信號中提取有用信息。(T)2、周期信號各次諧波的頻率

9、只能是基波頻率的整數(shù)倍。(T)3、一般把控制高頻震蕩波的緩變信號稱為調(diào)制波，載送緩變信號的高頻震蕩稱為載波，調(diào)制后的震蕩波稱為已調(diào)波。(T)4、測量環(huán)節(jié)作為被測量環(huán)節(jié)的負載,兩環(huán)節(jié)將保持原來的傳遞函數(shù)。(F)5、一個理想的測試裝置，其輸入和輸出之間應(yīng)具有線性關(guān)系為最佳。(T)6、壓電傳感器的前置放大器的主要作用是對傳感器輸出信號進行解調(diào)。(F)7、周期信號的頻譜是由無限多條離散譜線組成，每一條譜線代表一個諧波分量。(T)8、當0時，自相關(guān)函數(shù)值最小值。F9、濾波器中，一般規(guī)定幅頻特性值等于1.414A時所對應(yīng)的頻率稱為截止頻率。(f)10、用二階系統(tǒng)作測量裝置時，為獲得較寬的工作頻率范圍，則系

10、統(tǒng)的阻尼比應(yīng)接近0.707。(T)11、信噪比越大則有用信號的成分越大,噪聲影響也大。(T)12、用二階系統(tǒng)作測量裝置時，影響幅值測量誤差大小的參數(shù)有靈敏度。(T)13、在電橋測量電路中，由于電橋接法不同，輸出的電壓靈敏度也不同，差動半橋接法可以獲得最大的輸出。(F)14、周期信號頻譜具有發(fā)散性、諧波性、離散性。(f)15、對于電壓放大器來說，當改變電纜的型號尺寸，輸出電壓將不改變。(F) 16、前置放大器在電路中起到了放大傳感器微弱信號和將傳感器的低阻抗輸出變換為高阻抗輸出的作用。(F)17、霍爾式傳感器是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣的一種磁敏傳感器之一，其工作原理為霍爾效應(yīng)。(T)18、差動半橋接法

11、的靈敏度是單臂電橋靈敏度的3 倍。(F) 19、任意函數(shù)和函數(shù)的卷積，就是將該函數(shù)在自己的橫軸上平移到函數(shù)所對應(yīng)的位置。(F)20、調(diào)制是指利用被測緩變信號來控制或改變高頻震蕩波的某個參數(shù)。使其按被測信號的規(guī)律變化，以利于信號的放大與傳輸。(T)21非周期信號的頻譜都是連續(xù)的。（ T）22隨機信號是確定性信號。（F）23傳遞函數(shù)不僅反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)過程，還反映了系統(tǒng)響應(yīng)的過渡過程。（T ）24變間隙式差動變壓器是一種電容式傳感器。（F）25選擇好的窗函數(shù)對信號進行截斷，可以減少能量泄漏。（T ）26非周期信號的頻譜一定是離散的。（F ）27瞬態(tài)信號是能量有限信號。（T ）28變面積型電容傳感器

12、的靈敏度不為常數(shù)。（ F ）29在直流電橋中，只要滿足任意兩相鄰橋臂的阻值之乘積等于另外兩相鄰橋臂阻值的乘積， 則電橋一定處于平衡。（F ）30測試系統(tǒng)的靈敏度越高測量性能越好。（F）三、填空題1、 若x(t)的傅立葉變換是X(f),則x(kt)的傅立葉變換是1/k*X(f/k)2、 測試裝置輸出波形無失真但有時間延遲的不失真測試條件是：裝置的幅頻特性為（常數(shù)），相頻特性為（）=-t）。3、 x(t) 的頻譜是X（f）,y(t)的頻譜是Y(f),若在頻域內(nèi)X(f)與Y(f)作相乘運算，則對應(yīng)在時域內(nèi)x(t)與 y(t)應(yīng)作_卷積_4、 一個理想的測試裝置，其輸入和輸出之間應(yīng)該具有（線性 ）關(guān)系

13、最佳。5、 壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的_壓電效應(yīng)_而工作的6、 調(diào)幅波可以看作是載波與調(diào)制波的相乘。7、 為了提高便極距型電容傳感器的靈敏度,線形度及減小外部條件對測量精度的影響，實際應(yīng)用時常常采用差動式工作方式8、 頻率不同的兩個正弦信號,其互相關(guān)函數(shù)Rxy( )=(0 )9、 濾波器分離信號中相鄰頻率成份的能力稱為（分辨能力），它取決于濾波器的（帶寬 ）。10、 壓電式傳感器在使用電壓前置放大器時，連接電纜長度改變，測量系統(tǒng)的靈敏度也發(fā)生變化11、 測試系統(tǒng)通常由（傳感器 ），（信號的調(diào)理和轉(zhuǎn)換 ）及（信號處理 ）所組成。12、 對連續(xù)時域信號作加窗截斷處理，必然會引起頻譜的（ 泄露）現(xiàn)

14、象。13、 能用確切數(shù)學式表達的信號稱為確定性信號，不能用確切數(shù)學式表達的信號稱為隨機信號。14、選擇窗函數(shù)對信號進行截斷時，應(yīng)力求其頻譜的主瓣寬度窄些，旁瓣幅度小些。15、根據(jù)濾波器的選頻作用分，濾波器可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器。16、由函數(shù)卷積特性，任一函數(shù)x(t)與具有時移to的單位脈沖函數(shù)(tto)的卷積為x=(tto)，(t)函數(shù)的頻譜密度函數(shù)為四、簡答題1、 差動型變磁阻式電感傳感器在使用時常把兩個線圈接在電橋的兩個相鄰橋臂中，試問：（1）此電橋需接入何種激勵電壓？高頻正弦電壓（2）該電橋的輸出電壓是何波形？高頻正弦波的幅值隨傳感器輸出波的變化而變化（3）

15、輸出電壓的幅值與傳感器的什么量有關(guān)？靈敏度（4）輸出電壓大小能否反映被測量的方向？欲知被測量的方向，測量電路中應(yīng)帶有什么環(huán)節(jié)?不能，在測量電路之后接入差動相敏檢波電路2、 在用應(yīng)變儀測量機構(gòu)的應(yīng)力，應(yīng)變時，如何消除由于溫度變化所產(chǎn)生的影響？利用電橋的和差特性，將兩片應(yīng)變片分別接到測量機構(gòu)的相對面上，并接入電橋中相鄰的橋臂上，使得由于溫度變化而導致的輸出電壓無用值相互抵消。3、把一個變阻器式傳感器按如圖接線，它的輸入量是什么？輸出量是什么？在什么條件下，它的輸出量與輸入量之間有較好的線性關(guān)系？ 輸入量是被測量的位移。輸出量是電壓值。只有當變阻器 的最大電阻值與后接電路的輸入電阻比值趨于0時，它的

16、輸出量與輸入量之間有較好的線性關(guān)系4、金屬電阻絲應(yīng)變片與半導體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？各有何特點？前者是利用導體形變引起阻值變化，后者是利用半導體電阻率變化引起阻值變化。金屬電阻絲應(yīng)變片穩(wěn)定性和溫度特性好，但靈敏度系數(shù)小。 半導體應(yīng)變片應(yīng)變靈敏度大；體積小；能制成具有一定應(yīng)變電阻的元件，但溫度穩(wěn)定性和可重復性不如金屬應(yīng)變片。5、簡述壓電效應(yīng)現(xiàn)象；石英晶體所產(chǎn)生的橫向和縱向壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷聚集在哪里？其大小分別如何計算？某些物質(zhì)在外力的作用下，不僅幾何尺寸發(fā)生了變化，而且內(nèi)部極化，某些表面上出現(xiàn)電荷，形成電場。當外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這一現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)現(xiàn)象。石英晶體所產(chǎn)生的眾

17、向壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷聚集在與電軸 (X) 垂直的平面上，其大小為。石英晶體所產(chǎn)生的橫向壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷聚集在與電軸 (X) 垂直的平面上，其大小為。a、b分別為晶體片的長度和厚度。6、什么是調(diào)制，調(diào)制的目的是什么，如何實現(xiàn)對信號進行調(diào)幅和解調(diào)？調(diào)制是指利用某種低頻信號來控制或改變一高頻振蕩信號的某個參數(shù)的過程。信號調(diào)理的的目的是（1）實現(xiàn)緩變信號的傳輸，特別是遠距離傳輸 （2）提高信號傳輸中的抗干擾能力和信噪比對信號進行調(diào)幅是將一個高頻載波信號與被測信號相乘，使得高頻信號的幅值隨被測信號的變化而變化。可使用同步解調(diào)、相敏檢波的方式來實現(xiàn)對信號進行解調(diào)。 7、試用方框圖描述測試系統(tǒng)的組成，并簡

18、述測試工作的全過程。傳感器將被測物理量(如噪聲,溫度等) 檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對接收到的電信號用硬件電路進行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進行信號分析，顯示記錄裝置則測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動控制裝置。 8、什么是負載效應(yīng)？對于電壓輸出的環(huán)節(jié)，減輕負載效應(yīng)的措施有哪些？當一個裝置聯(lián)接到另一裝置上時，由于發(fā)生能量交換而使前裝置的聯(lián)接處甚至整個裝置的狀態(tài)和輸出都將發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為負載效應(yīng)。對于電壓輸出的環(huán)節(jié)，減輕負載效應(yīng)的辦法有:(1)提高后續(xù)環(huán)節(jié)(負載)的輸入阻抗；(2)在原來兩個相聯(lián)接的環(huán)節(jié)之中，插入高輸入阻抗、低輸出阻抗的放大器，以便一方面減小從前環(huán)節(jié)吸取能量，另一

19、方面在承受后一環(huán)節(jié)（負載）后又能減小電壓輸出的變化，從而減輕負載效應(yīng)；(3)使用反饋或零點測量原理，使后面環(huán)節(jié)幾乎不從前環(huán)節(jié)吸取能量。9、試說明二階測試系統(tǒng)的阻尼度大多采用的原因。阻尼比在這個范圍內(nèi)可提高系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，以及工作的范圍更大些。10、簡述渦流式傳感器的工作原理，它有哪些特點?把一個線圈放到一塊金屬導體板附近，相距為，當線圈通以高頻交流電流 i 時，便產(chǎn)生磁通，此交變磁通通過鄰近的金屬板，金屬板上便產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電流 i1，即渦電流，渦電流也會產(chǎn)生交變磁場1 ，根據(jù)楞次定律，渦電流產(chǎn)生的交變磁場1與線圈的磁場變化方向相反，1總是抵抗的變化，由于渦電流磁場的作用，使原線圈的等效阻抗

20、 Z 發(fā)生變化，變化程度與有關(guān)。11、何謂壓電效應(yīng)?壓電式傳感器對測量電路有何特殊要求?為什么?某些物質(zhì)在外力的作用下，不僅幾何尺寸發(fā)生了變化，而且內(nèi)部極化，某些表面上出現(xiàn)電荷，形成電場。當外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這一性質(zhì)稱為壓電效應(yīng)。壓電式傳感器的測量電路必須有高輸入阻抗并在輸入端并聯(lián)一定的電容Ci以加大時間常數(shù)。主要是為了在測量動態(tài)量時，獲得一定的輸出電壓并實現(xiàn)不失真測量。12、試述霍爾效應(yīng)及其用來測量位移的原理。將霍爾元件置于磁場B中，當有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 五、計算分析題1、試用相關(guān)分析的知識說明如何確定深埋在地下的

21、輸油管裂損的位置。裂損處可視作向兩側(cè)傳播聲響的聲源，在兩側(cè)管道上分別安置傳感器1和傳感器2，并將兩傳感器信號輸出端接到相關(guān)分析儀器上。因為放置傳感器的兩點距裂損處不等遠，則漏油的音響傳至兩傳感器就有時差，在互相關(guān)圖上處有最大值，這個就是時差。由就可確定裂損處到兩傳感器中點的距離為，為音響在管道中的傳播速度。2、簡述霍爾效應(yīng)現(xiàn)象，并說明如圖所示利用霍爾傳感器是如何測位移的？p1113、求周期信號x(t)=0.6cos(10t+30o)+0.3cos(100t-60o)通過傳遞函數(shù)為H(s)=1/(0.005s+1)的裝置后所得到的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。（10分）解：根據(jù)線性系統(tǒng)的疊加特性以及同頻率特性，可設(shè)

22、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)函數(shù)為y（t）=0.6A(10)cos(10t+30o+(10)+0.3A(100)cos(100t-60o+(100)由H(s)=1/(0.005s+1)可得H(j)=1/(j0.005+1)，則A()=1/,()=-arctan（）故A(10)= (10)= A(100)= (100)=4、有人在使用電阻應(yīng)變儀時，發(fā)現(xiàn)靈敏度不夠，于是試圖在工作電橋上增加電阻應(yīng)變片數(shù)以提高靈敏度。試問，在下列情況下，是否可提高靈敏度？說明為什么？(11分)1） 半橋相鄰雙臂各串聯(lián)一片；2）半橋相鄰雙臂各并聯(lián)一片。5、試用相關(guān)分析的知識說明如何測量熱軋鋼帶的運動速度。（10分）鋼帶表面的反射光經(jīng)透鏡聚

23、焦在相距為d的兩光電池上，當鋼帶上某一不反射點處經(jīng)過透鏡時，將會導致反射光強度的波動，再經(jīng)光電池轉(zhuǎn)換為電信號在進行相關(guān)處理。由于兩光電池有間距，故反射光強度的波動有時差，由互相關(guān)圖上可得處有最大值，這個就是時差，則該鋼帶的運動速度。6、用一個時間常數(shù)為0.35s的一階測試系統(tǒng)，測量周期分別為5s、1s、2s的正弦信號，求測量的幅值誤差各是多少?一階系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)為H()=1/(j+1)，則幅頻特性A()= 1/，故其測量的幅值誤差為,代入值可得。7、已知電阻應(yīng)變儀交流電橋的電橋電源為，輸入信號x(t)的幅值譜如圖所示。電橋輸出信號經(jīng)相敏檢波、低通濾波后輸出。試分別畫出電橋輸出信號、相敏檢波輸出信號和低通濾波器輸出信號幅值譜Xm(jf)、 Xe(jf)、 Xf(jf)。8、如圖為一存在質(zhì)量不平衡的齒輪傳動系統(tǒng)，大齒輪為輸入軸，轉(zhuǎn)速為600r/min，大、中、小齒輪的齒數(shù)分別為40，20，10。右圖為在齒輪箱機殼上測得的振動信號頻譜：請根據(jù)所學的頻譜分析知識，判斷是哪一根齒輪軸為主要的振動源？ 由頻譜圖可知，在頻率為40Hz左右的振蕩最為劇烈，由傳動鏈關(guān)系可得各齒輪的轉(zhuǎn)動頻率分別為：大齒輪為10Hz，中齒輪為20Hz，小齒輪為40Hz，故可得小齒輪軸為主要的振動源。9、用圖解法近似畫出如圖所示周期指數(shù)衰減余弦信號的頻譜圖,并簡述圖解過程.(提示:利用時域和頻域的卷積關(guān)系解題)