工程測試與信息處理復習提綱1

1、2010-2011學年(2)工程測試與信息處理復習提綱一.判斷題.(對則打“/”，不對則打“x”)1. 15xVxW610VxVxV()非周期信號的頻譜是連續(xù)的。2. ()傳遞函數(shù)相同的各種裝置，其動態(tài)特性均相同。3. ()調(diào)幅波是載波與調(diào)制信號的疊加。4. ()渦流傳感器屆于有源傳感器。5. ()滑線變阻器式傳感器不適于微小位移量的測量。6. ()窗函數(shù)頻譜的主峰瓣越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信號所引起的誤差越小。7. ()恒帶寬濾波器的中心頻率越高，其帶寬越寬。8. ()隨機激振屆于寬帶激振法。9. ()壓電式加速度計的靈敏度越高，其工作頻率越寬。10. ()若系統(tǒng)是完全線性的，則輸入輸出

2、的相十函數(shù)一定為1。11.非周期信號幅頻譜與周期信號幅值譜的量綱一樣。(X)傳感器的線性范圍越寬，表明其工作量程越大。(V)壓電式傳感器常用于測量振動，測量加速度、力及壓力等.(/)14.瞬態(tài)信號的頻譜具有諧波性、離散性、收斂性。(X)15.一臺儀器的重復性很好，但測得的結(jié)果并不準確，這是由于存在隨機誤差的緣故。(X)二.選擇題.15DBCAB610DBDDB1. 不能用確定的數(shù)學公式表達的信號是A復雜周期B非周期2. 平穩(wěn)隨機過程必須。A連續(xù)B統(tǒng)計特征與時間無關(guān)3. 一階系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)是。A固有頻率B阻尼比信號。C瞬態(tài)D隨機C各態(tài)歷經(jīng)D統(tǒng)計特征等于時間平均C時間常數(shù)D靈敏度4.系統(tǒng)在全量

3、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。5. A回程誤差B絕對誤差C相對誤差D非線性誤差電阻應變片的輸入為。6. A力B應變C速度D加速度用丁評價系統(tǒng)的輸出信號和輸入信號之間的因果性。7. 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)為使電纜的長短不影響壓電式傳感器的靈敏度，應選用放大器。8. A電壓B電荷C微分D積分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)影響的是傳感器。9. A電容式B壓電式C電阻式D電渦流式信號分析設備可分析的頻率低丁磁帶記錄儀記錄信號的頻率，可將磁帶，也可達到分析的目的。10. A重放速度放快B重

4、放速度放慢C重放速度不變D多放幾次半導體應變片是根據(jù)（d）原理工作的。a.電阻應變效應；b.壓電效應；c.熱阻效應；d.壓阻效應11.帶通濾波器所起的作用是只允許（c）通過。12. a.低頻信號；b.高頻信號；c.某一頻帶的信號；d.所有頻率分量信號不失真測量的條件除要求測量系統(tǒng)幅頻特性是常值外，其相頻特性要求滿足（a13. a.相移與頻率成正比；b.常值相移；c.任意相移；d.無特殊要求對某二階系統(tǒng)輸入周期信號X（t）=Aosin3mt,則系統(tǒng)輸出信號有以下特性（c）。注：3rn>3na.幅值、頻率、相位皆不變；b.頻率改變，幅值、相位不變；c.幅值、相位改變，頻率不變；d.相位不變，

5、幅值、頻率改變。將時域信號進行時移，則該信號對應的頻域信號將會產(chǎn)生（d）a.擴展；b.壓縮；c.不變；d.僅有相移一、填空題1.測試技術(shù)的基本任務是獲取有用的信息。2. 從時域看，系統(tǒng)的輸出是其輸入與該系統(tǒng)脈沖響應函數(shù)的卷積。3. 信號的時域描述，以為獨立變量；而信號的頻域描述，以為獨立變量。4. 壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的壓電效應而工作的。5. 帶通濾波器的上下限截止頻率為fc2、fc，其帶寬B=fc2-fc1;若其帶寬為1/3倍頻程則fc2=（或1.26）fci。6. 屆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，答對任何兩個均得2分等。7. 根據(jù)載波

6、受調(diào)制的參數(shù)不同，調(diào)制可分為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相。8. 測試裝置的動態(tài)特性可以用傳幽H數(shù)、頻率響應函數(shù)和脈沖響應函數(shù)進行數(shù)學描述。9. 表征測量系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要指標有靈敏度、非線性度、回程誤差和精度等。10. 選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測量方式等六個方面的問題.在進行噪聲測量時，常用聲壓級、聲強級、聲功率級表示其強弱,用噪聲的頻譜表示其成分，可以用人的主觀感覺進行度量,如響度級等.磁帶紀錄器的用途主要有以下幾個方面信號記錄、時間軸變換、可使數(shù)據(jù)反復重現(xiàn)及便7同步分析.11. 一個基于計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由信號調(diào)理電路、_數(shù)據(jù)采集-電路及計算機通信電路組成.

7、12. 填空題用一階系統(tǒng)作測量裝置，為了獲得最佳的工作性能，其時間常數(shù)i原則上（越小越好）。13. （時間常數(shù)）是一階系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)。14. 線性度表示標定曲線（偏離其擬合曲線）的程度。15. 若線性系統(tǒng)的輸入為某一頻率的簡諧信號，則其穩(wěn)態(tài)響應必為（同一頻率）的簡諧信號。16. （漂移）是在輸入不變的條件下，測量系統(tǒng)的輸出隨時間變化的現(xiàn)象。17. 關(guān)丁標定曲線不重合的測量系統(tǒng)靜態(tài)特性有（滯后）和（重復性）。測試裝置在穩(wěn)態(tài)下，單位輸入變化所引起的輸出變化稱為該裝置的（靈敏度）；能夠引起輸出量可測量變化的最小輸入量稱為該裝置的（分辨力）。18. 相頻特性是指（輸出較輸入滯后角隨輸入頻率）變化的

8、特性。19. 二階測試裝置，其阻尼比為（0.7）左右時，可以獲得較好的綜合特性。測量系統(tǒng)輸出信號的傅里葉變換與輸入信號的傅里葉變換之比稱為（頻率響應函數(shù)）。20. 測量系統(tǒng)對單位脈沖輸入的響應稱為（脈沖響應函數(shù)）。21. 測試裝置的頻率響應函數(shù)H（j3）是裝置動態(tài)特性的（頻）域描述。四.簡答題1.請指明下面信號（q<t*）是功率信號,還是能量信號,給出證明.2cos10t（1）e（2）x（t）=10t5T0t|2. （3）e（4）x（t）=cos.3t試述函數(shù)的定義和性質(zhì).展(t=0)皿、函數(shù)的定義：&(t)=%；工。；(取值定義)，么W)dt=1(面積定義)a函數(shù)有以下性質(zhì)：乘

9、積特性：f(t)6(t)=f(0)6(t)oC積分特性：Jf(t)6(t)=f(0)8(3)卷積特性f(t)*8(t)=Jf(7)&(tT)dT=f(t)電感傳感器(自感型)的靈敏度與哪些因素有關(guān)？要提高靈敏度可采取哪些措施？答:電感傳感器的靈敏度與空氣隙的平方成反比，與空氣導磁截面積成正比.通過采取電橋電路的接法及改變空氣隙、改變空氣導磁截面積可改變靈敏度.3. 簡述濾波器在測試工作中的應用.答：濾波器可以將有用的信號與大量的干擾噪聲分離開來，提高信噪比.濾波期還可以用來濾掉被測信號中不感興趣的頻率成分.濾波器另一個重要用途是對動態(tài)信號進行頻譜分析.簡述電阻應變傳感器的工作原理及溫度

10、補償方法。(以梁為例，說明應變片的粘貼方向，各應變片的作用，畫出全橋路圖，并闡明理由。)答:通過電阻應變片可將被測物理量應變轉(zhuǎn)換成電組變化的器件.由丁電阻應變片易受溫度的影響而影響測量的準確性，可在同樣溫度條件下,將應變片貼在同樣材料且不受力的試件上，通過電橋電路來進行溫度補償.已知周期方波的傅立葉級數(shù)展開式為1.c1.sin0tsin30tsin50t354. 試繪出該周期方波的單邊幅值譜，并說明其頻譜特點8A8A3互8A0公3四5頻譜特點：離散性、諧波性、遞減性3分(每答對一個得1分)二階測試裝置的兩個動態(tài)特性參數(shù)是什么？為了實現(xiàn)不失真測試，如何確定其取值范圍？5. 固有頻率()和阻尼比(

11、)3分(每答對一個得1.5分)0.58為了實現(xiàn)不失真，阻尼比()取值0.60.8;工作頻率取值小丁等丁分(每答對一個得1分)何謂不失真測試？實現(xiàn)測試不失真的測試裝置的幅頻和相頻特性應如何？輸出y(t)與輸入x(t)滿足關(guān)系y(t)=Aox(t-t0),其中Ao和to為常數(shù),則為不失真測試。6. 或者用文字描述上述關(guān)系，描述正確2分，不完整1分，錯誤不得分實現(xiàn)不失真測試的測試裝置的幅頻特性為A(3)=A。=常數(shù)1.5分相頻特性為4()=-10切1.5分或者用文字表述，表述正確同樣得分信號的預處理包括那些環(huán)節(jié)？(1) 電壓幅值調(diào)理(或者放大)1分濾波(或者濾去高頻)2分隔離直流分量(或者隔直)1分

12、7. 如原信號進行調(diào)制，則應先進行解調(diào)(或者解調(diào))1分為什么在動態(tài)電阻應變儀上除了設有電阻平衡旋鈕外，還設有電容平衡旋8. 動態(tài)電阻應變儀采用的是純電阻交流電橋(1分)，即使各橋臂均為電阻，由丁導線間存在分布電容(1分)，相當丁在各橋臂上并聯(lián)了一個電容，因此，除了電阻平衡外，還須有電容平衡(3分)。5分測得兩個同頻正弦信號的相關(guān)函數(shù)波形如圖1,問：這一波形是自相關(guān)函數(shù)還是互相關(guān)函數(shù)？為什么?(2)從波形中可以獲得信號的哪些信息?(1) (1)互相關(guān)函數(shù)，因為是非奇非偶函數(shù)。2分頻率信息：正弦波形的頻率與此波形頻率相同1分相位信息：兩正弦波形之間的相位差就是此波形中的初相位1分幅值信息：此波形的

13、振幅是兩個正弦波振幅乘積的一半1分9. 說明線性系統(tǒng)的頻率保持性在測量中的作用。在實際測試中，測得的信號常常會受到其他信號或噪聲的干擾，依據(jù)頻率保持性可以認定，測得信號中只有與輸入信號相同的頻率成分才是真正由輸入引起的輸出。在故障診斷中，對丁測試信號的主要頻率成分，根據(jù)頻率保持性可知，該頻率成分是由相同頻率的振動源引起的，找到產(chǎn)生該頻率成分的原因，就可以診斷出故障的原因。13.測試系統(tǒng)不失真測試的條件是什么？在時域，測試系統(tǒng)的輸出y(t)與輸入x(t)應滿足y(t)=氣洲-垃。在頻域，幅頻特性曲線是一條平行丁頻率3軸的直線，即幅頻特性為常數(shù)，A。)=氣，相頻特性曲線是線性曲線中(。)=-訪，式

14、中，Ao，t。均為常數(shù)。12. 在磁電指示機構(gòu)中，為什么取0.7為最佳阻尼比？磁電指示機構(gòu)是二階系統(tǒng)。當阻尼比取0.7時，從幅頻特性的角度，在一定誤差范圍內(nèi)，工作頻率范圍比較寬。從相頻特性的角度，特性曲線近似丁線性，這樣可以在較寬的頻率實現(xiàn)不失真測試。13. 對一個測量裝置，已知正弦輸入信號的頻率，如何確定測量結(jié)果的幅值和相位的動態(tài)誤差？首先確定裝置的頻率響應函數(shù)，得出幅頻特性A(3)和相頻特性甲(切)。然后，把輸入信號的頻率分別代入A伊)/A(0)和甲3)，分別得到輸出與輸入的動態(tài)幅值比，輸出滯后丁輸入的相角。幅值比與1的差值為動態(tài)幅值相對誤差，滯后的相角即相對誤差。14. 簡述測量系統(tǒng)靜態(tài)

15、標定的基本步驟。標定時，選擇校準的“標準”靜態(tài)量作為系統(tǒng)輸入，求出輸入-輸出特性曲線。輸入誤差應當是所要求測試結(jié)果誤差的1/5-1/3或更小?；静襟E如下：(1) 作輸入-輸出特性曲線。在測量范圍內(nèi)，將標準量均勻分成n個輸入點，進行m次測量(每次測量包括正行程和反行程)，得到2m條輸入-輸出特性曲線。(2) 求重復性誤差。(3) 求正反行程的平均輸入-輸出曲線。(4) 求滯后。(5) 作標定曲線。(6) 作擬合曲線，計算線性度和靈敏度。15. 簡述測量系統(tǒng)動態(tài)標定的基本方法。在指定的頻率范圍內(nèi)，用不同頻率的正弦信號激勵測量系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)時測量輸出信號的幅值和相角，計算輸出與輸入的幅值比和輸出較輸

16、入滯后的相角，分別繪制幅頻特性和相頻特性曲線。五、計算題(共14分)(6分)已知低通濾波器的頻率響應函數(shù)為1H(切)=,式中t=0.05s1j.當輸入信號為x(t)=0.6cos(60t)+0.5cos(100t-45時，求濾波器的穩(wěn)態(tài)輸出y(t)解：x(t)=0.6cos(60t)0.5cos(100t-45)令x1(t)=0.6cos(60t),x2(t)=0.5cos(100t-45)根據(jù)線性系統(tǒng)頻率保持性和幅頻相頻特性渺)=2，tan")1()由皿1=60,可以得到:A(1)=0.3161分(0.0560)2(切1)=-arctg(g)=-arctg(0.05k60)=71.

17、565”1分y1(t)=0.60.316cos(60t-71.565)=0.1896cos(60t-71.565)由缶2=10°,可以得到：1.1. A(亡2)=0.1961分1(0.05100)2(2)=-arctg(.)=-arctg(0.05100)=-78.691分y2(t)=0.1960.5cos(100t-45-78.69)=0.098cos(100t-123.69)由線性系統(tǒng)的疊加性可得y(t)=y(t)y2(t)=0.1896cos(60t-71.565)0.098cos(100t-123.69)2分（4分）有一信號x（t）=Acos（cot+平），初始相角為一隨機變

18、量;試求1)求其自相關(guān)函數(shù)；2)確定其均值和方差。解:自相關(guān)函數(shù):1TRx()=lim°x(t)x(t)dt)dt1T.lim早qAcos(t，、)Acos(tA2cos(，.)2均值:方差:1T°1T°T°七._T£x(t)dt=_T°Acos()dt=°21a:xT°21T°A2.=T°x(t)-Jxd1分（6分）某車床加工外圓表面時，表面振紋主要是由主軸箱轉(zhuǎn)動軸上齒輪不平衡慣性力使主軸箱振動所引起，實驗測得振紋的頻譜如圖2（a）所示,主軸箱內(nèi)的傳動示意圖如圖2（b）所示，傳動軸I、II和主

19、軸m上的齒輪齒數(shù)分別為Z1=3°,Z2=4°,Z3=2°,Z4=5°,傳動軸I的轉(zhuǎn)速為n1=2000轉(zhuǎn)/分（根據(jù)傳動比計算可知：傳動軸II的轉(zhuǎn)速為n2=1500轉(zhuǎn)/分，主軸m的轉(zhuǎn)速為n2=600轉(zhuǎn)/分），試分析哪一根軸上的齒輪不平衡量對加工表面的振紋影響較大？為什么?(a)(b)圖2解：轉(zhuǎn)動軸I的轉(zhuǎn)動頻率為：2000/60=33.3HZ;1分轉(zhuǎn)動軸II的轉(zhuǎn)動頻率為：1500/60=25HZ;1分轉(zhuǎn)動軸III的轉(zhuǎn)動頻率為：600/60=10HZ;1分與實驗測得振紋的頻譜圖比較可知軸II上的齒輪不平衡量對加工表面的振紋影響最大。3分2. (10分)欲測試圖3

20、(a)所示簡直梁的動態(tài)特性參數(shù)(固有頻率和阻尼比)，(1) 請從現(xiàn)有設備中選擇，并用框圖表示測試系統(tǒng)構(gòu)成，簡述測試過程；(2) 測得該梁的幅頻特性曲線如圖3(b)所示，根據(jù)該曲線如何確定簡直梁的動態(tài)特性參數(shù)(給出原理、公式并在圖中表示)(現(xiàn)有設備：壓電式加速度計、壓電式力傳感器、磁電式速度計、電阻應變片、電荷放大器、功率放大器、信號發(fā)生器、激振器、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、顯示設備)圖3(a)ft圖3（b）解：（1）（6分）測試系統(tǒng)組成框圖：（4分）*電荷成大器*電荷放大暴町卓收大器<低電由棒明器信號發(fā)寶器|.忌示設鬲測試過程（2分）：信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號由功率放大器放大后傳送給激振器,激振器通

21、過壓電式力傳感器對簡支梁激振；壓電力傳感器拾取激振力信號，壓電加速度傳感器拾取振動信號,分別經(jīng)電荷放大器放大后送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),最后由顯示設備顯示頻率響應函數(shù)。(2)(4分)幅頻特性峰值對應的頻率為簡支梁的固有頻率；2分1.半功率點（或者節(jié)Ao或者0.707）對網(wǎng)的頻率分別為、；阻尼比如下方法估計：=，2-，要求能在圖中正確表示，否則酌情扣分。3. 某電容傳感器（平行極板電容器）的圓形極板半徑r=4mm,工作初始極扳問1) 距離&=0.3mm,介質(zhì)麗肘0si問00t如X(曙暨剖*撬9°95i踞髀化量AC是多少？2) 如果測茜溫的靈敏度0§一薪0砌PF1,岬輸我的靈敏度S2=5格/mv,在=匕儉火+e舛麻桿dtq爵2f0)tdty丹fiAjpK«W0jwT2J2:(_C三尊混四蟲浦藉3享睥域=2角匐需3涵：00052二；品袂也f0)fHfflUfW八"，1A(2(f'f0)"A()500%y!2)陀林滬0亨呻矗LRC齦值=1設某一階釧量蜘(遍400fi圈000齪映頻率為山撲遍MjrcT%0蹦2羿招*存6%這時冷用山號吊泠后角是多