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工程测试技术基础复习题答案工程测试技术基础复习题答案 一、选择题 1信息与信号之间的关系是 。 A信息与信号并列 B信息与信号无关 C信息包含信号 D信息在信号之中 2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 3 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 4关于信息和信号，下面的说法正确的是。 A信息包含信号 B信息与信号无关 C信号是信息的载体 D信息描述了事物某物理量的变化过程 5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 6下列信号中，信号的频谱是连续的。 Ax(t)=Asin(wt+j1)+Bsin(3wt+j2) BCx(t)=5sin30t+3sin50t x(t)=e-at×sinw0t 7不能用确定函数关系描述的信号是。 A复杂的周期信号 B瞬变信号 C随机信号 8复杂的周期信号的频谱是。 A离散的 B连续的 C函数 Dsinc函数 9数字信号的特性是。 A时间上离散、幅值上连续 B时间、幅值上均离散 C时间、幅值上都连续 D时间上连续、幅值上量化 10下列函数表达式中，是周期信号。 Ax(t)=íì5cos10pp 当t³0 Bx(t)=5sin20pt+10cos10pt (-¥<t<+¥) î0 当t£0-atCx(t)=20ecos20pt (-¥<t<+¥) Dx(t)=1-e-tt11下列信号属周期信号的有。 Ay1=Sin0t+ Sin1t By2=Con2t+Sin32t Cy1=Sin3t+Sin2t 12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 13下列传感器中是基于压阻效应的。 A金属应变片 B半导体应变片 C压敏电阻 14信号x(t)=1-e-tt ，则该信号是。 A周期信号 B随机信号 C 瞬变信号 D频域信号 15石英晶体沿机械轴受到正应力时，则会在垂直于的表面上产生电荷量。 A机械轴 B电轴 C光轴 16图1所示信号属于功率信号的是。 AX(t)tBX(t)t矩形脉冲信号有阻尼衰减自由振动CX(t)DtX(t)t指数衰减信号阶跃信号图图 1 217将电阻应变片贴在上，就可以做成测力、位移、压力等物理参数的传感器。 A 质量块； B导体； C弹性元件； D机械构件。 18采样信号的特征是。 A时间上离散，幅值上连续； B时间上和幅值上都离散； C时间上和幅值上都连续； D时间上连续，幅值上离散量化 19石英晶体的压电系数比压电陶瓷的。 A大得多 B相接近 C小得多 20一般来说，测试系统的灵敏度越高，其测量范围。 A越宽 B 越窄 C不变 21压电材料按一定方向放置在交变电场中，其几何尺寸将随之发生变化，这称为效应。 A压电 B压阻 C压磁 D逆压电 22非线性度是表示定度曲线的程度。 A接近真值 B偏离其拟合直线 C正反行程的不重合 D输出零点偏离距离 23在动态测试中，电桥的输出量通常采用。 A电阻量 B电压量 C电流量 D电感量 24电涡流式传感器是利用材料的电涡流效应工作的。 A金属导电 B半导体 C非金属 DPVF2 25差动变压器式电感传感器是把被测位移量转换成( B )的变化装置，通过这一转换从而获得相应的电压输出。 A线圈自感 B线圈互感 CLC调谐振荡 DRC调谐振荡 26为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用。 A电压放大器 B 电荷放大器 C前置放大器 27磁电式传感器是把被测物理量转换为的一种传感器。 A磁阻变化量 B电荷量 C电感变化量 D感应电动势 28压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的成正比。 A位移 B速度 C加速度 29交流电桥的桥臂依次是Z1 Z2 Z3 Z4,其平衡条件是 A Z1Z2=Z3Z4 B |Z1|Z3|=|Z2|Z4| CZ1Z3=Z2Z4 D Z1Z3=Z2Z 430光敏晶体管的工作原理是基于效应。 A外光电 B内光电 C光生电动势 31测试系统的第二个环节为信号调理，它的作用是。 A非电物理量转换为电量 B从被测对象中提取被测对象状态和特征的相关信息 C从电量转换为电量 32一般来说，物性型的传感器，其工作频率范围。 A较宽 B较窄 C不确定 33一传感器的灵敏度高，表示该传感器。 A 允许输入量大； B工作频带宽； C单位输入量引起的输出量大； D线性范围宽 34极距变化型电容式传感器是型传感器。 A结构 B物性 35金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由来决定的。 A贴片位置的温度变化 B电阻丝几何尺寸的变化 C电阻丝材料的电阻率变化 36变极距型电容传感器的输出与输入，成关系。 A非线性 B线性 C反比 D平方 37不能用涡流式传感器进行测量的是( D )。 A位移 B材质鉴别 C 探伤 D非金属材料 38极距变化型电容传感器适宜于测量微小位移量是因为。 A电容量微小影响灵敏度 B灵敏度与极距的平方成反比，间距变化大则产生非线形误差 C非接触测量 39测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为( D )。 A精度 B灵敏度 C精密度 D分辨率 40下列哪一种敏感元件不属于弹性式压力敏感元件。 A波登管 B膜片 C波纹管 D电阻应变片 41电感式传感器的工作原理是。 A应变电阻效应 B压阻效应 C电磁感应原理 D压电效应 42电阻应变片的输入为。 A 力； B应变； C速度； D加速度 43结构型传感器是依靠传感器的变化实现信号变换的。 A 本身物理性质； B体积大小； C结构参数； D电阻值 44互感型传感器实质上就是一个。 A电容器 B变压器 C测振仪 D速度计 45哪一种电容式传感器有线性误差？ A极距变化型 B体积变化型 C面积变化型 D介质变化型 46对于单向应力状态的测量，贴应变片时，应变片的方向与主应力方向应该相交成。 ®®®®®®®®A0° B45° C90° D30° 47电阻应变式传感器在使用时需要进行补偿的是。 A电阻 B温度 C力 D电流 48半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是。 A 长度 B 截面积 C 电阻率 D 高通 49调制可以看成是调制信号与载波信号。 A相乘 B相加 C相减 D相除 50线形装置的灵敏度是。 A随机变量 B常数 C时间的线性函数 二、填空题 1. 信号可以分为 确定性信号 和 随机信号 两大类。 2. 信号的有效值又称为 均方根值 ，有效值的平方称为 均方值 ，它描述测试信号的强度 3. 工程中常见的周期信号，其谐波分量幅值总是随谐波次数n的增加而 衰减 的，因此，没有必要去那些高次的谐波分量。 4. 确定性信号可以分为 周期信号 和 非周期信号 两大类，前者的频谱特点是 离散的 ，后者的频谱特点是 连续的 。 5. 根据采样定理，采样信号频率fs与被测信号最高频率fh之间应满足 fs 2fh 关系。 2A1x1(t)=A+(cosw0t+cos3w0t+)p36. 周期方波的傅氏级数：周期三角波的傅氏级数：，它们的直流分量分别是 A 和 A/2 。信号的收敛速度上，方波信号比三角波信号 更慢 。 频谱是 构成信号的各频率分量 的集合，它完整地揭示了信号的 频率结构 。 描述周期信号的数学工具是 傅里叶级数 ；描述非周期信号的数学工具是 傅里叶变换 。 按照激励电压的不同，电桥可以分为 直流电桥 和 交流电桥 。 压电式传感器一般用 电荷 放大器作为前置放大器。 具有 压电效应 的材料称为压电材料，常用的压电材料有 石英晶体 和 压电陶瓷 。 根据载波受调制的参数不同，调制可分为 调幅 、 调频 和 调相 。 已知一被处理的信号频率在3002500Hz范围内，则采样频率应至少大于 5000 Hz。 现欲对某一信号进行数据采集，该信号频谱中的最高频率为1KHz。那么，根据采样定理的要求，完成一次数据采集所需要的时间不能大于 500 s。 15. 已知图2为直流电桥，uo为输入，uy为输出，其平衡条件 R1R3=R2R4 。 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. x2(t)=A4A11+2(cosw0t+cos3w0t+cos5+2p925)R1R2R3uyR4uo图 1图2 16. 电阻应变片的灵敏度 表达式为导体应变片来说S= lE 。 17. 物性 型传感器是依靠敏感元件材料本身物理化学性质的变化来实现信号的变换的； S=dR/R=1+2u+lEdl/l，对于金属应变片来说：S= 1+2n 而对于半 结构 型传感器是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换的。 18. 半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的 压阻 效应。 19. 电容器的电容量C=e0eA2，极距变化型的电容传感器其灵敏度表达式为： ee0A/d 。 d20. A/D转换器是将 模拟 信号转换成 数字 信号的装置。 21. 在所学过的传感器中，试举出三个非接触式传感器 电涡流式传感器 、 霍尔式传感器 、 光电式传感器 。 22. 极距变化型电容传感器存在着非线性度，为了改善非线性度及提高灵敏度，通常采用 差动 的形式。 23. 压电传感器的前置放大器的主要作用是 将高输出阻抗变为低输出阻抗 和 对输出的微弱信号进行放大 。 24. 传感器包括 敏感元件 和 转换元件 两部分。 25. 非周期信号，时域为x，频域为X(f)，它们之间的傅氏变换与逆变换关系式分别是：X(f)=òx(t)e-j2pftdt ，x(t)=òX(f)ej2pftdf。 -¥-¥¥¥26. 因为limT®¥-TòTx2(t)dt为有限值时，称x(t)为 能量 信号。因此，瞬变信号属于 能量 ，而周期信号则属于 功率 。 27. 28. 29. 30. 31. 差动变压器式传感器的两个次级线圈在连接时应 反相串接 。 为了补偿温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在 相邻 桥臂上。 电阻应变式传感器通常以 电桥 为测量电路。 交流电桥的平衡条件是 相对桥臂的阻抗的乘积相等 。 振动三要素分别是 幅值 、 频率 、 相位 。 三、判断正误 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 凡是频谱离散的信号必然是周期信号。 压电式加速度传感器由于产生的是静电荷，且本身内阻很大，故不能用普通电表测量。 调幅波可以看成是载波与调制信号的迭加。 传感器是一种将电信号转换为另一种电信号的装置。 静态测量仅需要利用系统的静态性能指标，而动态测量只需要利用系统的动态性能指标。 所谓幅度调制，就是调制波的振幅在载波信号控制下发生变化的过程。 压电式传感器用电荷放大器时输出电压与电缆长度无关。 测量小应变时，应选用灵敏度高的金属丝应变片；测量大应变时，应选用灵敏度低的半导体应变片。 所有周期信号的频谱都是离散的，所有非周期信号的频谱都是连续的。 压电式加速度传感器特别适合测量动态量。 模拟信号是幅值和时间都连续的信号。 连续信号不但在时间上连续，而且在幅值上也连续。 凡是周期信号的频谱必然是离散的。 量化是一个近似的过程，其误差与A/D转换器的位数有关。 按信号的性质进行分类，瞬变信号属于确定性信号。 测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。 直流电桥是否平衡与供桥电源电压有很大关系。 在进行信号的A/D转换时，如果采样周期过大，则采样信号的频谱会发生混叠现象。 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 压电式传感器是一种能量控制型传感器。 结构型传感器是依靠敏感元件材料本身物理化学性质的变化来实现信号的变换的。 物性型传感器是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换的。 电感式传感器是一种结构型传感器。 压电式传感器是一种结构型传感器。 电涡流式传感器可以进行动态非接触测量。 测试工作是为了获取有关被研究对象的状态、运动和特征等方面的信息。 凡是频谱离散的信号，必然是周期信号。 确定性信号的频谱是离散的。 有限个周期信号之和必然形成新的准周期信号。 有限个周期信号之和形成的新信号频谱必然是离散的。 一个在时域内有限的信号，其频谱也是有限的。 确定了幅值、频率和相位，就可以确定一个单频信号。 信号在时域波形有所变化，必然引起频谱的相应变化。 不能用明确的数学表达式描述的信号称为非周期信号。 频域信号和时域信号不可能是同一信号的描述。 电阻应变式传感器只用于测定结构的应力或应变。 若传感器的灵敏度为常数，则表明该传感器的输出、输入关系为线性关系。 差动变压器式传感器是一种电容式传感器。 所有周期信号都是功率信号。 离散信号是数字信号。 在直流电桥中，只要满足任意两相邻桥臂的阻值之乘积等于另外两相邻桥臂阻值的乘积， 则电桥一定处于平衡。 压电传感器要求后接的负载必须有高输入阻抗。 变面积型电容传感器的灵敏度不为常数。 随机信号是确定性信号。 金属丝应变片在测某一构件的应变时，其电阻的相对变化率主要由电阻材料的电阻率的变化决定。 误差可以被控制的很小甚至被完全消除。 四、概念题 1测试 2测量 3间接测量 4直接测量 5测量误差 6绝对误差 7相对误差 8系统误差 9随机误差 10非电量电测技术 11传感器 12应变效应 13应变片的灵敏度系数 14正压电效应 15逆压电效应 16模数转换器 17数模转换器 18调制 19. 解调 20霍尔效应 21傅里叶变换 五、简单题 1. 周期信号的频谱有何特点？ 离散性 周期信号的频谱是由不连续的谱线组成，每条谱线代表一个谐波分量。 谐波性 频谱中每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，基波频率是各分量频率的公约数； 收敛性 各频率分量的谱线高度表示各次谐波分量的幅值或相位角。工程上常见的周期信号其谐波幅值总的趋势是随着谐波次数的增高而减小的。 2. 测量误差是如何分类的？ 按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差；按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差。 3. 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？ 电阻丝应变片利用导体形变引起电阻变化，半导体应变片利用半导体电阻率变化引起电阻变化。 4. 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？ 传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 5. 图3是一种传感器的工作原理图，试问这是何种形式的传感器？用图中符号简述其工作原理。 图3 本题图所示为差动变压器式传感器的工作原理图。即利用互感原理将被测位移量转换为线圈互感的变化。其一次线圈W接入稳定交流电源，二次侧线圈W1、W2感应产生输出电压。当被测参数使互感M变化， 测杆P在中间位置时，W«W1之间的互感与W«W2之间的互感相等，由于二次线圈W1、W2反极性串联，感应电势e1=e2,e0=0， 测杆上移后,W«W1的互感增大,W«W2互感减小,e1>e2,e0>0，反之测杆下移后， e<0。 6. 什么叫调制？什么叫解调？在测量中为何要将信号先调制然后又解调？ 所谓调制，就是在调制信号的控制下，使载波信号的某些参数发生变化的过程。解调，就是从已调制波中恢复出调制信号的过程。一般的被测量，如力、位移、应变等，经传感器检测变换后，常常是一些缓变的电信号。调制的目的是为了便于信号的放大、处理和传输。经过调制后，采用交流放大，比直接用直流放大，效果好；另外，调制波抗干扰能力强，也便于传输。 7. 什么是采样定理？ 8. 测量按测量值获得的方法进行分类有哪些？ 直接测量指无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测值得测量。； 间接测量指在直接测量值的基础上，根据已知函数关系，计算被测量的量值的测量；组合测量指将直接测量或间接测量与被测量值之间按已知关系组合成一组方程，通过解方程组得到被测值得方法。 9. 为什么说极距变化型电容传感器是非线性的？采取什么措施可以改善其非线性特性？ 下图为变间隙式电容传感器的原理图。图中1为固定极板，2为与被测对象相连的活动极板。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板间的距离d发生变化，从而改变了两极板之间的电容量C。 1 2 1固定极板 2-活动极板图 变间隙式电容传感器 xeAeAd (1) 设极板面积为A，其静态电容量为C=，当活动极板移动x后，其电容量为C=C0dd-xx21-2d1+xx2当x<<d时 1-2»1 则C=C0(1+) (2) dd由式可以看出电容量C与x不是线性关系，只有当 x<<d时，才可认为是最近似线形关系。同时还可以看出，要提高灵敏度，应减小起始间隙d过小时。但当d过小时，又容易引起击穿，同时加工精度要求也高了。为此,一般是在极板间放置云母、塑料膜等介电常数高的物质来改善这种情况。在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，常采用差动式结构差动式比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减小。由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变化所造成的误差。 10. 弹性敏感元件在传感器中起什么作用？ 弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 11. 使用电测法进行振动测试的系统结构由哪些部分组成，试画出其结构框图。 12. 试例举出4种可进行位移测量的传感器。 13. 试例举出4种可用于加速度测量的传感器。 14. 简要说明霍尔转速传感器的工作原理，并给出霍尔元件输出的脉冲频率与待测转速之间的关系式。 在转盘上安装有N只磁性体，霍尔传感器固定在转盘的附近，转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，转盘随之转动。根据霍尔效应表达式：U=KIB, 当KI不变时，转盘每转一周经过霍尔元件表面的磁场B从无到有就变化N次，霍尔电势也相应变化N次，即在小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。 而单位时间的脉冲数即为霍尔元件输出的脉冲频率f，本题中与待测转速的关系n为：n=60f/N。 15. 热电偶的测温原理是什么？ 当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，另一端温度为T0 ，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”。产生的电动势则称为“热电动势”。热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的温差电动势。热电偶就是利用这一效应来工作的。 16. 为什么要把非电量转变为电量？ 17. 什么是金属应变片的灵敏系数？它与金属丝的灵敏系数有何不同？ 六、计算题 7解： RPDR根据应变片的灵敏度系数公式K=R，由题意，可得拉力P作用下k=R，将题中数值代入公式，PeDRP120，计算得到DRP=2.4W。 2=10000´10-6DRMRM120同理，可得弯矩M作用下k=R，将值代入，2=，计算得到DRM=0.24W。 M1000´10-6布片方式： 组桥方式： 该组桥方式即可实现测弯除拉。则在弯矩下应变片R1有+DR1变化，R2有-DR2的变化，根据电桥输出公式U=DR1+DR3-DR2-DR4DR1-(-DR2)UO，可得输出电压U=UO，将中求出的RM代入，可4R4R0.24-(-0.24)´12=0.012V。 4*120得U= 布片方式： 组桥方式： 其中R3，R4为电阻，R1，R2为应变片。 该组桥方式即可实现测拉除弯。即弯矩下输出电压为0。在拉力P作用下应变片R1有+DR1变化，R2也有+DR2的变化，根据等臂电桥的输出公式可U=DR1+DR2-DR3-DR4UO得输出电压4RU=DR1+DR22.4+2.4´12=0.12V。 UO，将中求出的RP代入，可得U=4*1204R由于电阻应变片R1，R2接入电桥的对臂，在温度作用下DR1t，DR2t具有相同的变化方向，根据等臂电桥的输出公式，温度引起的电阻变化量不能消除，所以不能实现温度补偿。