《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 （ D ）。

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（ B ）。

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（ C ）。

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（ C ）。

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（ C ）。

A ． 离散的

B ．连续的

C ．随机性的

D ．周期性的

6．下列信号中，（ C ）信号的频谱是连续的。

A ．12()sin()sin(3)x t A t

B t ω?ω?=+++

B ．

()5sin 303sin x t t =+ C ．0()sin at x t e t ω-=?

7．不能用确定函数关系描述的信号是（ C ）。

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 ）。

A ．离散的

B ．连续的

C ．δ函数

D ．sinc 函数

9．数字信号的特性是（ B ）。

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，（ B ）是周期信号。

A ．5cos10()0x t ππ ≥?= ? ≤?当t 0当t 0

B ．()5sin 2010cos10)x t t t t ππ=+ (-∞<<+∞

C ．()20cos20()at x t e t t π-= -∞<<+∞

D ．()1t

x t e τ-=-

11．下列信号属周期信号的有（ A ）。

A ．y 1=Sinω0t+ Sinω1t

B ．y 2=Con 2t+Sin 23t

C ．y 1=Sin 3t+Sin2t

12．描述非周期信号的数学工具是（ C ）。

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（ B ）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()1t

x t e τ-=- ，则该信号是（ C ）。

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（ B ）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（ D ）。

矩

形脉冲信号X t

t X t

X 图 2

17．将电阻应变片贴在（ C ）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 ）。

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（ C ）。

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（ B ）。

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（ D ）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（ B ）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（ B ）。

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（ A ）材料的电涡流效应工作的。

A ．金属导电

B ．半导体

C ．非金属

D ．PVF 2

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

C ．LC 调谐振荡

D ．RC 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（ B ）。

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（D ）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 图1

28．压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的（ C ）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（ D ）

A ． Z1Z2=Z3Z4

B ． |1||3||2||4|Z Z Z Z →→→→=

C ．Z1Z3=Z2Z4

D ． 1324

Z Z Z Z →→→→

= 30．光敏晶体管的工作原理是基于（ B ）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（ C ）。

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（电阻、电感、电容等）转换为电量（电压、电流）

32．一般来说，物性型的传感器，其工作频率范围（ A ）。

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（ C ）。

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（ A ）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（ B ）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（ A ）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（ B ）。

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（ D ）。

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（ C ）。

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（ B ）。

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（ C ）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（ B ）。

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 ）

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（ A ）。

A ．0°

B ．45°

C ．90°

D ．30°

47．电阻应变式传感器在使用时需要进行补偿的是（ B ）。

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（ C ）。

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 ）。

A ．相乘

B ．相加

C ．相减

D ．相除

50．线形装置的灵敏度是（ B ）。

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（信号的平均功率）

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f s 与被测信号最高频率f h 之间应满足 f s ≥ 2f h 关系。

6. 周期方波的傅氏级数：10021()(cos cos3)3A x t A t t ωωπ=+++周期三角波的傅氏级数：

2002411()(cos cos3cos5)

2925A A x t t t ωωπ=++++，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＿＿。

7. 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 。 8. 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 。 9. 按照激励电压的不同，电桥可以分为 直流电桥 和 交流电桥 。

10. 压电式传感器一般用 电荷 放大器作为前置放大器。

11. 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＿＿。 12. 根据载波受调制的参数不同，调制可分为 调幅 、 调频 和 调相 。 13. 已知一被处理的信号频率在300—2500Hz 范围内，则采样频率应至少大于 5000 Hz 。 14. 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 μs 。

15. 已知图2为直流电桥，u o 为输入，u y 为输出，其平衡条件 R1R3=R2R4 。 u 图 1

16. 电阻应变片的灵敏度 表达式为

/12/dR R S E dl l υλ==++，对于金属应变片来说：S=＿1+2ν＿而对于半导体应变片来说S=＿λE ＿＿。

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；

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。 图2

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0A C εεδ

=，极距变化型的电容传感器其灵敏度表达式为：＿–εε0A/δ2＿＿。 20. 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 （t ），频域为()X f ，它们之间的傅氏变换与逆变换关系式分别是：

?∞∞--=dt e t x f X ft j π2)()(＿＿＿，?∞

∞-=tdf e f X t x f j π2)()(＿＿＿＿。 26. 因为2lim ()T T T x 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.

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＿＿。 28.

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。 29.

电阻应变式传感器通常以 电桥 为测量电路。 30.

交流电桥的平衡条件是 相对桥臂的阻抗的乘积相等 31. 振动三要素分别是 幅值 、 频率 、 相位

三、判断正误

1.

凡是频谱离散的信号必然是周期信号。 （ X ） 2.

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。（ V ） 3.

调幅波可以看成是载波与调制信号的迭加。 （ X ） 4.

传感器是一种将电信号转换为另一种电信号的装置。（ X ） 5.

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（ X ）。 6.

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（ X ）。 7.

压电式传感器用电荷放大器时输出电压与电缆长度无关（ V ）。 8.

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。（ V ） 9.

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。（ X ） 10.

压电式加速度传感器特别适合测量动态量。（ V ） 11.

模拟信号是幅值和时间都连续的信号。 （ V ） 12.

连续信号不但在时间上连续，而且在幅值上也连续。（ X ） 13.

凡是周期信号的频谱必然是离散的。（ V ） 14.

量化是一个近似的过程，其误差与A/D 转换器的位数有关。（ V ） 15.

按信号的性质进行分类，瞬变信号属于确定性信号。 （ V ） 16.

测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。 （ X ） 17.

直流电桥是否平衡与供桥电源电压有很大关系。（ X ） 18.

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。 （ V ） 19. 压电式传感器是一种能量控制型传感器。（ X ）

20.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。（X ）

21.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。（X ）

22.电感式传感器是一种结构型传感器。（V ）

23.压电式传感器是一种结构型传感器。（X ）

24.电涡流式传感器可以进行动态非接触测量。（V ）

25.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。（V ）

26.凡是频谱离散的信号，必然是周期信号。（X ）

27.确定性信号的频谱是离散的。（X ）

28.有限个周期信号之和必然形成新的准周期信号。（X ）

29.有限个周期信号之和形成的新信号频谱必然是离散的。（V ）

30.一个在时域内有限的信号，其频谱也是有限的。（X ）

31.确定了幅值、频率和相位，就可以确定一个单频信号。（V ）

32.信号在时域波形有所变化，必然引起频谱的相应变化。（V ）

33.不能用明确的数学表达式描述的信号称为非周期信号。（X ）

34.频域信号和时域信号不可能是同一信号的描述（X ）

35.电阻应变式传感器只用于测定结构的应力或应变。（X ）

36.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。（V ）

37.差动变压器式传感器是一种电容式传感器。（X ）

38.所有周期信号都是功率信号。( V )

39.离散信号是数字信号。( X )

40.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。( X )

41.压电传感器要求后接的负载必须有高输入阻抗。（V ）

42.变面积型电容传感器的灵敏度不为常数。（X ）

43.随机信号是确定性信号。（X ）

44.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。

（X ）

45.误差可以被控制的很小甚至被完全消除。（X ）

基本概念题

1. 测试过程中，若所测试的信号不随时间变化或变化非常缓慢，称这种测试称为静态测试。

如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为动态测试。

2. 传感器是把被测量转换成易于变换、传输和处理的一种器件或装置

3. 按构成原理分类，电阻应变片、热敏电阻、压电晶片属物性型传感器。

4. 按构成原理分类，电容传感器、自感型电感式传感器属结构型传感器。

5. 为提高和改善传感器的技术性能，可采取以下技术措施：差动技术、平均技术以及补偿

与修正技术。

6. 传感器的定度曲线（或标定曲线）与拟合直线之间的偏离程度称为传感器的线性度。

7. 传感器的灵敏度是指稳态时，输出变化量与输入变化量之间的比值。

8. 对于一阶传感器系统，当其时间常数（或η）越小，其频率响应特性越好。

9. 激波管标定系统中，激波管的作用是一种动态标定设备，能产生阶跃压力信号输出。

10. 金属电阻应变片的规格一般以面积（或长×宽）和初始阻值表示。

11. 用电阻应变片测量构件的变形，影响电阻应变片电阻变化的因素有：应变片的灵敏度和

初始阻值、被测构件的应变量、以及应变片沿构件的粘贴方向。（因为：△R=KεR，K为灵敏度，R为应变片初始阻值，ε被测构件的应变量）

12. 将电阻丝绕成应变片后，由于存在横向效应，其灵敏系数一般会减小。

13. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，全桥接法可以得到最大

灵敏度输出。

14. 应变片的温度误差补偿方法通常可分为：桥路补偿法、应变片自补偿法。

15. 根据工作原理，变气隙型自感式传感器的灵敏度具有理论上的非线性。

16. 电涡流接近开关结构简单，根据其工作原理，不可用来进行类似如玻璃瓶、塑料零件以

及水的液位的检测。

17. 在差动式自感传感器中，若采用交流桥路为变换电路，常出现零点残余电压现象，该现

象使传感器灵敏度下降，灵敏阈值增大，非线性误差增大。

18. 差动变压器式位移传感器是将被测位移量的变化转换成线圈互感系数的变化，两个次级

线圈要求反向串接。

19. 电容传感器的转换电路包括：交流电桥、变压器电桥、调频电路、运算放大器电路。

20. 压电式传感器是一种可逆型传感器，即可将机械能转换为电能。也可反之实现逆向变换。

21. 压电传感器中压电晶片的等效电路，可以看作是一个电荷源与一个电容器的并联。

22. 压电传感器测量电路常接电压或电荷放大器。其中若传感器输出接电荷放大器，则其输

出基本不受连接电缆长度的影响。

23. 压电式传感器的测量电路中，前置放大器的作用是阻抗变换和信号放大。

24. 目前，用压电陶瓷制作的力传感器一般不能用于测量静态力，而只能用来测量动态力。

25. 热电偶热电动势的形成是由于接触电动势和温差电动势共同作用的结果。

26. 若组成热电偶的两导体材料相同，当参比端温度为20℃、工作端温度为100℃时，则其输出热电势为零。

27. 热敏电阻的阻值与温度之间的关系称热敏电阻的热电特性。它是热敏电阻测温的基础。

28. 热敏电阻其温度与阻值之间一般呈非线性关系，且一般不具有互换性。

29. 请写出你所知的几种常见光电检测器件的名称：光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管

（还有光电管、光电池、电荷耦合器件CCD）等。

30. 隔离放大器有变压器耦合式、光电耦合式和电容耦合式三种，它们都起到隔离无用信号

和放大有用信号的作用。

31. 抗干扰是测试系统必须采用的技术。常用抗干扰技术包括：隔离技术、滤波技术、屏蔽

技术和接地技术

计算与分析题 (3小题，共36分)

例1一台精度为0.5级、量程范围600～1200℃的温度传感器，它最大允许绝对误差是多

少？检验时某点最大绝对误差是４℃，问此表是否合格？解：根据精度定义表达式

并由题意已知Ａ＝0.5％，ＹＦ．Ｓ＝（1200-600）℃，得最多允许误差△Ａ＝Ａ·ＹＦ．Ｓ＝0.5％×（1200-600）＝３℃

此温度传感器最大允许误差位３℃。检验某点的最大绝对误差为４℃，大于３℃，故此传感器不合格。

例2变间距形平板电容传感器，当时，若要求测量线性度为0.1%。求：允许间距

测量最大变化是多少？

解：当变间距平板型电容传感器的

<<1时，其线性度表达式为由题意故得，即测量

允许变化量△d=001.0mm。

例3单组式变面积型平板形线位移电容传感器，两极板相互覆盖的宽度为6mm，两极板的间隙为0.5mm，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度?若极板相对移动2mm，求其电容变化量？（已知：真空中的介电

常数为ε0=8.85×10∧－12F/m）

解：单组式变面积型平板线位移电容传感器，其电容量的计算式为本题中b=6mm，δ=0.5mm，故静态灵敏度为：

极板相对移动2mm，其电容变化量：

例4压电式压力传感器灵敏度S1= 9 pC / Pa，将它和一台灵敏度为S2=0.005V/ pC的电荷

放大器连接，其后再接入灵敏度为S3=25mm / V的光线示波器，试绘出这个测试系统的框图，并计算其总灵敏度？解：测试系统框图如下：

根据灵敏度的定义，总灵敏度为：

例5 进行某次动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度K1为50.0 pc/MPa，把

它和一台灵敏度K2可调的电荷放大器连接，放大器的输出又接到一台灵敏度为K3=10mm/V的笔式记录仪上。试：①绘出该测试系统的框图；

②若当压力变化为2.0MPa时，为使记录笔在记录纸上的位移不大于50mm，则电荷放

大器的灵敏度K2应调至多大？

解：计算方法同例3相似，省略详细解。

例6一应变片的电阻R0=120Ω，K=2.05，用作应变为800μm/m的传感元件。

(1) 求△R与R/R△；

(2)若电源电压Ui=3V，求其惠斯通测量电桥的非平衡输出电压U0。

例7以若干阻值，灵敏度k =2的电阻应变片与阻值的固定电阻组成电桥，

供桥电压为10V。当工作应变为－3

时，若要使输出电压大于12mV，问：

①可采用何种接桥方式？

②计算当输出阻抗为无穷大时，电桥的输出电压值？

解：当灵敏度k =2、阻值的应变片受到工作应变为－

3时的电阻改变量为：

计算当输出阻抗为无穷大时，我们分别以半桥单臂、半桥双臂和全桥计算电桥的输出

半桥单臂时：

半桥双臂时：

全桥时：

显然，①只能采用全桥电路；②此时全桥电路输出为20mV.

例8 有人在使用电阻应变仪时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片以

提高灵敏度。试问，在下列情况下：

①桥双臂各串联一片。②半桥双臂各并联一片。是否可提高灵敏度？说明为什么？

例9如果将100Ω的应变片贴在柱形弹性试件上，该试件的截面积S=0.5×10-4m2，材料

弹性模量E=2×101lN/m2。若由5×104N的拉力引起应变片电阻变化为1Ω，求该应变片的灵敏系数K。解：试件在拉力F=5×104N作用下，其横截面受到的正应力ζ为：

在此应力作用下，相应的应变ε为：

在此应变下， 100Ω的电阻应变片电阻变化为１Ω，即：

故可求得应变片的灵敏度系数 k 为：

例10 将一只灵敏度0.08mV/℃的热电偶与电压表相连，电压表接线处温度为50℃。电压

表上读数为60mV，求热电偶热端温度。

解法1：根据题意，电压表上的毫伏数是由热端温度t，冷端温度为50℃产生的，即：

E（t，50）=60mV 又因为： E（t，50）= E（t，0）－E（50，0）则：E（t，0）= E（t，50）+E（50，0）＝60+50×0.08＝64 mV 所以热端温度ｔ＝64/0.08=800℃。

解法2：已知热电偶灵敏度为常数0.08mV/℃，说明所测温度与热电偶输出成线性关系，

可设： E(T)=kT+A= 0.08T+A（其中：T为工作端温度，A是待定常数。）因电压表接线端为50 ℃。则当测端温度也为50 ℃时，有：E（50）= 0 推出： A=－4mV，

故：E(T) = 0.08T －4 当电压表测得数值为60mV时，即：60 =0.08T－4 ，T = 800 ℃