工程测试-第二章测试系统基本特性1(精)
工程测试课后习题解答
绪论0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。
我国的法定计量单位是以国际单位制为基础并选用少数其他单位制的计量单位来组成的。
1. 基本单位 根据国际单位制（SI ），七个基本量的单位分别是：长度——米（m ），质量——千克（kg ），时间——秒（s ），温度——开尔文（K ）,电流——安培（A ），发光强度——坎德拉（cd ），物质的量——摩尔（mol ）。
2. 辅助单位在国际单位制中，平面角的单位——弧度(rad)和立体角的单位——球面度（sr ）未归入基本单位，称为辅助单位。
3. 导出单位在选定了基本单位和辅助单位后，按物理量之间的关系，由基本单位和辅助单位以相乘或相除的形式所构成的单位称为导出单位。
0-2 如何保证量值的准确和一致？通过对计量器具实施检定或校准，将国家基准所复现的计量单位量值经过各级计量标准传递到工作计量器具，以保证被测对象量值的准确和一致。
0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类、表示的？测量结果与被测量真值之差就是测量误差。
即测量误差=测量结果-真值通常根据误差的统计特征，可以将误差分为系统误差、随机误差、粗大误差三种 常用的误差表示方法有下列几种：(1) 绝对误差，就是用测量结果与真值之差来表示。
(2) 相对误差，相对误差=误差/真值，误差较小时，可采用相对误差≌误差÷测量结果相对误差常用百分比来表示。
(3) 引用误差，这种表示方法只用于表示计量器具特性的情况中。
工程上采用引用误差作为判断精度等级的尺度，以允许引用误差值作为精度级别的代号。
计量器具的引用误差就是计量器具的绝对误差与引用值之比。
而引用值一般是计量器具的标称范围的最高值或量程。
(4) 分贝误差，单位是db 。
分贝误差=20×lg （测量结果÷真值）0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改为相对误差。
（1）1.0182544V ±7.8µV （2）(25.04894±0.00003)g（3）（5.482±0.026）g/cm 2解：（1）相对误差=%00077.010*******.18.7100182544.18.766±=⨯±=⨯±VVV V μμμμ(2)相对误差=%00012.004894.2500003.004894.2500003.0±=±=±g g(3) 相对误差=%474.0482.5026.0/482.5/026.022±=±=±cm g cm g 0-5 何谓测量不确定度？国家计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？不确定度表示对被测量所处量值范围的评定。
测试技术与信号处理课后答案
测试技术与信号处理课后答案机械工程测试技术基础习题解答教材：机械工程测试技术基础，熊诗波 黄长艺主编，机械工业出版社，2006年9月第3版第二次印刷。
第一章 信号的分类与描述1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|c n |–ω和φn –ω图，并与表1-1对比。
解答：在一个周期的表达式为00 (0)2() (0)2T A t x t T A t ⎧--≤<⎪⎪=⎨⎪≤<⎪⎩积分区间取（-T/2，T/2）000000002202002111()d =d +d =(cos -1) (=0, 1, 2, 3, )L T T jn tjn tjn t T T n c x t et Aet Ae tT T T Ajn n n ωωωππ-----=-±±±⎰⎰⎰所以复指数函数形式的傅里叶级数为 001()(1cos )jn tjn t n n n Ax t c ejn e n∞∞=-∞=-∞==--∑∑ωωππ，=0, 1, 2, 3, n ±±±L 。
(1cos ) (=0, 1, 2, 3, )0nI nR A c n n n c ⎧=--⎪±±±⎨⎪=⎩L ππ图1-4 周期方波21,3,,(1cos)00,2,4,6,nAnAc n nnn⎧=±±±⎪==-=⎨⎪=±±±⎩LLπππ1,3,5,2arctan1,3,5,200,2,4,6,nInnRπncπφncn⎧-=+++⎪⎪⎪===---⎨⎪=±±±⎪⎪⎩LLL没有偶次谐波。
其频谱图如下图所示。
1-2 求正弦信号0()sinx t xωt=的绝对均值xμ和均方根值rms x。
解答：00002200000224211()d sin d sin d cosT TT Txx x x x μx t t xωt tωt tωtT T T TωTωπ====-==⎰⎰⎰rmsx====1-3 求指数函数()(0,0)atx t Ae a t-=>≥的频谱。
机械工程测试技术基础课后习题答案
《机械工程测试技术基础》课后答案章节测试题第1章 信号及其描述（一）填空题1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。
这些物理量就是 ，其中目前应用最广泛的是电信号。
2、 信号的时域描述，以 为独立变量；而信号的频域描述，以 为独立变量。
3、 周期信号的频谱具有三个特点： ， ， 。
4、 非周期信号包括 信号和 信号。
5、 描述随机信号的时域特征参数有 、 、 。
6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 对称，虚频谱（相频谱）总是 对称。
（二）判断对错题（用√或×表示）1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。
（ ）2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
（ ）3、 非周期信号的频谱一定是连续的。
（ ）4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
（ ）5、 随机信号的频域描述为功率谱。
（ ）（三）简答和计算题1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。
2、 求正弦信号)sin()(0ϕω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。
3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。
4、求被截断的余弦函数⎩⎨⎧≥<=T t T t t t x ||0||cos )(0ω的傅立叶变换。
5、求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。
第二章 测试装置的基本特性（一）填空题1、 某一阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输入信号2sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。
2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。
《机械工程测试技术基础》期末试题及答案
第一章 信号及其描述（一）填空题1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。
这些物理量就是 信号 ，其中目前应用最广泛的是电信号。
2、 信号的时域描述，以 时间 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率 为独立变量。
3、 周期信号的频谱具有三个特点： 离散性 ， 谐波性 ， 收敛性 。
4、 非周期信号包括 准周期 信号和 瞬变周期 信号。
5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值 、 均方值 、 方差 。
6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 关于Y 轴 （偶） 对称，虚频谱（相频谱）总是 关于原点（奇） 对称。
（二）判断对错题（用√或×表示）1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。
（ √ ）2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
（ √ ）3、 非周期信号的频谱一定是连续的。
（ × ）4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
（ × ）5、 随机信号的频域描述为功率谱。
（ √ ）（三）简答和计算题1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。
2、 求正弦信号)sin()(0ϕω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。
3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。
4、求被截断的余弦函数⎩⎨⎧≥<=T t T t t t x ||0||cos )(0ω的傅立叶变换。
5、求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。
第二章 测试装置的基本特性（一）填空题1、 某一阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输入信号2sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。
2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。
机械工程测试技术_课后习题与答案
机械工程测试技术基础习题解答教材：机械工程测试技术基础，熊诗波 黄长艺主编，机械工业，2006年9月第3版第二次印刷。
绪 论0-1 叙述我国法定计量单位的基本容。
解答：教材P4~5，二、法定计量单位。
0-2 如何保证量值的准确和一致？ 解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定） 1、对计量单位做出严格的定义；2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备；3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。
3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。
0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 解答：（教材P8~10，八、测量误差）0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。
①1.0182544V±7.8μV ②(25.04894±0.00003)g③(5.482±0.026)g/cm 2解答： ①-667.810/1.01825447.6601682/10±⨯≈±②60.00003/25.04894 1.197655/10±≈±③0.026/5.482 4.743±≈‰0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？ 解答：(1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。
(2)要点：见教材P11。
0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V 的0.5级电压表和量程为30V 的1.5级电压表分别测量25V 电压，请问哪一个测量准确度高？ 解答：(1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为0.2级的电表，其引用误差为0.2%），而 引用误差=绝对误差/引用值其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。
《机械工程测试技术基础》课后习题及答案详解
第一章 信号的分类与描述1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|c n |–ω和φn –ω图，并与表1-1对比。
解答：在一个周期的表达式为00 (0)2() (0)2T A t x t T A t ⎧--≤<⎪⎪=⎨⎪≤<⎪⎩ 积分区间取（-T/2，T/2）000000002202002111()d =d +d =(cos -1) (=0, 1, 2, 3, ) T T jn tjn tjn t T T n c x t et Aet Ae tT T T Ajn n n ωωωππ-----=-±±±⎰⎰⎰所以复指数函数形式的傅里叶级数为 001()(1cos )jn tjn t n n n Ax t c ejn e n∞∞=-∞=-∞==--∑∑ωωππ，=0, 1, 2, 3, n ±±± 。
(1cos ) (=0, 1, 2, 3, )0nI nR A c n n n c ⎧=--⎪±±±⎨⎪=⎩ ππ21,3,,(1cos )00,2,4,6, n An A c n n n n ⎧=±±±⎪==-=⎨⎪=±±±⎩πππ1,3,5,2arctan1,3,5,200,2,4,6,nI n nRπn c πφn c n ⎧-=+++⎪⎪⎪===---⎨⎪=±±±⎪⎪⎩没有偶次谐波。
其频谱图如下图所示。
图1-4 周期方波信号波形图1-2 求正弦信号0()sin x t x ωt =的绝对均值x μ和均方根值rms x 。
解答：00002200000224211()d sin d sin d cos TTT Tx x x x x μx t t x ωt t ωt t ωt T T TT ωT ωπ====-==⎰⎰⎰rmsx ==== 1-3 求指数函数()(0,0)at x t Ae a t -=>≥的频谱。
机械工程测试技术试题和答案
一、填空（每空1份.共20分）1.测试技术的基本任务是获取有用的信息2.从时域看.系统的输出是其输入与该系统脉冲响应函数的卷积。
3.信号的时域描述.以时间(t) 为独立变量；而信号的频域描述.以频率f或)(ω为独立变量。
4.如果一个信号的最高频率为50Hz.为了防止在时域采样过程中出现混叠现象.采样频率应该大于 100Hz。
5.在桥式测量电路中.根据其激励电压（或工作电压或桥压或电源）的性质.可将其分为直流电桥与交流电桥。
6.金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：前者利用导体机械形变引起的电阻变化.后者利用半导体电阻率的（或半导体压阻效应）变化引起的电阻变化。
7.压电式传感器是利用某些物质的压电效应而工作的。
8.带通滤波器的上下限截止频率为fc2、fc1.其带宽B =12ccff-；若其带宽为1/3倍频程则fc2= 32 fc1。
9.属于能量控制型的传感器有电阻式传感器、涡电流传感器电容式传感器、电感式传感器等。
10. 根据载波受调制的参数不同.调制可分为调幅、调频、调相。
11. 相关滤波的工作原理是同频相关不同频不相关/同频检测原理12 测试装置的动态特性可以用传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数进行数学描述。
二、选择题（把正确答案前的字母填在空格上.每题1分.共10分）1．不能用确定的数学公式表达的信号是 D 信号。
A 复杂周期B 非周期C 瞬态D 随机2．平稳随机过程必须 B 。
A 连续 B统计特征与时间无关 C 各态历经 D 统计特征等于时间平均3．一阶系统的动态特性参数是 C 。
A 固有频率B 阻尼比C 时间常数D 灵敏度4．系统在全量程内.输入量由小到大及由大到小时.对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间的最大差值称为 A 。
A 回程误差B 绝对误差C 相对误差D 非线性误差5．电阻应变片的输入为 B 。
A 力B 应变C 速度D 加速度6． D 用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。
(精编)机械工程测量与试验技术课后习题答案
(精编)机械工程测量与试验技术课后习题答案绪论0-1叙述我国法定计量单位的基本内容。
解答：教材P4~5，二、法定计量单位。
0-2如何保证量值的准确和一致？解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定）1、对计量单位做出严格的定义；2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备；3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。
3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。
0-3何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？解答：（教材P8~10，八、测量误差）0-4请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。
①1.0182544V±7.8μV②(25.04894±0.00003)g③(5.482±0.026)g/cm2解答：①②③0-5何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？解答：(1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。
(2)要点：见教材P11。
0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V 的0.5级电压表和量程为30V的1.5级电压表分别测量25V电压，请问哪一个测量准确度高？解答：(1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为0.2级的电表，其引用误差为0.2%），而引用误差=绝对误差/引用值其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。
量程越大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。
(2)从(1)中可知，电表测量所带来的绝对误差=精度等级×量程/100，即电表所带来的绝对误差是一定的，这样，当被测量值越大，测量结果的相对误差就越小，测量准确度就越高，所以用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用。
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y a0 a1x a2 x
2
称为测试装置的静态数学模型 ．
静态特性指标：
一、线性度：输入输出关系与理想线性的偏移 程度(实际工作曲线与理想工作直线的偏移程度)
显然线性度越小，系统的线性程度越好，实际工作中 经常会遇到非线性较为严重的系统，此时，可以采取 限制测试范围、采用非线性拟合或非线性放大器等技 实际工作曲线 y 术措施来提高系统的线性度。
（系统识别）
②h(t)已知，y(t)可测，则可通过h(t)、y(t)推 断导致该输出的相应输入量x(t)，这是工程 测试中最常见的问题；（环境预测、反求） ③若x(t)、h(t)已知，则可推断或估计系统的 输出量。(输出响应) 理想的测试装置应该具有单值的、确定 的输入―输出关系。其中以输出和输入成线 性关系为最佳。 在静态测试中，测试装置的这种线性关 系虽说总是所希望的，但不是必须的，因为 在静态测试中可用曲线校正或输出补偿技术 作非线性校正；
xmax F YFS
为了保证测试装置的测试准确度，工程上规定： 测试装置的分辨力应小于允许误差的 1/3,1/5 或 1/10 。 可以通过提高仪器的敏感单元的增益的方法来提高分 辨率。 测试仪器必须有足够高的分辨力 。 指示仪器的分辨率就是最小读数。 数显式仪器的分辨率是显示值的最后一位数。
0
反行程工作曲线 Xm x 迟滞示意图 ax
△Hmax
Ymax 正行程工作曲线
H max H *100% Ymax
几个工作曲线:
工作曲线 : 一般用标定过程中静态平均特性 曲线来描述. 正行程曲线:正行程中激励与响应的平均曲线 反行程曲线:反行程中激励与响应的平均曲线
实际工作曲线:正反行程曲线之平均
要精确地建立测试装置的数学模型是很困 难的。 从数学上可以用常系数线性微分方程表示 系统的输出量y与输入量x的关系，这种方程的 通式如下：
式中，an、an-1、…、a1、a0和bm、bm-1、…、 b1、b0均为与系统结构参数有关但与时间无关 的常数。
２. ２
测试装置的静态特性
通过测量得到测试装置的响应值y和激励值 x之间的一一对应关系，称为测试装置的静态特 性。 测试装置的静态特性可以用一个多项式方 程表示 ,即
第2章 测试系统装置的基本特性
概述 测试装置的静态特性 测试装置的动态特性 测试装置实现不失真（精确）测量的 条件 测试装置动态特性参数的测量 测试装置的负载效应
• 信号与系统紧密相关。 • 被测的物理量亦即信号作用于一个测试系统， 而该系统在输入信号亦即激励的驱动下对它 进行“加工”，并将经“加工”后的信号进 行输出。 • 输出信号的质量必定差于输入信号的质量。
– 受测试系统的特性影响； – 受信号传输过程中干扰的影响。
2.1 测试装置概述
一般测试装置由三个基本环节组成,如图所示.
激励— 输入信号 x (t) 响应— 输出信号 y (t) h(t)—由此组件的物理性能决定的数学运算法则
上图中表示输入量送入此组件后经过规定的 传输特性h(t)转变为输出量。 对比例放大环节h(t)可写成k（电子或机械装置 的放大系数）； 一般的工程测试问题总是处理输入量x(t)、 系统的传输转换特性和输出量y(t)三者之间的 关系。即： ①x(t)、y(t)是可以观察的量，则通过x(t)、 y(t)可推断测试装置的传输特性或转换特性；
测试装置基本特性描绘方法
在静态测试情况下，测试装置输出量（响应） 与输入量（激励）的关系符合式 ， 即输出量为输入量的函数。式中a0、a1、a2这些 常系数均应有物理意义。 在动态测试情况下，如果输入量随时间变化 时，输出量能立即随之无失真地变化的话，那么 这样的系统可看作是理想的。但实际的测试装置， 总是存在着诸如弹性、惯性和阻尼等元件。此时， 输出y不仅与输入x有关，而且还与输入量的变化 速度dx/dt ，加速度d2x/dt2等有关。
Y（t） 正行程工作曲线 实际工作曲线 反行程工作曲线
0
X (t)
四．分辨力（分辨率）
分辨力是指测试装置能测试到输入量最小 变化的能力，即能引起响应量发生变化的最小 激励变化量，用△x表示。由于测试装置或仪器 在全量程范围内，各测试区间的△x不完全相同， 因此常用全量程范围内最大的△ x 即△ xmax 与测 试装置满量程输出值 YFS 之比的百分率表示其分 辨能力，称为分辨力，用F表示，即
在测试静态信号时，线性测试装置的输出― 输入特性是一条直线，二者之间有一一对应的关 系，而且因为被测信号不随时间变化，测试和记 录过程不受时间限制。 测试装置对动态信号的测试任务不仅需要 精确地测试信号幅值的大小，而且需要测试和 记录动态信号变化过程的波形，这就要求测试 装置能迅速准确地测出信号幅值的大小和无失 真地再现被测信号随时间变化的波形。
二. 灵敏度
灵敏度S是仪器在静态条件下响应量的变化 △y和与之相对应的输入量变化△x的比值。
如果激励和响应都是不随时间变化的常量 (或变化极慢，在所观察的时间间隔内可近似为 常量)， 依据线性时不变系统的基本特性，则有：
y s x
s y x y x 常数
灵敏度是一个有因次的量，当特性曲线呈非线 性关系时，灵敏度的表达式为
理想工作曲线
Ymax Ymin
0
△max
线性度示意图
x
• 线性度用线性误差表达：
max 线性误差 100% Ymax Ymin
理想的情况是测试装置的响应和激励之 间有线性关系，这时数据处理最简单，并且 可和动态测试原理相衔接． 由于原理、材料、制作上的种种客观原 因，测试装置的静态特性不可能是严格线性 的。如果在测试装置的特性方程中，非线性 项的影响不大，实际静态特性接近直线关系， 则常用一条参考直线来代替实际的静态特性 曲线，近似地表示响应－激励关系．
s lim y x dy dx
x 0
y
x 0 y
y
△y △x △y △x
0 x (a) ★静态灵敏度的确定
(b)
x
三.回程误差（迟滞） H
亦称滞后量、滞后或回程误差，表征测试装置 在全量程范围内，输入量由小到大 ( 正行程 ) 或由大 到小(反行程)两者静态特性不一致的程度，如图2-5 所示。显然, 越小,迟滞性能越好 y