最新广东海洋大学测试技术重点..

2015年测试技术考试重点题

1．填空题

１、周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是连续的。

２、均方值Ψx2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差σx2的关系是￠x2=Hx2+óx2 。３、测试信号调理电路主要有电桥、放大电路、调制解调电路。４、测试系统的静态特性指标有非线性度、灵敏度、回程误差。５、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的斜率。

６、传感器按信号变换特性可分为组合型、一体化型。

７、当Δó〈〈ó0 时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度S趋于。

８、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合相邻相反、相对相同的变化，才能使输出有最大值。

９、信号分析的过程主要包括：信号处理、信号转换。

10、系统动态特性在时域可用传递函数来描述，在复数域可用频率函数来描述，在频域可用脉冲响应函数来描述。

11、高输入阻抗测量放大电路具有高的共模抑制比，即对共模信号有抑制作用，对差模信号有放大作用。

12、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在分布电容。

13、压控振荡器的输出电压是方波信号，其频率与输入的控制电压成线性关系。

14、调频波的解调又称鉴频，其解调电路称为鉴频器。

15、滤波器的通频带宽和响应时间成反比关系。

16、滤波器的频率分辨力主要由其带宽B 决定。

17、对于理想滤波器，滤波器因数λ＝1。

18、带通滤波器可由低通滤波器（fc2）和高通滤波器（fc1）串联而成（fc2> fc1）。

19、测试系统的线性度和滞后度是由系统误差引起的；而重复性误差是

由随机误差引起的。

20.非周期信号可分为瞬变非周期信号和准周期信号。

21. 在数据采集系统中，常采用程序控制放大器。

22. 根据载波受调制的参数的不同，调制可分为调幅、调频、调相。

23、调频波的解调电路称为鉴频器。

24、滤波器的频率分辨力主要由其带宽B决定。

25、用滤波的方法从信号提取的频率成分越窄，即带宽越小，需要的时间就越长。

26、如信号的自相关函数为Acosωτ，则其均方值Ψx2=A。

27、倍频程选择性决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力。

28、低通滤波器对阶跃响应的建立时间Te带宽B成反比、，或者说它们之间的乘机是常数。

29、半导体应变片是根据压阻效应原理工作的。

30、根据载波受调制的参数的不同，调制可分调幅、调频、调相。

31、金属应变片是根据正应变效应原理工作的。

32、当把石英等晶体置于电场中，其几何尺寸将发生变化，这种由于外电场作用

导致物质机械变形的现象称为 逆压电效应 。

33、使信号中特定的频率成分通过，而衰减其他频率成分的电路称 滤波器 。 34、信号可分为确定性信号和 随机信号 ，也可分为模拟信号和 数字信号 。 35、滤波器的品质因素Q 与带宽B 的关系是 Q ＝ F0/B 。 36、两个时域函数

1()

x t 、

2()

x t 的卷积定义为

1

2

()()x t x t d ττ-? 。

如何保证量值的准确和一致？ 解答：

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。

周期信号的频谱有什么特点？ 1. 周期信号的频谱是离散的

2. 每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，基波频率是诸分量频率的公约数

3. 各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角

.若要求测试装置的输出波形不失真，需满足什￠￠么条件？ 则幅频和相频特性应分别满足AW=A0=常数，￠w=-ToW

压电式传感器的工作原理

压电式传感器的工作原理就是利用某些电介质的正压电效应，将被测量的变化转换为力的变化，当力作用在压电材料上时，传感器就有电荷的输出

什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用

答：测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索型的、论证型的测量过程，也是获取信息的过程。 （1） 测量对象

（2） 传感器：在测试系统和被测试对象之间建立了一定的连接关系，它直接感受被测量并

将其转换成电信号。是测试系统中的关键部件。 （3） 中间转换电路（信号调理电路）：作用是将传感器的输出信号 进行传输、放大和转换，

使其适合显示、纪录、数据处理。

（4）信号处理单衣：它是以计算机为核心对中间转换电路的输出信号作进一步地处理（如：计算、频谱分析、数据储存等）

（5）显示、记录部分：作用是输出测试结果。

说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？

相同之处在于：都是将被测量的变化转换为电阻的变化，且dR/R=(1+2H)ε+λEε,其中H 为材料的泊桑比，E为材料的弹性模量，(1+2H)ε是由几何尺寸变化引起的阻值变化，λE ε是由电阻率的变化引起的阻值变化。

不同的是，电阻应变片是利用导体形变引起的阻值变化，所以dR/R≈(1+2H)ε，S≈1+2H；而半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应使电阻率发生变化引起电阻变化。所以dR/R=λEε，S≈λE。

各自的优点分别为：

电阻丝应变片具有相当高的适应性；半导体应变片的灵敏度高，一般为电阻丝应变片的50-70倍。

选用传感器的原则是什么

基本原则是：选用的传感器其性能应当与被测信号的性质相匹配。

（1）静态特性方面：a、应使被测量的变化范围在传感器的线性范围以内，并保证线性误差在允许范围内；b、传感器的分辨率（力）从数据上应小于测量要求的分辨率（力）

c、满足实际要求的条件下，精度不宜过高。

调制和解调

．调制：就是使一个信号的某些参数在另一个信号的控制下而发生变化的过程。

解调：从已调制波中恢复出调制信号的过程。

作用：调制的目的：使缓变信号便于放大和输出。

解调的目的：恢复原信号。

１、

已知信号x(t)=e-t (t ≥0)，

(1) 求x(t)的频谱函数X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。

(2) 求x(t)的自相关函数Rx (τ) 。 （15分）

、x(f)=

?

∞

∞

- x(t) e -j2πft dt=-f j π211

+ [e (-j2πf-1)]∞0

=f j π211+

则│x(f)│=

2

2411

f π+ φ(f)=-arctg(2πf)

频谱图如下：

(2) Rx(τ)=?∞∞-x(t)x(t+τ)dt=

dt

e e t t )

(0τ+-∞

-?=e

τ

-dt e

t

?

∞

-0

2=21

e -τ

2二阶系统的阻尼比ξ=0.2，求ω=ωn 时的幅值误差和相位误差，如果使幅值误差不大于10％，应取多大阻尼比？

解：对于二阶系统：当w=w n 时，A(w) =1/2ζ，)(1w Φ=-90。幅值误差=[ A(w)-1]Χ100%=150%A m

相位误差=ф(w)= -90。如使幅值误差不大于10%，则∣ A(w)-1∣≤0.1 即0.9≤A(w)≤1/2ζ≤0.1 ∴1/2.2≤ζ≤1/1.8,

阻尼比应在0.46~0.55之间选取。

用一个时间常数为0.35s 的一阶装置去测量周期分别为1s 、2s 和5s 的正弦信号，问稳态响应幅值误差将是多少？

解：设一阶系统

1()1H s s τ=

+，

1()1H j ωτω=

+

()()A H ωω==

=

，T 是输入的正弦信号的周期

稳态响应相对幅值误差

()1100%

A δω=-?，将已知周期代入得

58.6%1s 32.7%2s

8.5%5s T T T δ=??

≈=??=?

2-3 求周期信号x (t )=0.5cos10t +0.2cos(100t ?45?)通过传递函数为H (s )=1/(0.005s +1)的装置后得到的稳态响应。

解：1()10.005H j ωω=

+

，

()A ω=()arctan(0.005)?ωω=-

该装置是一线性定常系统，设稳态响应为y (t )，根据线性定常系统的频率保持性、比例性和叠加性得到 y (t )=y 01cos(10t +?1)+y 02cos(100t ?45?+?2) 其中

0101(10)0.50.499

y A x ==

≈，

1(10)arctan(0.00510) 2.86??==-?≈-?

0202(100)0.20.179

y A x ==

≈，

2(100)arctan(0.005100)26.57??==-?≈-?

所以稳态响应为

()0.499cos(10 2.86)0.179cos(10071.57)y t t t =-?+-?

2、解：对于二阶系统：当 w=wn 时， A(w) =1/2ζ， -90。

幅值误差=[ A(w)-1]Χ 100%=150%Am 相位误差=ф (w)= -90。

如使幅值误差不大于 10%，则∣ A(w)-1∣≤0.1 即 0.9≤A(w)≤1/2ζ≤0.1 ∴1/2.2≤ζ≤1/1.8,

阻尼比应在 0.46~0.55 之间选取。

想用一个一阶系统做100Hz 正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，那么时间常数应取多少？若用该系统测量50Hz 正弦信号，问此时的振幅误差和相角差是多少？ 解：设该一阶系统的频响函数为

1

()1H j ωτω=

+，τ是时间常数

则

()A ω=

稳态响应相对幅值误差

()1100%1100%A δω??

=-?=? ?

令δ≤5%，f =100Hz ，解得τ≤523μs 。 如果f =50Hz ，则

相对幅值误差：

1100%1100% 1.3%δ????

=?=?≈ ??

相角差：

6

()arctan(2)arctan(25231050)9.33f ?ωπτπ-=-=-???≈-?

一个电容测微仪，其传感器的圆形极板半径r ＝4mm ，工作初始间隙δ=0.3mm ，问：1）工作时，如果传感器与工件的间隙变化量?δ＝±1μm 时，电容变化量是多少？2）如果测量电路的灵敏度S 1=100mV/pF ，读数仪表的灵敏度S 2=5格/mV ，在?δ＝±1μm 时，读数仪表的指示值变化多少格？ 解：1）

00002

00000

1232

632

153()8.85101(410)(110)

(0.310)4.9410F 4.9410pF

A A A A C εεεεεεδεεδ

δδδδδδδπ------???=

-=≈+?+??????±?=

?≈±?=±?

2）B =S 1S 2?C =100?5?(±4.94?10-3)≈±2.47格 答：

用电阻应变片接成全桥，测量某一构件的应变，已知其变化规律为 ε(t )=A cos10t +B cos100t

如果电桥激励电压u 0=E sin10000t ，试求此电桥的输出信号频谱。 解：接成等臂全桥，设应变片的灵敏度为S g ，根据等臂电桥加减特性得到

[]

[]

()()()(cos10cos100)sin100001

sin(1010000)sin(1010000)21

sin(10010000)sin(10010000)2

sin10010sin 9990sin10100sin 990022o e g e g g g g g R

u u S t u S A t B t E t R

S EA t t S EB t t S EA S EB t t t t ε?=

==+=+--++--=+++

幅频图为

A n (

已知某RC 低通滤波器，R =1k Ω，C=1μF ，试；

1）确定各函数式H (s )；H (ω)；A(ω)；?(ω)。

2）当输入信号u i =10sin1000t 时，求输出信号u o

，并比较其幅值及

相位关系。

解：

1）

1()1H s s τ=

+，1()1H j ωτω=+ τ=RC =1000?10-6=0.001s

所以

1()0.0011H s s =

+，

1()10.001H j ωω=

+

()A ω=

，

()arctan 0.001?ωω=-

2）u i

=10sin1000t 时，ω=1000rad/s ，所以

(1000)2A =

=

(1000)arctan 0.00110004π

?=-?=-

o 10(1000)sin[1000(1000)])

4u A t t π

?=?+=-（稳态输出） 相位输入UI ，输出幅值衰减为5√2，相位滞后π/4.

)

一阶RC 低通滤波器

已知低通滤波器的频率响应函数

1

()1H j ωωτ

=

+

式中τ=0.05s 。当输入信号x (t )=0.5cos(10t )+0.2cos(100t -45?)时，求其输出y (t )，并比较y (t )与x (t )的幅值与相位有何区别。

解：

()A ω=()arctan ?ωτω=-

(10)0.894A =

≈， (10)arctan(0.0510)26.6?=-?≈-?

(100)0.196A =

≈，(100)arctan(0.05100)78.7?=-?≈-?

y (t )=0.5?A (10)cos[10t +?(10)]+0.2?A (100)cos[100t -45?+?(100)]

=0.447 cos(10t -26.6?)+0.039cos(100t -123.7?)

比较：输出相对输入，幅值衰减，相位滞后。频率越高，幅值衰减越大，相位滞后越大。