测试系统原理与设计课程复习资料+参考答案B

ex
R C ey
2 f 1103
A( f ) 1 1 (2 f ) 2 2 2
( f ) arctan( ) 45
得： e y 5 2 sin(1000 t 45 ) 4、 压电加速度传感器与电荷放大器连接的等效电路如图 2.65（P55）所示。图中 C 为传感 器固有电容、 电缆等效电容和放大等效电容之和。 已知传感器电荷灵敏度 SQ=100PC/G， 反馈电容 CF=1000PF，试求当被测加速度为 0.5G 时，输出电压为多少？（G 为重力加 速度） 。 解： 加速度：a=0.5G，Sq=100PC/G 则 q S q a 100 0.5 50 pC
使用 0~120 度、 1 级温度计测量 100 度的温度时， 比 0~300 度、 0.5 级的温度计误差小， 所以选用 0~120 度、1 级的温度计 12、振动的测试主要有哪些类型？振动的激励方式通常可分为哪三类？ 主要类型： 振动的基本参量（如位移、速度、加速度、频率等等） ； 测量的结构或部件的动态特性； 振动的激励方式：稳态正弦激振、随机激振、瞬态激振。
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二、基本知识 1、应用电阻应变测量技术作应力测试。 （1）测图示轴的扭矩，在考虑温度补偿的情况下且为了得到最大的灵敏度和输出，如何正确 地布置贴片？试直接在轴面上画出电阻应变片，并画出其接入的电桥电路，需正确标注 应变片或电阻的序号；
（2）测图示梁板的弯曲，已知力 F 垂直作用于板面且在其宽度的中点，在考虑温度补偿的情 况下且为了得到较大的灵敏度和输出，试直接在梁板上画出电阻应变片，并画出其接入 的电桥电路，需正确标注应变片或电阻的序号。
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2、电磁兼容的概念是什么？干扰与噪声的耦合方式一般包括哪些？ 电磁兼容：指装置或系统在其设备的预定场所投入实际运行时，既不受周围电磁环境的 影响，又不影响周围环境，也不发生性能恶化和工作失误，而能按设计要求正常工作的 能力。 干扰与噪声的耦合：静电、互感、公共阻抗和漏电流耦合。 3、离散傅里叶变换产生误差的原因有哪些？应如何设法减少这些误差？ 答： 时域函数的离散导致频域图形的周期化，这是离散傅里叶变换引入的第一次误差； 时域函数的截断导致频域函数出现皱波，这是离散傅里叶变换引入的第二次误差； 减少这些误差的方法： - 采样频率������������ 选的足够高，并且只有������������ ≥ 2������������ 时，离散傅里叶变换才不会发生混淆； - 采样点数������必须是 2 的正整数次幂，������ = 2������ （P 为正整数） ，一般的取值：������ = 9~11； - 处理数据时，选择合适的窗函数； - 数据平均化处理； 4、何谓压电效应？压电式传感器对测量电路有何特殊要求？为什么? 某些晶体材料在沿某方向施加压力而使之变形时，内部产生电荷，当外力去掉时，电荷 随之消失，此现象称为正压电效应； 反之，若施加外电场，晶体产生机械变形，称为逆 压电效应； 特殊要求：测量电路具有极高的输入阻抗，一般要求输入阻抗在数百兆欧以上； 原因：可以避免由于漏电造成输出减少而产生测量误差。 5、在测试系统中主要通过什么措施抑制干扰与噪声？常用的数字滤波技术有哪些？ 答：抑制干扰和噪声措施：屏蔽接地、隔离、合理布线、灭弧、滤波和采用专门的电路 与器件等措施抑制干扰与噪声。 常用数字滤波技术： 算数平均法、中值滤波法、平均值法等。 6、 欲检测某机器上一轴的转速， 可采用哪些类型的传感器？请举三例并简要画示意图说明之。 P28/38/42
q 50 1012 ey 0.05V Cf 1000 1012
5、 磁电式速度计的工作原理如图 2.66（P55）所示。齿轮随被测轴转动，已知齿数 Z=60， 求：当测得频率计感应电势频率 F=2400HZ 时，被测轴的转速（r/min） 。 解：
f
n z 60
备注： f：频率；n：转速；z：齿数；除以 60 是换算成 s（秒）
3.14
C0
A 8.85 1012 3.14 (4 103 ) 2 1.48 1012 F / m 3 0.3 10

C C0

1.48 1012
2 106 0.01pF 0.3 103
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为 RA 时，并联电阻阻值如下：
' Ra
120 1 106 119.9856 120 1 106
当并联电阻为 RB 时，并联电阻阻值如下：
' Rb
120 5 105 119.9712 120 5 105
8、滤波器与鉴频器有何不同？它们各适用于什么场合？
9、何谓滤波器的分辨力？它与哪些因素有关？ 滤波器的分辨力：滤波器分辨相邻频率成分的能力 影响因素： 1) 波纹幅度 d 2) 截止频率 3) 带宽 B 和品质因素 Q 4) 倍频程选择性 5) 滤波器因素 λ 10、测试系统实现不失真测试的条件是什么？ 答： 各频率分量的幅值输出比输入应放大(或衰减)同样的倍数， 各频率分量的滞后相位与各自的角频率必须成正比，
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2
13、 某种电容式传感器如图所示， 电容量为 C=ε0εA/δ， 式中 ε—极板间介质的相对介电常数， ε0—真空中介电常数，δ—极板间距离，A—极板表面积。问： （1）该传感器属于哪种形式的电容传感器？ （2）简述该传感器的工作原理； （3）其灵敏度 S = ？ （4）该种传感器是否会有线性误差？为什么？ 答： 1) 差动变极距式电容传感器； 2) 当动极板因被测量变化而左右移动时，改变了两极板之间的间距，从而引起电容量的 变化； 3) 灵敏度： S
3、已知低通滤波器如图 4.35 所示，其中 R=1KΩ，C=1μF，求：当输入信号 ex =10sin100 时，滤波器的输出信号。 解：
R C 1103 1106 F 1103
根据条件： ex 10 sin 1000 t 得： A0 10 ， 1000
测试技术基础 复习资料 2013.5.3 一、概念 1．频率响应函数反映了系统的稳定的输出和输入关系。 2．压电式传感器是一种可逆型换能器，它也可以将电能转换为机械能。 3． 噪声是来自元器件内部的一种污染信号。 任何处于绝对零度以上的导电体都会产生热噪声。 4．悬浮接地的优点是不受大地电流的影响。 5．常用的灭弧元件有 RC 回路、泄放二极管、硅堆整流器、压敏电阻、雪崩二极管等。 6．霍尔元件是一种能实现磁电转换的半导体器件，它必须在有磁场的条件下才能工作。 7．相敏检波既能反映被测缓变信号的幅值，又能鉴别缓变信号的极性。 8．由于箔式应变片的诸多优点，因而应用比较广泛。目前，在常温条件下，已逐步取代了金 属丝式应变片。 9．频谱是离散的，则对应的时间函数一定是周期信号。？？（不一定） 10．随机误差是没有规律的，不可以通过统计平均将其消除。 11．抑制静电感应采用金属网屏蔽线，抑制电磁感应干扰采用双绞线。 12．白噪声发生器所提供的信号是完全随机的。 13．光电隔离器是由光电耦合器件完成的。 14．频率的保持性是指：若输入为某一频率的正弦(或余弦)信号，则系统的稳态输出将有且只 有该同一频率，只不过幅值与相位发生了变化。 15．电容式传感器的后续测量电路是电荷放大器、而不是电桥型电路。？？（压电式传感器） 16．差动变压器式电感式传感器可提高传感器的灵敏度，同时传感器的测量范围扩大。 17．滤波器的带宽越窄，则分辨率越高，测量时的响应越慢。 18．温度补偿片与工作应变片应贴在电桥相邻两臂上。 19．如果采样频率 fs 选得足够高，则频域各周期的图形不会发生重叠。 20．正弦信号通过一阶系统后，输出的幅值不一定减小，但相位一定滞后。？？（不一定） 21．地线压降是形成公共阻抗干扰的重要原因。 22．测量缓变的力时，压电式传感器的晶片应选用并接形式。 23．开关电源的噪声源主要来自开关变压器、功率开关管、高频整流二极管。 24．标定时所用测量仪器精度至少要比被标定测试系统的精度高一个等级。 25．机床强迫振动和自激振动主要取决于机床部件或整台机床的动态特性。 26．频率为 1000HZ 的周期性正弦波，经过截止频率为 2000HZ 的理想低通滤波器后的输出仍 为 1000HZ 的正弦波。？？（500MHz） 27．用涡流式传感器能够实现动态非接触式测量。 28．标称范围是指在测量器具的误差处于允许极限内的情况下,测量器具所能测量的被测量值 的范围。？？测量（工作）范围 29．测试装置的灵敏度是一个无量纲的比例常数。 30．将 1V 模拟电压用 8 位 A/D 转换器进行量化，其最大量化误差为 1/256V。 31．当采样点数 N 一定时，采样频率 fs 越高，频率增量大，频率分辨力越低。 32．误差是客观存在的，在实验和测量中总有误差。 33．周期信号的频谱是由无限多条离散谱线组成， 每一条谱线(单边谱)代表一个谐波分量。 34．采样过程可以看成是信号与单位脉冲函数的简单乘积。
11、欲测量 100 度左右的温度，现有 0~300 度、0.5 级和 0~120 度、1 级的两支温度计，试 问选用哪一支温度计较好？为什么？ 答：选择 0~120 度、1 级的温度计较好； 原因： 0~300 度、0.5 级的测量误差： 1 0.5% 300 1.5 C 测量 100 度左右的温度是的误差：
7、何谓温度补偿？产生电阻应变片温度误差的原因有哪些？ 1） 温度补偿概念： 在常温下测量， 因环境温度很难保持恒定， 所以必须采取一定的措施， 减小或消除由于温度变化的影响。 2）产生电阻应变片温度误差的原因： 敏感栅材料的电阻温度系数； 试件材料和敏感栅材料的膨胀系数；
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1 100
100%
1.5 C 100% 1.5% 100 C
0~120 度、1 级的测量误差： 2 1% 120 C 1.2 C