测试技术基础_复习题

1．绘出测试系统的基本框图，简述各组成部分的功能。

试验装置：是被测对象处于预定状态下，并将其有关方面的内在联系充分显露出来，以便进行有效测量的一种专门装置。

测量装置：把被测量通过传感器变成电信号，经过后接仪器的变换、放大、运算，变成易于处理和记录的信号的装置。

数据处理装置：将被测装置输出的信号进一步处理，以排除干扰和噪声污染，并清楚的估计测量数据的可靠程度。

显示记录装置：将被测对象所测得的有用信号及其变化过程显示或者记录下来的装置。

1．什么是测试系统的静态传递特性？常用哪些量来表征？
描述测试系统静态测量时的输入输出关系的方程、图形、参数等称为测试系统的静态传递特性。

常用的主要表征参数有：静态传递方程与定度曲线、灵敏度、线性度、回程误差、灵敏度阀、漂移等。

2．试述幅频谱密度函数A(f)和幅频特性函数A(f)两者之间的主要区别？
（1）对象不同，前者对象是信号；后者的对象是系统；（2）前者反映信号的组成，后者反映系统对输入信号不同频率成分的幅值的缩放能力（3）定义不同：处理方法各异：前者是对信号付氏变换的模，后者是输出的付氏变换与输入的付氏变换之比的模3．什么叫调制？什么叫解调？在测量中为何要将信号先调制然后又解调？
把缓慢变化的信号变为频率适当的交流信号称为信号调制；把调制过的交流信号还原到原来的信号称为解调。

调制的目的是为了便于信号的处理和放大。

2．何谓滤波器，滤波器分类、基本参数及其定义？
概念：滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分；分类：低通、高通、带通、带阻滤波器；基本参数：文波幅度d；截止频率f c；带宽B和品质因数Q；倍频程选择性W；滤波器因数λ。

3．信号数字分析法的主要优点
精度高，工作稳定，速度快，动态范围宽，能够完成很多模拟分析方法无法实现的运算分析。

4．11.何谓泄漏？防止泄漏的方法如何？电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？
泄露是指加窗（截断）信号的能量扩散到了理论上无穷宽的频带中去。

（1）选择适当的时窗函数（主瓣宽度要小，即带宽要窄；旁瓣高度与主瓣高度相比要小，且衰减要快）（2）增加窗长（3）对周期信号实行整周期截断；；电阻丝应变片的工作原理基于电阻的应变效应, 即导体材料产生机械变形时, 它的电阻值产生相应改变的现象。

半导体式应变片的工作原理是基于电阻的应变效应, 对于半导体敏感栅来说, 由于形变效应影响甚微, 其应变效应主要为压阻效应。

4．选用传感器时要考虑哪些问题？
首先必须在它的工作频率范围内满足不失真测试的条件，此外还需满足以下几点：一是适当的灵敏度，二是足够的精度，三是高度的可靠性，四是对被测对象的影响要小
5．绘出压电式传感器连接电荷放大器的等效电路图，证明电荷放大器可以避免连接电缆分布电容的影响。

q—传感器产生的电荷;
gc 、gi 、gf—电缆的漏电导、放大器的输入电导、放大器的反馈电导;
Ui、Uo —电路的输入电压、输出电压;
Ca 、Cc 、Ci 、Cf—压电传感器的电容、连接电缆电容、输入电容和放大器的负反馈电容。

事实上gc 、gi 和gf 都是很小的。

略去漏电导等的影响, 由图6. 30 的电路可得:
Uo =- qA / [Ca + Cc + Ci - Cf ( A - 1)]
当运算放大器的开环增益很大时, 即A>> 1, 有ACf > > Ca + Cc + Ci
于是, 式( 6. 26) 可近似为Uo ≈- q /Cf
式( 6 . 27) 表明, 电荷放大器的输出电压与压电传感器的电荷成正比, 与电荷放
大器的负反馈电容成反比, 而与放大器的放大倍数的变化或电缆电容等均无关系。

6．下图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。

电感式传感器(差动变压器式传感器)当初级绕组W加以激励电压ei 时, 根据变压器的工作原理, 在两个次级绕阻W1 和W2 中便会产生感应电势e1 和e2。

如果工艺上保证变压器结构完全对称, 则当活动衔铁P处于初始平衡位置,必然会使两互感系数M1
=M2 。

根据电磁感应原理,将有e1 =e2 。

由于变压器两次级绕组反向串联, 因而eo=e1-e2=0, 即差动变压器输出电压为零。

7．用图形及文字解释因何时域采样频率f s必须大于等于2f c
时域采样定理:一个在频率fc 以上没有频率分量的有限带宽信号, 可以由它小于或等于1/2fc的均匀间隔( Δ≤1/2fc, fs ≥2fc ) 上的采样值惟一确定。

说明, 如果在某一频率以上, 信号x( t) 的频谱X( f) 等于零, 以大于或等于2 fc 的采样频率fs 对x( t) 采样, 所得离散信号x ( nΔ) 包含了关于x ( t) 的全部信息, 如式( 5. 16 ) , 式( 5 . 17)所示。

时域采样定理清楚地表明了信号在时域和频域内的对应关系。

三、已知周期性三角波的傅立叶级数展开式为
式中n=1，3，5，……
当其通过一特性如下图所示的系统之后其输出为y(t),试分析y(t)的频率成分及相位并绘出和y(t)幅频谱和相位谱图.
答题要点：1．直接由周期方波信号的傅立叶级数展开式求出x（t）频率成分及其幅值相位；2.利用 y(w) =A(w) x(w) 求出输出的各频率成分及其幅值；利用中(w) =中y(w)-中x(w)求出输出的各频率成分的中y(w)；3.绘出 y(t)幅频谱图和相频谱。

四. 现拟用动态电阻应变仪测量试件在外加纯扭矩作用下的扭振情况,试设计测试方案:要求指明传感器的选择、布置，绘出动态电阻应变仪的原理框图以及各组成环节的输出波形。

被测物理量为荷重或力的应变式传感器, 统称为应变式力传感器。

它主要用作各种电子秤与材料试验机的测力元件、发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。

应变式力传感器要求有较高的灵敏度和稳定性, 当传感器在受到侧向作用力或力的作用点发生轻微变化时, 不应对输出有明显的影响。

答题要点：1 选择传感器为应变片式传感器2指明传感器布置位置，布片要于主应变方向一致 3 绘出动态电阻应变仪框图4 绘出各部分的输出波形图，突出波形特征
五、为了测量热轧带钢的轧制速度，某测试系统利用相关分析的原理组成如下
答题要点：在给定长度L的两个端点上布置测量表面波形的传感器，利用同一信号源在不同时段发出的信号具有相似性的特点，经相关器处理其输出的最大值就是带钢通过给定长度L的时差Td： v = L/ Td
六.已知信号的最高截止频率fc为1200Hz，要对该信号作的数字频谱分析，给定的频率分辨率小于等于1Hz，试确定以下采样条件：答题要点：(1)由∆f=1/T 确定T (2)由fs≧2fc 确定fs(3)由T=fs/N 初步确定N，圆整然后按N=2m圆整，保证分辨率小等于1Hz 分辨率提高一倍，是将∆f置为给定频率分辨率的1/2，重新确定参数。

七．1.用一阶量仪作100Hz正弦信号的测量，如要限制振幅误差在5%以内，则该量仪的时间常数τ应设计成多大？
3.一精密高速机床，传动部分由电机、齿轮、滚动轴承等组成，因操作不当产生了振动现象。

现要求：
（1）组成一个测量该振动加速度的测试系统（以框图形式表述）
（2）简述传感器的选用原则，
（3）简述框图各组成部分的作用，
（4）简述信号分析时，欲得到信号频谱所采用数字信号处理的具体步骤
解答：（2）测量对象为高速、精密机床的振动，其频率较高、振幅不太大，宜采用压电加速计。

（3）被测对象产生的振动，其加速度被压电加速度计转换为电信号（电荷），然后被电荷放大器转换为被放大了的电压信号，经过信号的预处理及A/D转换和运算处理后得到处理数据，再经显示记录即可得到测量处理结果。

（4）①信号预处理
②采样和量化（A/D转换）③确定分析信号的长度T和数据点数N④选窗函数（加窗）⑤进行FFT运算，从而得到信号频
谱
4.采用数字信号处理方法对测试信号进行分析前,必须对所获取的模拟信号进行哪些预处理工作？典型的信号数字处理由那三个
部分组成
解答：（1）如果处理前为调制信号首先要进行解调，如果不是调制信号则不需解调。

（2）抗混叠滤波。

（3）消除直流分量（当测试信号中不应有直流分量时）。

（4）电压幅值处理，使幅值适应于A/D转换器的动态范围;模拟信号预处理，模拟/数字转化，数字分析。