故障诊断第二章习题教案资料

故障诊断第二章习题

第二章第一节信号特征检测

一、填空题（10）

1.常用的滤波器有、低通、带通、四种。

2.加速度传感器，特别是压电式加速度传感器，在及的振动监测与诊断中应用十分广泛。

3.传感器是感受物体运动并将物体的运动转换成的一种灵敏的换能器件。

4.振动传感器主要有、速度传感器、三种。

5.把模拟信号变为数字信号，是由转换器完成的。它主要包括和两个环节。

6.采样定理的定义是：。采样时，如果不满足采样定理的条件，会出现频率

现象。

7.电气控制电路主要故障类型、、。

8.利用对故障进行诊断，是设备故障诊断方法中最有效、最常用的方法。

9.振动信号频率分析的数学基础是变换；在工程实践中，常运用快速傅里叶变换的原理制成，这是故障诊断的有力工具。

10．设备故障的评定标准常用的有3种判断标准，即、相对判断标准以及类比判断标准。可用制定相对判断标准。

二、选择题（10）

1.（）在旋转机械及往复机械的振动监测与诊断中应用最广泛。

A 位移探测器

B 速度传感器

C 加速度计

D 计数器

2.当仅需要拾取低频信号时，采用（）滤波器。

A 高通

B 低通

C 带通

D 带阻

3.（）传感器，在旋转机械及往复机械的振动监测与诊断中应用十分广泛。

A 压电式加速度

B 位移传感器

C 速度传感器

D 以上都不对

4.数据采集、谱分析、数据分析、动平衡等操作可用（）实现。

A 传感器

B 数据采集器

C 声级计

D 滤波器

5.（）是数据采集器的重要观测组成部分。

A. 滤波器

B. 压电式传感器 C 数据采集器 D 数据分析仪

6.传感器是感受物体运动并将物体的运动转换成模拟（）的一种灵敏的换能器件。

A 力信号

B 声信号

C 光信号 D. 电信号

7.在对（）进行电气故障诊断时，传感器应尽可能径向安装在电机的外壳上。

A 单相感应电机

B 三相感应电机

C 二相感应电机

D 四相感应电机

8.从理论上讲，转速升高1倍,则不平衡产生的振动幅值增大（）倍。

A 1

B 2

C 3

D 4

9.频谱仪是运用（）的原理制成的。

A 绝对判断标准

B 阿基米德

C 毕达哥拉斯

D 快速傅立叶变换

10.伺服控制上常用三环结构，三个环都是调节器，其中有的采用P调节器，有的采用PI 调节器，有的采用PID调节器。其中PID调节器称为（）。

A 比例调节器

B 比例积分微分调节器

C 比例积分调节器

D 积分调节器

三、多选题（5）

1.传感器的安装部位通常在轴承座部位，并按信号传动的方向选择( )布置。

A 垂直

B 水平

C 轴向

D 斜向

2.传感技术的作用主要体现在（）。

A 传感技术是检验和质量控制的重要手段

B 传感技术在系统安全经济运行监测中得到了广泛应用

C 传感技术及装置是自动化系统不可缺少的组成部分

D 传感技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步

3.传感技术的研究内容主要包括（）。

A 信息获取

B 信息转换

C 信息处理

D 信息传输

4. 能用涡流式传感器进行测量的是（）。

A 位移

B 材质鉴别

C 探伤

D 非金属材料

5．关于传感器的作用，下列说法正确的有( )。

A 通常的传感器可以直接用来进行自动控制

B 传感器可以用来采集信息

C 传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量

D 传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量

四、简答题（10）

1.检测的概念是什么？

2.检测系统由哪几部分组成，各部分的作用是什么？

3.信号滤波的作用。

4.简述有哪几种机械振动测试方法、

5.简述拾振器的作用。

6.在滤波电路中为什么普遍采用RC有源滤波器？

7.传感器输入与输出之间的耦合方式有哪些？各有什么特点？

8.在设备状态监测中，当你发现检测到的信号出现了许多我们不感兴趣的噪声干扰信号，你用什么办法把它消除掉，以提高测试精度？

9.特征信息获取和分析处理的基本方法。

10.常用的测振传感器种类及其合理选择。

五、计算题（6）

1.某传感器给定精度为2%F?S，满度值为50mV，零位值为10mV，求可能出现的最大误差?(以mV计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。

2.用一个一阶传感器系统测量100Hz的正弦信号时，如幅值误差限制在5%以内，则其时间常数应取多少?若用该系统测试50Hz的正弦信号，问此时的幅值误差和相位差为多？

3.用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计灵敏度为5pC/g，电荷放大器灵敏度为50mV/pC，当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V，试求该机器的振动加速度。(g为重力加速度)

惯性式拾振器的力学模型如下图，请回答下列问题：

4.求出基础激振时以质块对基础的相对位移作为输出时该惯性式拾振器的幅频特性和相频特性；

5.由4的结果可分析归纳出研究振动测试的基础原理，现请你分析归纳出研究振动测试的基础原理；

六、分析题（4）

1.在设备故障诊断中，用得最广泛的信号分析方法之一，就是频谱分析，为什么？举例说明。

2.特征信号是如何采集的？

3.转子轴系不对中故障可分为哪几类？其主要故障特征有哪些？

4.旋转机械振动故障分析常用方法有哪些？

七、论述题（3）

1.在振动判定标准中，为什么国际标准大多以速度有效值为参量。而在低频以及高频处却常用位移和加速度测量？

2.简述传感器的组成及其各部分的功能？

3.何为传感器的静态标定和动态标定?试述传感器的静态标定过程。

第二章第二节时域习题

填空题（20）

1．振动信号的原始数据一般为______，其时域波形具有直观且易于理解的特点。2．在故障分析与诊断中，采用_____与______相结合，会使诊断结果更准确。

3．在旋转机械的故障诊断中，根据时域波形图中是否出现____等典型特征可对设备的故障类型进行初步判断，波形图与频谱图相结合便可准确分析故障类型与故障严重程度。

4．信号可以分为______和______两大类。大多数工程上遇到的信号为动态信号。

5．不随时间变化的信号称为_____。随时间变化的信号称为____。

6．动态信号主要分为______和______，前者又分为周期信号和非周期信号，后者分为平稳随机性和非平稳随机信号。

7．可以用明确的数学关系或者图表描述的信号称为（确定性信号），它又可以分为_____和______。

8．时域分析的重要特点是______，在时域信号中提取信号特征的方法主要有相关分析、时序分析、时域平均等

9．从噪声干扰的信号中提取周期性信号的过程称为_______。也称为相干检波。10．时域平均按其选取平均周期的不同，可以分为_______、_______。

11．随机过程的所有统计量不随时间变化的是________。

12．均值、均方值、方差、自相关函数、互相关函数不随时间或所研究的时刻变化的是_______。

13．在随机信号处理中，当满足______时，时间平均和统计平均趋于一致。

14．一般采用_____和_____这两个统计量对AR/MA/ARMA三种模型进行识别，如果偏相关函数是截尾的，则说明该时间序列适用于AR模型建模。

15．随机过程中每次观测到的结果是不同的，它表明______。

16．随机过程在各时刻对应的随机变量的______可以完整的描述随机过程的性质。17．按照时间顺序排列的一组数据称为______。在时间序列分析领域，通常是指一组时间或空间有序的随机数据。

18．基于时间序列的______和______假设，根据观测样本对时间序列的各种_____做出某种

切合实际的估计就是统计分析。

19．时间序列预报的基本原则是______，并称其为平稳线性最小方差预报。

20．时间序列模型首先是其数据有一个时间上的顺序，而且仅用它的_____及______所建立起来的模型。

选择题（20）

1.在小波分析中，高小波尺度反应的是信号（）

A高频段频率 B中频段频率

C低频段频率 D无法反应相关信息

2.调整型非平稳信号属于随机信号中的（）

A周期信号 B平稳信号

C非周期信号 D非平稳信号

3.从某种意义上讲，设备振动诊断的过程，就是从信号中提取（）的过程

A周期信号 B非周期信号

C简谐信号 D复杂信号

4.振动信号频率分析的数学基础是（）

A傅里叶变换 B有限傅里叶变换

C离散傅里叶变换 D快速傅里叶变换

5.均方根值诊断法多适用于（）

A固定振动 B非稳态振动

C稳态振动 D移动振动

6.一般低频振动采用（）为其测量参数.

A加速度 B速度 C位移 D距离

7.传感器的前置放大器输出信号经滤波后将交流分量输入示波器或监测计算机，便可得到转子的（）

A轴心轨迹 B状态方程

C移动方向 D信号方向

8.频率相同、相互垂直且初相位不同的两个简谐振动合成时，若相位相差为零，则其轨迹为（）

A 圆

B 椭圆

C 一条直线 D一条曲线

9.从理论上讲，转速升高一倍，则不平衡产生的振动幅值增大（）倍

A 1

B 2

C 3

D 4

10.出现（）现象，则振动主导频率与转速无关

A 不平衡

B 不对中

C 油膜振荡

D 外界干扰

多选题（10）

1. 常用的信号预处理方法有（）

A提取或去除趋势项 B信号放大

C信号滤波 D A/D转换

2. 根据频率特性不同，经典滤波器可分为（）

A 低通滤波器 B高通滤波器

C带通滤波器 D带阻滤波器

3. 当噪声很强，宽带噪声谱起伏很大时，很难识别周期分量，可用下述方法提取周期分量（）

A窄带滤波 B相关滤波

C时域平均 D相关分析

4. 时域的类别（）

A 幅值域

B 时差域

C 倒频域

D 复时域

5. 时域的三种信号（）

A 随即信号

B 周期信号

C 瞬时信号

D 脉冲信号

6. 对于工况状态变化趋势模型分析中的隐含趋势，一般采用的分析步骤是（）

A 分析系统的物理背景

B 用频谱分析等比较成熟的方法对观测值进行分析

C 建立ARMA模型，分析模型的特征根等参数

D 运用各类方法进行综合分析

7.AR（n）、MA（m）、ARMA（n，m）模型的估计方法很多，但主要分为（）

A 最小二乘估计

B 矩估计

C 利用自相关函数的直接估计

D 利用互相关函数的估计

8.机械设备运行过程中，系统的输出具有的特点为（）

A 动态过程是随机过程

B 系统的输入无法预知

C 机械系统相互耦合，十分复杂

D 可以做特定分析，以便对实际机器状态进行监视与诊断

9. 在时序分析领域，研究和应用较广的模型有（ ）

A 自回归滑动平均模型

B 指数自回归模型和状态依赖模型

C 双线性模型

D 门限自回归模型

10.自协方差函数()x r k 包含的信息有（ ）

A 自协方差函数在平稳域中具有呈负指数衰减特性

B 已知输入白噪声的方差，便可表明白噪声的统计特性

C 自协方差函数可以完整地表示系统的动态特性

D 自协方差函数不是统计数字量

简答题（10）

1. 时域分析的主要内容：

2. 随机变量的均值、方差、协方差函数和自相关函数是如何刻画随机变量的？

3. 随机过程的严平稳性和宽平稳性之间是否有确定的因果关系？

4. 正态随机过程是宽平稳随机过程还是严平稳随机过程？

5. 自相关函数有何作用？

6. 信号预处理的目的是什么？

7. 简述卷积信号的同态滤波过程。

8. 信号的时域分析的时域是什么？

9. 什么是平稳随机信号？

10. 判断随机信号是广义平稳的条件是什么？

计算题（6）

1. 已知Ay ε=，为零均值等方差白噪声序列，求0y ，2y 的相关系数

[]0123,.,T εεεεε= ，[]0123,.,T

y y y y y =

11

22213332311000100101a A a a a a a ??????=?????? 2. 已知()u n 满足(2)AR 模型，即满足如下差分方程：

12()(1)(2)()u n a u n a u n v n +-+-=

其中()v n 是均值为零、方差为2v σ的白噪声。试用自相关函数来表示系数1a 、2a 。

3. 设随机序列{}(),0,1,2,X n n =±±L ，其中()X n 是两两互不相关的随机变量且

(())0E X n =,2(())D X n σ=,序列{()}X n 被称作白噪声。验证白噪声序列是平稳序列。

4. 设()x n 是零均值平稳随机过程，自相关为()x r k 。构造随机过程()y n 为：

()()()y n x n f n =+，其中()f n 是已知的确定性序列。试求()y n 的均值()y m n 和自相关(,)y r k l

5. 设随机相位正弦序列为

()sin(2)s X n A fnT π?=+

式中，A 和f 均为常数，s T 是采样时间间隔，?是一个随机变量，在02π:内服从均匀分布，即

1,02()20,p ?π?π?≤≤?=???

其它，求其均值及自相关函数。 6. 已知单位反馈系统的开环传递函数为

27(1)()(4)(22)

s G s s s s s +=+++ 试分别求出当输入信号()1()r t t =，t 和2t 时系统的稳态误差[()()()]e t r t c t =-

分析题（4）

1. 有量纲指标与无量纲指标有什么优缺点？试举例说明。

2. 时域平均和谱分析方法的差异？

3. 如何判断一个线性时不变系统是稳定的？

4.为什么在高阶信号处理中，常常采用高阶累积量，而不采用高阶矩？

论述题（4）

1. 结合自己的研究方向，谈谈如何应用自相关函数和互相关函数。

2. 为何要对动态系统特性进行时域分析？

3.现代信号处理中，对信号的处理通常是给出一个算法，对一个算法性能的评价，应从哪些方面进行评价。

4.简述自适应信号处理技术的应用。

第二章第三节频域习题

填空题：（24）

1、频谱分析是利用某种变换将复杂信号分解为。

2、将动态信号的频率成分的幅值、相位、与频率的关系表达出来的图形称之为。

3、表示周期信号的谐波分量的最基本的谱图有和。

4、幅值谱表示各谐波分量的与的图示关系。

5、相位谱表示各谐波分量的与的图示关系。

6、非周期信号的频谱必须用 表示。

7、平稳随机信号的频谱是指 。

8、已知()f t 的傅里叶变换()F j ω，则(5)f t -的傅里叶变换为 。

9、频带有限信号f(t)的最高频率为100Hz ，若对f(t)进行时域采样，使频谱不发生混叠的采样频率为 。

10、()(2)(2)f t t t δδ=++-的傅里叶变换为 。

11、有一模拟信号包含30Hz 、80Hz 、50Hz 三种模拟频率，若以某一采样频率进行采样，为保 证不失真地由采样序列恢复原模拟信号，采样频率fs 需大于等于 。

12、已知()f t 的傅里叶变换为()F j ω，则(5)f t +的傅里叶变换为 。

13、已知信号()f t 的频谱函数在（-500Hz ，500Hz ）区间内不为零，现对()f t 进行理想取样，则采取样频率为 。

14、已知()F j ω的傅里叶逆变换为()f t ，则0[()]F j ωω+的傅里叶逆变换

为 。

15已知()F j ω的傅里叶逆变换为()f t ，则0[()]F j ωω-的傅里叶逆变换

为 。

16、 最常用的功率谱估计方法为 。

17、 傅里叶变换的 与 在时域与频域中表现出巧妙地对称关系。

18、满足采样定理条件下，时域采样信号的频谱是 。

19、周期信号的幅度谱和频谱密度均是 。

20、周期性的连续时间信号，其频谱是 。

21、周期信号的频谱是 ，非周期信号的频谱是 。

22、若f(t)是周期奇函数，则其傅里叶级数中仅含有 。

23、在工程中，运用 把信号中的各种频率成分分别分解出来，获得各种 用于诊断分析。

24、()x S f 为信号的 沿频率轴分布，2

()X f 称为 。

选择题：（20）

1、下列叙述正确的是（ ）

A 、f(t)为周期偶函数，其傅里叶级数只有偶次谐波

B 、f(t)为周期偶函数，其傅里叶级数只有余弦偶次谐波分量

C 、f(t)为周期奇函数，其傅里叶级数只有奇次谐波

D 、f(t)为周期奇函数，其傅里叶级数只有正弦分量

2、若矩形脉冲信号的宽度加宽，则它的频谱带宽( )

A 、不变

B 、变窄

C 、 变宽

D 、与脉冲宽度无关

3、（ ）是从频域提供相关技术的信息中，研究平稳随机过程的重要方法。

A 、功率谱分析

B 、时域分析

C 、采样分析

D 、频域分析

4、对于序列的傅立叶变换而言,其信号的特点是（ ）

A 、时域连续非周期，频域连续非周期

B 、时域离散周期，频域连续非周期

C 、时域离散非周期，频域连续非周期

D 、时域离散非周期，频域连续周期

5、非周期连续信号被理想取样后，取样信号的频谱 是（ ）

A、离散频谱

B、连续频谱

C、连续周期频谱

D、不确定，要依赖于信号而变化

6、连续周期信号的频谱的特点是（）

A、周期、连续频谱

B、周期、离散频谱

C、连续、非周期频谱

D、离散、非周期频谱

7、满足抽样定理条件下，抽样信号的频谱的特点是（）

A、周期、连续频谱

B、周期、离散频谱

C、连续、非周期频谱

D、离散、非周期频谱

8、信号的频谱是周期的连续谱，则该信号在时域中为（）

A、连续的周期信号

B、离散的周期信号

C、连续的非周期信号

D、离散的非周期信号

9、信号的频谱是周期的离散谱，则原时间信号为（）

A、连续的周期信号

B、离散的周期信号

C、离散的周期信号

D、离散的非周期信号

10、某周期奇函数，其傅立叶级数中（）

A、不含正弦分量

B、不含余弦分量

C、仅有奇次谐波分量

D、仅有偶次谐波分量

11、某周期偶谐函数，其傅立叶级数中（）

A、无正弦分量

B、无余弦分量

C、无奇次谐波分量

D、无偶次谐波分量

12、某周期奇谐函数，其傅立叶级数中（）

A 、无正弦分量 B、无余弦分量 C、仅有基波和奇次谐波分量 D、仅有基波和偶次谐波分量

13、时域信号的时间尺度压缩时，其频谱的变化为( )

A 、频带变窄、幅值增高

B 、频带变宽、幅值压低

C 、频带变窄、幅值压低

D 、频带变宽、幅值增高

14、瞬变信号()x t ，其频谱()X f ，则2

()X f 表示（ ）

A 、信号的一个频率分量的能量

B 、信号沿频率轴的能量分布密度

C 、信号的瞬变功率

D 、信号的熵

15、当信号持续时间延长时，则频域中，其高频成分（ ）

A 、不变

B 、增加

C 、减少

D 、变化不定

16、多个简谐信号之和的频谱是（ ）

A 、离散的

B 、连续的

C 、随机的

D 、周期性的

17、某周期偶函数f(t)，其傅立叶级数中（ ）

A 、不含正弦分量

B 、不含余弦分量

C 、仅有奇次谐波分量

D 、仅有偶次谐波分量

18、离散傅里叶变换是（ ）的Z 变换。

A 、单位圆内等间隔采样

B 、单位圆外等间隔采样

C 、单位圆上等间隔采样

D 、右半平面等间隔采样

19、下面说法中正确的是( )

A 、连续非周期信号的频谱为非周期连续函数

B 、连续周期信号的频谱为非周期连续函数

C 、离散非周期信号的频谱为非周期连续函数

D、离散周期信号的频谱为非周期连续函数

20、下面描述中适合离散傅里叶变换DFT的是（）。

A、时域为离散序列，频域也为离散序列

B、时域为离散有限长序列，频域也为离散有限长序列

C、时域为离散无限长序列，频域为连续周期信号

D、时域为离散周期序列，频域也为离散周期序列

多选题：（10）

1、机械故障诊断中用得最广泛的信号处理方法（）

A、频域分析 B 、时域分析 C、极差分析 D、均值分析

2、离散谱对应的信号特征是（）

A、连续性

B、准周期性

C、周期性

D、离散性

3、连续谱对应的信号特征是（）

A、非周期信号

B、周期信号

C、随机信号

D、脉冲信号

4、周期信号的频谱的特点（）

A、离散性

B、连续性

C、谐波性

D、收敛性

5、常用的提高频谱分析精度的方法有（）

A、窗函数

B、频率细化

C、取特征量 D 、平均

6、构成一个确定振幅有三个基本要素（）。

A、功率密度

B、频率

C、相位

D、振幅

7、以下说法中是正确的是（）

A、时域采样，频谱周期延拓

B、频域采样，时域周期延拓

C、序列有限长，则频谱有限宽

D、序列的频谱有限宽，则序列无限长

8、要从抽样信号不失真恢复原连续信号，应满足哪些条件（）

A、原信号为带限

B、抽样频率大于两倍信号谱的最高频率

C、抽样信号通过理想低通滤波器

D、抽样频率小于两倍信号谱的最高频率

9、对于傅里叶级数而言，其信号得特点不包含（）。

A、时域连续非周期，频域连续非周期

B、时域离散周期，频域连续非周期

C、时域连续周期，频域离散非周期

D、时域离散非周期，频域连续周期

10、经典谱存在的主要缺点（）。

A、泄露现象

B、数据长度对分辨率的影响

C、采样误差

D、噪声影响

简答题：（10）

1、何谓采样定理了，为什么在进行时域分析时，对数据采样要满足采样定理？

2、什么是倒频谱？

3、画出傅里叶变换的四种典型形式图，并写出每种典型形式对应的傅里叶变换对公式。

4、时域卷积定理的描述。

5、频域卷积定理的描述。

6、在进行信号频谱分析时，为何要加窗函数？如果要求频谱分析结果的幅值精度高，泄漏量小，应该选择什么窗函数？为什么？

7

、什么是谱泄露？

8、谈谈你对信号频谱的物理本质是如何理解的？结合傅里叶变换的性质，试举例说明其重要作用。

9、特征信息获取和分析处理的基本方法。

10、ARMA 模型。

计算题：（7）

1、 将下图示周期信号展开为三角型傅立叶级数。

2、 将下图示信号展开为指数型傅里叶级数。

3、求矩形脉冲()f t 的频谱。

,2()()0,2

t A f t AG t t ττ

τ≤?==??≤

4、利用频域卷积定理求下列信号的频谱函数。

0(1)cos ()t t ωε 0(2)sin ()t t ωε

5、若[()]()F f t F ω=，()cos p t t =，()()()p f t f t p t =，求()p F ω的表达式，并画出频谱图。

6、若单位冲激函数的时间按间隔为1T ，用符号()T t δ表示周期单位冲激序列，即1()()T n t t nT δδ∞

=-∞=

-∑，求单位冲激序列的傅里叶级数和傅里叶变换。 7、离散白噪声{X(n),n=0,1,2,}±±L ，其中，设()X n 是两两不相关的随机变量，且[]()0E X n =，2[()]D X n σ=。试求()X n 的功率谱密度。

分析题：（5）

1、已知信道频率特性造成的信息熵的变化关系为：

2

01

()()log ()2a a h y h x H d ωωωω=+?式中h(y)、h(x)分别表示输出与输入信号的熵；积分项是由于信道频率特性产生的熵的变化量试求信号通过具有如图所示特性的信道时熵的损失量，并讨论输入频率限制在1ω以内和2ω以内的情况。

2、用微处理器对实数序列作谱分析，要求谱分辨率50F Hz ≤，信号最高频率

1KHz ,确定以下各参数：