传感器与测试技术5.14.docx

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1、传感器与测试技术5.14传感器与测试技术一填空题每空1分，共计12分1.若随机经过的统计特征不随时间变化，则称之为平稳随机经过。2.若x(t)的傅里叶变换是Xf，则x(2t)的傅里叶变换是2X2f。3.若线性系统的输入为某一频率的简谐信号，则其稳态响应必是同频率的简谐信号。4.用一阶系统作测量装置，为了获得较佳的工作性能，其时间常数应越小越好。5.两个压电元件的并联适用于测量以电荷为输出的场合。6.频率比为2的两个频率之间的频段称为倍频程。7.频率调制是用调制信号去控制载波信号的频率，使其随被测量变化。8.理想线性系统的输入与输出的相关系数为1，相干函数数值为1。9.为了测得扭矩T，一般都要把

2、单个应变计贴在与轴线成450的方向上。10.电荷放大器的优点是其灵敏度与电缆长度无关，而且有较低的下限频率。11.一个理想窗函数应该具有较大旁瓣谱峰渐进衰减速度。二单项选择题每题2分，共计24分1.信号中若含有周期成分，则当时，)(xR呈4变化。1衰减2非周期32倍周期性4同频周期性2.概率密度函数提供了随机信号2的信息。1沿概率轴分布2沿幅值域分布3沿时域分布4沿强度分布3.若时域信号为)()(tytx?，则频域信号为3。1)()(fYfX?2)()(fYfX+3)(*)(fYfX4)()(fYfX-4.可变气隙式电容传感器的灵敏度S与气隙长度有关，(2)，灵敏度高。1越大2越小3不变4与无

3、关5.将)2sin()(?+=tAtx和)5sin()(+=tBty两个信号叠加，其合成信号)()(tytx+是3。1角频率为2的周期信号；2角频率为5的周期信号；3准周期信号4随机信号6.下列第2组传感器较合适于测量旋转轴的转速。1电涡流、电阻应变、电容2磁电感应、电涡流、光电3电阻应变、霍尔、磁电式4压电、霍尔、电感式7.线性度是表示标定曲线(2)的程度。1接近真值；2偏离其拟合直线；3正反行程不重合；4在屡次测量时的重复8.用力锤激振时，激振频率取决于1。1锤头的硬度；2锤头的质量；3敲击的速度；4敲击的加速度9.磁电式绝对振动速度传感器测振频率应1其固有频率。1远高于；2等于；3远低于

4、；4低于10.调幅信号经过解调后必须经过2。1带通滤波器；2低通滤波器；3高通滤波器；4带阻滤波器11.脉冲函数(t)的频谱(f)(2).1仅在f=0处有极大值；2在所有的频段上等强度；3具有有限带宽频段上等强度；4仅在f=0处有极小值12.若直线光栅栅距为0.01mm，两光栅线纹交角为0.1，则莫尔条纹间距约为3mm。11；210；36；40.1三问答题共计6题，任选4题，每题6分，合计24分1.实现不失真测试的时域和频域条件是什么？答：在时域，)()(00ttxAty-=3分1)输出信号与输入信号的幅值比为常数；2)输出信号处处滞后于输入信号同一时值。在频域，0)()(0tjeXAY-=3

5、分1)输入信号中所含各频率成分的幅值通过系统时的增益是常数，即幅频特性曲线是一与横坐标平行的直线；2)输入信号中所含各频率成分的相角在通过系统时产生与频率成正比的滞后，即相频特性曲线是一通过原点并具有负斜率的直线。2.为什么压电式传感器通常用来测量动态信号？答：由于不可避免地存在电荷泄漏，利用压电式传感器测量静态或准静态量值时，必须采取措施使电荷从压电元件经测量电路的漏失减小到足够小的程度；而作动态测量时，电荷能够不断补充，进而供应测量电路一定的电流，所以压电式传感器适宜作动态测量。3.右图是用涡流传感器测量物体位移的示意图。假如被测物体是橡胶的，用涡流传感器直接测量能否可行？为什么？采取何种

6、措施能够测量？答：不行。2分涡流传感器的变换原理是利用金属导体在沟通磁场中的涡流效应。当金属板置于变化着的磁场中时，或者在磁场中运动时，才在金属板上产生涡流。橡胶是非金属材料，不能产生涡流。2分采取措施能够在橡胶外表覆盖一层金属材料。2分4.试述热电偶测温工作原理。答：热电偶工作原理是基于物体的热电效应。2分由A、B两种不同的导体两端互相严密地接在一起，组成一个闭合回路。2分当1、2两接点的温度不等T0T时，回路中就会产生电势，进而构成电流，串接在回路中的电流表指针将发生偏转，这一现象称为温差电效应，通常称为热电效应。2分5.简述莫尔条纹位移放大作用特性。答：在光栅副中,由于角很小sin，可得

7、到近似关系BW，明显看出莫尔条纹具有放大作用,其放大倍数为KBW=1。4分图2分6.在数据收集中，怎样避免迭混？答：由于在时域上不恰当地选择采样的时间间隔而引起高低频之间相互混淆的现象称为迭混。2分为了避免迭混以便采样后仍能准确地恢复原信号，采样频率sf必须大于信号最高频率cf的两倍，即2scff。在实际工作中，一般采样频率应选为被处理信号中最高频率的2.56倍。4分四计算题每题10分，共2题，合计20分1、一线性系统，其传递函数为TssH+=11)(，当输入信号为tfxtx002sin)(=时，求：1()xR；2()xSf；3)(fSy；4)(fSxy。解：10000020000220000

8、002001()sin()sin()coscos(2)2coscos(2)22cos2TxTTTRxtxtdtTxtdtTxxdttdtTTxT=?+=-+=-+=?3分2应用1cos()2jtjttee-=+020()jfteff?得2000()()()()4xxxSfFRffff=+-3分3220002()()()()()41(2)yxxSfHfSffffffT=+-+2分4200020001()()()()()124()()4(12)xyxxSfHfSfffffjfTxffffjfT=?+-+=+-+2分2、单边指数函数()(0,0)txtAet-=与余弦振荡信号tty0cos)(=的乘

9、积为z(t)=x(t)y(t),在信号调制中,x(t)叫调制信号,y(t)叫载波,z(t)便是调幅信号。请用图解方法定性画出)(tx、)(ty、)(tz的时域、频域波形，并加以扼要讲明。解： (3分)3分4分五综合应用题每题10分，共2题，合计20分1、一特性常数A=1MPa/N的等强度梁，材料的波松比=0.25，弹性模量E=2105MPa，若悬臂端加载P=40N，根据图中贴片和组桥方式，填写静态应变测量时的仪器读数，或填写电阻R的标号。2、一方型立柱，边长为100，高为1000，0.3，E=2105MPa，立柱下端固定，上端中心受P、Q、R三力联合作用，在根部前、后面中心线上贴四个规格一样的

10、应变计，如图a)示，柱面展开如图b)所示。1、此种贴片方式可测何种载荷，若要得到仪器输出的最大应变，怎样组桥？2、载荷P100KN时，仪器输出的最大应变为多少？解：1.测P：测Q：5分2.510000050100*100*2*10pPAE=2分2130=p仪1+3分一填空题每空1分，共计12分1、测试系统通常由传感器、测量电路或中间变换电路和显示记录装置组成。2、频率比为21/3的两个频率之间的频段称为三分之一倍频程。3、若线性系统的输入为某一频率的简谐信号，则其稳态响应必是同频率的简谐信号。4、系统误差的大小决定测量数值的准确度。5、引用相对误差是仪表的最大示值误差与仪表的满量程之比。6、热

11、电偶的测温原理是基于热电效应。7、实际测试工作常把随机信号按各态历经信号处理，以测得的有限个函数的时间平均值估计整个随机经过8、测试装置在稳态下，单位输入所引起的输出称为该装置的灵敏度。9、测试装置输出信号的傅里叶变换与输入信号的傅里叶变换之比称为装置的频率响应函数。10、电荷放大器的优点是其灵敏度与电缆长度无关，而且有较低的下限频率。11、附加传感器质量将使被测振动系统的固有频率降低。二单项选择题每题2分，共计24分、由几个频率不同的正弦信号合成周期信号，其周期是21各信号周期的最大公约数2各信号周期的最小公倍数3各信号周期的和4各信号周期的平均值2、用力锤激振时，激振频率取决于11锤头的硬

12、度2锤头的质量3敲击的速度4敲击的加速度3、4式传感器适用于几米到几十米的大型机床工作台位移的直线测量。1电涡流2电容3电位器4感应同步器4、若直线光栅栅距为0.01mm，两光栅线纹交角为0.1，则莫尔条纹间距约为3mm。112103640.15、某特定条件下材料A与铂电阻配对的热电势为12mV，材料B与铂配对的热电势为8mV，在此条件下材料A与材料B配对后的热电势为2mV。120；24；310；486、惯性式位移传感器的测振频率应2其固有频率。1远小于；2远大于；3接近于；4不一定7、线性度是表示标定曲线(2)的程度。1接近真值；2偏离其拟合直线；3正反行程不重合；4在屡次测量时的重复8、磁

13、带记录仪慢录快放将使重放信号的频谱带宽2.1变窄，幅值压低；2扩展，幅值压低；3扩展，幅值增高；4变窄，幅值增高9、调幅信号经过解调后必须经过2。1带通滤波器；2低通滤波器；3高通滤波器；4带阻滤波器10、倒频谱函数是信号的1描绘。1时域；2频域；3幅值域；4复频域11、脉冲函数(t)的频谱(f)(2)。1仅在f=0处有极大值；2在所有的频段上等强度3具有有限带宽频段上等强度；4仅在f=0处有极小值12、应变仪中电桥的供桥电压由1供应。1振荡器；2放大器；3稳压电源；4相敏检波器三问答题共计6题，任选4题，每题6分，合计24分1、不失真测试的频域条件是什么？答：幅频特性为常数3分，相频特性为线

14、性。3分2、什么是电阻应变计的灵敏度系数，金属应变计和半导体应变计在工作原理上有什么不同？答：安装的应变计，单向应力状态，力方向同敏感栅轴线，应变计电阻的相对变化与应变的比值。2分金属应变计：电阻相对变化主要由敏感栅材料机械变形引起。2分半导体应变计：压阻效应，电阻相对变化主要由电阻率变化引起，机械变形的影响可忽略。2分3、什么是相互关分析，它主要有什么用处？)()()(+=tytxERxy2分对同频的周期信号，有)cos(2)(00?+=yxRxy不同频的周期信号、周期信号与随机信号不相关。2分做输入和输出的相互关，排除噪声干扰；利用两个传感器信号的相互关分析，测定信号到达两个传感器的时间差

15、，进而得出两点间的距离或两点间运动物体的速度。2分4、试述电阻应变测量系统的转换经过。1将应变片粘在弹性原件上。2分2在力的作用下，弹性原件产生机械变形，传递给应变片。应变片的变形使其电阻值变化。2分3通过电桥，将电阻值变化，以电流或电压形式输出。2分5、以单臂工作为例，讲明在进行电阻应变测量时，消除温度影响的原理和条件？将补偿片连接在工作臂的相邻桥臂上，则因温度变化，引起的工作臂与补偿片的阻值相等，因在相邻桥臂上，阻值相减，消除了温度影响。2分条件1应变片片一样；2材料一样；3放在一样温度场中；4连接在相邻桥臂上4分6.在数据收集中，怎样避免迭混？答：由于在时域上不恰当地选择采样的时间间隔而

16、引起高低频之间相互混淆的现象称为迭混。2分为了避免迭混以便采样后仍能准确地恢复原信号，采样频率sf必须大于信号最高频率cf的两倍，即2scff。在实际工作中，一般采样频率应选为被处理信号中最高频率的2.56倍。4分四计算题每题10分，共2题，合计20分1、用一个一阶系统做100Hz正弦信号的测量，若要求幅值误差在5%以内，时间常数应取为多少？若用该时间常数在同一系统测试50Hz的正弦信号，幅值误差和相位差各为多少？系统jjH+=11)(解：2211|)(|+=jH05.0)200(11122+-05.195.01)200(122=+41009.5-?=(s)22422)502()1009.5(

17、111)1002(111?+-=?+-=-=0.013=1.3%8分2、?-=?-=-=-9)1009.55014.32arctan()2arctan(4?f2分2、已知一系统的传递函数sTsH+=11)(，输入信号为)2sin()(00tfxtx=，求)(fSy，)(fSxy。解：fTjjfH211)(+=1分dttfxtfxTRTTx)(2sin)2sin(1)(00000lim?+?=)2cos(2020fx=2分)()(4)(F)(0020ffffxRfSxx-+=2分)()()2(14)()()(002202fffffTxfSjfHfSxy-+=2分)()(4211)()()(002

18、0ffffxfTjfSjfHfSxxy-+?+=)()()21(40020fffffTjx-+3分五综合应用题每题10分，共2题，合计20分1、一特性常数A=1MPa/N的等强度梁，材料的波松比=0.25，弹性模量E=2105MPa，若悬臂端加载P=40N，根据图中贴片和组桥方式，填写静态应变测量时的仪器读数，或填写电阻R的标号。2、设计一圆筒形拉力传感器，怎样布片组桥才能消除加载偏心的影响，并有最大可能的灵敏度？最大负荷为9.8kN时，电桥输出的应变值为1150，若材料的弹性模量51096.1?=EMPa，泊松比25.0=,且设定此传感器弹性元件的内径为20mm，试确定传感器弹性元件的外径。

19、解:460)25.01(21150)1(2=+=+=out5分Pa102.9010460101096.16665?=?=-E662210109102.9098004)(-?=?=-PdDm22分23.2mmm102.23102021.34101093626=?=?+?=-D3分1单项选择题每题2分，共计20分1.1正弦波y(t)的幅值被时域信号x(t)调制，若它们相应的频域描绘分别为Y(f)，X(f)，那么调制后信号的频域描绘为C。AX(f)Y(f)；BX(f)+Y(f)；CX(f)*Y(f)；(DX(f)Y(f)1.2假如屡次重复测量时存在恒值系统误差，那么下列结论中不正确的是B。A测量值的

20、算术平均值中包含恒值系统误差；B偏差核算法中，前后两组的离差和的差值显著地不为零；C修正恒值系统误差的方法是引入与其大小相等，符号相反的修正值；D恒值系统误差对离差的计算结果不产生影响。1.3对于二阶系统，用相频特性()=90o所对应的频率估计系统的固有圆频率n，该n值与系统阻尼比的大小A。A无关；B依概率完全相关；C依概率相关；D成线性关系。1.4传感器的滞后表示标定曲线C的程度。A接近真值；B偏离其拟合直线；C加载和卸载时不重合；D在屡次测量时重复。1.5在位移测量中，D传感器适用于非接触测量，而且不宜受油污等介质影响。A电容；B压电；C电阻；D电涡流。1.6下列第C组传感器都是把被测量变

21、换为电动势输出的。A热电偶、电涡流、电阻应变；B热电偶、霍尔、半导体气敏传感器；C硅光电池、霍尔、磁电；D压电、霍尔、电感。1.7用镍铬-镍硅热电偶测量炉温时，冷端温度为T0=30，测得热电势E(T,T0)=39.2mV。由热电偶分度表，E(30,0)=1.2mV。这时比拟准确的炉温是热电偶分度表中与A对应的温度值。A40.4mV；B38.0mV；C39.2mV；D1.2mV。1.8下列各组流量计中，适于根据旋转部件转速确定体积流量的是D。A椭圆齿轮流量计,转子流量计,涡轮流量计；B腰轮转子流量计,转子流量计,涡轮流量计；C椭圆齿轮流量计,腰轮转子流量计,转子流量计；D涡轮流量计,椭圆齿轮流量

22、计,腰轮转子流量计。1.9为使信号电缆的长短不影响压电传感器的测量精度，传感器的放大电路应选用B放大器。A电压；B电荷；C功率；D积分。1.10已知一个线性系统，与输入x(t)对应的输出为y(t)，若要求该系统的输出为u(t)=kpy(t)+dttdyTdttyTt)()(10di?+kp，Ti，Td为常数，那么相应的输入函数应为(A)。Akpx(t)+dttdxTdttxTt)()(10di?+;Bkpx(t)+idTT;Ckkpx(t+t0)+dttdxTdttxTt)()(10di?+k，t0为常数，t00;Dkkpx(t)+dttdxTdttxTt)()(10di?+2填空题每空1分，

23、共计10分2.1当基准声压为p0，测点的声压为p时，该测点的声压级为200lgpp。2.2系统误差的大小决定测量数值的准确度。2.3光栅测量的基本原理是利用光栅的莫尔条纹现象。2.4为了减小负载误差，放大器的输入阻抗一般是很大高的。2.5相关系数是在时域描绘两个信号之间相关程度的无量纲的函数。2.6若采样频率不大于被测信号中最高频率的2倍，采样后的信号就会发生迭混现象。2.7测量转轴扭矩时，应变计应安装在与轴中心线成450的方向上。2.8相干波是指两个具有一样方向、一样频率和相位差固定的波。2.9设计滤波器时，必须指明滤波器的种类、截止频率、逼近方式和阶数。对于某些逼近方式，还要指明通带或阻带的波纹。2.10对于被测量的线性系统，假如惯性式传感器的质量不可忽略，那么该系统的固有频率比没有附加质量时有所降低减小。3问答题任选5题，每题6分，合计30分3.1分别在时域和频域比拟周期信号和瞬变信号。在时域：周期信号和瞬变信号都能够用确定性的数学函数表示。但周期信号呈现周期性重复，具有周期性，而瞬变信号不具有周期性。