1、3、简答题（共 30 分）、 什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用。 （10 分）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。.测量按
2、测量值获得的方法进行分类有哪些？（6 ）答：直接测量指无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测值得测量。 （等精度直接测量和不等精度直接测量） ；（2 ）间接测量指在直接测量值的基础上，根据已知函数关系，计算被测量的量值的测量；（2 ）组合测量指将直接测量或间接测量与被测量值之间按已知关系组合成一组方程（函数关系） ，通过解方程组得到被测值得方法。（2 ）2、说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10 分）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)+E,其中 H 为材料的泊桑比，E 为材料的弹性模量，(1+2H) 是由几何尺寸变化引起的
3、阻值变化，E 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)，S1+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=E，SE。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。3、选用传感器的原则是什么？（10 分）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、
4、满足实际要求的条件下，精度不宜过高。4、简述调幅波的特点。 （10 分）（1） 当调制信号 x(t)0 时，调幅波 xm (t)与载波 y(t)同频同相，其幅值的大小与 x(t)的大小有关；x(t) y(t)（2） 当 x(t)0 时，x m (t)与载波 y(t) 同频反相，其幅值大小仍与 x(t)的大小有关；（3） 调幅波是一高频，但其包洛线和调制信号 x(t)相似，其副值受 x(t)变化的影响，y(t)的频率越高，即波形越宽，相似程度越好。5、交流电桥达到平衡时必须满足的条件是什么？如何来实现交流电桥的平衡？两个条件：相对两臂阻抗之模的乘机应相等，并且它们的阻抗角之和也必须相等。实现：电
5、阻平衡，电容平衡。6、简要说明如何求解测试装置动态特性的数学描述的 3 个函数，它们之间有何内在关系？对系统的微分方程做拉氏变换，传递函数为输出和输入的拉氏变换之商，另拉氏变换中的 a=0即可求得频率响应函数，对传递函数进行拉氏反变换就可求得脉冲响应函数。它们之间的关系分别是拉氏变换对和傅立叶变换对关系。7、什么是调制和解调？其作用是什么？如何实现对信号进行调幅和解调？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。经过调制后，采用交流放大，比直接用直流放大， 效果好；另外，调制波抗干扰能力
6、强，也便于传输。解调的目的：恢复原信号。调幅是将一个高频载波信号与被测信号相乘，使得高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。可使用同步解调、相敏检波的方式来实现对信号进行解调。 8.什么是不失真测试，不失真测试的条件是什么？（4 ）对一个测试装置，其输出 y(t)和输入 x(t)满足 y(t)=A0x(t- 0)。式中 A0、 0 均为常量。即认为该测试装置实现了不失真测量。 （2 ） 这表明，输出信号较输入信号，幅值放大了 倍，时0间上滞后了 ，波形一致。对上式作傅里叶变换，有 。 所以，若要实现0t )()(0XeYjt输出波形不失真，其幅频、相频特性应满足如下条件 。 （2 ）00At常
7、数 ；9.重复性误差和迟滞误差有何区别? （6 ）答：重复性是指测试装置在输入按同一方向做全量程连续多次变动时，所得特性曲线不一致的程度。一般来说正行程的最大重复性偏差为 ，反行程的最大重复性偏差为max1R，重复性误差取这两个最大偏差中的较大者，再以满量程输出 的百分数表示。max2R fsy即（3 ）max10%Rfsry迟滞是测试装置在正反行程中输入输出曲线的不重合程度。即 maxHfsry式中， 是正反行程间，对于同一输入虽的最大差值。 （3 ）maxH10、测试装置 2 个环节的串联后的频率响应函数与它的 2 个组成之间的关系是什么？为什么所有 的系统都可以由一阶和二阶系统来组成？测
8、试装置 2 个环节的串联后的频率响应函数是它的 2 个组成频率响应函数之积。根据数学知识可知，任何多项式相除都可以化简为一次式和二次式组合而组成。故所有的系统都可以由一阶和二阶系统来组成。11、信号分析和处理必需遵循的原则有哪几点？（4 分）答： 各环节的输入量与输出量之间应保持一一对应的关系，并尽量不失真；（2 ） 尽可能减小或消除各种干扰。 （2 ）12.周期信号的频谱具有哪几个特点？（6 分）答： 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倍数上，基波频率是各分量频率的公约数。 （2 ） 各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。工程中常见的周期信号，其谐波幅值
9、总的趋势是随谐波次数的增高而减小的。因此，在频谱分析中没必要取那些次数过高的谐波分量。 （2 ）13.在机械工程中常见的有哪些参数的测量？（5 分）答：在机械工程的测试过程中，常见的参数测量有：应力的测量；应变的测量；扭矩的测量、振动信号的测量；声强测量；声发射测量；位移的测量；流量的测量；压力的测量等。（每一种 0.5 分）14.下面四个图分别是哪一种滤波器的幅频曲线特性图，并说明各自的工作特征。 （4 ）答：低通滤波器 之间为通频带， 的频率成分极大地衰减；（1 ）20f2f高通滤波器 之间为通频带， 的频率成分极大地衰减；（1 ）f1 1f带通滤波器 之间为通频带，其它的频率成分极大地衰
10、减；（1 ）2带阻滤波器 之间为阻带频率，其它的频率成分通频带。 （1 ）1ff15.试叙述信号的采样和截断的过程是怎样实现的，结果如何？（5 ）答：采样就是对时间历程 进行等时间距离的信号“摘取” ，以便于计算机的存储和计)(tx算分析。 （2 ）而由因为计算机只能对有限长的信号进行处理，所以，必须截断过长的信号时间历程 进行截断，即对信号加窗。所加窗宽为 的矩形窗函数 ，其傅里叶变换)(tx T)(tw是一个无限带宽的 函数。 （2 ）采用矩形窗函数 截断采样信号，就是将采fWsinc)(t样信号 ，乘以时域有限宽矩形窗函数 ；其时域和频域数学描述为)(tsx )(tw（1 ）)()( f
11、WfSXtstx16.电器式传感器包括哪几种，各自的工作原理如何？（5 ）答：包括电阻式、电感式、电容式三种。电阻式传感器工作原理：把被测量转换为电阻变化的一种装置；（2 ）电感式传感器工作原理：把被测量如位移转换为电感量变化的一种装置；（2 ）电容式传感器工作原理：把被测物理量转换为电容量变化的一种装置。 （1 ）17、 差动型变磁阻式电感传感器在使用时常把两个线圈接在电桥的两个相邻桥臂中，试问：（1）此电桥需接入何种激励电压？高频正弦电压（2）该电桥的输出电压是何波形？高频正弦波的幅值随传感器输出波的变化而变化（3）输出电压的幅值与传感器的什么量有关？灵敏度（4）输出电压大小能否反映被测量
12、的方向？欲知被测量的方向，测量电路中应带有什么环节?不能，在测量电路之后接入差动相敏检波电路18、 在用应变仪测量机构的应力，应变时，如何消除由于温度变化所产生的影响？利用电桥的和差特性，将两片应变片分别接到测量机构的相对面上，并接入电桥中相邻的桥臂上，使得由于温度变化而导致的输出电压无用值相互抵消。19、把一个变阻器式传感器按如图接线，它的输入量是什么？输出量是什么？在什么条件下，它的输出量与输入量之间有较好的线性关系？ 输入量是被测量的位移。输出量是电压值。只有当变阻器 的最大电阻值与后接电路的输入电阻比值趋于 0 时，它的输出量与输入量之间有较好的线性关系20、金属电阻丝应变片与半导体应
13、变片在工作原理上有何区别？各有何特点？前者是利用导体形变引起阻值变化，后者是利用半导体电阻率变化引起阻值变化。金属电阻丝应变片稳定性和温度特性好，但灵敏度系数小。 半导体应变片应变灵敏度大；体积小；能制成具有一定应变电阻的元件，但温度稳定性和可重复性不如金属应变片。21、简述压电效应现象；石英晶体所产生的横向和纵向压电效应产生的电荷聚集在哪里？其大小分别如何计算？某些物质在外力的作用下，不仅几何尺寸发生了变化，而且内部极化，某些表面上出现电荷，形成电场。当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这一现象称为压电效应现象。石英晶体所产生的众向压电效应产生的电荷 聚集在与电轴 (X) 垂直的平面上，其大
14、xq小为 。石英晶体所产生的横向压电效应产生的电荷 聚集在与电轴 (X) Fdqx1 xq垂直的平面上，其大小为 。a、b 分别为晶体片的长度和厚度。Fdqx/12-压电式传感器对测量电路有何特殊要求?为什么?压电式传感器的测量电路必须有高输入阻抗并在输入端并联一定的电容 Ci 以加大时间常 数 。主要是为了在测量动态量时，获得一定的输出电压并实现不失真测量。CR022、试用方框图描述测试系统的组成，并简述测试工作的全过程。传感器将被测物理量(如噪声,温度等) 检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经 A/D 变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示
15、出来，提供给观察者或其它自动控制装置。 x RP RL Uy Ui 23、什么是负载效应？对于电压输出的环节，减轻负载效应的措施有哪些？当一个装置联接到另一装置上时，由于发生能量交换而使前装置的联接处甚至整个装置的状态和输出都将发生变化的现象称为负载效应。对于电压输出的环节，减轻负载效应的办法有:(1)提高后续环节(负载)的输入阻抗；(2)在原来两个相联接的环节之中，插入高输入阻抗、低输出阻抗的放大器，以便一方面减小从前环节吸取能量，另一方面在承受后一环节（负载）后又能减小电压输出的变化，从而减轻负载效应；(3)使用反馈或零点测量原理，使后面环节几乎不从前环节吸取能量。24、试说明二阶测试系统
16、的阻尼度大多采用 的原因。阻尼比在这个范围内可提高系统响应的快速性，以及工作的范围更大些。25、简述涡流式传感器的工作原理，它有哪些特点?把一个线圈放到一块金属导体板附近，相距为 ，当线圈通以高频交流电流 i 时，便产生磁通 ，此交变磁通通过邻近的金属板，金属板上便产生闭合的感应电流 i1，即涡电流，涡电流也会产生交变磁场 1 ，根据楞次定律，涡电流产生的交变磁场 1 与线圈的磁场 变化方向相反，1 总是抵抗 的变化，由于涡电流磁场的作用，使原线圈的等效阻抗 Z 发生变化，变化程度与 有关。26、试述霍尔效应及其用来测量位移的原理。将霍尔元件置于磁场 B 中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场
17、的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。 27.现有电阻 和 ，电感 L 和电容 C，连结成四臂交流电桥，试画出能满足电桥平衡的1R2正确接桥方法，并写出该电桥的平衡条件。 （设激励为 ，输出为 ） 。 （5 分）iuo答：正确的接桥方法如图所示：（3 ）电桥的平衡条件是：（2 ）121LRjwC28.有人在使用电阻应变片时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。试问，在半桥上各串联一片的情况下，是否可以提高灵敏度？为什么？（5 分）答：不能提高灵敏度。因为半桥双臂时，其输出电压为：7.06（2 ）12oiRu当量桥臂各串联电阻应变片时，其电阻的相对变化量为 （2 ）2R即仍然没有发生变化，故灵敏度不变。要提高灵敏度只能将双臂电桥改为全桥连接。这时。 （1 ）oiRu
