信号测试技术复习题.docx
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信号测试技术复习题
一、是非题（对的打√，错的打×）（每题2分，共20分）
1.分析周期信号的频谱的工具是傅立叶级数。
（T）
2.所有周期信号都是功率信号。
（√）
3.电阻应变式传感器只用于测定结构的应力或应变。
（×）
4.瞬态信号的频谱一定是连续的。
（T）
5.凡频谱是离散的信号必然是周期信号。
（F）
6.信号x（t）=sin（2t+1）+cos（t/3）是瞬态信号。
（F）
7.频响函数反映了系统响应的稳态过程。
（√）
8.已知信号x（t）与信号y（t）完全不相关，则该二信号的互相关系数满足ρxy（τ）=1（F）
9.一阶系统的时间常数τ越小越好。
（T）
10.单自由度系统的刚度越大，其固有频率就越低。
（F）
11.具有质量为M，刚度为K的振动体的固有频率为
0=
。
（F）
12.传感器与被测量的对应程度可用其灵敏度表示（T）。
13.对传感器进行动态标定的主要目的是检测传感器的动态性能指标（T）。
14.系统的不失真测试条件要求测试系统的幅频特性和相频特性均保持恒定。
（F）
15.稳态响应法不能用于一阶系统的动态特性测试。
（×）
16.直流信号具有无限的频谱。
（×）
17.表示测量装置的静态输入与输出之间关系的实验曲线称为幅频曲线。
（F）
18.电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为电荷的输出。
（F）
19.一选频装置，其幅频特性在f1～f2区间急剧衰减（f2>f1），在0～f1和f2～∞之间近乎平直，这叫低通滤波器。
（F）
20.半桥联接中要求两个桥臂阻值变化大小相等，极性相反。
（√）
21.电桥电路是一个很好的幅度调制器。
（T）
22.从信号运算的角度看，调幅过程就是将调制信号与载波信号相乘。
（T）
23.相敏检波是一种能鉴别信号的相位和极性却无放大能力的检波电路。
（T）
24.压电式传感器不一定要配接前置放大器。
（×）
25.电荷放大器使压电加速度计输出的电荷量得到放大，由此而得电荷放大器的名称。
（F）
26.压电式传感器采用电荷放大器或电压放大器，其测量效果总是相同的。
（F）
27.压电式传感器与电压放大器配合使用时，传感器的灵敏度与电缆长度有关。
（T）
28.当被测物是动态的，测量就是动态测量。
（F）
29.在数字信号处理过程中，量化误差大小与A/D转换器的位数无关。
（×）
30.当被测物是静止的，测量就是静态测量。
（F）
31.变间歇式差动变压器是一种电容式传感器。
（×）
32.若传感器的灵敏度为常数，则表明该传感器的输出、输入关系为线性关系。
（√）
一、选择题
1．描述周期信号的数字工具是。
B
A.相关函数B.傅氏级数C.拉氏级数D.傅氏变换
2.如果一个信号的频谱是离散的，则该信号频率成分是。
C
A.有限的B.无限的C.可能是有限的，也可能是无限的
3.描述非周期信号的数字工具是。
C
A.三角函数B.拉氏变换C.傅氏变换D.傅氏级数
4.连续非周期信号的频谱是。
C
A.离散、周期的B.离散、非周期的C.连续、非周期的D.连续、周期的
5.时域信号持续时间压缩，则频域中低频成分。
C
A.不变B.增加C.减少D.变化不定
6.时域信号持续时间延长，则频域中高频成分。
C
A.不变B.增加C.减少D.变化不定
7.时域信号波形变化缓慢、则高频分量。
C
A.不变B.增加C.减少D.变化不定
8.不能用确定的函数关系描述的信号是。
C
A.复杂周期信号B.瞬态信号C.随机信号
9.平稳随机过程必须是。
B
A.连续的B.各态经历的C.集合平均统计特征与时间无关D.时间平均统计特征等与集合平均统计特征
10.概率密度函数是在域、相关函数是在域、功率谱密度函数是在域上来描述的随机信号。
CAD
A.时间B.空间C.幅值D.频率
11.随机信号的功率谱密度函数是。
C
A.收敛的B.发散的C.实偶函数D.实奇函数
12.随机信号的静态分量在数学上用表示。
A
A.均值B.均方值C.均方差D.均方根值
13.表示随机信号中动态分量的统计参数是。
C
A.均方值B.均值C.均方差D.概率密度函数
14．属于传感器动态特性指标的是。
D
A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率
15.某测试装置的频率响应函数为
，则该装置。
A
A.是一阶装置B.静态灵敏度为1C.τ越大，可实现的不失真测试范围越宽D.是二阶装置
16.二阶系统的阻尼比越小，则其对阶跃响应的超调量。
A
A.越大B.越小C.不存在
17.不失真测试条件除要求测量装置幅频特性是常数外，其相频特性要求满足。
A
A.相移与频率成正比B.常值相移C.任意相移
18.用频率法测定测试系统的频率特性时，使用的激励信号是信号，可测定系统的特性。
AB
A.正弦B.脉冲C.阶跃
A.静态B.稳态C.动态
19．属于传感器动态特性指标的是（）B
A.迟滞B.过冲量
C.稳定性D.线性度
20．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（）C
A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片
B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联
C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片
D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片
21．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（）D
A．电缆的安装与固定方式B．电缆的长度
C．前置放大器的输出阻抗D．前置放大器的输入阻抗
22．周期信号在时域内按时间间隔Ts采样后，其频谱将具有（）特征。
A
A.周期、离散B.非周期、离散
C.周期、连续D.非周期、连续
23．在动态测试中，电桥的输出量通常采用。
B
A.电阻量B.电压量C.电流量D.电感量
24.直流电桥同一桥臂增加应变片数，则电桥灵敏度。
C
A.增大B.减少C.不变D.变化不定
25.为提高电桥灵敏度，可采取。
C
A.半桥双臂各串联一片电阻应变片B.半桥双臂各并联一片电阻应变片C.适当提高电桥的电源电压D.增大应变片的初始电阻值
26.为了保证实现急剧变化型差动式电容传感器的差动工作，传感器的两个电容应当连成电路.C
A.并联B.串联C.电桥
29.为了使电缆的长短不影响压电式传感器的灵敏度，应选用放大器。
B
A.电压B.电荷C.微分D.积分
30.既能检波又能检相的电路称为。
CD
A.桥式整流B.相位鉴频C.相敏整流D.相敏检波
31.压电式传感器最好采用电荷放大器的原因是。
C
A.使放大器的增益大B.非线性失真小C.可忽略导线电容和分布电容D.频率特性特别好
32.为了使某一频率在
间的信号通过，应采用滤波器。
B
A.带阻B.带通C.高通D.低通
33.要使RC低通滤波器通带宽度加宽，则RC值。
B
A.增加B.减少C.不变
34.高通滤波器所起的作用是只允许通过。
B
A.低频信号B.高频信号C.某一频带的信号
35.在一定条件下，RC带通滤波器实际上是低通滤波器与高通滤波器而成的。
A
A.串联B.并联C.串并联D.叠加
38.表示测量装置的静态输入与输出之间关系的实验曲线称为（）.B
A.理论直线B.标定曲线C.理论标定曲线D.幅频曲线
39．选择二阶装置的阻尼比ζ=0.707，其目的是（）。
D
A.阻抗匹配B.增大输出量C.减小输出量D.接近不失真条件
40．自相关函数一定是（）函数。
A
A.偶B.奇C.周期D.随机
41．数字信号的特征是（）D
A.时间上连续幅值上离散B.时间上离散幅值上连续
C.时间上和幅值上都连续D.时间上和幅值上都离散
42．二阶装置的动态特性参数是它的（）C
A.时间常数
B.传递函数H（s）
C.固有频率
和阻尼比
D.功率谱
43．周期信号在时域内按时间间隔Ts采样后，其频谱将具有（）特征。
A
A.周期、离散B.非周期、离散
C.周期、连续D.非周期、连续
44．一般而言，测量装置的灵敏度越高，则（）C
A.动态特性越好B.动态特性越差
C.测量范围越窄D.减小磁电式传感器与齿轮外齿间的间隙
45.下列措施中哪些可以提高磁电式转速传感器的灵敏度（A,B,C,D）
A.增加线圈匝数B.采用磁性强的磁铁；
C.加大线圈的直径D.测量范围越宽
1．提高二阶系统的固有频率，可以扩大系统的工作（A）范围。
A.频率B.阻尼 C.相位 D.幅值
2．设时域信号x（t）的频谱为X（f），则时域信号（C）的频谱为X（f＋fo）。
A.
B.
C.
D.
3．如果系统的权函数为h（t），系统的输入x（t）为单位脉冲函数，此时系统输出y（t）为（C）
A.h（t）x（t）B.x（t）C.h（t） D.无法确定
4．若一选频滤波器的幅频特性是：
在∞~fc间接近常数，在fc~0之间急剧衰减。
该滤波器为（B）滤波器。
A.低通 B.高通 C.带通 D.带阻
5．一个相邻双臂工作的测力电桥，如果将两工作臂的一个应变片均改为两个应变片串联，则电桥的输出电压（C）
A.加大一倍 B.减小一倍 C.不变 D.加大两倍
6．输入x（t）和输出y（t）的相干函数的取值在０和１之间，可能是（D）。
A.有外界噪声干扰 B.系统是非线性的
C.输出y（t）是输入x（t）和其它输入的综合输出 D.以上三种
7．若电阻应变片的输入信号为正弦波，则以该应变片为工作臂的直流测量用桥的输出是（B）
A.直流信号 B.正弦波 C.调幅波 D.脉动波
8．记录0~200Hz的正弦信号，宜采用固有频率为（B）Hz的振动子较合适。
A.120 B.400 C.1200 D.2500
9．在时域中计算的信号总功率，等于在频域中计算的信号（C）。
A.自功率谱积分 B.平均功率 C.总功率 D.互功率谱积分
１０.周期信号截断后的频谱必是（A）的。
A.连续 B.离散 C.连续非周期 D.离散周期
三、填空题
1.信号可分为确定性和非确定性（随机）两大类。
2.确定性信号可分为周期和非周期两类。
3.周期信号频谱的特点是离散性，瞬变信号频谱的主要特点是连续性。
4.周期信号的傅氏三角级数是从0到展开的，傅氏复指数级数是从到展开的。
5.单位脉冲函数的频谱为，它在所有的频段上都是的，这种信号是。
6.余弦函数只有图，其图形关于纵轴对称，正弦函数只有图，其图形关于纵轴对称。
7.已知三角波傅氏级数展开式为：
则其频率成分为，各频率的振幅为；幅值频谱图为：
。
8.在周期方波信号的傅氏级数式
和周期三角波周期三角波信号的傅氏级数
中信号的直流分量分别是和，方波信号的幅值收敛速度比三角波信号，叠加复原达到同样精度要求时，方波信号比三角波信号需要更多的，因此对测试装置要求有更宽的。
9.对传感器进行的主要目的是检测传感器的动态性能指标。
10.已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为rs=。
11.线性系统最主要的两个特性是和。
12.线性系统具有保持性，即若系统输入一个正弦信号，则其稳态输出的保持不变，单输出的和一般会发生变化。
13.输出信号与输入信号的相位差随频率变化的关系称。
14.若给时间常数为τ的一阶装置输入频率为ω＝1／τ的正弦信号，则输出与输入相位差为。
15.测试装置的脉冲响应函数h（t）就是当输入为_______时装置的输出。
当用h（t）来表示装置的动态特性时，输入x（t）、输出y（t）与h（t）三者的关系为。
16.实现不失真测试的条件是：
该测试装置的幅频特性、相频特性。
17.系统频率响应函数的定义是：
系统输出响应的与输入激励的之比。
在系统的稳态分析中，它的模等于系统与的幅值比，其幅角等于它们的。
18.为了求取测试装置本身的动态特性，常采用响应法和响应法。
19.、和传感器的输出必须经过电桥才能测量。
20.压电式加速度计采用为前置放大器时，其输出的灵敏度与联接加速度计的导线长度无关。
三、问答题
1.静态测量和动态测量的区别是什么？
静态测量被测量被值认为是恒定的，不随时间变化；动态测量被测量值随时间变化。
2.测量系统一般有哪些环节组成，各个环节有什么功能？
被测对象：
预先研判被测对象信号特点组成相应的测试系统
传感器：
将被测信号的变化转换为电信号的变化
信号调理：
将传感器的输出信号转换为便于处理的形式
信号处理：
分析（analysis）、处理（processing）、显示（display）
观察者：
对获得的信号进行分析和处理以及结果表达
3.举例说明接触测量与非接触测量的优缺点？
传感器与被测体有机械接触
先举例，再说特点：
接触测量1）比较简单；2）传感器有磨损；3）传感器对被测特性有影响4）抗干扰性强
非接触测量1）避免传感器磨损2）避免传感器对被测特性有影响3）容易受环境电磁干扰
4.信号一般有哪几种分类与描述方法？
请简要说明之。
（答案P11-P12）
5.写出周期信号两种展开式的数学表达式，并说明系数的物理意义。
（三角和指数两种）
6.周期信号和非周期信号的频谱图个有什么特点？
它们的物理意义有何异同？
周期信号的频谱是离散谱，其频率间隔△ω=ω0=2π/T；周期信号的谱线仅出现在基波及各次谐波频率处；周期信号的幅值谱中各频率分量的幅值随着频率的升高而减小，频率越高，幅值越小。
与周期信号相似，非周期信号也可以分解为许多不同频率分量的谐波和，所不同的是，由于非周期信号的周期T∞，基频fdf，它包含了从零到无穷大的所有频率分量，各频率分量的幅值为X（f）df，这是无穷小量，所以频谱不能再用幅值表示，而必须用幅值密度函数描述。
非周期信号的谱线出现在0,fmax的各连续频率值上，这种频谱称为连续谱。
7.依据周期性锯齿波、方波、三角波、半波整流、全波整流的傅里叶展开式画出频谱。
8.求正弦函数x（t）=Asin（ωt+φ）的自相关函数。
令ωt+φ=θ,dt=dθ/ω
9.什么是测试装置的静态特性?
常用哪几个特性参数来描述?
（P33）
10.实现不失真测试的条件是什么?
分别叙述一、二阶装置满足什么条件才能基本上保证不失真测试。
（P37）
11.线性定常系统有哪些基本性质？
简述同频性在动态测量中的重要意义。
（P32）
线性系统具有频率保持特性的含义是输入信号的频率成分通过线性系统后仍保持原有的频率成分。
如果输入是很好的正弦函数，输出却包含其他频率成分，就可以断定其他频率成分绝不是输入引起的。
它们或由外界干扰引起，或由装置内部噪声引起，或输入太大使装置进入非线性区，或该装置中有明显的非线性环节。
12.说明测量系统的幅频特性和相频特性的物理意义。
（P39）
13.说明二阶测量系统的阻尼比多采用0.6-0.7的原因。
（P42）
14.工作原理：
电阻应变式传感器、压阻效应、热电阻和热敏电阻、电容式传感器、容栅式传感器、变磁阻式传感器、差动变压器传感器、电涡流传感器、压电式传感器、磁电式、霍尔式
15.电阻丝式应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？
各有何优缺点？
金属电阻应变片是利用电阻应变效应；半导体应变片是利用压阻效应。
电阻丝应变片利用导体形变引起电阻变化，半导体应变片利用半导体电阻率变化引起电阻变化。
通常半导体应变片比电阻丝应变片灵敏度高，但分散性大，温度效应也比较大。
16.电容传感器分为哪几类？
各自的主要用途是什么？
变极距型、变面积型、和容栅型。
变极距型测压力、力、微位移、加速度等；变面积型测微位移、力等；变介质型测材质、厚度、湿度、液位等；容栅型测长位移。
17.为什么变极距型电容传感器的灵敏度和非线性是矛盾的？
实际应用中怎样解决这一问题？
变极距型电容传感器灵敏度
灵敏度和极距的平方变化成反比，二者是非线性的，并且要灵敏度高，极距变化量就要小，因此要在实际中解决这对矛盾，可以采用如下方法：
限制量程；差动测量；运放运算放大器式测量电路；差动脉冲调宽电路。
18.差动式传感器的优点是什么？
试述产生零点电位的原因和减小零位电压的措施。
优点：
减小非线性误差；提高传感器灵敏度；减小温度、湿度等环境因素的影响。
当被测量的变化导致两个结成差动式的传感器输出相等时，差动式传感器输出应该为零，如果差动式传感器输出电压不为零，则称该电压为零点残余电压，产生原因主要因为组成差动式结构的两个传感器材质、工艺等不一致，减小零位电压的措施有：
选材一致、工艺一致、电路上加补偿电阻或调零电路。
19.压电式传感器主要测量什么物理量？
其特性如何？
动态测量,力、压力,力矩、加速度等，发电型传感器，以压电效应为基础，输出电信号Q,u,输出信号很微弱,内阻很大,有电缆分布电容。
20.霍尔效应的本质是什么?
霍尔元件可以测哪些物理量？
设计一个利用霍尔元件测量转速的装置，并说明原理。
半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应，产生的电动势称霍尔电势，半导体薄片称霍尔元件。
根据霍尔电势公式，霍尔元件可以测电磁量：
恒定的或交变的磁感应强度、有功功率、无功功率、相位、电能等参数；还可以用于位移、压力、转速的测量。
霍尔元件是磁敏元件，要想用来测转速，就必须在被测的旋转体上装一磁体，旋转时，每当磁体经过霍尔元件，霍尔元件就发出一个信号，经放大整形得到脉冲信号，也有的霍尔元件可直接输出脉冲信号，送运算，两个脉冲的间隔时间就是周期，由周期可换算出转速；也可记数单位时间内的脉冲数，再换算出转速
21.简述压电式传感器需要配置前置放大器的原因；常用的前置放大器有哪两种?
各有何特点?
因压电式传感器的输出电阻很大、电荷量很小；普通放大器输入电阻较小，不能直接放大；阻抗变换器具有输入阻抗高，输出阻抗小。
电荷放大器具有输入阻抗高，输出电压与压电式传感器电荷成正比、与反馈电容成反比；与电缆分布电容无关；电压放大器具有电路简单，成本低，压电式传感器须与电缆配套使用。
22.压电式传感器往往采用多片压电晶片串联或并联方式，当采用多片压电晶片并联方式时，适合于测量何种信号?
（a）“并联”，Q’=2Q，U’=U，C’=2C
并联接法输出电荷大，本身电容大，时间常数大，
适宜用在测量慢变信号并且以电荷作为输出量的地方，
（b）“串联”Q’=Q，U’=2U，C’=C/2
而串联接法输出电压大，本身电容小。
适宜用于以电压作输出信号，且测量电路输入阻抗很高的地方。
23.压力传感器动态标定和静态标定的内容有什么区别？
24.直流电桥与交流电桥在工作原理上有何不同？
他们各自的应用场合是什么？
三、分析问答题（共３０分）
1、已知信号
，试绘制信号的实频谱、虚频谱和单边幅频谱、双边幅频谱及双边相频谱（10分）
２、已知电阻应变仪交流电桥的电桥电源
和输入信号x（t）的幅值谱如图所示。
电桥输出信号经相敏检波、低通滤波后输出。
试分别画出电桥输出信号、相敏检波输出信号和低通滤波器输出信号幅值谱Xm（f）、Xe（f）、Xf（f）。
（１０分）
3、若用光线示波器来记录图一所示的方波信号，可否选用FC6-400型振动子?
并说明理由。
（注：
该振动子的固有频率为400Hz）（10分）
分析问答题答案
2．
3.答：
不能选用。
因该方波信号是一个由多频率成分叠加而成的复杂周期信号，周期为5ms，则其基频为：
，要较完整地记录该信号，必须保证其前十次谐波的幅值误差小于5％，即需满足：
，得
。
而FC6-400型振动子的固有频率
，远小于要求的3448Hz，仅仅只有构成该方波的一次谐波（200Hz）可以满足不失真的记录要求，其余各次谐波记录时都会产生很大的幅值误差，故不能选用FC6-400型振动子来进行记录。
四、计算题
霍尔元件灵敏度SH=1.2mV/（mA*kGs），放在梯度为5kGs/mm的磁场中，如果额定控制电流为20mA，设霍尔元件在平衡点附近做±0.01mm摆动，问霍尔电压可达多少？
5.压电加速度计的固有电容为Cs，连接电缆电容为Cc，输出电压灵敏度Su=U0/a，a为输入加速度，输出电荷灵敏度Sq=Q/a。
求：
1传感器电压灵敏度与电荷灵敏度之间的关系。
2如果Cs=1000PF，Cc=100PF，标定的电压灵敏度为100mV/g，则电荷灵敏度为多少？
如果Cc=300PF，则电压和电荷灵敏度各为多少？
1.电压灵敏度Su=U0/a，输出电荷灵敏度Sq=Q/a
U0=Q/C,C=Cs+Cc
五、综合题
1.
画出动态应变仪的原理框图。
若输入应变的波形为低频简谐信号，请注明各环节的输出信号的波形。
传感器输出信号为：
弱低频简谐信号
振荡器输出信号为：
高频载波信号
电桥和放大器输出信号为：
弱高频调幅波和强高频调幅波
相敏检波器输出信号为：
具有正负极性的高频调幅波
低通滤波器输出信号为：
强低频简谐信号
5.一精密高速机床，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：
组成一个测量该振动加速度的测试系统（以框图形式表述）
简述传感器的选用原则，
简述框图各组成部分的作用，
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。
被测对象
压电加速度计
电荷放大器
数字信号处理
显示记录
（1）
（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N
④选窗函数（加窗）
⑤进行FFT运算，从而得到信号频谱
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