西工大工程测试基础试题

填空
1.测试装置的静态特性指标主要有________、________和__________等。

2.一阶系统的动态参数是，二阶系统的动态参数是和。

3.测试装置的幅频特性描述的是，相频特性描述的
是。

4.表征测试装置动态特性的频率响应特性应包括_____________和________。

5.将信号x(t)=6sin2t输入时间常数τ=0.5 的一阶装置，则稳态输出的幅值Y0 = ，相位滞后
φ0=_____，输出信号y(t)= 。

6.当测量较小应变值时，应选用根据效应工作的应变片，而测量大应变值时应
选用根据效应工作的应变片。

7.常用的应变片有与两大类。

对于金属电阻应变片来说：S= ，而对
于半导体应变片来说S＝。

前一种应变片的灵敏度比后一种。

8.金属电阻应变片的电阻相对变化主要是由于电阻丝的变化产生的。

9.差动变压器式传感器工作时，如果铁芯做一定频率的往复运动，其输出电压是波。

10.差动变压器式位移传感器是将被测位移量的变化转换成线圈______系数的变化,两个次级线圈要求
_____串接。

11.交流电桥的平衡条件为和，因此，当桥路相邻两臂为
电阻时，则另外两个桥臂应接入性质的元件才能平衡。

12.自感式传感器通过改变、和从而改变线圈的自感量，可将该类传感器
分为、和。

13.压电传感器在使用放大器时，其输出电压几乎不受电缆长度变化的影响。

14.压电传感器中的压电片并联时可提高灵敏度，适用于测量信号和以为输出量的场
合。

而串联时可提高灵敏度，适用于以为输出量的场合。

15.压电传感器在使用前置放大器时，连接电缆长度的改变，测量系统的也将发生变化。

16.压电式传感器是换能器，即可将能转换为能，这是由于效应；也可将
能转换为能，这是根据效应。

17.压电传感器前置放大器的作用是和。

18.周期信号的频谱是的，非周期信号的频谱是的；非周期信号的频谱可以借助于数学工具
而得到。

19.在非电量的电测技术中，总是将被测的物理量转换为________信号。

20.组成热电偶的条件是和。

21.测试系统的特性可分为特性和特性。

22.能用确切数学表达式表达的信号称为信号，不能用确切数学表达式表达的信号称为
信号。

23.描述测试系统动态特性的数学模型有和。

24.附加传感器质量将使原被测系统的固有频率（增大、减小、不变）。

25.温度引起电阻应变片阻值变化的原因有两个，其一，其二。

26.均方差表示信号的，方差表示信号的。

27.测试系统不失真条件是、。

28.常用的温度传感器有、等。

29.利用霍尔元件可以测量和等运动量。

30.单位脉冲的频谱是，它在整个频率范围内具有。

31.线性系统具有保持性，即系统输入一正弦信号，其稳态输出的和一般会发生变化。

32.差动电桥可提高，改善，进行补偿。

33.为补偿温度变化给应变测量带来的误差，主应变片与补偿应变片应接桥臂。

34.一般将控制高频振荡的缓变信号称为，载送缓变信号的高频振荡信号称为，经过调制
的高频震荡信号称为。

判断
1. 周期信号的频谱必定是离散的。

2. 灵敏度指输出增量与输入增量的比值，又称放大倍数。

3. 传递函数表征系统的传递特性，并反映其物理结构。

因此，凡传递函数相同的系统其物理结构亦相同。

4. 变间隙式电感传感器，只要满足δ<<δo的条件，则灵敏度可视为常数。

5. 用差动变压器测量位移时，根据其输出特性可辨别被测位移的方向。

6. 莫尔条纹的间距B随光栅刻度线夹角θ增大而减小。

7. 测量小应变时，应选择灵敏度高的金属丝应变片，测量大应变时，应选用灵敏度低的半导体应变片。

8. 霍尔元件包括两个霍尔电极和两个激励电极。

9. 在光的照射下材料的电阻率发生改变的现象称为外光电效应。

10. 采用热电偶冷端恒温法进行冷端温度补偿，只能将冷端置于冰水混合的容器中。

11. 非周期信号的频谱是离散谱。

12. 随机信号的概率密度函数是表示信号的幅值落在指定区间的概率。

13. 为提高测试精度，传感器灵敏度越高越好。

14. 依靠被测对象输入能量使之工作的传感器称为能量转换型传感器。

15. 根据压电效应，在压电材料的任何一个表面的压力均会在相应表面上产生电荷。

16. 由同一种材料构成热电偶即使两端温度不等也不会形成电势。

17. 若将四个承受应力的应变片作为全桥四臂，则电桥输出电压一定比仅用一个应变片大四倍。

18. 对某常系数线性系统输入周期信号，则其稳态输出信号将保持频率、幅值和相位不变。

19. 任何周期信号都可以由不同频率的正弦或余弦信号迭加而成。

20. 一个信号不能在时域和频域上都是有限的。

21. 当信号在时间尺度上压缩时，其频谱频带加宽，幅值增高。

22. 线性定常系统中，当初始条件为零时，系统输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数。

23. 莫尔条纹有位移放大作用，可以通过莫尔条纹进行脉冲计数来测量微小位移。

24. 同一个传递函数可表征多个完全不同的物理系统，因此不同物理系统可能会有相似传递特性。

25. 一阶系统时间常数和二阶系统固有频率越小越好。

26. 调幅波是频率不变而幅值发生变化的已调波。

27. 相敏检波器是一种能鉴别信号相位和极性而不能放大信号的检波器。

28. 频率保持性是指测试系统的输出信号频率总等于输入信号的频率。

29. 测试装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。

30. 一阶测试系统的时间常数越小越好。

31. 动态特征好的测试系统应具有很短的瞬态响应时间和很窄的频率响应特征。

32. 线性定常系统，初始条件为零时，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为传递函数。

33. 时间常数表征一阶系统的惯性，是过渡过程长短的度量。

34. 用常系数微分方程描述的系统为线性系统。

选择
1.傅里叶级数中的系数表示谐波分量的___________。

A.相位
B.周期
C.振幅
D.频率
2.准周期信号的频谱是___________。

A.离散的
B.连续的
C.不确定的
3.如果一个信号的频谱是离散的，则该信号的频率成份是______。

A有限的B无限的C有限的或无限的
4.时域信号使其变化速度减慢，则低频成分______。

A.不变
B.增加
C.减少
D.不定
5.概率密度函数是______域上来描述随机信号的。

A.时间
B.空间
C.幅值
D.频率
6.二阶系统的阻尼比越小，则阶跃响应的超调量___________。

A越大B越小C不存在
7.幅值解调过程中，相敏检波器的作用是___________。

A判断极性和提取已调波的幅值信息B判断极性和恢复载波幅值
C放大已调波D恢复调制信号的幅值
8.在非电量的电测技术中，总是将被测的物理量转换为________信号。

A.光
B.电
C.磁
D.力
9.输出信号与输入信号的相位差随频率变化的关系称________。

A.幅频特征
B.相频特征
C.传递函数
D.频响函数
10.测试装置的脉冲响应函数与它的频率响应函数的关系为________。

A.卷积
B.傅氏变换对
C.乘积
D.不确定
11.半导体应变片主要是利用半导体材料的。

A．形变B．电阻率的变化C．弹性模量的变化D．泊松比
12.电阻应变片的灵敏度为。

A.应变片电阻丝的电阻变化率与应变值之比
B.应变片电阻丝的电阻变化率与被测件的应变值之比
C.应变片输出电压与应变值之比
13.电涡流传感器是利用材料的电涡流效应工作的。

A.金属导体
B.半导体
C.非金属材料
14.高频反射式涡流传感器是基于和效应来实现信号的感受和变换的。

A.涡电流
B.纵向
C.横向
D.集肤
15.随着电缆电容的增加，压电式加速度计的输出电荷灵敏度将。

A.相应减小
B. 比例增加
C. 保持不变
16.压电式加速度计，其压电片并联时可提高。

A.电压灵敏度
B. 电荷灵敏度
C. 电压和电荷灵敏度
17.压电式加速度传感器的工作频率应该其固有频率。

A.远高于
B. 等于
C. 远低于
18.压电材料按一定方向放置在交变电场中，其几何尺寸将随之发生变化，这称之为效应。

A.压电
B. 压阻
C. 压磁
D. 逆压电
19.压电式传感器是内阻传感器，因此要求前置放大器的输入阻抗。

A.很低
B. 很高
C. 较低
D. 较高
20.压电式传感器常用的压电材料有。

A.石英晶体
B. 金属
C. 半导体
D. 钛酸钡
21.压电式传感器使用放大器时，输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。

A. 调制放大器
B. 电荷放大器
C. 电压放大器
22.压电元件并联连接时。

A输出电荷量小，适用于缓慢变化信号测量。

B输出电压大，并要求测量电路有较高的输入阻抗。

C输出电压小，并要求测量电路有较高的输入阻抗。

D输出电荷量大，适用于缓慢变化信号测量。

23.下列传感器中，属结构型的传感器有。

A. 电阻应变片
B. 压电式加速度计
C. 涡流式传感器
D. 电容式传感器
24.传感器是根据敏感元件材料本身的物理性质变化工作的。

A. 差动变压器式
B. 变间隙电容式
C. 压电式
25.为提高压电式加速度计工作频率上限，则应该加速度计固有频率，则应加速度计固有频率，
可以质量块的质量或者弹簧的刚度，此时灵敏度。

A增大B减小C不变D不一定变化
26.测量应变所用电桥特性是。

为提高电桥灵敏度，极性相同的应变片应该接于臂，极性向反的
应变片应接于臂。

A电桥的和差特性B电桥的调幅特性C相邻D相对
27.由引起的误差称为系统误差。

A环境温度变化B测量仪器本身结构或原理C测量者的疏忽
28.能完成接受和实现信号转换的装置称为。

A传感器B记录仪C实验装置D数据处理装置
29.对某二阶系统输入周期信号，则其输出信号将保持。

A幅值、频率、相位不变；B相位不变，幅值、频率改变；
C频率不变，幅值、相位改变；D相位不变，幅值、频率改变
30.减小随机误差影响的主要办法是。

A采取恒温B改换测量仪器C增加测量次数
31.低通滤波器的作用是。

A滤除低频信号B滤除高频信号C直流变交流D直流变直流
32.半导体应变片是根据原理工作的。

A电阻应变效应B压阻效应C热阻效应
33.压电式传感器属于传感器。

A参量型B发电型C电感型D电容型
34.采用直流电桥进行测量时，每一桥臂增加相同的应变片数，则电桥的测量精度。

A增大B不变C减少D变化不定
35.用某一调制信号x(t)=Acos40pt+Bcos400pt，调制载波信号y(t)=Ccos4000pt，则调制波的频率宽
为。

A 2000-20~2000+20；
B 4000-40~4000+40；
C 2000-200~2000+200；
D 4000-400~4000+400
36.灵敏度始终是常数的传感器是和。

A变气隙式自感传感器B变面积式自感传感器C电阻应变片D电涡流式传感器
37.计量光栅测量位移时，采用细分技术是为了提高。

A灵敏度B辨向能力C直线度D分辨率
38.描述周期信号的数学工具是，描述非周期信号的数学工具是。

A相关函数B傅立叶级数C拉普拉斯变换D傅立叶变换
39.将信号在时域平移，则在频域中信号将会。

A不变B扩展C压缩D仅有相移
40.金属丝应变片在测量某一构件的应变时，其电阻变化主要由来决定。

A金属丝几何尺寸变化B贴片位置温度变化C材料电阻率变化
简答
●为什么通常二阶系统的阻尼比ζ≈0.7左右？
频域：在一定误差范围下，ζ≈0.7时系统可测频带范围宽。

时域：ζ≈0.7时，当ω0越大，响应时间越短。

●何为调制、解调？调制与解调的目的是什么？
调制就是用调制信号控制载波信号，让后者的某一特征参数按前者变化。

解调就是从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号。

调制的目的是使缓变信号便于放大和传输。

解调的目的是恢复原信号。

●简述系统不失真测试的条件（时域和频域）及其物理意义。

时域：y(t)=kx(t-t0)。

物理意义：系统的输出波形与输入信号的波形完全相似，保留了原信号的全部特征信息；输出波形与输入信号的波形只是幅值放大了k倍，在时间上延迟了t0。

频域：A(ω)=k=常数，φ(ω)=-ωt0。

物理意义：幅频特性在x(t)频谱范围内恒为常数，即输入信号各频率成分幅值通过此系统所乘系数相同，幅频特性有无限宽通频带；相频特性是通过原点向负方向发展并与ω成线性关系的直线，即输入信号中各频率成分相位角通过此系统时成与频率ω成正比的滞后移动，滞后时间都相同。

●试说明为什么不能用压电式传感器测量变化比较缓慢的信号？
由于传感器的内阻及后续测量电路输入电阻Ri 非无限大，电路将按指数规律放电，造成测量误差，电荷泄漏使得利用压电传感器测量静态或准静态量非常困难。

通常压电传感器适宜作动态测量，动态测量时电荷量可以不断得到补充。

●简述测试系统的静态特性指标。

a)灵敏度：若系统的输入x增量△x，引起输出y发生变化△y时，定义灵敏度S为: S=△y/△x
b)线性度：对测试系统输入输出线性关系的一种度量。

c)回程误差：描述系统的输出与输入变化方向有关的特性。

d)重复性：衡量测量结果分散性的指标，即随机误差大小的指标。

e)精度：评定测试系统产生的测量误差大小的指标。

f) 稳定性和漂移：系统在一定工作条件下，当输入量不变时，输出量随时间变化的程度。

g) 分辨力(率)：测试装置分辨输入量微小变化的能力。

h) 可靠性：评定测试装置无故障工作时间长短的指标。

●分别列举位移、温度、转速测量传感器各一种并简述其原理。

位移传感器：变气隙式自感传感器——电磁感应原理。

温度传感器：热电偶——热电效应。

转速测量传感器：霍尔式转速测量传感器——霍尔效应。

●测试系统的基本特性是什么？
静态特性：灵敏度、线性度、回程误差、重复性、精度、稳定性和漂移、分辨力(率)、可靠性等。

动态特性
负载特性
抗干扰特性
●简述常用温度测试方法及相应传感器原理。

接触式测温法：膨胀式：根据热胀冷缩原理设计，如液体、气体和金属膨胀式温度计；电阻式：根据电阻温度效应设计，如电阻式、半导体温度计；热电偶：根据热电效应设计。

非接触式测温法：基于热辐射效应，如红外式温度计。

●一阶系统和二阶系统主要涉及哪些动态特性参数？这些动态特性参数的取值对系统性能有何影响？
一般采用怎样的取值原则？
一阶系统：时间常数τ。

时间常数τ决定着一阶系统适用的频率范围，τ越小测试系统的动态范围越宽，反之，τ越大则系统的动态范围就越小。

为了减小一阶系统的稳态响应动态误差，增大工作频率范围，应尽可能采用时间常数τ小的测试系统。

二阶系统：阻尼比ξ、固有频率ω0。

二阶系统幅频特性曲线是否出现峰值取决于系统的阻尼比ξ的大小；当二阶系统的阻尼比ξ不变时，系统固有频率越大，保持动态误差在一定范围内的工作频率范围越宽，反之，工作频率范围越窄。

对二阶系统通常推荐采用阻尼比ξ＝0.7 左右，且可用频率在0~0.6 范围内变化，测试系统可获得较好的动态特性，其幅值误差不超过5％，同时相频特性接近于直线，即测试系统的动态特性误差较小。

●传感器采用差动形式有什么优点？试举例。

1改善非线性。

2提高灵敏度。

3对电源电压、频率的波动及温度变化等外界影响有补偿作用。

4对电
磁吸力有一定的补偿作用，从而提高测量的准确性。

●若调制信号的最高频率为fm，载波频率为f0，那么fm与f0应满足什么关系？原因何在？
若调制信号为瞬态信号(连续谱，信号最高频率fm)，则调幅波的频谱也是连续谱，位于f0± fm之间。

只有f0>>fm，频谱不会产生交叠现象。

为了正确进行信号调制，调幅信号的频宽（2fm）相对于中心频率（载波频率f0）应越小越好，实际载波频率通常f0≥10fm。

●测量、测试、计量的概念有什么区别？
测量：以确定被测对象属性和量值为目的的全部操作。

测试：意义更为广泛的测量——具有试验性质的测量。

计量：实现单位统一和量值准确可靠的测量。

●何谓测量误差？通常测量误差是如何分类、表示的？说明各类误差的性质、特点及其对测量结果的
影响。

测量误差：测量结果与被测量真值之差。

误差分类：随机误差（由特定原因引起、具有一定因果关系并按确定规律产生，再现性）、系统误差（因许多不确定性因素而随机产生、偶然性）、粗大误差（系统各组成环节发生异常和故障等引起）。

误差表示：绝对误差、相对误差（真值相对误差、示值相对误差）、引用误差。

●准周期信号与周期信号有何异同之处？与非周期信号有何异同之处？满足什么要求简谐信号才能叠
加成周期信号？该信号的周期如何确定？
准周期信号: 由多个周期信号合成，各信号周期没有最小公倍数。

频谱离散。

周期信号：按一定时间间隔重复出现的信号，由多个周期信号合成，各信号周期有最小公倍数。

频谱离散。

非周期信号：不会重复出现的信号，包括准周期信号、瞬态信号。

其中准周期信号频谱离散，瞬态信号频谱连续。

各简谐信号周期有最小公倍数才能叠加成周期信号。

该信号周期为各信号周期的最小公倍数。

●金属电阻应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何针对具体情况选
用？
金属电阻应变片的工作原理基于其敏感栅发生几何尺寸改变，使金属丝的电阻值随其变形而改变，即电阻应变效应，产生（1＋2μ）εx项。

而半导体应变片的工作原理是利用半导体材料沿某一方向受到外加载荷作用时，由应力引起电阻率的变化，即压阻效应，产生πL Eεx 项。

两种应变片相比，半导体应变片最突出的优点是灵敏度高，另外，由于机械滞后小、横向效应小及本身的体积小等特点，扩大了半导体应变片的使用范围，最大缺点是温度稳定性差、灵敏度离散度大，在较大应变作用下，非线性误差大等，给使用带来困难。

当测量较小应变值时，应选用根据压阻效应工作的半导体应变片，而测量大应变值时应选用根据应变效应工作的金属电阻应变片。

●电阻应变片产生温度误差的原因有哪些？怎样消除误差？
由温度引起应变片电阻变化的原因主要有两个：一是敏感栅的电阻值随温度的变化而改变，即电阻温度效应；二是由于敏感栅和试件线膨胀系数不同而产生的电阻变化。

进行温度补偿，消除误差的方式主要有三种：温度自补偿法、桥路补偿法和热敏电阻补偿法。

温度自补偿法是通过精心选配敏感栅材料与结构参数来实现温度补偿；桥路补偿法是利用电桥的和差特性来达到补偿的目的；热敏电阻补偿法是使电桥的输入电压随温度升高而增加，从而提高电桥的输出电压。

●涡流的形成范围和渗透深度与哪些因素有关?被测体对涡流传感器的灵敏度有何影响?
涡流形成范围:径向为线圈外径的1.8～2.5倍，且分布不均匀，与线圈外径D有关；涡流贯穿深度有限，深度一般可用经验公式求得，与导体电阻率、相对导磁率和激励频率有关。

涡流效应与被测导体电阻率、导磁率、几何形状与表面状况有关，因此涡流传感器的灵敏度也与上述被测体的因素有关。

●涡流式传感器的主要优点是什么?
电涡流式传感器能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外
还具有体积小，灵敏度高，频率响应宽等特点。

非接触测量，抗干扰能力强；灵敏度高；分辨力高，位移检测范围：±1mm～±10mm，最高分辨率可达0.1%；结构简单，使用方便，不受油液等介质影响
●压电式传感器的测量电路中为什么要加入前置放大器？电荷放大器有何特点？
压电式传感器的前置放大器有两个作用：一是阻抗变换（把压电式传感器输出的高阻抗变换成低阻抗输出）；二是放大压电式传感器输出的微弱信号。

电荷放大器的输出电压与外力成正比，与反馈电容Cf成反比，而与Ca、Cc和Ci无关，当制作线路时使Cf成为一个非常稳定的数值，则输出电压唯一的取决于电荷量，与外力成反比。

电缆分布电容变化不会影响传感器灵敏度及测量结果是电荷放大器的突出优点，但电路复杂，造价较高。

●采取何种措施可以提高压电式加速度传感器的灵敏度？
选用压电系数大的压电材料做压电元件；增加压电晶片数目；合理的连接方法。

●如何减小电缆噪声对测量信号的影响？
使用特制的低噪声电缆；输出电缆应予以固紧，用夹子、胶布、腊等固定电缆以避免振摇；电缆离开试件的点应选在震动最小处。

●什么是霍尔效应？为什么半导体材料适合于作霍尔元件？
霍尔效应：置于磁场中的通电半导体，在垂直于电场和磁场的方向产生电动势的现象。

根据霍尔效应，霍尔元件的材料应该具有高的电阻率和载流子迁移率。

一般金属的载流子迁移率很高，但其电阻率很小；绝缘体电阻率很高，但其载流子迁移率很低；只有半导体材料最适合做霍尔元件。

●霍尔元件的不等位电势的概念是什么？产生不等位电势的主要原因有哪些？如何进行补偿？
不等位电势：当磁感应强度B为零、激励电流为额定值IH时，霍尔电极间的空载电势。

产生不等位电势的原因主要有：霍尔电极安装位置不正确（不对称或不在同一等电位面上）；半导体材料的不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀；激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。

补偿电路见P173。

●简述霍尔位移传感器的工作原理。

当改变磁极系统与霍尔元件的相对位置时，即可得到输出电压，其大小正比于位移量。

保持霍尔元件的控制电流I一定，使其在一个有均匀梯度的磁场中移动，则霍尔电势与位移量成正比。

●简述热电偶产生热电势的条件是什么?
热电偶的两个电极材料不同，两个接点的温度不同。

●简述热电偶冷端温度补偿的各种方法的特点?
0℃恒温法：将热电偶冷端放在冰和水混合的容器中，保持冷端为0℃不变。

这种方法精度高，但在工程中应用很不方便，一般在实验室用于校正标准热电偶等高精度温度测量。

修正法：实际使用中，设法使冷端温度保持不变（放置在恒温器中），然后采用冷端温度修正的方法，可得到冷端为0℃时的热电势。

根据中间温度定律，EAB(T,T0)＝EAB(T,Tn)＋EAB(Tn,T) ，因为保持温度Tn不变，因而EAB(Tn,0) ＝常值，该值可以从热电偶分度表中查出。

测量的热电势与查表得到的相加，就可得到冷端为0℃时的热电势，然后再查热电偶分度表，便可得到被测温度T。

补偿导线法：将热电偶的自由端引至显示仪表，而显示仪表放在恒温或温度波动较小的地方。

采用某两种导线组成的热电偶补偿导线，在一定温度范围内（0～100℃）具有与所连接的热电偶相同的热电性能。

不同的热电偶要配不同的导线，极性也不能接错。

补偿电桥法：利用不平衡电桥(又称冷端补偿器)产生不平衡电压来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化。