4 信号调理、处理和记录
《检测传感技术》期末复习题参考答案
中国石油大学（北京）远程教育学院《检测传感技术》期末复习题参考答案一、填空题（本题每一填空计2分，共计占总分的40%）1. 一个完整的测试系统由激励装置、传感器、信号调理、信号处理、显示记录等五个基本环节组成。
2. 在测试系统中，激励装置的功能是激发隐含的被测信息；传感器的功能是将被测信息转换成其他信息；信号调理环节的功能是将传感器获得的信息转换成更适合于进一步传输和处理的形式；信号处理环节的功能是对来自信号调理环节的信息进行各种处理和分析；显示记录环节的功能是显示或存储测试的结果。
3. 不失真测试即测试系统的输出要真实地反映其输入的变化。
为实现不失真测试，系统频率响应需要满足的条件是：幅频特性为常数；相频特性呈线性。
对系统瞬态响应的要求是：瞬态误差小；调整时间短。
4. 测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取有用信号。
5. 测试信号的时域特征参数主要有均值、方差和均方值。
6. 信号的均值反映随机信号变化的中心趋势；信号的方差反映随机信号在均值附近的分布状况；信号的均方值反映随机信号的强度。
7. 任何周期信号均可分解为一系列频率比为有理数的简谐信号, 其频谱特性包括离散性、谐波性、收敛性。
8. 频率单一的正弦或余弦信号称为谐波信号。
一般周期信号由一系列频率比为有理数的谐波信号叠加而成。
9. 周期信号的频谱特性：离散性即各次谐波分量在频率轴上取离散值；谐波性即各次谐波分量的频率为基频的整倍数；收敛性即各次谐波分量随频率的增加而衰减。
10. 瞬态信号是在有限时间段存在，属于能量有限信号。
11. 瞬态信号的频谱为连续谱,其幅值频谱的量纲为单位频宽上的幅值，即幅值频谱密度函数。
12. 瞬态信号的时域描述与频域描述通过傅立叶变换来建立关联。
13. 不能用确定的数学公式表达的信号是随机信号。
14. 从时域上看，系统的输出是输入与该系统脉冲响应的卷积。
15. 测试系统的静特性主要包括线性度、灵敏度和回程误差。
工程测试 简答题
三、简答题（共30分）１、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)ε+λEε,其中H为材料的泊桑比，E为材料的弹性模量，(1+2H)ε是由几何尺寸变化引起的阻值变化，λEε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)ε，S≈1+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=λEε，S ≈λE。
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。
《测试技术与信号处理》课程教学大纲
《测试技术与信号处理》课程教学大纲课程代码：0806315008课程名称：测试技术与信号处理英文名称：Testing Technology and Signal Processing总学时：48 讲课学时：40 实验学时：8学分：3适用专业：机械设计制造及其自动化专业（汽车、城轨）先修课程：高等数学、工程数学、工程力学、机械设计基础、电工电子技术一、课程性质、目的和任务《测试技术与信号处理》是机械类专业的专业基础课和必修课程，也是机械大类专业的平台课程。
通过本课程的学习，要求学生初步掌握动态测试与信号处理的基本知识与技能，培养正确选用和分析测试装置及系统的能力，并掌握力、压力、噪声、振动等常见物理量的测量和应用方法，为进一步学习、研究和处理车辆工程技术中的测试问题打下基础。
二、教学基本要求本课程分为概论、信号描述、测试系统特性、常见传感器、信号的调理处理和记录、信号分析基础、常见物理量测量和计算机辅助测试几部分。
学完本课程应具有下列几方面的知识：(1) 掌握测量信号分析的主要方法，明白波形图、频谱图的含义，具备从示波器、频谱分析仪中读取解读测量信息的能力。
(2) 掌握测试系统的静态特性、动态特性，不失真测量的条件，测试系统特性的评定方法，减小负载效应的措施。
(3) 掌握传感器的种类和工作原理，能针对工程问题选用合适的传感器。
(4) 掌握信号的调理、处理和记录的方法和原理。
(5) 掌握信号的相关分析、频谱分析原理与应用。
(6) 掌握温度、压力、位移等常见物理量的测量方法，了解其在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用。
(7) 了解计算机测试系统的构成，用计算机测试系统进行测量的方法、步骤和应该注意的问题。
三、教学内容及要求1. 绪论介绍测试系统的基本概念，测试系统的组成。
及测试技术的工程意义：在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用情况和测试技术的发展趋势。
机械工程测试技术试题和答案
一、填空（每空1份.共20分）1.测试技术的基本任务是获取有用的信息2.从时域看.系统的输出是其输入与该系统脉冲响应函数的卷积。
3.信号的时域描述.以时间(t) 为独立变量；而信号的频域描述.以频率f或)(ω为独立变量。
4.如果一个信号的最高频率为50Hz.为了防止在时域采样过程中出现混叠现象.采样频率应该大于 100Hz。
5.在桥式测量电路中.根据其激励电压（或工作电压或桥压或电源）的性质.可将其分为直流电桥与交流电桥。
6.金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：前者利用导体机械形变引起的电阻变化.后者利用半导体电阻率的（或半导体压阻效应）变化引起的电阻变化。
7.压电式传感器是利用某些物质的压电效应而工作的。
8.带通滤波器的上下限截止频率为fc2、fc1.其带宽B =12ccff-；若其带宽为1/3倍频程则fc2= 32 fc1。
9.属于能量控制型的传感器有电阻式传感器、涡电流传感器电容式传感器、电感式传感器等。
10. 根据载波受调制的参数不同.调制可分为调幅、调频、调相。
11. 相关滤波的工作原理是同频相关不同频不相关/同频检测原理12 测试装置的动态特性可以用传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数进行数学描述。
二、选择题（把正确答案前的字母填在空格上.每题1分.共10分）1．不能用确定的数学公式表达的信号是 D 信号。
A 复杂周期B 非周期C 瞬态D 随机2．平稳随机过程必须 B 。
A 连续 B统计特征与时间无关 C 各态历经 D 统计特征等于时间平均3．一阶系统的动态特性参数是 C 。
A 固有频率B 阻尼比C 时间常数D 灵敏度4．系统在全量程内.输入量由小到大及由大到小时.对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间的最大差值称为 A 。
A 回程误差B 绝对误差C 相对误差D 非线性误差5．电阻应变片的输入为 B 。
A 力B 应变C 速度D 加速度6． D 用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。
chapter4 信号调理和记录new
Z1 Z 3 Z 2 Z 4
把各阻抗代入平衡条件式，得：
Z 01 Z 03 e
j ( 1 3 )
Z 02 Z 04 e
j ( 2 4 )
若此式成立，必须同时满足下列两等式：
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Z 01 Z 03 Z 02 Z 04 1 3 2 4
一、 直流电桥
a
●平衡条件
R1
R1R3 R2 R4
b
R4 E
d
V
R3
c
R2
R1 R3 R2 R4 V E ( R1 R2 )(R3 R4 )
不平衡条件
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如果电桥的4个电阻中任一个或者多个 电阻阻值发生变化，将打破平衡条件，使得 输出电压发生变化。 测量电桥正是利用这一特点。
相对臂阻抗模之积相等 相对臂阻抗角之和相等
为满足上述条件，交流电桥各臂可有不同的组合。常用 的电容、电感电桥，其相邻两臂接入电阻
（例如 Z R , Z R
02 2 03
3
2 3 0
）
而另外两个桥臂接入相同性质的阻抗，例如都是电容或 者都是电感，保持 1 4 。
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第四章 信号的调理与记录
本章学习要求：
1.电桥原理与应用 2.信号调制解调原理
3.信号滤波器工作原理
4.模拟信号放大电路原理 5.信号的记录
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概述
第一节、电桥 第二节、调制与解调
第三节、滤波器
第四节、信号放大
第五节、测试信号的显示与记录
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第四章 信号调理与处理
幅值调制装置实质上是一个乘法器。现在已有性能 良好的线性乘法器组件。霍尔元件也是一种乘法器。
电桥在本质上也是一个乘法装置，若以高频振荡电 源供给电桥，则输出为调幅波。
霍尔元件： VH kH iB sin
电桥：
Uy
R R0
U
0
三、调制与解调
调幅信号的解调方法
1、同步解调 若把调幅波再次与原载波信号相乘，则
xm (t) xt cos 2f0t cos
xt cos 2f0t
三、调制与解调
调幅信号的频域分析
由傅里叶变换的性质知：在时域中两个信 号相乘，则对应在频域中这两个信号进行卷积，
余弦函数的频域图形是一对脉冲谱线
xt yt
X f Y f
一个函数与单位脉冲函数卷积的结果，就
是将其图形由坐标原点平移至该脉冲函数处。
是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的 是等幅波，但其振荡频率偏移量和信号电压成正比。当 信号电压为零时，调频波的频率就等于中心频率；信号 电压为正值时频率提高，负值时则降低。所以调频波是
随信号而变化的疏密不等的等幅波。
第五章 信号变换及调理
三、调制与解调 调频波的瞬时频率可表示为． f＝fo±△f 式中f。——载波频率，或称为中心频率； △f—频率偏移，与调制信号x(t)的幅值成正比。
四、 滤波器
滤波器还有其它不同分类方法，例如， 根据构成滤波器的大件类型，可分为RC、LC或晶
体谐振滤波器； 根据构成滤波器的电路性质，可分为有源滤波器和
无源滤波器； 根据滤波器所处理的信号性质，分为模拟滤波器与
数字滤波器等等。
滤波器的性能指标
A0
0.707A0
Q=f0 / B
Signal_4_4_信号调理AD_DA数据采集
测试系统抗干扰设计
一、干扰因素
A）空间辐射干扰（电磁干扰）：电气设备、电子设备、通信设施的 高密度使用，使空间电磁波污染越来越来严重。空间辐射干扰主要
有地球大气放电（如雷电）、宇宙干扰（如太阳产生的无线电辐
射）、静电放电等自然干扰和高压输电线、内燃机、荧光灯、电机 等电气设备产生的放电干扰。这些干扰源产生的辐射波频率范围广，
且无规律。空间辐射干扰以电磁感应的方式通过测控系统的壳体、
导线、敏感探头等形成接收电路，造成对系统的的干扰。
B）电网干扰：工业系统中的某些大设备的启动、停机等，可能引起电 源过压、欠压、浪涌、下陷及产生尖峰干扰，这些电压噪声均通过 电源内阻耦合到测控系统的电路，给系统造成极大的危害。 C）小信号长线传输干扰：传感器输出的信号较弱，传输线较长，易受 干扰影响，当A/D转换器在获取0～50mV小信号时，不恰当的模拟接 地方法会给系统造成较大的测量误差。
Da
Ui
001 000 0 1 2 3 4 5 6 7
Ui
A/D转换将模拟输入电压Ui 转换为n位二进制数Da，则有：
Ui Da U e, Da an1 n1 an2 n2 a1 1 a0 0 2 2 2 2
其中，n —— A/D转换器位数；
UH～ 传 感 器 外 壳
C1
高 压 线 测 量 系 统 仪 器 外 壳
Us
C2
C1 U1 UH UH 1 1 C1 C3 C1 C3 C2 U2 UH C2 C4
1 C3
C3
C4
当U1=U2时，它们是共模干扰电压，当二者不相等时，既有共模干 扰电压又有差模干扰电压。 大电流导体的电磁场在双输入线中感生的干扰电动势有相似的分析方法。
机械工程测试技术 试题及答案
测试技术试题及答案第一次作业1、一般计算机测量系统的基本组成包括哪些主要环节，每个环节的作用是什么?答：主要环节：试验装置、测量装置、数据处理装置、记录装置。
作用：1试验装置：试验装置是使被测对象处于预定的状态下，并将其有关方面的内在联系充分显露出来，以便进行有效测量的一种专门装置。
2测量装置：测量装置是把被测量通过传感器变换成电信号，经过后接仪器的变换、放大、运算，将其变成易于处理和记录的信号。
3数据处理装置：数据处理装置是将测量装置输出的信号进一步进行处理以排除干扰和噪声污染，并清楚的估计测量数据的可靠度，获取有用的特征信息。
4记录装置：记录装置是测试系统的输出环节，它可将对被测对象所测得的有用信号及其变化过程显示或记录下来。
第二次作业3、阐述测量装置的静态特性指标及其定义？答：一、线性度：是指测试系统的输入输出保持直线关系的程度。
二、灵敏度：输入量变化与其所引起的输出量变化的比值。
三、分辨力：是指仪器能检测出和显示被测信号的最小变化量，是最小单位输出量所对应的输入量。
四、迟滞误差：测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量，这种现象称为迟滞。
五、漂移：在正常使用的条件下，输入量不发生任何变化，而测试系统的输出量在经过一段时间后却发生了改变，这种现象称为漂移。
六、重复性：是指传感器在输入按同一方向作全量程连续多次变动时所得曲线不一致的程度。
七、稳定度：稳定度是指在规定的工作条件下，测试系统的某些性能随时间变化的程度。
4、线性定常系统有那些基本特性？说明线性系统的频率保持性在测量中的作用。
答：基本特性：1叠加性，2比例性，3微分特性，4积分特性，5频率保持性。
频率保持性在测量中的作用：根据频率保持性，若知道输入激励频率，则在所测得的响应信号中只有与输入激励信号同频率的分量才是输入所引起的，而其他频率分量都是噪声。
5、频率响应函数、幅频特性和相频特性的物理意义是什么？测试系统实现不失真测试的条件是什么？答：频率响应函数物理意义：系统稳态输出信号y(t)的傅里叶变换和输入信号x(t)的傅里叶变换之比： 幅频特性物理意义：系统稳态输出和输入的幅值比A(ω) ,反应测试系统对输入信号频率分量的幅值缩放能力。
《机械工程测试技术基础》试题及答案
《机械⼯程测试技术基础》试题及答案《机械⼯程测试技术基础》课后答案章节测试题第⼀章信号及其描述（⼀）填空题1、测试的基本任务是获取有⽤的信息，⽽信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。
这些物理量就是信号，其中⽬前应⽤最⼴泛的是电信号。
2、信号的时域描述，以时间（t ）为独⽴变量；⽽信号的频域描述，以频率（f ）为独⽴变量。
3、周期信号的频谱具有三个特点（离散性，谐波性，收敛性）4、⾮周期信号包括准周期信号和⾮周期瞬态信号。
5、描述随机信号的时域特征参数有均值x µ，均⽅值2x ψ，⽅差2x σ6、对信号的双边谱⽽⾔，实频谱（幅频谱）总是 y 轴对称，虚频谱（相频谱）总是对称。
（⼆）判断对错题（⽤√或×表⽰）1、各态历经随机过程⼀定是平稳随机过程。
（√ ）2、信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
（√ ）3、⾮周期信号的频谱⼀定是连续的。
（╳）4、⾮周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲⼀样。
（╳）5、随机信号的频域描述为功率谱。
（√ ）（三）简答和计算题1、求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值µ|x|和均⽅根值x rms 。
2、求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x µ，均⽅值2x ψ，和概率密度函数p(x)。
3、求指数函数)0,0()(≥>=-t a Aet x at的频谱。
4、求被截断的余弦函数??≥<=Tt T t tt x ||0||cos )(0ω的傅⽴叶变换。
5、求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t et x atω的频谱。
第⼀章信号及其描述（⼀）1、信号；2、时间（t ），频率（f ）；3、离散性，谐波性，收敛性；4、准周期，⾮周期瞬态；5、均值x µ，均⽅值2x ψ，⽅差2x σ；6、偶，奇；（⼆）1、√；2、√；3、╳；4、╳；5、√；（三）1、π2x ，2x ；2、0，220x ，)cos(10?ωπ+t x ；3f j a A π2+、；4、()()T f c T T f c T )2(sin )2(sin 00ωπωπ-++； 5、faj f a πωπω44202220+--；第⼆章测试装置的基本特性（⼀）填空题1、某⼀阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输⼊信号2sin)(tt x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω，幅值=y ，相位=φ。
信号的调理和处理
4.0 信号调理的目的
信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。 1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到 显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还 要进行阻抗变换。 2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需 要去掉噪声，提高信噪比。 3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感 器测量信进行调制解调处理。
I1 I2
R4
R1 R
R2 I1 I2
R1 R
c Uo
a
R4
I1 I2
c Uo
c Uo
R3 R
R3
R3
d Ui
R4 R
d Ui
半桥、单臂输出 R Uo Ui 4 R0
S Uo Ui R0 / R0 4
半桥、双臂输出 R Uo U i 推导 2 R0
S Uo U i R0 / R0 2
机械工程测试技术基础
第四章 信号变换及调理
第四章
信号变换及调理
▼
▼ ▼ ▼
4.0 变换及调理的目的 4.1 电桥 4.2 信号的调制解调 4.3 信号的滤波器
Guangdong University of Petrochemical Technology
广东石油化工学院
1
机械工程测试技术基础
第四章 信号变换及调理
广东石油化工学院
21
机械工程测试技术基础
第四章 信号变换及调理
y m (t )
调幅 AM
0
t
Ym ( f ) X ( f ) * Y ( f )
½
f0
2 fm
½
0
f0
2 fm
R1 R2 c U o R3 d Ui
测试技术第4章
U ad I 2 R4
输出电压：
R1 R1 R3 R2 R4 R4 U y U ab U ad U U R R 0 R R 0 ( R R )(R R ) U 0 2 3 4 1 2 3 4 1
直流电桥
直流电桥的平衡条件： R1 R3 R2 R4 常用的电桥连接形式：
t 0 kx t
此时调频信号可表示 x f (t ) A cos 0t k x(t )dt 0
图4-10
调制信号加偏置的调幅波 b）偏置电压不够大
a）偏置电压足够大
相敏检波
为了使信号具有判别信号相位和选频的能力， 需采用相敏检波电路。 要实现正确的解调必须要求参考信号的幅值 远大于调幅信号的幅值，使开关器件的通断 完全由参考信号决定。其中x(t)为原信号； y(t)为载波，xm(t)为调幅波。电路设计使变 压器B二次边的输出电压大于A二次边的输出 电压，即满足参考信号的幅值大于调幅信号 的幅值。
当被控制的量为高频振荡信号的频率时，称为调频(FM)； 已调制信号为调频波； 当被控制的量为高频振荡信号的相位时，称为调相(PM)； 已调制信号为调相波； 调制与解调的应用： 应用分析：传感器输出的低频微弱信号需要放大。直流放 大，存在零漂和级间耦合，容易失真；交流放大，抗零漂， 故一般先将低频信号调制为高频信号，再交流放大，最后 解调。
2、整流检波和相敏检波 调幅波解调（检波）： 从已调制信号中检出调制信号的过程。 有三种方法：同步解调、包络检波、相敏检波。 同步解调：已调制信号Xm(t)与载波y(t)再次相乘， 经低通滤波器，检出调制信号。 整流检波（包络检波）： 幅值调制就是让已调信号的幅值随调制信号的值 变化，因此调幅信号的包络线形状与调制信号一 致。只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。 这种方法称为整流检波或包络检波。
机械工程测试技术试题及答案
一、填空（每空1份，共20分）1.测试技术的基本任务是获取有用的信息2.从时域看，系统的输出是其输入与该系统脉冲响应函数的卷积。
3.信号的时域描述，以时间(t) 为独立变量；而信号的频域描述，以频率f 或)(ω为独立变量。
4.如果一个信号的最高频率为50Hz，为了防止在时域采样过程中出现混叠现象，采样频率应该大于 100Hz。
5.在桥式测量电路中，根据其激励电压（或工作电压或桥压或电源）的性质，可将其分为直流电桥与交流电桥。
6.金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：前者利用导体机械形变引起的电阻变化，后者利用半导体电阻率的（或半导体压阻效应）变化引起的电阻变化。
7.压电式传感器是利用某些物质的压电效应而工作的。
8.带通滤波器的上下限截止频率为fc2、fc1，其带宽B =12ccff-；若其带宽为1/3倍频程则fc2= 32 fc1。
9.属于能量控制型的传感器有电阻式传感器、涡电流传感器电容式传感器、电感式传感器等。
10. 根据载波受调制的参数不同，调制可分为调幅、调频、调相。
11. 相关滤波的工作原理是同频相关不同频不相关/同频检测原理12 测试装置的动态特性可以用传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数进行数学描述。
二、选择题（把正确答案前的字母填在空格上，每题1分，共10分）1．不能用确定的数学公式表达的信号是 D 信号。
A 复杂周期B 非周期C 瞬态D 随机2．平稳随机过程必须 B 。
A 连续 B统计特征与时间无关 C 各态历经 D 统计特征等于时间平均3．一阶系统的动态特性参数是 C 。
A 固有频率B 阻尼比C 时间常数D 灵敏度4．系统在全量程内，输入量由小到大及由大到小时，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间的最大差值称为 A 。
A 回程误差B 绝对误差C 相对误差D 非线性误差5．电阻应变片的输入为 B 。
A 力B 应变C 速度D 加速度6． D 用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。
第四章 信号调理和处理
载波
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0.5
1
1.5
6 7 8 9 10
5
2
2.5
24
t
3
t
2.相敏检波
3 2 1 y 1( t ) y 2( t ) 0 y 3( t ) 1 1 2 3 4 5 6 7
第四章 信号调理和处理
8
9
10
2
3 t
3
2
1
y 3( t )
0 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2
3 t
通过相敏检波可以得到一个幅值与极性均随调制信 号变化的信号。 对有极性或方向性的被测量，经调制后必须采用相 敏检波才能正确恢复原信号。
6
第四章 信号调理和处理
3. 调制的分类
根据载波被调制参数的不同，调制 可分为： 调幅、调频和调相
使载波的幅值、频率或相位随调制信 号而变化的过程分别称为调幅、调频或调 相。它们的已调波分别称为调幅波、调频 波或调相波。
7
种类
调制信号x(t)
第四章 信号调理和处理
载波信号 z (t ) A cos(2ft )
x m(t) z(t)
乘法器
xm (t ) cos(2 f zt ) x(t )cos2 2 f zt
1 1 x(t ) x(t ) cos(2 (2 f z )t ) 2 2
滤波器
x(t)
其傅里叶变换为
1 1 1 xm t z t X f X f f 2 f z X f f 2 f z 2 4 4
2020年东北电力大学机械工程学院复试科目考试大纲
复试科目考试大纲“机械加工工艺学”考试大纲一、考试的学科范围机械加工工艺学考试内容主要包括以下两部分：机械加工精度和机械加工表面质量。
二、评价目标主要考查考生对机械加工工艺学的基础理论、基本知识掌握和运用的情况，要求考生应掌握以下有关知识：1.机械加工精度。
2.机械加工表面质量。
三、试题主要类型1、答题时间：120分钟2、机械原理试题类型：计算题、简答题四、考查要点(一) 机械加工精度1. 工艺系统的原有误差对加工精度的影响；2. 工艺系统的受力变形对加工精度的影响；3. 工艺系统的热变形对加工精度的影响；4.加工误差的统计分析；5. 保证和提高加工精度的途径；6. 加工误差综合分析。
(二) 机械加工表面质量1. 加工表面质量概述；2. 加工表面粗糙度的影响因素；3. 表面层物理机械性能的影响因素。
4. 提高表面质量的加工方法；5. 机械振动的基本概念，包括：强迫振动、自激振动；6. 机械加工工艺的编制。
五、主要参考书目1. 王先逵主编，机械制造工艺学，北京：清华大学版社，2011年“机械设计”考试大纲一、考试的学科范围机械设计的考试范围包括：螺纹联接、带传动、齿轮传动、蜗杆传动、滑动轴承、滚动轴承和轴等部分内容。
二、评价目标主要考查考生对机械设计的基础理论、基本知识掌握和运用的情况，要求考生应掌握以下有关知识：1. 了解螺纹连接的作用。
2. 掌握带传动、齿轮传动、蜗杆传动的原理。
3. 理解滑动轴承、滚动轴承和轴的设计与校核。
三、考试形式与试卷结构1、答题时间：120分钟。
2、题型：单选题、问答题、分析题、计算题和找错题。
四、考查要点（一）螺纹联接1. 了解螺纹的主要参数、螺纹类型特点及应用；2.螺纹联接的主要类型和螺纹联接零件；3.螺纹联接的拧紧和防松；4.螺旋传动的设计计算；5.掌握螺栓组联接的受力分析及联接的强度计算；6.了解提高螺栓联接强度的措施。
（二）带传动1.了解带传动的工作原理、特点和应用范围；2.掌握带传动的受力分析、滑动分析及应力分析；3.掌握带传动的设计计算、带及带轮的标准、结构、类型；4.了解其它类型的带传动。
机械工程测试技术基础试题及答案(工程部)
（二）判断对错题（用√或×表示）1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。
（ ）2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
（ ）3、 非周期信号的频谱一定是连续的。
（ ）4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
（ ）5、 随机信号的频域描述为功率谱。
（ ） （二）、√。
、√。
、╳。
、╳。
、√。
1、 一线性系统不满足“不失真测试”条件，若用它传输一个的正弦信号，则必然导致输出波形失真。
（）2、 在线性时不变系统中，当初始条件为零时，系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数。
（）3、 当输入信号)(t x 一定时，系统的输出)(t y 将完全取决于传递函数)(s H ，而与该系统的物理模型无关。
（）4、 传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。
（）5、 测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。
（）6、 幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。
（） （三）╳√√√╳╳（三）判断对错题（用√或×表示）1、 滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。
（ ）2、 涡流式传感器属于能量控制型传感器（ ）3、 压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。
（ ）4、 磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。
（ ） （三）√√╳╳（二）选择题1、 不属于测试系统的静特性。
（）灵敏度（）线性度（）回程误差（）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统响应的卷积。
（）正弦（）阶跃（）脉冲（）斜坡3、 两环节的相频特性各为)(1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性为。
（）)()(21ωωQ Q （）)()(21ωωQ Q +（）)()()()(2121ωωωωQ Q Q Q +（）)()(21ωωQ Q -4、 一阶系统的阶跃响应中，超调量。
（）存在，但<％（）存在，但<（）在时间常数很小时存在（）不存在 5、 忽略质量的单自由度振动系统是系统。
工程测试技术期末复习考试题
工程测试技术——期末复习-19/35
KUST-MCVN
例题1
选择题1 .4
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； 为提高电桥灵敏度，可采用的方法是__ 。 A 在桥臂上串连应变片 B 在桥臂上并联应变片 C 增大应变 片电阻值 D 增加工作桥臂数 为提高电桥灵敏度，可采用的方法是__ 。 下列传感器中，哪种传感器的转换原理是基于压阻效应的 是。 A 金属丝应变片 B 压敏电阻 C 半导体应变片；
工程测试技术——期末复习-11/35 KUST-MCVN
例题
填空题1.4
在数字信号处理中，为避免频率混叠，应使被采样的模拟 信号成为__ ， 还应使采样频率满足采样定理即__ ； 若 不满足采样定理则会产生 __现象。 金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于： 前者基于__引起的电阻变化，后者基于__引起的电阻变 化。
工程测试技术——期末复习-14/35
KUST-MCVN
例题1
选择题1 .1 答案
描述传感器静态特性的指标有D 。（P47） A幅频特性 B稳定时间 C动态范围 D线性度 下列统计参数中，用以描述随机信号波动范围的参数为B 。 （P38） A 均值 B 方差 C 均方值 D 概率密度函 数 信号的时域描述与频域描述通过来C建立关联。 A 拉氏变换 B 卷积 C 傅立叶变换 D 相乘 理想滤波器在通带内的幅频特性为A。（P140） A常数 B零 C零或常数 D无法确定
工程测试技术——期末复习-16/35
KUST-MCVN
例题1
选择题1 .2 答案
如果隔振台对低频激励起不了明显的隔振作用，但对高频 激励却有很好的隔振作用，那么，隔振台属于B。 A 高通滤波器 B 低通滤波器 C 带通滤波器 D带 阻滤波器 测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为 D 。 A 量程 B灵敏度 C 精确度 D分辨力 对连续信号进行采样时，若信号的记录时间不变，采样频 率越高，则 C。 A 泄漏误差越大 B 频率混叠越严重 C 采样点数越多 D 频域分辨率越低
机械工程测试技术要点
1测试系统包括传感器、信号调理、信号处理、显示与记录四个环节。
传感器：当接受测量的直接作用后，能按一定规律将被测量转换成同种或别种量值输出，其输出通常是电信号。
信号调理：对信号尽享转换、放大和滤波，即把来自传感器的信号转换成更适合进一步传输和处理的信号。
信号处理：接受来自信号调理环节的信号，并进行运算，滤波、分析，将结果输出值显示、记录混控制系统。
信号显示与记录：以观察着易于识别的形式显示测量结果，或将测量结果存储，供必要时使用。
2周期信号的频谱特点：1离散谱；2谱线仅出现在基波和各次谐波频率处；3幅值谱各频率分量的幅值岁频率升高而减小。
非周期信号频谱特点：1连续谱；2各频率分量的幅值随频率分量的升高而趋于无穷小，但保持一定比例关系。
3温度计是一阶惯性系统，其阶跃响应为y=1-e ,系统的输出值与稳态响应值仅相差2%当t越大，系统的处处志与稳态响应值的误差就越小。
4右图是一恒温电路，A 为比较器，当环境温度达到T℃时，输出信号实现自动调温控制。
同相端输入有RP、R1、R2、R3分压确定作比较电平，RP可调节比较器的比较电平，从而调节所需控制温度5测量是采集和表达被测量并与标准作比较的过程。
测量的前提1被测量必须有明确的定义2测量标准必须通过协议事先确定选取传感器原则：灵敏度，响应特性，线性范围，可靠性，精确度，测量方式及其他。
6差动变压器一二次绕组间的耦合能随衔铁移动变化，即绕组间的护肝随被测位移改变而变化7电感式传感器分为自感型和互感型，自感型分为可变磁阻型和涡流式8调幅波特点：1当调制信号x（t）>0时，调幅波xm（t）与载波y（t）同频同相，复制大小与x（t）大小有关2当x（t）<0时xm（t）与载波同频反相，幅值同上3调幅波是以高频，单骑包含络线和调制信号x（t）相似，其幅值受x（t）变化影响，y（t）频率越高，波形越宽，相似程度越好。
9电阻丝应变片与半导体应变片异同及优点：相同点都是将被测量的变化转化为电阻变化前者是几何尺寸引起阻值变化，后者是电阻率变化引起。
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解
（2）偏置解调
若所加的偏置电压未能 使信号电压都在零线的 一侧，则对调幅波简单 地整流不能恢复原调制 信号。 相敏检波技术可解决此 问题。
调3
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相敏检波
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相敏检波的工作原理
• 原信号、调幅波与载波之间的关系
– 当 x(t ) 0 ，调幅波与载波同相位； – 当 x(t ) 0 ，调幅波与载波反相位
信号）相乘，使高频信号的幅值随测试信号的变化而变化。
• 调幅原理
由傅立叶变换的性质知：在时域中两个信号相乘，则对应在频
域中这两个信号进行卷积，即
xt yt X f *Y f
余弦函数的频域图形是一对脉冲谱线
1 1 cos 2f 0t f f 0 f f 0 2 2
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电感电桥平衡条件
• 平衡条件
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纯电阻电桥应注意的问题
• 由于导线间存在分布电容。因此，除了有电 阻平衡外，还须有电容平衡 • 动态电阻应变仪中的具有电阻和电容平衡的 纯电阻电桥
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第二节 调制与解调
• 目的：放大信号、便于传输 • 调制：使一个信号的某些参数在另一信号的控制下发生变化的 • 解调：最终从已调制波中恢复出调制信号的过程。 许多传感器的输出就是一种已调制信号！
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平衡桥式电路
• 设被测量等于零时，电桥 处于平衡状态，此时指示 仪表G及可调电位器H指零。 • 当某一桥臂随被测量变化 时，电桥失去平衡，调节 电位器H，改变电阻R5触电 位置，可使电桥重新平衡， 电表G指针回零。 • 电位器H上的标度与桥臂电 阻值的变化成比例，故H的 指示值可以直接表达被测 量的数值。
A0 e j 2ft0 H f 0 f fc 其它
特别提醒: 理想低通滤 波器是不能实现的!
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特别提醒
理想的高通、带通、带阻
滤波器都是不存在的。
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滤波器性能分析---
实际滤波器的特征参数
–截止频率 –带宽B –波纹幅度δ –品质因子(Q 值) –倍频程选择性 –滤波器因数 （矩形系数）λ
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直流电桥
基本形式 平衡条件
U y U ab U ad R1 R4 U0 U0 R1 R2 R3 R4
R1 R3 R2 R4 U0 R1 R2 R3 R4
要使电桥平衡，输出为零，应 满足 输出电压
R1R3 R2 R4
直流电源
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交流电桥平衡必须满足两个条件：
Z 01Z 03 Z 02 Z 04 1 3 2 4
Z 其中， 01、Z 02、Z 03、Z 04 为各阻抗的模；
1、 2、3、 4 为阻抗角。
阻抗角是各桥臂电流与电压之间的相位差。 纯电阻时电流与电压同相位，φ=0；电感性阻抗，φ>0； 电容性阻抗，φ<0。
• 调频（频率调制）是利用信号电压的幅值控制一个 振荡器，振荡器输出的是等幅波，但其振荡频率偏 移量和信号电压成正比。 •当信号电压为零时， 调频波的频率等于 中心频率；信号电 压为正值时频率提 高，负值时则降低。
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两种常用的调频方法及一种解调方案：
（一）直接调频测量电路
载波电压为正 载波电压为负
• 工作原理
调幅波与载波y(t)同相 （ 原信号x(t)为正） 均为正
调幅波与载波y(t)异相
（原信号x(t)为负）
载波电压为正
载波电压为负
均为负
利用二极管的单向导通作用将电路输出机性换向
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动态电阻应变仪
• 电桥调幅与相敏检波的典型应用
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二、调频及其解调
直流电桥输出特性
• 半桥单臂法
输出电压
R1 R R4 Uy R R R R R U 0 1 2 3 4
为了简化设计
R1 R2 R0，R3 R4 R ' 0
若
R0 R ' 0 ，则输出电压
Uy
R U0 4 R0 2R
把被测量的变化直接转换为振 荡频率的变化称为直接调频式测 量电路，其输出也是等幅波。 举例：电容、涡流、电感传感器 的一种测量电路
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两种常用的调频方法及一种解调方案
（二）压控振荡器（ VCO ）
压控振荡器的输出瞬时频率与输入的控制 电压值成线性关系。 有多种形式的芯片出售，振荡器的中心频 率和频率范围由生产厂家预置，频率范围与 控制电压相对应。
调幅过程相当于频谱“搬移”过程
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调幅过程
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须注意的问题
•从调幅原理看，载波频率 f 0 必须高于原信号中的最高 频率 f m才能使已调波仍保持原信号的频谱图形，不致 重叠。
•为了减小放大电路可能引起的失真，信号的频宽相对 中心频率（载波频率 f 0 ）应越小越好。 •实际载波频率常至少数倍甚至数十倍于调制信号。
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实际滤波器的特征参数
• 带宽B： 上下两截止频率之间的频率范围,又称 -3dB带宽。带滤波器的带宽表示着它的频率分 辨力，通带越窄则分辨力越高。 • 品质因子（Q值）：对带通滤波器而言，定义 为中心频率f0与带宽B的比值，即Q = f0 / B。 • 倍频程选择性: 频率变化一个倍频程的幅频特 性的衰减量，以dB表示。衰减越快，选择性越 好。 B60dB • 滤波器因数（矩形系数）λ： B 3 dB
• 根据载波受调制的参数不同，调制可分为
– 调幅（AM）----调幅波 – 调频（FM）----调频波 – 调相（PM）----调相波
过程。前一信号称为载波，后一信号（控制信号）称为调制信号。 最后的输出是已调制波。
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一、调幅及其解调
• 定义：调幅是将一个高频简谐信号（载波）与测试信号（调制
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第四章 信号调理、处理和记录
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主要内容
• 电桥
• 调制与解调
• 滤波器 • 信号的放大、显示与记录
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第一节
电
桥
• 定义：将电阻、电感、电容等参量的变化变为电压或 电流输出的一种测量电路。 输出既可用指示仪表直接测量，也可送入放大器进行
放大。
• 特点：电路简单、有较高的精确度和灵敏度 • 分类: 按激励电压的性质：直流电桥和交流电桥 按照输出方式：不平衡桥式电路和平衡桥式电路
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3) 带通滤波器 它的通频带在f1～f2之 间。它使信号中高于f1而 低于f2的频率成分可以不 受衰减地通过，而其它成 分受到衰减。
4) 带阻滤波器 与带通滤波相反， 阻带在频率f1～f2之间。 它使信号中高于f1而 低于f2的频率成分受 到衰减，其余频率成 分的信号几乎不受衰 减地通过。
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滤波器的分类2
• 按构成元件类型分
– RC谐振滤波器 – LC谐振滤波器 – 晶体谐振滤波器
• 按构成电路性质分
– 有源滤波器 – 无源滤波器
• 按所处理的信号分
– 模拟滤波器 – 数字滤波器
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滤波器性能分析---理想滤波器
• 定义：若滤波器的频率 响应H( f )满足如下条件:
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平衡桥式电路的特点及应用
• 特点
– 读数时电表指针G始终指零，“零点测量 法”
• 应用
– 静态电阻应变仪：手动实现平衡 – 电子电位差计、X-Y记录仪：自动调平衡
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交流电桥
交流电桥采用交流激励电压。电桥的四个臂可为电感、电容或电阻。
电桥平衡条件
Z1Z 3 Z 2 Z 4
一个函数与单位脉冲函数卷积的结果，就是将其图形 由坐标原点平移至该脉冲函数处。
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若以高频余弦信号作载波，把信号x(t)和载波
信号相乘，其结果就相当于把原信号的频谱图
形由原点平移至载波频率 f0 处，幅值减半。
即，
1 1 xt cos 2f 0t X f * f f 0 X f * f f 0 2 2
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实际滤波电路
微分方程 传递函数
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一阶RC低通滤波器频率特性
RC决定着上截止频率
RC低通滤波器起着积分器的作用
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RC高通滤波器频率特性
Page: 47
1º 、当
f
1 2
时，
A f
1 2
滤波器的-3dB截止频率为
1 2
1 f c1 2RC
因 R R0 ，所以
R Uy U0 4 R0
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半桥单臂联接方式
电桥的输出 U y 与激励电压 U 0 成正比，且
在 R R0 条件下，与 R / R0 成正比。 灵敏度
1 S U0 R / R 4
Uy
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直流电桥输出特性
• 半桥双臂法
输出电压
R1 R1 R4 Uy R R R R R R U 0 1 2 2 3 4 1 R U0 2 R0
灵敏度
1 S U0 R / R 2
Uy
与半桥单臂相比，灵敏度提高了一倍，电桥的输 出与 R / R0 成完全线性关系
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Z1 Z4 U0
j 2 4
Z2 Uy Z3
把各阻抗用指数式表示