08A

哈工大 2008 年 春 季学期
测试技术与仪器 试 题
一、填空题 （25分）
1、确定性信号根据频率成分离散与否可分为（ 周期信号 ）和 （非周期信号 ）。

2、气动测量按照其工作原理可分为流速式、（流量式）和（压力式）。

3、周期性信号x （t ）的周期为T 0，其有效值是信号的（ 均方根值 ），数 学表达式为（
dt )t (x T 10T o
2
0⎰⋅ ）。

4、在机械工程的动态测试中，常用的测试装置，可根据系统输出和输入的关
系，大体上分为两类，第一类称为（线性系统 ），第二类称为（代数系统 ）。

5、测量装置的准确度，也称为精确度，表示测量装置给出接近于（被测量真 值）的示值的能力，反映测量装置的总误差，其误差包括（ 系统误差 ）和 （ 随机误差 ）两部分。

6、传感器按其信号的变换特征可分为（ 物性 ）型和（ 结构 ）型。

7、电阻应变传感器可分为（ 金属电阻 ）应变片式和（半导体）应变式两类。

8、信号的调制就是使一个信号的某一个参数在另一个信号的控制下发生变化 的过程，其中前一个较高频率的信号成为（ 载波 ）信号，后一个控制信号成
草 纸
（草纸内不得答题）
为（ 调制 ）信号。

9、信号处理选择窗函数力求其频率的主瓣宽度窄些、旁瓣幅度小些。

窄的主 瓣可以提高频率（ 分辨力 ），小的旁瓣可以减小（ 泄漏 ）。

10、测试装置的基本特性完全取决于（ 测试装置 ）本身和使用情况，与 （ 信号 ）的具体形式无关。

11、电阻丝做成应变片后，其应变片的灵敏度（ 小于 ）电阻丝的灵敏度， 其原因除了粘接层传递变形有失真外，还有（ 横向效应 ）。

12、带限信号加“窗”处理称为（ 截断 ），处理过后的信号在频率轴上的 分布为无限带宽信号，该现象称为信号（ 泄漏 ）。

二、判断题 （15分） 1、由于H(s)=Y(s)/X(s)，即将X(s)减小时，H(s)将增大，因此H(s) 和输入有关；（× ）
2、整流检波是调幅解调方法；（√ ）
3、线性测量系统的灵敏度是时间的线性函数；（× ）
4、一台仪器的重复性很好，但测得的结果并不准确，这是由于存在随机误差 的缘故；（× ）
5、测量小应变时，应选用金属丝应变片，测量大应变时，应选用半导体应变 片；（× ）
6、半导体应变片是根据压电原理工作的；（× ）
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（草纸内不得答题）
度；（× ）
8、用差动变压器式电感传感器作位移测量时，根据其输出就能辨别被测位移 的方向的正负极性；（× ）
9、应变片的蠕变主要是由于金属丝、粘贴剂和基底在承受机械应变后留有残 余应变而产生的；（× ）
10、金属电阻丝应变片静态测试的工作电流大于动态测试的工作电流；（× ） 11、只要信号一经截断，就不可避免地引起混叠；（√ ） 12、用一个位移传感器可以测量旋转轴的轴心轨迹；（× ） 13、压电传感器是是结构型传感器；（× ） 14、余弦信号只有实频谱，与纵轴偶对称；（ √ ）
15、测试装置的脉冲响应函数是该装置传递函数的原函数；（ √ ） 三、简答题 （40分） 1、简述周期信号的频谱特点？（3分）
答: 1) 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，基波频率是诸分量频率的公约数。

3) 各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或初始相位角。

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（草纸内不得答题）
试 题：测试技术与试 题：测试技术与仪器
2．画出测试系统的组成框图（5分） 答：
3．写出余弦函数t f 2cos 0π的付立叶变换，并划出其实幅频谱图。

（4分） 答：t f 2cos 0π )]()([2
100f f f f
-++δδ
4．简述线性系统的主要性质（5分） 答：1) 符合叠加原理 2) 比例特性 3) 微分特性 4) 积分特性 5)
频率保持性
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（草纸内不得答题）
测试系统框图
试 题：测试技术与仪器
5．简述一阶系统的动态特性（5分）
①)(ωA 曲线的总体趋势为随ω的增加而单调下降，曲线可以用两段直线近似。

②
)(ωϕ曲线变化于o 0至-90o 之间，可用三段直线近似。

③ τω/1 远小于时可以认为系统基本上是无失真的。

④输入信号的最低频率成分的频率ω>(2~3)/τ，即系统的输出与输入信号在时域 内的积分成正比。

⑤一阶系统对信号的频率成分具有明显的选择性，可以作为低通滤波器来使用。

6．对直流电桥，电桥平衡条件是什么？如果单臂电桥的灵敏度为4
U
，则双臂 电桥和全桥的灵敏度分别是多少？（3分）
答：电桥平衡条件为相对桥臂电阻乘积相等，或者相邻桥臂电阻之比相等。

双臂电桥和全桥的灵敏度分别是2
U
和U
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（草纸内不得答题）
7．何谓负载效应？减轻负载效应的措施？（5分）
某装置由于后接另一装置而产生的种种现象，称为负载效应。

减少负载效应的办法有：
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。

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。

8．简述传感器的选用原则（6分）
答：1. 灵敏度
2. 响应特性
3. 线性范围
4. 可靠性
5. 精确度
6. 测量方式
7. 其它
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（草纸内不得答题）
9．数字信号预处理包括哪些内容？（4分） 答：1）电压幅值调理，以便适宜于采样。

2）必要的滤波，以提高信噪比，并滤去信号中的高频噪声。

3）隔离信号中的直流分量。

4）如原信号经过调制，则应先行解调。

四、分析计算题：（20分） 1、求如图所示周期方波的傅里叶级数（复指数形式），并画出其 幅频谱图。

（8分）
⎩⎨⎧-=+=A
A
nT t x t x )()(0 0
2/2
/000 t T T t - (n= 3,2,1±±±)
∑+∞
-∞
==
n t
jn n e
c t x 0)(ω
其傅里叶级数为：
dt t x T c T T t
jn n e
⎰--⋅=2
/2
/0
000)(/1ω)(
/100000
2
/2/0
0dt e A dt e A T t
jn T t
jn T ωω---⎰
⎰-+==)2(2/2/0
00000T jn T jn e e jnT A
ωωω---
=)2cos 2(2-ππn n A j ⎪⎪⎨⎧±±=-=...3,12n n A
j
当π
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（草纸内不得答题）
2
即∑
+∞
-∞
=-=
n t jn n e c n A
j
t x 02)(ωπ
...5,3,1±±±=n π
n A
c n 2=
...5,3,1±±±=n ⎩⎨
⎧=∞-=-∞==2/)arctan(
2/)arctan(
arctan ππϕnR nI n c c ...5,3,1...5,3,1---==n n
2、试求传递函数分别为5
.043
)(1+=s s h 和222
23.110)(n n n s s s h ωωω++=的两个环节串 联后组成的系统的总灵敏度（不考虑负载效应），并说出它们分别是几阶系统， 对于)(1s h 的动态参数τ和)(2s h 的动态参数ξ分别是多少？（6分） 答：将)(1s h 和)(2s h 化为标准形式分别为1
81
6)(1+⨯=s s h 和2
22
265.0210)(n
n n
s s s h ωωω
+⨯+⨯=，根据系统的串联性质，系统的总灵敏度为
6X10=60
它们分别为一阶系统和二阶系统。

)(1s h 的动态参数τ为8
)(2s h 的动态参数ξ为0.65
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（草纸内不得答题）
3、有一电阻应变片(如图)，其灵敏度s=4，R=240Ω，设工作时其应变为 1000µε，问∆R =?设将此应变片接成如图所示的电路，试求：1) 无应变时电流 表示值;2) 有应变时电流表示值;3) 电流表指示值相对变化量； (注：µε
为 微应变)。

（6分）
答：由l
l R
R S /d /d =
，带入后得到()R l l S R ⨯⨯=/d d =4X1000X10-6X240=0.96Ω 1) 无应变时电流表示值I=U/R=0.01
2) 有应变时电流表示值I ’=U/(R+∆R )=0.00996
3) 电流表指示值相对变化量为I
I I '
-=0.4%
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（草纸内不得答题）。