现代测试技术试题A----答案

现代道路交通测试技术 试题A----答案一. 解：由题意频谱函数：x （ω）=dt e t x j ⎰+-∞∞-t )(ω =dt e j ⎰+--2/2/t ττω=2/2/12t/ττωω-+--j ej =()2/2/1ωτωτωj j e e j -- =ω2sin 2ωτ=τ/2/2sin ωτωτ∴频谱函数虚部为0，故相频谱为0； X(0)=τωτωττωωω==→→2/2/sin lim )(lim 0x当ω=τπn （n=1,2,3……）时 X （ω）=0 故幅频谱图如下：二．解：因为信号是周期信号，可以用一个共同周期内的平均值代替整个历程的平均值故：dt t y t x T R TT xy ⎰+=∞→0)()(1lim )(ττ =1T dt t y t x T ⎰-+++000])(sin[)sin(φθτωθω=)cos(2100φωτ-y x三．1．试述瞬态瑞雷面波无损检测基本原理及其相应的测试技术要求。

参考答案：①基本原理：对于均匀的弹性半空间分层介质，其结构表面受到瞬态冲击作用时，将产生瞬态振动。

振动组份中包括纵波、横波和瑞雷波。

在一次冲击产生的波能中，瑞雷波占67%，即从一个振源向一个半无限介质表面辐射的总能量的三分之二形成瑞雷型表面波。

而纵波和横波只占有少量能量；并且在表面，随着波传播距离的增大其衰减比瑞雷面波大得多。

确切地说，纵波和横波引起的位移振幅沿表面随着距离的平方衰减，而瑞雷面波是随着距离的平方根而衰减，因此，在地基表面的瞬态振动中，瑞雷面波的衰减比纵波和横波衰减慢得多，瞬态表面波主要是由瑞雷波组成。

我们通过一系列的关系可以得出，利用瞬态瑞雷面波的传播速度和频率可以确定不同介质的穿透深度。

②技术要求：检测系统设计是否合理、仪表选型与安装是否符合要求，是保证质量检测精度和可靠性的关键，对其各组成部分有相应的技术要求。

1）．激振部分——力锤的选择 它是整套测量系统的前哨，对路面冲击信号的产生和冲击响应信号的正确检取，是系统准确测试的基本保证。

预先应根据检测深度做一些力锤冲击试验，以选择合理的力锤重量或合适材料的锤头。

使瞬态冲击施加于路面表面后，能产生一组具有不同频率的瑞雷面波在介质中传播。

2）．垂向检波器的选型垂向检波器选用压电式加速度传感器。

对于层状路面结构来说，一般选择小冲击源作为振源，使其产生具有丰富频率的瑞雷面波沿地表一定深度向四周传播。

对于高频短波长的波来说，选择加速度传感器，因为它具有频率范围宽，对冲击振动的频响特性好等特点。

如检测像硅酸盐、水泥混凝土和沥青混凝土路面的刚性层状体系时需要选择加速度传感器。

速度、位移传感器一般不用作冲击测量。

另外，正确选定压电式加速度传感器的型号也是十分重要的（必须考虑它的频率范围、动态范围、灵敏度等主要特征参数是否符合测试精度要求）。

3）．安装位置的确定测试前，应对现场路面进行调查，确定检测点，并合理布置。

一般两个垂向检 波器之间的距离应视测试的路面深度而定，通常应使两个间距大于路面深度的一半以上，并且取振源到最近的传感器的距离等于两传感器之间的距离。

4）．连接导线选择仪器之间的连接导线应尽量短，且记不应将各种导线混合使用，尽量选择相同线种，且忌抖动，以免引起现场测量不稳定。

四． 参考答案：令SAM(t)=Х(t)﹡cos ω0t,则SAM(t)的傅立叶变换为SAM(ω)=⎰∞∞- Х(t)﹡cos ω0t*etj ωdt=1/2[X(ω+ω0)+X(ω-ω0)]SAM(t)的大致形状为：频谱SAM(ω)的形状为：若ω0<ωm,则将会出现频域混叠现象，这样就无法把相邻的频谱分开，也就不能恢复原信号了。

五：答：雷达测厚技术的发射波是由雷达晶体共振腔产生的，它通过一种特制的非接触天线向路基表面发射尖峰脉冲电磁波λ0 ，如图所示：雷达测厚原理图该脉冲电磁波0λ到达路面以后，由于10εε<，首先，一部分能量发生界面0R 反射，0a 应等于1a ，反射量为1I 。

同时，另一部分能量继续往路面以下各层传播。

由于各结构层的材料在电性能方面主要是介电常数i ε等具有明显不同，脉冲电磁波0λ在其中行进的速度也随之不同，如下式所示：i i c ευ/= (1)由式（1）看出，当介电常数i ε增加时，脉冲电磁波0λ传播速度减小。

i ε减少时，0λ的传播速度i υ增加。

由于速度i υ是个矢量，路面各材料层的介电常数均比空气大，因而，脉冲电磁波0λ在材料层中发生折射，改变了原来入射方向，偏向0R 第一界面法线，此时，沿0β方向传播。

当到达界面1R 处时，折射波的一部分能量通过1R 界面法线反射，0β应与1β相等，同时，又向0R 界面穿透反射，与0R 界面第二法线成反射角2α，反射量为2I 。

同理，得反射量3I ，甚至是4I 与5I 等。

脉冲电磁波0λ从0R 界面射入，并到1R 界面反射，在空气中，得到反射能2I ，该反射波由特别的雷达接收天线接收，所历经的时间i t 可通过时间脉冲记录器测知，0λ在1ε介质中所经过的距离为：00cos 2cos 2ββii i h h S =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= （2） 由式（1）与（2）得下式：100//sin sin εεβαc c =（3） 0100sin sin εεβα= （4） ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⋅=-10010sin sin εαεβ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=-101sin sin εα （10=ε时） （5）在（5）中，1ε由试验测得，0α为脉冲电磁波0λ的入射角，是设定的，因而，0β就能由该式解得。

于是，路面结构材料层厚度可由下列公式计算：ii i i i t h t S 0cos /2βυ==（6） i i i c t h εβ/cos /20= i ii t c h ⋅=0cos 2βε六：工作原理由发射源发出的电磁波，大部分经微波网络天线发射出去，一小部分又发射源泄漏至混频器，反射信号只能沿着微波网络到混频器，不能进入体效应振荡器。

接收的反射波在混频器中与来自振荡器泄漏过来的少部分发射波进行混频，混频的结果就得到了这两个频率的差值即多谱勒频移，又叫多谱勒频率。

根据多谱勒效应,当发射波的波速遇到运动物体返回时,其回波有下面的关系成立:0'002RV f f f C =+(1)式中: o f '为反射信号的频率。

o f 为微波源产生的发射频率。

R V 为运动物体的径向速度分量。

从(1)式中可以看出,接收到的反射信号频率o f '是由两项组成的。

第一项是由微波源产生的发射频率,第二项是由物体运动引起反射信号的多谱勒频移。

当运动物体驶近微波源时, R V 为正,当运动物体远离微波源时, R V 为负,C 为电磁波在空间的传播速度,可将(1)式表示成如下形式:'0002Rd V f f f f n =-=(2)将d f 称为多谱勒频移又叫多谱勒频率,由(2)可求得:02R dC V f f =(3)由于C 和o f 是已知量,显然运动物体的径向速度R V 与d f 成正比,即测得d f 就可求得目标运动物体的径向速度R V 。

上面的假定当微波源处于静止不动，而物体相对微波源移动时的情形；反之，当物体静止不动，而微波源相对于物体移动时，上面的结论也是成立的。

也就是说，只要两者之间有相对运动，多谱勒效应就发生。

采用测频原理测量速度的方法：我们可以通过设置可编程定时、计数器8253的时间常数，并将8253的输出端连接到单片机的外部中断上，程序通过检测中断信号对定时、计数器8253发出相应的控制命令（如设置为100ms中断一次），然后计算在标准的单位时间内记录的多谱勒信号脉冲个数，即可换算出相应的车速值。

采用测频的方法测量速度，在标准的单位时间内测得的脉冲数越多，精度就越高，适用于高速测量。

而在低速测量时，由于在单位时间内测得的脉冲数量少，误差较大，多采用测周期的方法来测速。

采用测频原理测量速度的方法图谱采用测周期原理测速的方法：可以利用单片机内的震荡信号产生一个标准时钟脉冲，然后测出在待测多普勒信号的一个脉冲周期内有多少个标准时钟脉冲，即可换算出车速。

该方法适用于低速测量。

采用测周期原理测速的方法图谱fd 1=v R.f/2=2*10.575*109*60/3600*3*108*105=1200HZTd 1=fd 11=12001s 因为测量误差小于1%，所以它的门控时间里面需要100个脉冲。

所以xt=12001*100=121s=83ms.七：1. 由图可以看出，此为半桥线连接，设所有R 相等，则R1= +ε R2= -ε由公示知： ε片=41*k*u 0ε仪=ε1-ε2=ε+ε=2ε片=21*k*u 0 2. 由图可以看出，此为全桥线连接，设所有R 相等，则R1= +ε R2= -ε R3= +R4= -ε. 由公式知：ε片=41*k*u 0 ε仪=ε1-ε2+ε3-ε4=ε-ε+ε-ε=0.。