传感器与测试技术5.14

传感器与测试技术

一 填空题（每空1分，共计12分）

1.若随机过程的统计特征不随时间变化，则称之为 平稳 随机过程。

t2.若x(t)的傅里叶变换是X（f），则x(2)的傅里叶变换是 2X（2f） 。

3.若线性系统的输入为某一频率的简谐信号，则其稳态响应必是 同频率 的简谐信号。

4.用一阶系统作测量装置，为了获得较佳的工作性能，其时间常数τ应越小越好 。 5.两个压电元件的并联 适用于测量以电荷为输出的场合。 6.频率比为 2 的两个频率之间的频段称为倍频程。

7.频率调制是用调制信号去控制 载波信号 的频率，使其随被测量变化。

8.理想线性系统的输入与输出的相关系数为 1 ，相干函数数值为 1 。

9.为了测得扭矩T，一般都要把单个应变计贴在与轴线成 450 的方向上。 10.电荷 放大器的优点是其灵敏度与电缆长度无关，而且有较低的下限频率。

11.一个理想窗函数应该具有 较大 旁瓣谱峰渐进衰减速度。 二．单项选择题（每题2分，共计24分）

1.信号中若含有周期成分，则当???时，Rx(?)呈（ 4 ）变化。 （1）衰减 （2）非周期 （3）2倍周期性 （4）同频周期性 2.概率密度函数提供了随机信号（ 2 ）的信息。

（1）沿概率轴分布 （2）沿幅值域分布 （3）沿时域分布 （4）沿强度分布 3.若时域信号为x(t)?y(t)，则频域信号为（ 3 ）。

（1）X(f)?Y(f) （2）X(f)?Y(f) （3）X(f)*Y(f) （4）X(f)?Y(f) 4.可变气隙式电容传感器的灵敏度S与气隙长度δ有关，δ( 2 ) ，灵敏度高。 （1）越大 （2）越小 （3）不变 （4）与δ无关 5.将x(t)?Asin(2t??)和y(t)?Bsin(5t??)两个信号叠加，其合成信号x(t)?y(t)是（ 3 ）。

（1）角频率为2的周期信号；（2）角频率为5的周期信号；（3）准周期信号 （4）随机信号

6.下列第（ 2 ）组传感器较适合于测量旋转轴的转速。

（1）电涡流、电阻应变、电容 （2）磁电感应、电涡流、光电 （3）电阻应变、霍尔、磁电式 （4）压电、霍尔、电感式 7.线性度是表示标定曲线 ( 2 ) 的程度。 （1）接近真值；（2）偏离其拟合直线；（3） 正反行程不重合；（4）在多次测量时的重复

8.用力锤激振时，激振频率取决于（ 1 ）。 （1）锤头的硬度；（2）锤头的质量；（3）敲击的速度；（4）敲击的加速度 9.磁电式绝对振动速度传感器测振频率应（ 1 ）其固有频率。

（1） 远高于；（2）等于；（3）远低于；（4）低于 10.调幅信号经过解调后必须经过（ 2 ）。 （1）带通滤波器；（2）低通滤波器；（3）高通滤波器；（4）带阻滤波器 11.脉冲函数δ(t)的频谱Δ(f)( 2 ). （1）仅在f=0处有极大值 ；（2）在所有的频段上等强度； （3）具有有限带宽频段上等强度；（4）仅在f=0处有极小值 12.若直线光栅栅距为0.01mm，两光栅线纹交角为0.1°，则莫尔条纹间距约为（3）mm。 （1）1 ；（2）10 ；（3）6 ； （4）0.1

三 问答题（共计6题，任选4题，每题6分，合计24分） 1.实现不失真测试的时域和频域条件是什么？ 答：在时域，y(t)?A0x(t?t0) （3分）

1) 输出信号与输入信号的幅值比为常数；2) 输出信号处处滞后于输入信号同一时值。

在频域，Y(?)?A0X(?)e?j?t0 （3分）

1) 输入信号中所含各频率成分的幅值通过系统时的增益是常数，即幅频特性曲线是一与横坐标平行的直线；

2) 输入信号中所含各频率成分的相角在通过系统时产生与频率成正比的滞后，即相频特性曲线是一通过原点并具有负斜率的直线。 2.为什么压电式传感器通常用来测量动态信号？

答：由于不可避免地存在电荷泄漏，利用压电式传感器测量静态或准静态量值时，必须采取措施使电荷从压电元件经测量电路的漏失减小到足够小的程度；而作动态测量时，电荷可以不断补充，从而供给测量电路一定的电流，所以压电式传感器适宜作动态测量。

3.右图是用涡流传感器测量物体位移的示意图。如果被测物体是橡胶的，用涡流传感器直接测量是否可行？为什么？采取何种措施可以测量？

答：不行。（2分）涡流传感器的变换原理是利用金属导体在交流磁场中的涡流效应。当金属板置于变化着的磁场中时，或者在磁场中运动时，才在金属板上产生涡流。橡胶是非金属材料，不能产生涡流。（2分） 采取措施可以在橡胶表面覆盖一层金属材料。（2分） 4.试述热电偶测温工作原理。

答：热电偶工作原理是基于物体的热电效应。（2分）由A、B两种不同的导体两端相互紧密地接在一起，组成一个闭合回路。（2分）当1、2两接点的温度不等（T＞T0）时，回路中就会产生电势，从而形成电流，串接在回路中的电流表

指针将发生偏转，这一现象称为温差电效应，通常称为热电效应。（2分） 5.简述莫尔条纹位移放大作用特性。

答：在光栅副中,由于θ角很小（sin???），可得到近似关系B?W?，明显看出莫尔条纹具有放大作用,其放大倍数为K?BW?1?。（4分） （图（2分）

6.在数据采集中，如何避免迭混？

答：由于在时域上不恰当地选择采样的时间间隔而引起高低频之间彼此混淆的现象称为迭混。（2分）

为了避免迭混以便采样后仍能准确地恢复原信号，采样频率fs必须大于信号最高频率fc的两倍，即fs?2fc。

在实际工作中，一般采样频率应选为被处理信号中最高频率的2.56倍。（4分） 四 计算题（每题10分，共2题，合计20分）

11、一线性系统，其传递函数为H(s)?，当输入信号为x(t)?x0sin2πf0t1?Ts时，求：（1）Rx(?)；（2）Sx(f)；（3）Sy(f)；（4）Sxy(f)。解：（1）

1TRx(?)??x0sin(?0t)?x0sin[?0(t??)]dtT02Tx0??cos?0??cos?0(2t??)?dt?02T22TTx0x0（3分）

?cos?0?dt?cos?0(2t??)dt??002T2T2x0?cos?0?2T1（2）应用cos?t?(e?j?t?ej?t) e?j2?2f0t??(f?f0) 得

2x0 Sx(f)?F[Rx(?)]?[?(f?f0)??(f?f0)] （3分）

42x0（3）Sy(f)?H(f)Sx(f)?[?(f?f0)??(f?f0)] （2分）

4[1?(2πfT)2]2（4）

2x01Sxy(f)?H(f)Sx(f)??[?(f?f0)??(f?f0)]1?j2πfT4?x[?(f?f0)??(f?f0)]4(1?j2πfT)20（2分）

2、单边指数函数x(t)?Ae??t(??0,t?0)与余弦振荡信号y(t)?cos?0t的乘积为 z(t)=x(t) y(t), 在信号调制中, x(t) 叫调制信号, y(t) 叫载波, z(t) 便是调幅信号。请用图解方法定性画出x(t)、y(t)、z(t)的时域、频域波形，并加以简要说明。 解：

(3分)

（3分）

（4分）

五 综合应用题（每题10分，共2题，合计20分）

1、一特性常数 A=1MPa/N 的等强度梁，材料的波松比μ=0.25，弹性模量E=2×105MPa，若悬臂端加载P=40N，根据图中贴片和组桥方式，填写静态应变测量时的仪器读数（??），或填写电阻R的标号。

2、一方型立柱，边长为100ｍｍ，高为1000ｍｍ，μ＝0.3，E=2×105 MPa，立柱下端固定，上端中心受 P、Q、R 三力联合作用，在根部前、后面中心线上贴

四个规格相同的应变计，如 图 a)示，柱面展开如图b)所示。

1、此种贴片方式可测何种载荷，若要得到仪器输出的最大应变，如何组桥？ 2、载荷P＝100KN时，仪器输出的最大应变为多少？

解：1.测P： 测Q：

（5分）

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