10-11答案

东北大学考试试卷（A卷）2000—2010学年第二学期课程名称：传感器与测试技术┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1单项选择题（每题2分，共计20分）1.1正弦波y(t)的幅值被时域信号x(t)调制，若它们相应的频域描述分别为Y(f)，X(f)，那么调制后信号的频域描述为（c）。AX(f)×Y(f)；BX(f)+Y(f)；CX(f)*Y(f)；(DX(f)–Y(f)1.2如果多次重复测量时存在恒值系统误差，那么下列结论中不正确的是（B）。A测量值的算术平均值中包含恒值系统误差；B偏差核算法中，前后两组的离差和的差值显著地不为零；C修正恒值系统误差的方法是引入与其大小相等，符号相反的修正值；D恒值系统误差对离差的计算结果不产生影响。1.3对于二阶系统，用相频特性φ(ω)=－90º所对应的频率ω估计系统的固有圆频率ωn，该ωn值与系统阻尼比的大小（A）。A无关；B依概率完全相关；C依概率相关；D成线性关系。1.4传感器的滞后表示标定曲线（C）的程度。A接近真值；B偏离其拟合直线；C加载和卸载时不重合；D在多次测量时重复。1.5在位移测量中，（D）传感器适用于非接触测量，而且不宜受油污等介质影响。A电容；B压电；C电阻；D电涡流。1.6.下列测力传感器中，属于发电型测力传感器的是(B)A.自感式传感器B.磁电感应式传感器C.电容式传感器D.应变式传感器1.7用镍铬-镍硅热电偶测量炉温时，冷端温度为T0=30℃，测得热电势E(T,T0)=39.2mV。由热电偶分度表，E(30,0)=1.2mV。这时比较准确的炉温是热电偶分度表中与（A）对应的温度值。A40.4mV；B38.0mV；C39.2mV；D1.2mV。1.8已知函数x(t)的傅里叶变换为X（f），则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（B）A．2X(f3)B．23X(f3)C．23X(f)D．2X(f)1.9为使信号电缆的长短不影响压电传感器的测量精度，传感器的放大电路应选用（B）放大器。A电压；B电荷；C功率；D积分。1.10.关于极距变化型电容传感器，（B）的说法是错误的。(A)极板之间的距离越小，灵敏度越高(B)电容与极板的位移成线性关系(C)采用差动连接方式可以提高灵敏度(D)测量时，保持极板的覆盖面积不变2填空题（每空1分，共计10分）2.1一个霍尔元件有（3或4）根引线。2.2（系统）误差的大小决定测量数值的准确度。2.3.一阶系统的时间常数为T,被测信号的频率为1/T,则信号经过测试系统后,输出信号与输入信号的相位差为(-45º).2.4为了减小负载误差，放大器的输入阻抗一般是很（大）的。2.5在1/3倍频程分析中，中心频率为fn，带宽为（0.231fn）。2.6若采样频率不大于被测信号中最高频率的2倍，采样后的信号就会发生（迭混）现象。2.7测量转轴扭矩时，应变计应安装在与轴中心线成（45º）的方向上。2.8时域是实偶函数的信号，其对应的频域函数是（实偶）函数。2.9已知RC低通滤波器的R=350KΩ，C=1000μF，它的截止频率f=（4.5×10-4Hz）。2.10对于被测量的线性系统，如果惯性式传感器的质量不可忽略，那么该系统的固有频率比没有附加质量时有所（降低）。3问答题（任选5题，每题6分，合计30分）3.1压电式传感器往往采用多片压电晶片串联或并联方式，当采用多片压电晶片并联方式时，适合于测量何种信号?总分12345得分评卷人得分评卷人得分评卷人学院机械班级学号姓名……………○……………密……………○……………封……………○…………线………………………………答：并联连接，两压电元件的负极集中在中间极板上，正极在上下两边并连接在一起，此时电容量大，输出电荷量大，适用于测量缓变信号和以电荷为输出的场合；3.2在时域比较周期信号和瞬变信号。答：周期信号和瞬变信号都可以用确定性的数学函数表示。周期信号以一定的时间间个呈现周期性重复，瞬变信号只在有限区间有非零值或随时间延续衰减到零。3.3对一个测量装置，已知正弦输入信号的频率，如何确定测量结果的幅值和相位的动态误差？答：首先确定装置的频响函数，得出幅频特性A(ω)和相频特性φ(ω)。然后，把输入信号的频率分别代入A(ω)/A(0)和φ(ω)，分别得到输出与输入的动态幅值比，输出滞后于输入的相角。幅值比与1的差值为动态幅值相对误差，滞后的相角即相位误差。3.4在数字化处理的过程中，什么是泄漏？为什么会产生泄漏？如何减少泄漏？答：由于时域上的截断而在频域上出现附加频率分量的现象称为泄漏信号的历程是无限的，而在数字处理时必须把长时间的序列截断。截断就是将无限长的信号乘以有限宽的窗函数。信号截短后的频谱不同于它加窗以前的频谱。由于窗函数频谱是一个频带无限的函数，所以即使信号是带限信号，在截断以后也必然变成无限带宽的函数。这说明能量分布被扩展了，有一部分能量泄漏到信号的频带以外。因此信号截断必然产生一些误差，产生泄漏。当窗函数窗口宽度增大时，主瓣和旁瓣的宽度变窄，并且主瓣高度恒等于窗口宽度。所以当时，)()(ffW。而单位脉冲函数)(f与任何)(fX相卷积都不会使其改变，所以加大窗口宽度可使泄漏减小，但无限加宽等于对)(tx不截断，这是不可能的。为了减少泄漏可尽量寻找频域中接近)(f的窗函数，即主瓣窄旁瓣小的窗函数。3.5简述长光栅传感器的构成和测位移的基本原理。答：长光栅式传感器利用光栅的莫尔条纹现象进行测量。带有条纹的两块直光栅，即标尺光栅和指示光栅，组成光栅副。将其置于平行光束的光路中，二光栅线相互成微小的角度o，则在近似垂直于栅线的方向上显示明暗相间距离为B的条纹，即“莫尔条纹”。当标尺光栅沿垂直于栅线的方向每移动一个栅距W时，莫尔条纹近似沿栅线方向移过一个条纹间距B，有W／B=tan。用光电元件接收莫尔条纹信号，经电路处理后用计数器可得到标尺光栅移过的距离W。4计算题（每题10分，共32题，合计30分）4.1已知一振动体做简谐振动，振动频率为150Hz，它的振动幅值是1mm，如果振动传感器的固有频率为100Hz，阻尼比为0.14，求传感器输出的振动幅值和相位角各为多少？得分评卷人706.1)5.114.02()5.11(5.1)2()1()(A22222225.1100150mm706.1706.11)(Axxm(????????)64.20)/(1)/(2arctan)(02nn4.2已知系统的脉冲响应函数2/,0;2/,1)(TtTtth,设输入谱密度为S0的白噪声，求输出信号的功率谱密度和输出信号的均方值。（2πsin022dxxx）答：（1）输入谱密度为S0的白噪声，所以输入信号的功率谱为0)(SfSx。（2）脉冲响应函数2/,0;2/,1)(TtTtth的频谱函数，即系统频响函数为：)(sinsin1)()(22/2/2fTcTfTfTTdtedtethfHftjTTftj（3）输出信号功率谱密度为：202022)]([sin)(sin)()()(fTcSTSfTcTfSfHfSxy（4）输出信号的均方值，0022022202022022022)()()(sin)()(sin)]([sin)()0()(1limTSTSfTdfTfTTSTdffTfTSTdfefTcSTdfefSRdttxTfjfjyyTTy4.3一等强度梁上、下表面贴有若干参数相同的应变片，如图4.1所示。已知等强度梁特性常数A=5με/N，材料的泊松比为0.28,若悬臂梁端点载荷P=20N，试根据图4.2中的组桥方式（R0为标准电阻），填写静态应变测量时的仪器读数（με）。图4.1图4.25综合应用题（10分）设计一套测量系统，用以实时监测减速器（如图5.3）的振动和输出轴扭矩，绘制测试系统结构图，说明系统中所采用传感器等仪器类型、选用原因，并阐述所运用的去除噪声方法？得分评卷人图5.3减速器外形图输出轴