工程测试与信号分析复习题

-1-工程测试与信号分析填空题：1.在测量位移的传感器中,符合非接触测量,而且不受油污等介质影响的是()传感器.A压电式B电阻式C电涡流式D电容式2.常用于测量大位移的传感器有().A光栅式B应变电阻式C磁栅式D感应同步器3.当测量较大的压力时,应采用下列何种弹性元件().A柱式弹性元件B梁式弹性元件C环式弹性元件D轮辐式弹性元件4.压电式加速度计,灵敏度与固有频率间关系为().A灵敏度高,固有频率高B灵敏度低,固有频率高C灵敏度高,固有频率下降D灵敏度低,固有频率下降5.()的基本工作原理是基于压阻效应.A金属应变片B半导体应变片C压敏电阻D光敏电阻6.金属电阻应变片的电阻相对变化主要是由于电阻丝的()变化产生的.A尺寸B电阻率C形状D材质7.光敏元件中()是直接输出电压的.A光敏电阻B光电池C光敏晶体管D光导纤维8.压电式传感器是个高内阻传感器,因此要求前置放大器的输入阻抗().A很低B很高C较低D较高9.光敏电阻受到光照射时,其阻值随光通量的增大而().A变大B不变C变为零D变小10.半导体热敏电阻随着温度的上升,其阻值().A下降B上升C保持不变D变为零11.在尘埃、油污、温度变化较大伴有振动等干扰的恶劣环境下测量时,传感器的选用必须首先考虑()因素.A响应特性B灵敏度C稳定性D精确度12.超声波传感器是实现()转换的装置.A声电B声光C声磁D声压13.压电式传感器常用的压电材料有().A石英晶体B金属C半导体D钛酸钡14.压电式传感器使用()放大器时,输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响.A调制放大器B电荷放大器C电压放大器15.压电元件并联连接时,().A输出电荷量小,适用于缓慢变化信号测量.B输出电压大,并要求测量电路有较高的输入阻抗.C输出电压小,并要求测量电路有较高的输入阻抗.D输出电荷量大,适用于缓慢变化信号测量.16.常用的光电元件传感器包括().A电荷耦合器B光敏电阻C压电晶体D光敏晶体管-2-17.由许多个MOS电容器排列而成的,在光像照射下产生()的信号电荷,并使其具备转移信号电荷的自扫描功能,即构成固态图像传感器.A电子B空穴C磁场变化D光生载流子18.基于()类型的传感器是从被测对象以外的辅助能源向传感器提供能量使其工作,称为能量控制型传感器.A压电效应式B热电效应C光生电动势效应D磁阻效应简答题1.列出你身边的测试技术应用的例子。电冰箱、空调机等电冰箱：空调机：汽车：2.目前数字信号处理正在逐步取代用模拟电路实现的模拟信号处理，为什么？1)进入上世纪50年代，通用数字计算机在信号处理中有了实际应用，快速傅里叶变换方法的提出促进了数字信号处理的发展，使其获得广泛的应用；2)数字计算与计算机显示代替了复杂的电路和机械结构，同时计算机硬件技术的发展也对数字信号处理产生了有力的推动；3)模拟信号处理存在的数据资料保存、处理与共享等方面的劣势在数字信号处理方面得到了很好的解决，可方便地将信号转换成某种需要的形式并进行分析、运算。4.按采样数据x(1),x(2),…，x(n)，计算信号的时域波形参数？Fs=10Hz,Xi{0,2,3,0,-1,-2,0,2,3,0,-1,-2,0}峰值P=3，峰峰值PP-P=5，均值E[Xi]=131134131iiX，有效值(均方差)=131361341944194方差V(Xi)=169452169161336)()(22XEXE周期T=60At-3-5.A/D，D/A转换器的主要技术指标有那些？A/D转换器的技术指标有：(1)分辨率，用输出二进制码的位数表示，位数越多，误差越小，分辨力越高；(2)转换精度。转换精度=量程/(A/D转换器分辨力*0.5)；(3)转换速度。完成一次转换所用的时间；(4)模拟信号的输入范围，如5V，±5V，10V，±10V等；相对应的，D/A转换器的技术指标有：分辨率、转换精度、转换速度和模拟信号的输出范围。6.信号量化误差与A/D转换器位数的关系？位数越多量化误差越小，精度越高，分辨力越高。7.采样定理的含义？为了保证采样后的信号能真实的保留原始模拟信号的信息，采样信号的频率fs必须至少为原信号中最高频率成分fm的2倍，这是采样的基本法则，成为采样定理。(fs≥2fm)8.数字信号处理中采样信号的频谱为何一定会产生能量泄漏？数字信号处理的主要数学工具是傅里叶变换，傅氏变换是研究整个时间域和频率域的关系。当运用计算机实现工程测试信号处理时，不可能对无限长的信号进行测量和运算，而是从信号中截取一个时间片段，然后对观察的信号时间片段进行周期延拓处理，得到虚拟的无限长信号。周期延拓后的信号与真实信号是不同的，原来的信号被截断后，其频谱发生了畸变，原来集中在ω0处的能量被分散到两个较宽的频带去了，这种现象称为频谱能量泄漏。信号截断以后产生的能量泄漏现象是必然的，因为窗函数是一个频带无限的函数，即使原信号是一个限带信号，而在阶段以后也必然成为无限带宽的函数，即信号在频域的能量与分布被扩展了。从采样定理可知，无论采样频率多高，只要信号一经截断，就不可避免的引起混叠，因此信号截断必然导致一些误差。9.用FFT计算的频谱为何一定会存在栅栏效应误差？对采样信号的频谱,为提高计算效率,通常采用FFT算法进行计算,设数据点数为N=T/dt=T*fs，则计算得到的离散频率点为Xs(fi),fi=i*fs/N,i=0,1,2,…,N/2，频域采样以后，只能得到采样点的频率成分，其余的频率成分被舍去，这就相当于透过栅栏观赏风景,只能看到频谱的一部分,而其它频率点看不见,因此很可能使一部分有用的频率成分被漏掉,此种现象被称为栅栏效应。-4-10.窗函数的作用是什麽？做数字信号处理时，是从信号中截取一个时间片段，然后对观察的信号时间片段进行周期延拓处理，得到虚拟的无限长信号，这样由于频谱能量泄漏，必然存在一些误差。为了减少频谱能量泄漏，可采用不同的截取函数对信号进行截断，截断函数成为窗函数，简称窗。泄漏与窗函数频谱的两侧旁瓣有关，如果两侧旁瓣的高度趋于零，而是能量相对集中在主瓣，就可以较为接近于真实的频谱。因此在时间域中可采用不同的窗函数来截取信号。11.信号调理的内容和目的？信号调理就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号，只利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等)来改变输入的讯号类型并输出之。因为工业信号有些是高压、过滤、浪涌等，不能被系统正确识别，必须调整理清之。简言之，信号调理的目的是便于信号的传输与处理。其内容如下：1)传感器输出的电信号很微弱，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)为便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信号进行调制解调处理。12.信号放大电路的种类，如何根据传感器输出特性选择合适的放大电路？种类：直流放大器(包括反相放大器、同相放大器)、交流放大器、电荷放大器和电桥(包括直流电桥、交流电桥)根据需要放大的信号特征及放大器的特征进行选择：1)直流放大器，低频保留高频截止；交流放大器，高频保留，低频截止；2)同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级；3)若只需要放大交流信号时，可采用集成运放交流电压同相放大器。13.信号调制与解调的种类？目的：解决信号的放大及传输问题。分类：调幅(幅度调制与解调)调频(频率调制与解调)调相(相位调制与解调)14.幅度调制与解调的原理？幅度调制是将一个高频正弦信号(也叫载波)与测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化。-5-y(t)=[A0*x(t)]cos(2πft+φ)解调：将信号x(t)直接与载波z(t)相乘，这种调幅波具有极性变化，解调时必须再乘与z(t)相位相同的z＇(t)方能复原出原信号，故称同步解调。缓变信号→调制→高频交流信号→放大→放大后交流信号→解调→放大后缓变信号15.调幅波的失真，如何消除？解调波的失真有过调失真与重叠失真两种。过调失真。对于非抑制调幅，要求其直流偏置必须足够大，否则x(t)的相位将发生180°的倒相。解决：加入足够大的直流偏置，使信号在轴的同一侧；重叠失真：调幅波是由一对每边为fm的双边带信号组成，当载波频率fz较低时，正频端的下边带将于负频端的下边带相重叠。解决：载波信号的频率要高于调制信号的最高频率(fzfm)，实际应用中往往选择载波频率至少数倍甚至数十倍于调制信号中的最高频率。16.如何根据测试信号中有用成分和干扰成分的频谱来选择滤波器种类？滤波器种类：低通、高通、带通、带阻测试信号中有用的信号如果是低频信号，或其干扰信号是高频噪声，则要使用低通滤波器测试信号中有用的信号如果是高频信号，混低频干扰信号则要使用高通滤波器测试信号中的干扰信号如果是某个频段的信号则要使用带阻滤波器测试信号中有用的信号如果是某个频段的信号则要使用带通滤波器17.有一批涡轮机叶片，需要检测是否有裂纹，请列举出两种以上方法，并简述所用传感器工作原理。现有常用的裂纹检测方法有：射线、超声、漏磁和渗透裂纹检测，如果在表面的直接用位移传感器就行了，电容式，红外位移传感器测量到表面距离。内部裂纹检测则要用到探伤，超声波探伤，涡流探伤涡流探伤：利用电磁感应原理，检测导电构件表面和近表面缺陷的一种探伤方法，用激磁线图使导电构件内产生涡电流，涡流磁场的作用使线圈的等效阻抗发生变化，变化程度不仅与距离有关，还与电阻率、磁导率等有关，借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。按探测线圈的形状不同，可分为穿过式(用于线材、棒材和管材的检测)、探头式(用于构件表面的局部检测)和插入式(用于管孔的内部检测)三种。声波探伤：利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通-6-至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。18.选用传感器的基本原则是什么？在实际中如何运用这些原则？主要考虑灵感度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面一般来说灵感度越高越好，但在灵感度确定时，要考虑灵敏度过高引起的干扰问题及量程响应特性指测频范围内，保持不失真的测量条件，响应总是延迟的，但延迟越少越好线性范围内工作是保证传感器测量精度的基本条件稳定性是长期使用后输出特性不变化的性能，与时间和环境有关。恶劣工作环境中优先考虑的因素。精确度是输出与被测量的对应程度，是否真实反映测量，直接影响到整个测试系统测量方式：接触式、非接触式、破坏与非破坏性测量，在线与非在线测量等（个人认为输出方式也很重要，电流、电压等模拟量输出还是直接数字信号输出）19.为什么能用自相关分析消去周期信号中的白噪声信号干扰。因为随机信号的自相关函数随│τ│值增大而很快趋于0，而周期信号的自相关函数仍是同频率的周期信号，只是不具有原信号的相位信息。20.在系统特性测量中常用白噪声信号作为输入信号，然后测量系统的输出，并将输出信号的频谱做为系统频率特性。请用卷积分定理解释这样做的道理。白噪声是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声，所有频率具有相同能量的随机噪声称为白噪声。在其频谱上是一条直线。系统频率特性：传递函数的一种特殊情况，是定义在复平面虚轴上的传递函数。时域卷积分定理：两个时间函数的卷积的频谱等于各个时间函数的乘积，即在时域中两信号的卷积等效于在频域中频谱相乘。频域卷积分定理：两个时间函数的频谱的卷积等效于时域中两个时间函数的乘积。y(t)=h(t)*x(t),对y(t)作付式变换，转到相应的频域下Y(f)=H(f)X(f)，由于x(t)是白噪声，付式变换转到频域下为一定值，假定X(f)=1，则有Y(f)=H(f)，此时就是传递函数。（个人解释，非官方，仅供参考）21.调幅波是否可以看做为是载波与调制信号的叠加，为什么？使载波振幅按照调制信号改变的调制方式叫调幅，经过调幅的电波叫调幅波。