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测试信号习的题目及问题解释

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第一章

信号及其描述

(一)填空题 1、 测试的基本任务是获取有用的信息, 而信息总是蕴涵在某些物理量之中, 并依靠它们来 传输的。这些物理量就是 ,其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述, 以 为独立变量; 而信号的频域描述, 以 为独立变量。 3、 周 期 信 号 的 频 谱 具 有 三 个 特 点: , , 。 4、 非周期信号包括 信号和 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数有 、 、 。 6、 对信号的双边谱而言, 实频谱 (幅频谱) 总是 对称, 虚频谱 (相频谱) 总是 对 称。 (二)判断对错题(用√或×表示) 1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。 ( ) 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。 ( ) 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。 ( ) 4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。 ( ) 5、 随机信号的频域描述为功率谱。 ( ) (三)简答和计算题 1、 求正弦信号 x(t ) ? x0 sin ?t 的绝对均值μ|x|和均方根值 xrms。 2、 求正弦信号 x(t ) ? x0 sin(?t ? ? ) 的均值 ? x ,均方值? x ,和概率密度函数 p(x)。
2

3、 求指数函数 x(t ) ? Ae

(a ? 0, t ? 0) 的频谱。 | t |? T ?cos ? 0 t 4、 求被截断的余弦函数 x (t ) ? ? 的傅立叶变换。 | t |? T ?0
5、 求指数衰减振荡信号 x(t ) ? e ?at sin ?0 t (a ? 0, t ? 0) 的频谱。

? at

参考答案
第一章 信号及其描述

(一)1、信号;2、时间(t) ,频率(f) ;3、离散性,谐波性,收敛性;4、准周期,瞬态 非周期;5、均值 ? x ,均方值? x ,方差 ? x ;6、偶,奇;
2 2

(二)1、√;2、√;3、╳;4、╳;5、√; (三)1、

2 x0

?



x0

x A 1 ;2、0, 0 , ;3、 ;4、 a ? j 2?f 2 ?x0 cos(?t ? ? ) 2
5、

2

T sin c?(2?f ? ?0 )T ? ? T sin c?(2?f ? ?0 )T ? ;

?0 ; 2 a ? 4? f ? ?0 ? j 4?fa
2 2 2

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第二章 (一)填空题

测试装置的基本特性

1、 某一阶系统的频率响应函数为 H ( j? ) ?

1 2 j? ? 1
2

, 输入信号 x (t ) ? sin ,相位 ? ?

y (t ) 的频率为 ? ?
2、 试求传递函数分别为

t , 则输出信号 2


,幅值 y ?

41? n 1 .5 和 2 的两个环节串联后组成的系统的 3.5s ? 0.5 s ? 1.4? n s ? ? n 2

测试。此时,系统的频率特性为 H ( j? ) ? 。 5、 传感器的灵敏度越高,就意味着传感器所感知的 越小。 6、 一个理想的测试装置,其输入和输出之间应该具有 关系为最佳。 (二)选择题 1、 不属于测试系统的静特性。 (1)灵敏度 (2)线性度 (3)回程误差 (4)阻尼系数 2、 从时域上看,系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。 (1)正弦 (2)阶跃 (3)脉冲 (4)斜坡 3、 两环节的相频特性各为 Q1 (? ) 和 Q2 (? ) ,则两环节串联组成的测试系统,其相频特性 为 。 (1)Q1 (?)Q2 (?) (2)Q1 (?) ? Q2 (?) (3)

总灵敏度。 3、 为 了 获 得 测 试 信 号 的 频 谱 , 常 用 的 信 号 分 析 方 法 有 、 和 。 4、 当测试系统的输出 y (t ) 与输入 x(t ) 之间的关系为 y(t ) ? A0 x(t ? t0 ) 时,该系统能实现

Q1 (? )Q2 (? ) (4)Q1 (?) ? Q2 (?) Q1 (? ) ? Q2 (? )

4、 一阶系统的阶跃响应中,超调量 。 (1)存在,但<5% (2)存在,但<1 (3)在时间常数很小时存在 (4)不存在 5、 忽略质量的单自由度振动系统是 系统。 (1)零阶 (2)一阶 (3)二阶 (4)高阶 6、 一阶系统的动态特性参数是 。 (1)固有频率 (2)线性度 (3)时间常数 (4)阻尼比 7、 用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数, 可取输出值达到稳态值 倍所经过的 时间作为时间常数。 (1)0.632 (2)0.865 (3)0.950 (4)0.982 (三)判断对错题(用√或×表示) 1、 一线性系统不满足“不失真测试”条件,若用它传输一个 1000Hz 的正弦信号,则必然 导致输出波形失真。 ( ) 2、 在线性时不变系统中, 当初始条件为零时, 系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为 传递函数。 ( ) 3、 当输入信号 x(t ) 一定时,系统的输出 y (t ) 将完全取决于传递函数 H ( s ) ,而与该系统 的物理模型无关。 ( ) 4、 传递函数相同的各种装置,其动态特性均相同。 ( ) 5、 测量装置的灵敏度越高,其测量范围就越大。 ( ) 6、 幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。 ( ) (四)简答和计算题 1、 什么叫系统的频率响应函数?它和系统的传递函数有何关系? 2、 测试装置的静态特性和动态特性各包括那些? 3、 测试装置实现不失真测试的条件是什么?

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4、 某测试装置为一线性时不变系统,其传递函数为 H ( s ) ?

x(t ) ? 0.5 cos10t ? 0.2 cos(100t ? 45?) 的稳态响应 y (t ) 。 1 5、 将信号 cos?t 输入一个传递函数为 H ( s ) ? 的一阶装置,试求其包括瞬态过程在 1 ? ?s 内的输出 y (t ) 的表达式。

1 。求其对周期信号 0.005 s ? 1

第二章

测试装置的基本特性

(一)1、1/2, 1 / 2 , ? 45? ;2、123;3、傅立叶变换法,滤波器法;4、 A0 e ? j?t0 ;5、 被测量;6、线性; (二) (4) (3) (2) (4) (2) (3) (1) (三)╳ √ √ √ ╳ ╳ (四)略

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第三章 常用传感器 (一)填空题 1、 属于能量控制型的传感器有 等,属于能量转换型的传 感器有 等(每个至少举例两个) 。 2、 金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于: 前者利用 引起的电阻 变化,后者利用 变化引起的电阻变化。 3、 为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影 响,实际应用时常常采用 工作方式。 4、 压电式传感器的测量电路 (即前置放大器) 有两种形式: 放大器和 放 大器,后接 放大器时,可不受连接电缆长度的限制。 5、 涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的 效应。 6、 磁电式速度计的灵敏度单位是 。 7、 压电式传感器是利用某些物质的 而工作的。 (二)选择题 1、 电阻应变片的输入为 。 (1)力 (2) 应变 (3)速度 (4)加速度 2、 结构型传感器是依靠 的变化实现信号变换的。 (1)本身物理性质 (2)体积大小 (3)结构参数 (4)电阻值 3、 不能用涡流式传感器进行测量的是 。 (1)位移 (2)材质鉴别 (3)探伤 (4)非金属材料 4、 变极距面积型电容传感器的输出与输入,成 关系。 (1)非线性 (2)线性 (3)反比 (4)平方 5、 半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是 。 (1)长度 (2)截面积 (3)电阻率 (4)高通 6、 压电式传感器输出电缆长度的变化,将会引起传感器的 产生变化。 (1)固有频率 (2)阻尼比 (3)灵敏度 (4)压电常数 7、 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。 (1)电容式 (2)压电式 (3)电阻式 (4)电涡流式 8、 自感型可变磁阻式传感器,当气隙 ? 变化时,其灵敏度 S 与 ? 之间的关系是: S = 。 (1) k

1

?

(2) k?

(3) k?

?2

(4) ? k?

?2

9、 光电倍增管是利用 (1)内光电 (2)外光电

效应制成的器件。 (3)光生伏特 (4)阻挡层

(三)判断对错题(用√或×表示) 1、 滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。 ( ) 2、 涡流式传感器属于能量控制型传感器( ) 3、 压电加速度计的灵敏度越高,其工作频率越宽。 ( ) 4、 磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。 ( ) (四)简答和计算题 1、 哪些传感器可选作小位移传感器? 2、 涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较, 其主要优点是什么?涡流式传感器能否测 量大位移量?为什么? 3、 电涡流传感器除了能测量位移外,还能测量哪些非电量? 4、 电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移?若能测量理由是什么?不能测量理由是 什么?应采取什么措施改进,就可以用电涡流传感器测量了。 5、 压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同,为什么? 6、 试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。 (1) 用简图说明该传感器的结构并简要说明其作用原理;

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(2) 两个线圈通常应该接在什么电路中?用图说明如何接法。 7、 某电容传感器(平行极板电容器)的圆形极板半径 r ? 4( m m) ,工作初始极板间距离

? 0 ? 0.3(mm) ,介质为空气。问: (1) 如果极板间距离变化量 ?? ? ?1( ?m) ,电容的变化量 ? C 是多少? (2) 如果测量电路的灵敏度 k1 ? 100(mV pF) ,读数仪表的灵敏度 k 2 ? 5 (格/ mV)在 ?? ? ?1( ?m) 时,读数仪表的变化量为多少?
第三章 常用传感器

(一)1、电阻、电感、电容、涡流;压电、磁电;2、金属丝的几何变形,半导体材料的电 阻率变化;3、差动;4、电荷,电压,电荷;5、涡电流;6、mv / (m/s);7、压电 效应。 (二) (2) (3) (4) (2) (3) , (3) (4) (4) (2) (三)√ √ ╳ ╳ (四)略

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第四章 信号调理、记录和显示 (一)填空题 1、 电桥的作用是把电感、电阻、电容的变化转化为 输出的装置。 2、 在桥式测量电路中,按照 的性质,电桥可分为直流和交流电桥。 3、 在桥式测量电路中,根据工作时阻抗参与变化的 可将其分为半桥与全桥测 量电路。 4、 调幅是指一个高频的正(余)弦信号与被测信号 ,使高频信号的幅值随被测信 号的 而变化。信号调幅波可以看作是载波与调制波的 。 5、 调频波的解调又称为 。 6、 调频是利用信号电压的 控制一个振荡器,使其输出为等幅波,而 与信 号电压成正比。 7、 常用滤波器的上、下截止频率 f c1 、 f c 2 的定义为 ,其带宽 B = ,若为倍频程滤波器 f c1 与 f c 2 的关系为 ,则上截止频率愈低。 。 8、 RC 低通滤波器中 RC 值愈

(二)选择题 1、 设有一电路, R1 是工作桥臂, R2 , R3 , R4 是固定电阻,且 R1 ? R2 ? R3 ? R4 。工 作时 R1 ? R1 ? 2?R1 ,则电桥输出电压 e y ? ( (1) ) 。 e0 为电桥的电源电压。 (4)

?R1 e0 4 R1

(2)

?R1 e0 2 R1

(3)

?R1 e0 R1

2?R1 e0 R1

2、 调幅过程相当于在时域中将调制信号与载波信号 。 (1)相乘 (2)相除 (3)相加 (4)相减 3、 电路中鉴频器的作用是 。 (1)使高频电压转变成直流电压 (2)使电感量转变为电压量 (3)使频率变化转变为电压变化 (4)使频率转变为电流 4、 一选频装置,其幅—频特性在 f 2 ? ? 区间近于平直,在 f 2 ? 0 区间急剧衰减,这叫 滤波器。 (1)低通 (2)高通 (3)带通 (4)带阻 5、 一 带 通 滤 波 器 , 其 中 心 频 率 是 f 0 , -3dB 带 宽 是 B , 则 滤 波 器 的 品 质 因 数 Q 等 于 (1) f 0 ? B 。 (2) f 0 ? B (3) f 0 B ( 4) f 0 B

(三)判断对错题(用√或×表示) 1、 平衡纯电阻交流电桥须同时调整电阻平衡与电容平衡。 ( ) 2、 调幅波是载波与调制信号的叠加。 ( ) 3、 带通滤波器的波形因数 ? 值越大,其频率选择性越好。 ( ) 4、 将高通与低通滤波器串联可获得带通或带阻滤波器。 ( ) (四)简答和计算题 1、 何谓电桥平衡?要使直流电桥平衡, 桥臂参数应满足什么条件?交流电桥应满足什么条 件? 2、 调幅波的解调方法有哪几种? 3、 抗混滤波器的作用是什么?它选用何种滤波器?其截止频率如何确定? 4、 相关滤波器的的基本原理是什么?举例说明其工程应用。 5、 以阻值 R ? 120 ? , 灵敏度 S ? 2 的电阻丝应变片与阻值为 120? 的固定电阻组成电桥, 供桥电压 V0 ? 3V ,若其负载电阻为无穷大,应变片的应变 ? ? 2000 ?? 。 (1)求单臂电桥的输出电压及其灵敏度。 (2)求双臂电桥的输出电压及其灵敏度
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6、 若 x(t ) 为调制信号, y(t ) ? cos2?f 0 t 为载波, x m (t ) 为调幅波(如图所示) (1)利用傅里叶变换性质说明调幅过程的原理。 (2)画出载波与调幅波的双边频谱图。

第四章

信号调理、处理和记录

(一)1、电压或电流;2、激励电压;3、桥臂数;4、相乘,相乘;5、鉴频;6、幅值,频 率;7、幅频特性曲线降为最大值的 1

2

倍时对应的频率为截止频率;

B ? f c 2 ? f c1 ; f c 2 ? 2 f c1 ,8、大;
(二) (1) (1) (3) (2) (4) (三)√ ╳ ╳ √ (四)略

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第五章 信号处理初步 (一)填空题 1、 为 了 识 别 信 号 类 型 , 常 用 的 信 号 分 析 方 法 有 、 和 。 2、 为 了 获 得 测 试 信 号 的 频 谱 , 常 用 的 信 号 分 析 方 法 有 、 和 。 3、 在数字信号处理中, 为避免频率混叠, 应使被采样的模拟信号成为 , 还应使采样频率满足采样定理即 。 4、 如果一个信号的最高频率为 50Hz,为了防止在时域采样过程中出现混叠现象,采样频 率应该大于 Hz。 5、 若 x(t) 是 均 值 为 ux 为 零 的 宽 带 随 机 信 号 其 自 相 关 函 数 τ =0 时 Rx(τ) ,τ?∞时 Rx(τ) 。 6、 用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。 7、 若某一信号的自相关函数为 A cos(?? ) ,则该信号的均方值为? x =
2

,均方

根值为 xrms= 。 8、 最常用的功率谱估计方法为 9、 S x ( f ) 为信号的

。 沿频率轴的分布, X ( f ) 称为
2



10、巴塞伐尔定理表示在 中计算的信号总能量, 等于在 中计算的信号总能 量。 (二)判断对错题(用√或×表示) 1、 频率分辨力越高,则泄漏误差越小。 ( ) 2、 A/D 转换器的位数越多,则量化误差越小。 ( ) 3、 对于周期信号,经整周期采样后,可完全避免栅栏效应。 ( ) 4、 窗函数频谱的主峰瓣宽度越窄, 旁瓣幅度越小, 用其截取信号所引起的误差越小。 ( ) 5、 互相关函数是偶实函数。 ( ) 6、 利用系统输入 x(t) 与输出 y(t)的自功率谱密度函数,可求该系统的频率响应函数。 ( ) 7、 若系统是完全线性的,则输入-输出的相干函数一定为 1。 ( ) (三)简答和计算题 1、 已 知 信 号 x(t ) ? A0 ? A1 cos(?1t ? ?1 ) ? A2 sin(?2 t ? ? 2 ) , 求 信 号 的 自 相 关 函 数 。 Rx (? ) ,并画出自功率谱 S x (? ) (双边幅值谱) 2、 3、 4、 5、 求频率相同的单位方波和正弦波的互相关函数。 相关滤波器的基本原理是什么?举例说明其工程应用。 试根据一个信号的自相关函数图形,讨论如何确定该信号中的常值分量和周期成分。 某一系统的输入信号为 x(t),若输出 y(t)与输入 x(t)相同,输入的自相关函数 Rx (? ) 和输入—输出的互相关函数 Rxy (? ) 之间的关系为 Rx (? ) ? Rx (? ? T ) , 试说明该系统起 什么作用? 6、 应用巴塞伐尔定理求

?

?

??

sin c 2 (t )dt 的积分值。

第五章

信号处理初步

(一) 1、 概率密度函数, 自相关函数; 2、 带通滤波法, 傅立叶变换法; 3、 有限带宽,f s ? 2 f h ; 4、100;5、 ? x ,0;6、相干函数;7、 A, A ;8、周期图法;9、功率密度,能
2

谱;10、时域,频域;
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(二)1、╳;2、√;3、√;4、√;5、╳;6、╳;7、╳; (三)1、 Rx (? ) ? A0 ?
2

A1 A cos?1? ? 2 cos? 2? , 2 2
2 2

2

2

S x (? ) ? A0 ?
2

A1 ?? (? ? ?1 ) ? ? (? ? ?1 )? ? A2 ?? (? ? ?2 ) ? ? (? ? ?2 )? ; 4 4
sin ?? ;

2、 R xy (? ) ?

2

?

3、同频相关、不同频不相关; 4、信号的常值分量为其自相关函数均值的开方,周期成分与其自相关函数周期成分 的频率相同、幅值成比例关系; 5、该系统的作用是使信号幅值不变、相位提前 T; 6、

?

?

??

sin c 2 (t )dt ? ? 2 ?

1 / 2?

?1 / 2?

1df ? ? ;

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第七章 振动的测试 (一)填空题 1、 单自由度系统质量块受力所引起的受迫振动, 位移共振频率 系统固有频率, 速度共振频率 系统固有频率,加速度共振频率 系统固有频率。 2 、单自由度系统质量块受力所引起的受迫振动,在相位共振处位移始终落后于激振 力 度。 3、单自由度系统基础运动所引起的受迫振动,当激振频率 固有频率时,质量 块和壳体之间的相对运动和基础振动近于相等。 4、激励方式分为 , , 。 5、按所测的振动性质可将拾振器分为 和 。 6 、 阻 抗 头 的 前 端 是 , 后 面 是 测 量 激 振 点 响 应 的 。 7 、压电式传感器的测量电路(即前置放大器)有两种形式: 、 和 。 8 、 机 械 系 统 的 主 要 振 动 参 数 是 , 和 。 9、相对法校准传感器时,经国家计量等部门严格校准过的传感器起着“振动标准传递”的 作用,称为 传感器。 (二)判断对错题(用√或×表示) 1、 压电式加速度计的灵敏度越高,其工作频率越宽。 ( ) 2、 磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。 ( ) 3、 压电式加速度计手持探针法测振时,加速度计的使用上限频率最低。 ( ) 4、 压电式加速度计的重量越轻,使用上限频率越高,灵敏度越低。 ( ) 5、 涡流位移传感器属于绝对式拾振器。 ( ) 6、 低频激振时,激振器的安装固有频率应比激振频率高 3 倍以上。 ( ) 7、 快速正弦扫描激振属于宽带激振法。 ( ) 8、 脉冲锤的锤头越软,则激励的频率范围越大。 ( ) 9、 在振动测试中, 测得的激励和响应之间的相位差包括了测试系统中所有仪器的相 移。 ( ) (三)简答和计算题 1、 对单自由度系统质量块受力所引起的受迫振动,分别写出其位移频响函数、速度 频响函数、加速度频响函数。 2、 对单自由度系统基础位移所引起的受迫振动,分别写出其相对位移频响函数、绝 对位移频响函数。 3、 对于压电式加速度计,画出其工作原理图,并说明为什么其上限频率取决于固有 频率? 4、 对于磁电式绝对速度计,画出其工作原理图,并说明为什么其下限频率取决于固 有频率? 5、 如何用实频曲线估计系统的固有频率和阻尼比?画图说明。 7-1 作图说明单自由度系统两种受迫振动形式的运动微分方程、 频率响应函数 H (? ) 、 幅频 特性 A(? ) 和相频特性 ? (? ) 。 7-2 说明振动激励的几种主要方、各自的特点及应用场合。 7-3 常用激振器主要有哪几种类型?说出每种类型各自的特性。 7-4 试分类说明常用拾振器的类型和应用特点。 7-5 作图说明机械系统振动参数估计的几种常用方法。 7-6 拾振器灵敏度校准常用哪几种方法?说明各自的校准原理。 第七章 振动的测试
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(一)1、小于,等于,大于;2、90;3、远大于;4、稳态正弦激振,随机激振,瞬态激振; 5、相对式,绝对式;6、力传感器,加速度计;7、电荷放大器,电压放大器;8、固有频率, 阻尼比,振型;9、参考; (二)1、╳;2、╳;3、√;4、√;5、√;6、√;7、√;8、╳;9、√;

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