机械工程测试技术刘培基第二章信号描述及其分析2—1描述周期

机械工程测试技术刘培基第二章信号描述及其分析2—1描述周期内容摘要：

求如图 21 所示的周期性锯齿波、半波整流波形、全波整流波形的傅立叶展开式 并画出其频图。 图 2— 1 习题 25 图 26 有周期性方波、三角波、全波整流三个周期信号，设它们的频率均为 1000Hz。 对这 几个信号进行测量时，后续设备通频带的截止频率上限各应是多少 ?(设某次谐波的幅值降低到基波的 110 以下，则可以不考虑 ) 27 求出下列非周期信号的频谱图 1)被截断的余弦信号     0c os0A w t t TfttT   2)单一三角波； 3)单一半个正弦波； 4)衰减的正弦振荡    0sin 0 , 0atf t A e w a t   图 2— 2 习题 2— 7 图 28 已知正弦信号    0si nf t A w t ，求其自相关函数和功率谱密度函数。 29 简要说明模拟信号离散化过程中需要考虑的几个方面。 第三章 测量装置的基本特性 31 线性定常系统有哪些 基 本特性 ?简述同频性在动态测量中的重要意义。 32 测量装置有哪些静态特性指标 ? 33 待测压缩机转速为 1000r/min，现有 级精度，量程为 10000r/min 及 级精度 ， 量程为 3000r/min 的两个转速表，请问使用哪一个转速表较好，并说明原因。 34 说明测量装置的幅频特性  Aw 和相频特性  w 的物理意义。 为什么  A w k (常数 ) 和   0w wt  ，可以作到理想的不失真测量 ? 35 用时间常数为 的一阶测量装置进行测量，若被测参数按正弦规律变化，如果要 求仪表指示值的幅值误差小于 2％ ，问：被测参数变化的最高频 率是多少 ?如果被测参数的周期是 2s 和 5s，幅值误差是多少 ? 36 求周期信号      0 .5 c o s 1 0 0 .2 c o s 1 0 0 4 5x t t t  通过频率响应为    1 1 0. 00 5H jw jw的测量装置后得到的稳态响应。 37 用一个一阶测量装置测量 100Hz的正弦信号，如果要求振幅的测量误差小于 5％，此仪器的时间常数应不大于多少 ?若用具有该时间常数的测量仪器测量 50Hz 的正弦信 号， 相应的振幅误差和相位滞后是多少 ? 38 试说明二阶测量装置的阻尼比的值多采用 ~ 的原因。 39 已知 一个二阶测量装置，阻尼比 , 120 0nf Hz ， 问：输入 240Hz 和 480Hz 的信号 时  Aw 和  w 是多少 ?若阻尼比  变为 和 ，  Aw 和  w 又各是多少 ? 310 已知某一测力传感器为二阶测量装置，其动态参数为固有频率 1200nf Hz ， 。 试求当测量信号   0 0 0sin 2 sin 6 sin 10x t f t f t f t    时其幅值、相位变化，其中 0 600f Hz。 最后请用幅频、相频图作出定性解释。 第四章 测量误差分析 41 什么是测量准确度 ? 什么是测量不确定度 ? 它们的作用如何 ? 42 量程为 10A 的 级电流表经检定在示值 5A 处的示值误差最大，其值为 15mA，该表是否合格 ? 43 对约为 70V的电压进行测量，现有两只电压表可供选择；一只的量程为 100V，级别为 级；另一只量程为 200V，级别为 级。 问用哪一只电压表测量合适 ? 44 对某量进行了 8 次测量，测得值为： ， ， ， ， ， ， ，求测量量的最佳估计值和测量不确定度。 45 按公式 2V r h 计算圆柱体体积，若已知 r 约为 2cm， h约为 20cm，要使体积的相对误差等于 1％，试问 r 和 h 测量时误差应为多少 ? 46 测量某电路的电流 I=，电压 V=， I 和 U 的标准偏差为 1 mA ， ，求所耗功率及其标准不确定度。 (I 和 V互不相关 ) 47 设间接测量量 z x y ，在测量时， x 与 y 是同时读数的。 试求 z 及 其标准不确定 度。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x 100 104 102 98 103 101 99 101 105 102 y 51 51 54 50 51 52 50 50 53 50 48 某电子测量设备技术说明书指出：当输入信号的频率在 200kHz 时，其相对误差不大于% ；环境温度在  20 10 C 范围变化时，温度附加误差不大于 11%C ；电源电压变化 10% 时，附加误差不大于 2% ；更换晶体管时附加误差不大于 1% ；假设在环境温度 23C 时使用该设备，使用前更换了一个晶体管，电源电压 220V，被测信号为 、 200kHz的交流信号，量程为 1V。 试 估算测量不确定性。 49 对某量重复测量数据如下： ， ， ， ， ， ， ， ， ， ，,试判断该组数据中是否含有粗大误差。 第五章 信号的获取与调理 51 参数式传感器与发电式传感器有何主要不同 ?试各举一例。 52 电阻丝式应变片与半导体式应变片在工作原理上有何不同 ?各有何优缺点 ? 53 一个电容测微仪，其传感器的圆形极板的半径 r=4mm，工作初始间隙 0 mm ， 空气介质。 问： 1)通过测量得到电容变化量为 33 10 PF ，则传感器与工件之间由初始间隙变化的距离 ?d； 2)如果测量电路的放大系数，读数仪表灵敏度 2 5k mV 格 ，则此 时仪表指示值变化多少格 ? 54 差动式传感器的优点是什么 ? 55 一个直流应变电桥如图 51。 已知： R1=R2=R3＝ R4=R=120 ， E＝ 4V，电阻应变片 灵敏度 S=2。 求： 1)当 R1 为工作应变片，其余为外接电阻， R1 受力 后 变化 11100RR  时，输出电压为 多少。 2)当 R2 也改为工作应变片，若 R2 的电阻变化为 1/1 00 时， 问 R1 和 R2 是否能感受同样极性的应变，为什么 ? 56 调幅波是否可以看成是载波与调制信号的迭加 ? 为什么 ? 图 5－ 1 57 已知调幅波      0 10 0 30 c os 20 c os 3 c os cx t t t w t    ， 其中 10 , 500 , 2c c cf k H z f H z w f  。 试求： 1)所包含的各分量的频率及幅值； 2)绘出调制信号与调幅波的频谱。 58 霍尔效应的本质是什么 ?用霍尔元件可测哪些物理量 ?请举三个例子说明。 59 热电偶是如何实现温度测量的 ?影响热电势与温度之间关系的因素是什么 ? 510 设计利用霍尔元件测量转速的装置，并说明其原理。 511 试选择适当的中间转换器补充完整题图 52 中动态电阻应变仪方框图。 图 52 题 511 图 512 设计用电涡流传感器实时监测扎制铝板 厚度的装置， 试画出装置的框图，简要说明工作原理。 513 用 应 变片搭成电桥测量题图 540 所 示两种情况的力， 请回答下列问题： 1)两种情况下，应变片应接在电桥哪两个臂上 ? 2)两种情况下，应分别采取什么措施来抵消温度变化引起的电阻值变化 ? 图 53 题 513 图 第六章 计算机测试技术 61 自动测试系统主要由哪些部分组成 ?各部分的作用是什么 ? 62 在设计计算机测试系统时，选择模拟多路开关要考虑的主要因素是什么 ? 63 测量信号输入 A/D 转换器前是否一定要加采样保持电路 ?为什 么 ? 64 在选择采样保持器时，要考虑的主要因素是什么 ? 65 一个计算机测试系统的测试对象是温室大棚的温度和湿度，要求测量精度分别 是 +1℃和+3％ RH，每 10min 采集一次数据，应选择何种类型的 A/D 转换器和通道方案 ? 66 如果一个计算机测试系统，要求有 1％级精度性能指标，在设计该计算机测试系自付，怎样选择系统的各个器件 ? 67 一个带有采样保持器的数据采集系统是否其采样频率可以不受限制 ?为什么 ? 68 一个带有采样保持器的数据采集系统，其采样频率 100 , 10 ,sf kH z F SR V 3 , 8,APt ns n  试问系统的采样频率人是否太高 ? 69 什么叫智能仪表 ?它有什么特点 ? 610 智能仪表有哪些基本组成部分 ?同时它又有哪些功能模块 ? 611 何为虚拟仪器 ?与传统仪器相比，虚拟仪器有什么特点 ? 612 试用。 613 设计一个测量系统时应事先考虑哪些影响因素 ?并以此如何进行详细设计 ? 614 为什么测量仪器设计过程中一定要注意抗于扰问题 ?于扰窜人仪器的方式有哪些 ?针对不同的干扰方式，各 用什么方法来解决仪器的抗干扰问题 ? 第七章 力、压力和位移测量 71 金属电阻应变片测量外力的原理是什么 ? 72 有人采用 U 形管测量压差时将一些小玻璃球沉放到 U 形管底部，如图所示 ，请解释这样做的作用是什么。 73 压电式传感器在 使用中应采取什么措施可提高测量精 度。 74 为什么压电式传感器一般不用于静态或准静态信号测 量。 75 压力传感器静态标定与动态标定的内容有什么区别 ? 76 电感传感器为什么用差动式都有利于改善非线性 ? 77 在掌握差动变压器 (包括两段式与三段式 )工作原理的基础 上，理解它在什么条件下可以测量速度，在什么条件下可以测量位移，在什么条件下可以测量位移和速度两个参数 ? 78 涡流传感器为什么测试对象是不同种类的金属材料 (铜、铝、钢等 )时其特性曲线不同，而且磁性材料与非磁性材料差别更大，原因何在 ? 79 试设计差动变压器速度和位移两用测量仪的电路结构框图 (励磁绕组中同时加入直流励磁电流和交流励磁电流 )。 若励磁绕组中仅加入交流励磁电流可否同时测出速度和位移 ?如果可以的，将此方案与同时加交、直流励磁电流的方案相比较，哪一个方案性能好 ? 710 电容式传感器用于位移测量有 哪些特点 ? 第八章 温度测量 81 在热电偶的回路中接人热电势的测量仪表，对于电势值有无影响 ?为什么 ? 82 试说明图 81 中 a、 b 两种连接方法等效的原因。 图 81 习题 82 图 83 热电偶测温为何要采用参考端温度补偿 ? 84 用铜一康铜热电偶测某介质温度，测得电势  0 , 25 00E t t V ， 已知 0 260tK ，求 被测介质温度 t。 85 现有一金属电阻温度计和 半导体电阻温度计各一只，要进行一动态温度测量，你认为选用哪种温度计好 ?为什么 ? 86 电阻温度计测温为何要加工作电源 ?流过热电阻电流大小改变时，对测量精度有何 影响。 87 现需要用铂电阻温度计测量某低温介质温度，请你按三线制测量方法进行联线 (图 82)，并解释为何要采用三线制接法 ? 88 试分析采用上题图中线路进行测温的主要误差来源。 89 请设计一个温度计，该温度计是通过测量压力的大小来实现温度测量。 810 用热电偶测温，二节点之间温差越大产生热电势也越大；如果温差相同，产生热电 势也就一样，即 ET=常数。 所以热电势与温差呈线性关系。 上述结论显然是错误的，问错在哪里，并予以纠正。 811 如图 83 所示，一直流电位差计与两对相同材料的热电偶联接，已知  20 0, 0 8. 5E mV ，  10 0, 0 5. 0E mV 那么图示电位差计示值应为多少 ? 812 如图 84 所示，两支热电偶串联，热电偶的四个节点处在不同温度下 ，已知：  10 0, 0 4. 0E mV ，  20 0, 0 8. 5E mV ，  300 , 0 mV ， 求电位差计示值。 图 82 习题 87 图 图 83 习题 811 图 图 84 习题 812 图 第九章 振动与噪声测量 91 比较振动测量中，电涡流传感器、磁电式速度传感器、压电加速度传感器的工作频率范围及特点。 92 加速度传感器有几种安装方法 ?各有什么优缺点 ? 93 设计一个振动频率特性测量系统框图。 94 设计一个系统动态特性测量系统框图。 95 脉冲激励与正弦激励各有什么特点 ? 96 某工作地点周围有 5 台机器，它们在该地点造成的声压级分别为 95dB、 90dB、 92dB、 88dB 和 82dB。 求 1） 5 台机器在该地点产生的总声压级； 2)试比较第 1 号机停机与第 3号机同时停机对降低该点总声压级的效果。 97 若用线性声级计与 A计权声级计。