2017年春季学期石油华东机电信息检测与处理技术综合复习题x

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知识改变命运

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机电信息检测与处理技术综合复习题

一、填空题

一个测试系统通常有 、 和 三部分组成。

当一测试装置输入 X有一变化量X，它引起的输出 Y有一相应的变化量Y，则Yr： X

TOC \o "1-5" \h \z 称为装置的 。

某一测试装置测量某一信号时，信号电压为 5V,而相应的噪声电压为 0.05V,则其信噪比

SNR= 贝。

初始条件为零的条件下，测试装置输出信号的拉普拉斯变换与输入信号的拉普拉斯变换

之比称为装置的 。

若一测试装置的输入信号为 x(t),输出信号为y(t)，则该装置在有一定延时 to的输出波形

无失真的条件，y(t)= ，装置的幅频特性为 ;相频特性为 。

电阻应变片式传感器的工作原理是基于 效应。金属电阻应变片的灵敏度比

半导体应变片的灵敏度 。

电容式传感器根据电容器参数的变化，可分为 ， 和 三

类。

压电式传感器的工作原理是基于某些物质的 。

?信号按能量关系分可分为分为 信号和 信号，弹簧振子在无阻

尼自由振动情况下的位移信号属于上述的 信号。

?测试装置特性在时间域中可以用单位脉冲响应函数来描述，在复数域中可以用

描述，在频率域中可以用 描述。

?压电传感器前置放大器的形式有 和 两种。

TOC \o "1-5" \h \z 12. &(t)函数的采样性质f^(t) x(t)dt= ，卷积特性x(t)*6(t)= 。

13 .周期信号的频谱具有收敛性、谐波性和 ,而瞬态信号的频谱是

A/D转换器是将 转化为 。

?信号自相关函数在 时出现最大值。

.若x(t)、y(t)分别是X(f)、Y(f)的傅立叶变换对，则 x(t), y(t)的卷积x(t)*y(t)的频谱为

测试中常采用非电量电测法的原因是由于电信号易变换、 和

。

可变磁阻式传感器是将被测量的变化转化为 变化的一种器件，而电涡

流式传感器的工作原理是基于 ，电阻应变片式传感器的工作原理是基于

TOC \o "1-5" \h \z ，压电式传感器的工作原理是基于物质的 。

从频域上看，周期信号与瞬态信号的主要差别在于周期信号的频谱是 —，而瞬态信号的

频谱是 。

信号根据独立变量取值是否连续分可以分为 和 。

线性时不变系统具有特性主要有 、 、微分性、积分性和

22?单位脉冲响应函数与传递函数的关系为 ，与频率响应函数的关系为

频率响应函数H(jw)的模H(jw)称为 ，幅角'(w)称为 。

H(jw)的物理意义是：H(jw)等于稳态正弦输出与输入 ，*(w)则为正弦输

出与输入 。

测试装置的静态特性包括 、 、回程误差和稳定性。

物性型传感器依靠 的变化来实现信号转变， 而结构型传感

器则依靠 的变化实现信号变换

根据滤波器的选频作用，可将滤波器分为 、 、 和带

阻滤波器。

描述周期信号的数学工具为 ，描述瞬态信号的数学工具为

电阻应变片式传感器的工作原理是基于 效应。金属电阻应变片的灵敏度比

半导体应变片的灵敏度 。

二、简答题

?造成测试装置出现回程误差的原因是什么？

?简述压电传感器前置放大器的作用。

何为频率响应函数？并说明 AC )和：(■)的物理意义。

4?典型的非电量电测系统有哪几部分组成的？

分别写出直流和交流电桥的平衡条件。

何为压电效应？常用压电材料有哪三类？

7?写出不失真测试条件的时域和频域描述。

&说出三种以上电容传感器的测量电路。

9?写出延时为t0的(t)函数的卷积性质，并说明其物理意义。

10. —个完整的 A/D转换包括哪几个过程？

11 ?典型的非电量电测系统有哪几部分组成的？

12?说明一阶系统和二阶系统的常数有哪些？并说出一二阶系统不失真测试条件。

三、计算题

求指数函数x(t)=Ae」(：? >0, t_0)傅立叶变换(频谱)。

某一力传感器为一阶系统，要求测量频率为100HZ的正弦交变力时的幅值误差不大于 5%

则该力传感器的时间常数应取多少？若用其去测量 50HZ的交变力信号时，振幅误差和相位

差又为多少？

3、一测试系统中传感器 T1，中间变换装置T2和记录仪器T3组成，它们的传递函数分别为

1 1,

1 1

, c, ，试求：该系统的总传递函数

s a s b

特性。

H(s),频率响应函数 H(w)和幅频特性、相频

4、周期信号x(t) =0.6cos500t经一个阻尼比为0.7，固有频率为500Hz

4、

其稳态输出如何？信号滞后时间为多少?

1

（其中，A（ ） ： : ） - -arc

5、P 1 -（怕 /%）2 孑 +4匚2（^/叭）2

5、

求阶跃信号x(t) =A (t _0)傅立叶变换(频谱)。

6、知钢柱的截面积 A =1 cm2，弹性模量E =20 1010Pa，应变片的灵敏度系数 S = 2。

若测量电路对应变片电阻的相对变化量d%

若测量电路对应变片电阻的相对变化量

d% 的分辨力为10 -，试计算能测出的最小拉

力 Fmin。

7、已知一压力传感器为一二阶环节，其固有频率为 1200HZ,传感器的阻尼比 =0.1，使

用该传感器测量 600Hz的交变力时，其幅值比 A()和相位差：C')各为多少？若该装 置的.=0.7，问测量600Hz的交变力时， A( ■)和：(■)又各为多少？

8、 一压电式压力传感器的灵敏度 s = 90.9pC/MPa (皮库仑/帕)，把它和一台灵敏度

调到0.005V / pC的电荷放大器连接，放大器的输出又接到一灵敏度为 20mm/V的光

线示波器上记录，试绘出这个测试系统的框图， 计算总灵敏度；当压力变化3.5MPa时, 光线示波器上的偏移量是多少？

9、 某一力传感器为一阶系统， 要求测量频率为100HZ的正弦交变力时的幅值误差不大于 5%

则该力传感器的时间常数应取多少？若用其去测量 50HZ的交变力信号时，振幅误差和相

位差又为多少？

10、 周期信号x(t) =0.6cos500t经过一个阻尼比为 0.7，固有频率为500Hz的二阶系统后， 其稳态输出如何？信号滞后时间为多少？若对该周期信号进行采样，其采样频率又为多

少？

机电信息检测与处理技术综合复习题答案

一、填空题:

传感器、信号调理装置、显示纪录装置

灵敏度

40

传递函数

y(t)二 A°x(t -t°)， A( ■) = Aq， (■) - - to

应变效应、小

极距变化型、面积变化型、介电常数变化型

压电效应

能量、 功率、功率、

传递函数 频率响应函数

11?电压放大器、电荷放大器

12. x(0) , x(t)

13?离散性、连续性

模拟量，数字量。

d =0

X(f)Y(f)

易传输、易处理

电感量、涡电流效应、应变效应、压电效应

离散的、连续的

离散信号、连续信号

21 .叠加性、比例性、频率保持性

拉普拉斯变换对、傅里叶变换对

幅频特性、相频特性、幅值比、相位差

线性度、灵敏度

物理化学性质、敏感元件结构参数

高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器

傅里叶级数、傅里叶变换

应变效应、小

二、简答题

1. 一是敏感元件采用了弹性材料或磁性材料

二是可动件和固定件之间存在摩擦和游隙

2?主要作用有两点：

一是将传感器的高阻抗输出变为低阻抗输出；

二是放大传感器输出的微弱电信号。

3?初始条件为零时，输出的付里叶变换与输入的付里叶变换两者之间的比值为频率响应函

数。A()的物理意义为输出与输入的幅值比； (■)的物理意义为输出与输入的相位差。

4 .共有三部分组成，分别为传感器、信号调理装置和显示记录装置

5?直流电桥：相对两臂的电阻阻值的乘积相等(或相邻两臂电阻阻值的比值相等)

交流电桥：相对两臂的阻抗之模的乘积应相等，同时相对两臂的阻抗角之还必须相等。

6?某些物质在受到外力作用时能够在表面产生电荷，一旦外力消失电荷随之消失的现象为 压电效应。目前常用的压电材料有：石英晶体、压电陶瓷和压电有机薄膜

7、时域描述：y(t)二AgX(t -to)(其中 A to为常量)

频域描述：A(；r ) = A , - -t0' ■

& 电桥型电路、直流极化电路、谐振回路、调频电路、运算放大器回路

9、X(t)* (t -to ) = X(t -to )

物理意义：任何函数 x(t)和：(t -to)的卷积相当于 x(t)的图形由坐标原点搬移到

-(t -to)函数的位置原点to处，即在to处重新构图。

10?采样、保持、量化和编码

11?传感器、信号调理电路和显示记录装置

12. 一阶系统为时间常数；二阶系统为固有频率和阻尼比。

一阶系统不失真测试条件： 「?乞0.2-0.3

二阶系统不失真测试条件： 二=0.6 一 0.8，一 - 0.6

三、计算题

1、X(f)= J段(t)e」2j!dt =『Ae戚e」2并dt=『AeSj2;f)tdt

A

很亠2二fj

2、

2、H()

1-5%

.(■ )2 1

0.95，(2 f)2 乞 0.108，所以要求.乞 5.23 10* (s)

(2f)2 1

当 f=50Hz 时,

HC ):

HC ):

J(2Tfc)2 +1

其振幅误差为7.3%

1

.,(100 二 5.23 10* 1

二 0.927

(■) = arctg( ■ ) = arctg(2二f ) =arc0.164 = 9.3°

3、系统的总传递函数为：

H(s)二 H1

H(s)

二 H1(s) H2(s) H3(s)二

c

(s a)(s b)

c

(a b)s ab

频率响应函数为:

c

c

(j ■ )2 (a b) j ab

c

ab _ ■2 (a b) j

幅频特性为：

c

A()-

J[ab_m2]2 +(a+b)2s2

相频特性为：

m (a+b)co

(■)二-arctg 2

ab —国

4、

- co

=0.7，—

= 0.16

AC')

AC')

_ 1

.1 -「’/「n )2 2 4 2C'^'n)2



_ 1

[1 -0.025]2 4 0.72 0.162

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= 1.0

2 ( ■ / n)

1-( / J2

)--arctg(

2 0.7 0.16

1 -0.162

)=-6.5

其稳态输出为 y(t) =0.6cos(500t — 0.23)

滞后时间：

「')=0.46 ms

500

5、X(f )= Jjx(t)e」2处dt =『Ae」2楚dt

2 二 fj

6、能测最小拉力Fmin

dR

Fmin 二 AE；min - AE /S = 1 10

R

_4

10 7

20 10 10 /2 =1 N

7、( 1)「-0.1， 600 -0.5

con 1200

1

..[1 -0.25]2 4 0.12 0.52

= 1.32

(2)()=-arctg(2 ( A n)21 '

(2)

()=-arctg(

2 ( A n)

2

1 ' A 'n)

)=-arctg (

°1 0.5)「7.6

1 -0.52

= 0.7，

1200

600

= 0.5

A() 1

A()

1

J -(■ r 'n)2 2 ■ 4'2c ■八n)2

1

[1 -0.25]2 4 0.72 0.52

= 0.98

()=-arctg (2 ( A n)1-( /

()=-arctg (

2 ( A n)

1-( / n)2

)=-arctg (

2 0.7 0.5

1 - 0.52

)=-43

&测试系统框图:

传感器

＞电荷放大器—光线示波器

系统总灵敏度为： S 二 Sc Sd Sg =90.9 0.005 20 = 9.09(mm/MPa)

光线示波器上的偏移量为： X二S P = 9.09 3.5 =31.8(mm)

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知识改变命运

A( ■)=

A( ■)=

= 0.99，幅值误差为

1%

9、一阶装置的幅频特性为：

1

A() 相频特性为：?( ■) = -arctg --.

J1 +(眈)2

=2:f = 200 二

1

Ji + (砂)2

_ 1 - 5% ,

因此._ 0.0005 s；

取.=0.0005, = 2二f =100二，则

(，)--arctg， - -0.156 rad,相位差为 0.156 rad

10、（ 1）

10、（ 1）

= 0.7，——

”打n

500

—=0.16

2 二

A( ■1

A( ■

1

,1 -( * ' / * 'n )2 f 4 2( * ' / * 5 )2

1

I 2 2 2

[1 -0.025] 4 0.7 0.16

= 1.0

玖⑷)=—arctg(：n] ) = —arctg( 2： J.16)= -6.5：

1—(灼/%) 1-0.16

其稳态输出为 y(t) =0.6cos(500t-0.23)

滞后时间：t二■

滞后时间：t二

■)

500

其采样频率为:

fs =2fc =2 空=160 Hz

2兀

沁园春?雪

北国风光,千里冰封,万里雪飘。

北国风光,

千里冰封,

万里雪飘。

望长城内外，惟余莽莽;大河上

望长城内外，惟余莽莽;

大河上

下，顿失滔滔。

山舞银蛇，原驰蜡象，欲与天公试 比高。

须晴日，看红装素裹，分外妖娆。

　江山如此多娇，引无数英雄竞折腰。

　惜秦皇汉武，略输文采；唐宗宋 祖，稍逊风骚。

一代天骄，成吉思汗，只识弯弓射 大雕。

俱往矣，数风流人物， 还看今朝。

■克

1 一(?，八 n)2 2 - 4 2C' A'n)2

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