測(cè)試技術(shù)期末試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題3分，共30分）1.測(cè)試裝置的傳遞函數(shù)$H(s)$的分母與（）有關(guān)。A.輸入量$x(t)$B.輸出量$y(t)$C.輸入點(diǎn)的位置D.裝置的結(jié)構(gòu)2.描述周期信號(hào)的數(shù)學(xué)工具是（）。A.相關(guān)函數(shù)B.拉氏變換C.傅氏變換D.傅氏級(jí)數(shù)3.時(shí)域信號(hào)$x(t)$的時(shí)移，則其頻譜$X(f)$將會(huì)（）。A.擴(kuò)展B.壓縮C.不變D.僅有相移4.用一階系統(tǒng)作測(cè)量裝置，為了獲得較佳的工作性能，其時(shí)間常數(shù)$τ$應(yīng)（）。A.越小越好B.越大越好C.適中為好D.可任意選擇5.二階系統(tǒng)的阻尼比$ζ$一般取（）。A.0.1～0.2B.0.6～0.8C.0.9～1.0D.1.0～2.06.壓電式傳感器的轉(zhuǎn)換原理是利用晶體材料的（）。A.電阻應(yīng)變效應(yīng)B.壓電效應(yīng)C.磁電效應(yīng)D.熱電效應(yīng)7.變極距型電容傳感器的靈敏度與極距（）。A.成正比B.成反比C.成非線性關(guān)系D.無(wú)關(guān)8.電橋測(cè)量電路的作用是把傳感器的參數(shù)變化轉(zhuǎn)為（）的輸出。A.電阻B.電容C.電壓D.電荷9.為了提高磁電式速度傳感器的靈敏度，可采取的措施是（）。A.增加線圈匝數(shù)B.減小線圈匝數(shù)C.減小永久磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度D.增大永久磁鐵的內(nèi)阻10.數(shù)字信號(hào)的特征是（）。A.時(shí)間上離散、幅值上連續(xù)B.時(shí)間上連續(xù)、幅值上離散C.時(shí)間上和幅值上都連續(xù)D.時(shí)間上和幅值上都離散二、填空題（每題3分，共15分）1.測(cè)試技術(shù)是測(cè)量和試驗(yàn)技術(shù)的統(tǒng)稱，測(cè)量的基本要素包括測(cè)量對(duì)象、________和測(cè)量方法。2.信號(hào)可分為確定性信號(hào)和________信號(hào)，其中確定性信號(hào)又可分為周期信號(hào)和非周期信號(hào)。3.線性系統(tǒng)的主要性質(zhì)有疊加性、________、頻率保持性等。4.傳感器一般由敏感元件、________和測(cè)量電路三部分組成。5.采樣定理指出，采樣頻率$f_s$必須大于或等于被采樣信號(hào)最高頻率$f_{max}$的________倍，才能保證信號(hào)不失真。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有哪些？2.什么是傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性？并分別列舉兩個(gè)主要指標(biāo)。3.簡(jiǎn)述信號(hào)的頻譜分析的意義和作用。四、計(jì)算題（每題12.5分，共25分）1.已知某一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為$H(s)=\frac{1}{1+0.01s}$，當(dāng)輸入信號(hào)$x(t)=10\sin(100t)$時(shí)，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出$y(t)$。2.用一個(gè)時(shí)間常數(shù)$τ=0.01s$的一階裝置測(cè)量周期分別為$1s$、$2s$和$5s$的正弦信號(hào)，求幅值誤差。答案一、單項(xiàng)選擇題1.D。傳遞函數(shù)$H(s)$的分母由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，與輸入量、輸出量及輸入點(diǎn)位置無(wú)關(guān)。2.D。傅氏級(jí)數(shù)用于描述周期信號(hào)，將周期信號(hào)分解為一系列諧波分量。3.D。時(shí)域信號(hào)的時(shí)移只會(huì)使頻譜產(chǎn)生相移，幅度頻譜不變。4.A。一階系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)$τ$越小，響應(yīng)速度越快，能更好地跟蹤輸入信號(hào)，工作性能更佳。5.B。二階系統(tǒng)阻尼比$ζ$一般取0.60.8，此時(shí)系統(tǒng)有較好的綜合性能，如響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。6.B。壓電式傳感器利用晶體材料的壓電效應(yīng)，將力等物理量轉(zhuǎn)換為電荷量。7.C。變極距型電容傳感器的靈敏度與極距成非線性關(guān)系，極距越小，靈敏度越高。8.C。電橋測(cè)量電路把傳感器的參數(shù)變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出，便于后續(xù)處理和測(cè)量。9.A。增加線圈匝數(shù)可以提高磁電式速度傳感器的靈敏度，因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)與線圈匝數(shù)成正比。10.D。數(shù)字信號(hào)在時(shí)間和幅值上都是離散的。二、填空題1.測(cè)量?jī)x器。測(cè)量的基本要素包括測(cè)量對(duì)象、測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法。2.隨機(jī)。信號(hào)分為確定性信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)。3.比例性。線性系統(tǒng)具有疊加性、比例性和頻率保持性等性質(zhì)。4.轉(zhuǎn)換元件。傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路三部分組成。5.2。采樣定理要求采樣頻率$f_s$大于或等于被采樣信號(hào)最高頻率$f_{max}$的2倍。三、簡(jiǎn)答題1.測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有：線性度：指測(cè)試系統(tǒng)的輸出與輸入之間的線性程度，通常用非線性誤差來(lái)衡量。靈敏度：是指測(cè)試系統(tǒng)輸出量的增量與引起該增量的輸入量增量之比。遲滯：測(cè)試系統(tǒng)在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨休敵鲚斎肭€不重合的現(xiàn)象，用遲滯誤差表示。重復(fù)性：測(cè)試系統(tǒng)在相同條件下，對(duì)同一輸入量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，輸出量的一致程度，用重復(fù)性誤差衡量。精度：反映測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值的接近程度，通常用相對(duì)誤差等表示。2.傳感器的靜態(tài)特性是指?jìng)鞲衅髟诒粶y(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸出與輸入的關(guān)系。主要指標(biāo)有：線性度：描述傳感器輸出與輸入之間的線性程度。靈敏度：輸出變化量與輸入變化量的比值。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。主要指標(biāo)有：時(shí)間常數(shù)：一階傳感器響應(yīng)曲線達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需的時(shí)間。固有頻率：二階傳感器的固有振動(dòng)頻率。3.信號(hào)的頻譜分析的意義和作用主要有：揭示信號(hào)的頻率組成：通過(guò)頻譜分析可以知道信號(hào)包含哪些頻率成分，以及各頻率成分的幅值和相位關(guān)系。故障診斷：在機(jī)械設(shè)備等領(lǐng)域，通過(guò)分析振動(dòng)信號(hào)的頻譜，可以找出故障產(chǎn)生的原因和部位。系統(tǒng)特性分析：了解系統(tǒng)對(duì)不同頻率信號(hào)的響應(yīng)特性，評(píng)估系統(tǒng)的性能。信號(hào)濾波：根據(jù)頻譜分析結(jié)果，設(shè)計(jì)合適的濾波器，去除不需要的頻率成分，保留有用信號(hào)。四、計(jì)算題1.已知一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)$H(s)=\frac{1}{1+0.01s}$，則其頻率響應(yīng)函數(shù)$H(j\omega)=\frac{1}{1+j0.01\omega}$。輸入信號(hào)$x(t)=10\sin(100t)$，則$\omega=100$。$|H(j100)|=\frac{1}{\sqrt{1+(0.01\times100)^2}}=\frac{1}{\sqrt{2}}$$\varphi(\omega)=-\arctan(0.01\omega)$，當(dāng)$\omega=100$時(shí)，$\varphi(100)=-\arctan(1)=45^{\circ}$所以系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出$y(t)=10|H(j100)|\sin(100t+\varphi(100))=10\times\frac{1}{\sqrt{2}}\sin(100t45^{\circ})=5\sqrt{2}\sin(100t45^{\circ})$2.一階系統(tǒng)的幅頻特性$A(\omega)=\frac{1}{\sqrt{1+(\omega\tau)^2}}$，幅值誤差$\gamma_A=(1A(\omega))\times100\%$。當(dāng)$T=1s$時(shí)，$\omega=\frac{2\pi}{T}=2\pi$，$A(\omega)=\frac{1}{\sqrt{1+(2\pi\times0.01)^2}}\approx0.999$，$\gamma_A=(10.999)\times100\%=0.1\%$當(dāng)$T=2s$時(shí)，$\omega=\frac{2\pi}{T}=\pi$，$A(\omega)=\frac{1}{\sqrt{1+(\pi\times0.01)^2}}\approx0.9995$，$\gamma_A=(10.9995)\times100\%=0.05\%$