《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》期末試題及答案一、選擇題1.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)答案：D解析：周期信號(hào)可以展開成傅氏級(jí)數(shù)的形式，傅氏級(jí)數(shù)是描述周期信號(hào)的數(shù)學(xué)工具。相關(guān)函數(shù)用于描述信號(hào)之間的相關(guān)性；拉氏變換常用于求解線性常微分方程；傅氏變換主要用于處理非周期信號(hào)。所以本題選D。2.時(shí)域信號(hào)的時(shí)間尺度壓縮時(shí)，則其頻譜的變化為（）A.頻帶變窄、幅值增高B.頻帶變寬、幅值增高C.頻帶變窄、幅值降低D.頻帶變寬、幅值降低答案：D解析：根據(jù)時(shí)域與頻域的對(duì)應(yīng)關(guān)系，時(shí)域信號(hào)的時(shí)間尺度壓縮，相當(dāng)于信號(hào)變化加快，其頻譜會(huì)變寬。同時(shí)，根據(jù)能量守恒，頻譜變寬后幅值會(huì)降低。所以本題選D。3.概率密度函數(shù)是在（）域上描述隨機(jī)信號(hào)的分布規(guī)律。A.時(shí)間B.空間C.幅值D.頻率答案：C解析：概率密度函數(shù)描述的是隨機(jī)信號(hào)在幅值域上的分布規(guī)律，它表示信號(hào)幅值落在某一區(qū)間內(nèi)的概率。所以本題選C。4.信號(hào)的時(shí)域描述與頻域描述通過（）來建立聯(lián)系。A.拉氏變換B.卷積C.傅氏變換D.相乘答案：C解析：傅氏變換是將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域的工具，通過傅氏變換可以建立信號(hào)的時(shí)域描述與頻域描述之間的聯(lián)系。拉氏變換主要用于求解線性常微分方程；卷積是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算；相乘只是一種基本的數(shù)學(xué)操作。所以本題選C。5.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)答案：D解析：測(cè)試裝置的傳遞函數(shù)H(s)的分母取決于裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)，它反映了裝置本身的特性，與輸入量、輸出量以及輸入點(diǎn)的位置無關(guān)。所以本題選D。6.一階裝置的時(shí)間常數(shù)τ越小，則裝置的輸出（）。A.跟隨輸入變化越慢B.跟隨輸入變化越快C.與輸入變化無關(guān)D.以上都不對(duì)答案：B解析：一階裝置的時(shí)間常數(shù)τ越小，裝置的響應(yīng)速度越快，即輸出跟隨輸入變化越快。所以本題選B。7.二階裝置的阻尼比ξ一般取（）左右時(shí)，其綜合性能較好。A.0.1B.0.7C.0.9D.1.0答案：B解析：二階裝置的阻尼比ξ取0.7左右時(shí)，其幅頻特性和相頻特性的綜合性能較好，能夠較好地跟蹤輸入信號(hào)。所以本題選B。8.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（）。A.越大越好B.越小越好C.應(yīng)等于零D.應(yīng)等于1答案：B解析：對(duì)于一階系統(tǒng)，時(shí)間常數(shù)τ越小，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，能夠更好地跟隨輸入信號(hào)的變化，從而獲得較佳的工作性能。所以本題選B。9.為了保證測(cè)試裝置的輸出波形不失真，其幅頻特性曲線應(yīng)為（）。A.直線B.拋物線C.水平直線D.指數(shù)曲線答案：C解析：為了保證測(cè)試裝置的輸出波形不失真，其幅頻特性曲線應(yīng)為水平直線，即對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)具有相同的放大倍數(shù)。所以本題選C。10.壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的（）來實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量的。A.熱電效應(yīng)B.壓電效應(yīng)C.應(yīng)變效應(yīng)D.霍爾效應(yīng)答案：B解析：壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)，將力、壓力等非電量轉(zhuǎn)換為電量進(jìn)行測(cè)量的。熱電效應(yīng)是用于溫度測(cè)量；應(yīng)變效應(yīng)常用于應(yīng)變片傳感器；霍爾效應(yīng)用于測(cè)量磁場(chǎng)等。所以本題選B。11.電感式傳感器是利用（）原理將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電感量的變化來實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。A.電磁感應(yīng)B.壓電效應(yīng)C.熱電效應(yīng)D.霍爾效應(yīng)答案：A解析：電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，當(dāng)被測(cè)非電量引起電感線圈的磁路磁阻變化時(shí)，導(dǎo)致電感量發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)非電量的測(cè)量。所以本題選A。12.熱電偶傳感器的工作原理是基于（）。A.壓電效應(yīng)B.熱電效應(yīng)C.應(yīng)變效應(yīng)D.霍爾效應(yīng)答案：B解析：熱電偶傳感器是基于熱電效應(yīng)，即兩種不同材料的導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。所以本題選B。13.光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和（）。A.光生伏特效應(yīng)B.壓電效應(yīng)C.熱電效應(yīng)D.應(yīng)變效應(yīng)答案：A解析：光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)和應(yīng)變效應(yīng)與光電效應(yīng)無關(guān)。所以本題選A。14.霍爾傳感器是利用（）原理工作的。A.壓電效應(yīng)B.熱電效應(yīng)C.霍爾效應(yīng)D.應(yīng)變效應(yīng)答案：C解析：霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)，當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過半導(dǎo)體薄片時(shí)，在薄片的兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差。所以本題選C。15.信號(hào)調(diào)理電路的作用不包括（）。A.放大B.濾波C.調(diào)制D.產(chǎn)生信號(hào)答案：D解析：信號(hào)調(diào)理電路的作用主要包括放大、濾波、調(diào)制等，以改善信號(hào)的質(zhì)量，便于后續(xù)的處理和測(cè)量。它并不產(chǎn)生信號(hào)，信號(hào)通常由傳感器等元件產(chǎn)生。所以本題選D。16.調(diào)制的目的不包括（）。A.便于信號(hào)的傳輸B.提高抗干擾能力C.便于信號(hào)的放大D.提高測(cè)量精度答案：D解析：調(diào)制的目的主要是便于信號(hào)的傳輸、提高抗干擾能力以及便于信號(hào)的放大等。調(diào)制本身并不能直接提高測(cè)量精度。所以本題選D。17.解調(diào)是調(diào)制的（）過程。A.相同B.相反C.無關(guān)D.以上都不對(duì)答案：B解析：解調(diào)是從已調(diào)制信號(hào)中恢復(fù)出原始信號(hào)的過程，它是調(diào)制的相反過程。所以本題選B。18.濾波器的截止頻率是指（）。A.幅頻特性曲線下降到零的頻率B.幅頻特性曲線下降到最大值的0.707倍時(shí)的頻率C.幅頻特性曲線下降到最大值的0.5倍時(shí)的頻率D.幅頻特性曲線下降到最大值的0.1倍時(shí)的頻率答案：B解析：濾波器的截止頻率是指幅頻特性曲線下降到最大值的0.707倍時(shí)的頻率。所以本題選B。19.低通濾波器的作用是（）。A.只允許低頻信號(hào)通過B.只允許高頻信號(hào)通過C.允許所有頻率信號(hào)通過D.阻止所有頻率信號(hào)通過答案：A解析：低通濾波器的作用是只允許低頻信號(hào)通過，而對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行衰減。所以本題選A。20.高通濾波器的作用是（）。A.只允許低頻信號(hào)通過B.只允許高頻信號(hào)通過C.允許所有頻率信號(hào)通過D.阻止所有頻率信號(hào)通過答案：B解析：高通濾波器的作用是只允許高頻信號(hào)通過，而對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行衰減。所以本題選B。二、填空題1.信號(hào)可分為______信號(hào)和______信號(hào)兩大類。答案：確定性；隨機(jī)2.周期信號(hào)的頻譜具有______性、______性和______性。答案：離散；諧波；收斂3.測(cè)試裝置的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有______、______、______和______等。答案：靈敏度；線性度；回程誤差；分辨力4.一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)是______，二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)是______和______。答案：時(shí)間常數(shù)τ；固有頻率ωn；阻尼比ξ5.傳感器一般由______、______和______三部分組成。答案：敏感元件；轉(zhuǎn)換元件；測(cè)量電路6.應(yīng)變片的工作原理是基于______效應(yīng)，壓電式傳感器的工作原理是基于______效應(yīng)。答案：應(yīng)變；壓電7.熱電偶的熱電勢(shì)由______電勢(shì)和______電勢(shì)兩部分組成。答案：接觸；溫差8.光電式傳感器是利用______效應(yīng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。答案：光電9.信號(hào)調(diào)理電路主要包括______、______、______等。答案：放大電路；濾波電路；調(diào)制解調(diào)電路10.調(diào)制可分為______調(diào)制、______調(diào)制和______調(diào)制三種類型。答案：幅度；頻率；相位三、判斷題1.非周期信號(hào)的頻譜是連續(xù)的。（）答案：√解析：非周期信號(hào)可以看作是周期趨于無窮大的周期信號(hào)，其頻譜是連續(xù)的。所以本題正確。2.測(cè)試裝置的靈敏度越高，其測(cè)量范圍就越寬。（）答案：×解析：一般來說，測(cè)試裝置的靈敏度越高，其測(cè)量范圍往往越窄，因?yàn)楦哽`敏度的裝置對(duì)微小信號(hào)敏感，但可能無法承受較大的輸入信號(hào)。所以本題錯(cuò)誤。3.一階系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)τ越大，其響應(yīng)速度越快。（）答案：×解析：一階系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)τ越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越慢，因?yàn)樗枰L(zhǎng)的時(shí)間來達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。所以本題錯(cuò)誤。4.二階系統(tǒng)在阻尼比ξ=0.7左右時(shí)，其幅頻特性和相頻特性的綜合性能較好。（）答案：√解析：二階系統(tǒng)的阻尼比ξ取0.7左右時(shí)，能夠較好地跟蹤輸入信號(hào)，其幅頻特性和相頻特性的綜合性能較好。所以本題正確。5.壓電式傳感器可以測(cè)量靜態(tài)力。（）答案：×解析：壓電式傳感器是基于壓電效應(yīng)工作的，它只能測(cè)量動(dòng)態(tài)力，因?yàn)殪o態(tài)力作用下壓電元件產(chǎn)生的電荷會(huì)泄漏，無法保持穩(wěn)定的輸出。所以本題錯(cuò)誤。6.電感式傳感器可以測(cè)量位移、振動(dòng)等非電量。（）答案：√解析：電感式傳感器利用電磁感應(yīng)原理，當(dāng)被測(cè)非電量引起電感線圈的磁路磁阻變化時(shí)，導(dǎo)致電感量發(fā)生變化，從而可以測(cè)量位移、振動(dòng)等非電量。所以本題正確。7.熱電偶傳感器可以測(cè)量各種溫度范圍的溫度。（）答案：×解析：不同類型的熱電偶傳感器有其適用的溫度范圍，并不是可以測(cè)量各種溫度范圍的溫度。所以本題錯(cuò)誤。8.光電式傳感器只能測(cè)量光信號(hào)。（）答案：×解析：光電式傳感器利用光電效應(yīng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，它可以通過測(cè)量光信號(hào)的變化來間接測(cè)量其他非電量，如位移、速度等。所以本題錯(cuò)誤。9.調(diào)制的目的是為了便于信號(hào)的傳輸和處理。（）答案：√解析：調(diào)制可以將低頻信號(hào)加載到高頻載波上，便于信號(hào)的傳輸和處理，同時(shí)還可以提高抗干擾能力。所以本題正確。10.濾波器的帶寬越窄，其選擇性越好。（）答案：√解析：濾波器的帶寬越窄，它對(duì)特定頻率范圍的信號(hào)選擇能力越強(qiáng)，即選擇性越好。所以本題正確。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述信號(hào)的分類方法。(1).按信號(hào)隨時(shí)間的變化規(guī)律分類，可分為確定性信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)。確定性信號(hào)又可分為周期信號(hào)和非周期信號(hào)，周期信號(hào)包括簡(jiǎn)諧周期信號(hào)和復(fù)雜周期信號(hào)；非周期信號(hào)包括準(zhǔn)周期信號(hào)和瞬變非周期信號(hào)。(2).按信號(hào)的取值特征分類，可分為連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)。連續(xù)信號(hào)在時(shí)間和幅值上都是連續(xù)的；離散信號(hào)在時(shí)間上是離散的，但幅值可以是連續(xù)的或離散的。(3).按信號(hào)的能量特征分類，可分為能量信號(hào)和功率信號(hào)。能量有限的信號(hào)稱為能量信號(hào)；功率有限的信號(hào)稱為功率信號(hào)。2.簡(jiǎn)述測(cè)試裝置的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的概念。(1).靜態(tài)特性：測(cè)試裝置在靜態(tài)測(cè)量時(shí)所表現(xiàn)出的特性。它反映了測(cè)試裝置在輸入信號(hào)為常量或變化極緩慢時(shí)，輸出與輸入之間的關(guān)系。靜態(tài)特性指標(biāo)主要有靈敏度、線性度、回程誤差、分辨力等。(2).動(dòng)態(tài)特性：測(cè)試裝置在動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)所表現(xiàn)出的特性。它反映了測(cè)試裝置對(duì)隨時(shí)間變化的輸入信號(hào)的響應(yīng)特性。動(dòng)態(tài)特性通常用傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)等數(shù)學(xué)模型來描述。3.簡(jiǎn)述傳感器的分類方法。(1).按被測(cè)物理量分類，如位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等。(2).按工作原理分類，如電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、熱電式傳感器等。(3).按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類，可分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。模擬式傳感器輸出的是連續(xù)變化的模擬信號(hào)；數(shù)字式傳感器輸出的是離散的數(shù)字信號(hào)。4.簡(jiǎn)述調(diào)制與解調(diào)的概念和作用。(1).調(diào)制：調(diào)制是將低頻信號(hào)加載到高頻載波信號(hào)上的過程。其作用主要有：便于信號(hào)的傳輸，因?yàn)榈皖l信號(hào)在傳輸過程中容易受到干擾和衰減，而高頻載波信號(hào)可以更好地在信道中傳輸；提高抗干擾能力，通過調(diào)制可以將信號(hào)的頻譜搬移到高頻段，避開低頻干擾；便于信號(hào)的放大，高頻信號(hào)更容易進(jìn)行放大處理。(2).解調(diào)：解調(diào)是從已調(diào)制信號(hào)中恢復(fù)出原始低頻信號(hào)的過程。它是調(diào)制的逆過程，其作用是將經(jīng)過調(diào)制并傳輸后的信號(hào)還原為原始信號(hào)，以便進(jìn)行后續(xù)的處理和分析。5.簡(jiǎn)述濾波器的分類和作用。(1).分類：按濾波器的功能分類，可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。低通濾波器只允許低頻信號(hào)通過；高通濾波器只允許高頻信號(hào)通過；帶通濾波器允許一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過；帶阻濾波器阻止一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過。按濾波器的構(gòu)成元件分類，可分為有源濾波器和無源濾波器。有源濾波器由有源元件（如運(yùn)算放大器）和無源元件（如電阻、電容）組成；無源濾波器只由無源元件組成。(2).作用：濾波器的主要作用是對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率選擇，即從復(fù)雜的信號(hào)中提取出所需頻率成分的信號(hào)，同時(shí)抑制不需要的頻率成分的信號(hào)，以提高信號(hào)的質(zhì)量和抗干擾能力。五、計(jì)算題1.已知一個(gè)周期信號(hào)x(t)=5+3cos(ωt)+2sin(2ωt)，求該信號(hào)的直流分量、基波幅值、二次諧波幅值以及信號(hào)的周期T。(1).直流分量：在信號(hào)表達(dá)式x(t)=5+3cos(ωt)+2sin(2ωt)中，直流分量是不隨時(shí)間變化的常數(shù)項(xiàng)，所以直流分量為5。(2).基波幅值：基波是頻率為ω的分量，其表達(dá)式為3cos(ωt)，根據(jù)三角函數(shù)的幅值定義，基波幅值為3。(3).二次諧波幅值：二次諧波是頻率為2ω的分量，其表達(dá)式為2sin(2ωt)，二次諧波幅值為2。(4).信號(hào)的周期T：由于基波的角頻率為ω，根據(jù)周期T與角頻率ω的關(guān)系T=2π/ω，所以該信號(hào)的周期為T=2π/ω。2.已知一個(gè)一階測(cè)試裝置的傳遞函數(shù)為H(s)=1/(1+τs)，其中τ=0.1s，當(dāng)輸入信號(hào)x(t)=10sin(10t)時(shí)，求該裝置的穩(wěn)態(tài)輸出y(t)的表達(dá)式。(1).首先求頻率響應(yīng)函數(shù)H(jω)：將s=jω代入傳遞函數(shù)H(s)=1/(1+τs)中，得到H(jω)=1/(1+jτω)。已知τ=0.1s，ω=10rad/s，則H(jω)=1/(1+j0.1×10)=1/(1+j1)。對(duì)H(jω)進(jìn)行化簡(jiǎn)，分子分母同時(shí)乘以(1-j)，得到H(jω)=(1-j)/(1-j2)=(1-j)/2=0.5-j0.5。其幅值|H(jω)|=√(0.52+(-0.5)2)=√2/2，相角φ=arctan(-0.5/0.5)=-π/4。(2).然后求穩(wěn)態(tài)輸出y(t)：輸入信號(hào)x(t)=10sin(10t)，其幅值X=10，角頻率ω=10rad/s。根據(jù)線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，穩(wěn)態(tài)輸出y(t)的幅值Y=|H(jω)|X=(√2/2)×10=5√2，相角θ=φ=-π/4。所以穩(wěn)態(tài)輸出y(t)的表達(dá)式為y(t)=5√2sin(10t-π/4)。3.已知一個(gè)二階測(cè)試裝置的固有頻率ωn=100rad/s，阻尼比ξ=0.7，當(dāng)輸入信號(hào)x(t)=5sin(50t)時(shí)，求該裝置的穩(wěn)態(tài)輸出y(t)的幅值和相角。(1).首先求頻率比λ：頻率比λ=ω/ωn，已知ω=50rad/s，ωn=100rad/s，則λ=50/100=0.5。(2).然后求幅值比A(λ)和相角φ(λ)：對(duì)于二階系統(tǒng)，幅值比A(λ)=1/√[(1-λ2)2+(2ξλ)2]，相角φ(λ)=-arctan[2ξλ/(1-λ2)]。將λ=0.5，ξ=0.7代入上式，可得：A(λ)=1/√[(1-0.52)2+(2×0.7×0.5)2]=1/√[(