(2025年)《測試技術基礎》期末試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性中，反映輸入量在正反行程期間輸出-輸入特性曲線不一致程度的指標是（）。A.線性度B.靈敏度C.遲滯D.重復性2.以下傳感器中，基于壓阻效應工作的是（）。A.應變片B.壓電式加速度傳感器C.電感式位移傳感器D.熱電偶3.對周期為T的信號進行采樣時，為避免混疊現(xiàn)象，采樣頻率f_s應滿足（）。A.f_s≥2/TB.f_s≥1/TC.f_s≤2/TD.f_s≤1/(2T)4.一階測試系統(tǒng)的時間常數(shù)τ越小，其（）。A.響應速度越慢B.通頻帶越窄C.穩(wěn)態(tài)誤差越大D.對階躍輸入的響應上升時間越短5.測量某溫度時，多次測量結果的平均值為25.3℃，標準偏差為0.2℃，則擴展不確定度（取置信因子k=2）為（）。A.0.2℃B.0.4℃C.0.6℃D.0.8℃6.以下信號中，屬于隨機信號的是（）。A.正弦信號B.方波信號C.白噪聲D.階躍信號7.電渦流傳感器可用于測量（）。A.液體溫度B.金屬材料的厚度C.氣體壓力D.光照強度8.若測試系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)為H(jω)=1/(1+jωτ)，則其幅頻特性A(ω)為（）。A.1/√(1+(ωτ)^2)B.√(1+(ωτ)^2)C.1/(1+(ωτ)^2)D.1/(1+ωτ)9.應變片電橋中，采用半橋雙臂接法時，若兩個應變片分別受拉和受壓，則輸出電壓（）。A.為單臂接法的2倍B.為單臂接法的4倍C.與單臂接法相同D.為零10.數(shù)字信號處理中，對信號進行加窗截斷的主要目的是（）。A.提高時間分辨率B.抑制頻譜泄漏C.增加信號幅度D.降低采樣頻率二、填空題（每空1分，共15分）1.測試系統(tǒng)的基本組成包括______、信號調理、數(shù)據(jù)采集與處理、顯示記錄四部分。2.傳感器的靜態(tài)特性指標主要有線性度、靈敏度、______和重復性。3.熱電偶的工作原理基于______效應，其熱電勢由接觸電勢和______電勢組成。4.信號的時域描述反映信號的______隨時間變化的關系，頻域描述反映信號的______隨頻率變化的關系。5.一階系統(tǒng)的階躍響應中，達到穩(wěn)態(tài)值95%所需的時間約為______倍時間常數(shù)τ。6.隨機誤差的統(tǒng)計特性包括單峰性、對稱性、______和有界性。7.電感式傳感器分為變磁阻式、______和渦流式三種類型。8.數(shù)字信號處理中，A/D轉換的兩個關鍵步驟是______和量化。9.測量誤差按性質可分為系統(tǒng)誤差、______和粗大誤差。10.二階測試系統(tǒng)的動態(tài)特性主要由固有頻率ω_n和______兩個參數(shù)決定。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述測試系統(tǒng)不失真測試的條件。2.說明應變片溫度補償?shù)某Ｓ梅椒捌湓怼?.比較確定性信號與隨機信號的特點，并各舉一例。4.解釋壓電式傳感器為何不能用于靜態(tài)測量，需采用何種測量電路解決低頻響應問題？5.簡述數(shù)字信號處理中“頻譜泄漏”現(xiàn)象的成因及抑制方法。四、計算題（每題8分，共32分）1.某壓力傳感器的輸入-輸出特性經標定得到以下數(shù)據(jù)（輸入x為壓力，單位kPa；輸出y為電壓，單位mV）：x:020406080100y:019.839.659.479.299.0（1）計算該傳感器的靈敏度；（2）采用最小二乘法擬合直線，計算其線性度（以滿量程輸出的百分比表示）。2.一階測試系統(tǒng)的時間常數(shù)τ=0.05s，輸入信號為x(t)=10+5sin(20πt)V。求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出y(t)，并分析輸出信號與輸入信號的幅值和相位差異。3.對某電阻進行10次等精度測量，結果（單位Ω）為：100.1,100.2,100.3,100.0,100.2,100.1,100.3,100.2,100.1,100.2。（1）計算測量列的算術平均值；（2）計算單次測量的標準偏差；（3）若置信概率取95%（t分布臨界值t_0.95(9)=2.26），計算測量結果的擴展不確定度。4.已知信號x(t)=3cos(100πt)+2sin(200πt)，（1）求其傅里葉級數(shù)表達式；（2）畫出幅頻譜圖（標注頻率和幅值）；（3）若用頻率f_s=300Hz采樣，是否會發(fā)生混疊？說明理由。五、綜合題（13分）設計一個基于應變片的橋梁應力測試系統(tǒng)，要求：（1）選擇合適的應變片類型及粘貼工藝；（2）設計信號調理電路（需說明電橋接法、放大器類型及作用）；（3）確定數(shù)據(jù)采集卡的關鍵參數(shù)（采樣頻率、分辨率）；（4）簡述系統(tǒng)校準與誤差補償?shù)姆椒?。答案一、單項選擇題1.C2.A3.A4.D5.B6.C7.B8.A9.A10.B二、填空題1.傳感器2.遲滯3.塞貝克；溫差4.幅值；頻率成分5.36.抵償性7.差動變壓器式8.采樣9.隨機誤差10.阻尼比三、簡答題1.測試系統(tǒng)不失真測試的條件為：幅頻特性在通頻帶內為常數(shù)（A(ω)=A0），相頻特性為過原點的直線（φ(ω)=-t0ω），其中t0為延遲時間。此時輸出信號的波形與輸入信號完全一致，僅幅值放大A0倍，時間延遲t0。2.應變片溫度補償常用方法：（1）橋路補償法：在電橋中接入與工作片同材料、同規(guī)格的補償片，粘貼在與被測件同溫度但不受力的補償塊上。溫度變化時，工作片與補償片的電阻變化相同，電橋輸出僅反映應變引起的電阻變化。（2）熱敏電阻補償法：在橋路中串聯(lián)或并聯(lián)熱敏電阻，利用其溫度特性抵消應變片的溫度誤差。3.確定性信號：可用明確數(shù)學表達式描述，未來值可預測（如正弦信號x(t)=Asin(ωt)）；隨機信號：無確定數(shù)學表達式，未來值不可預測，需用統(tǒng)計方法描述（如電子設備的熱噪聲）。4.壓電式傳感器基于壓電效應，輸出電荷或電壓與應力變化率成正比，靜態(tài)應力下電荷會通過測量電路泄漏，無法保持穩(wěn)定輸出。需采用電荷放大器或電壓放大器（高輸入阻抗），減少電荷泄漏，改善低頻響應。5.頻譜泄漏成因：對有限長信號進行傅里葉變換時，實際是對無限長信號加矩形窗截斷，導致頻譜展寬。抑制方法：選擇主瓣窄、旁瓣衰減快的窗函數(shù)（如漢寧窗、海明窗），或增加信號截斷長度。四、計算題1.（1）靈敏度S=Δy/Δx=(99.0-0)/(100-0)=0.99mV/kPa。（2）最小二乘法擬合直線y=kx+b，計算得k=0.99，b=0（數(shù)據(jù)嚴格線性），線性度γL=|最大偏差|/滿量程輸出×100%=0（因數(shù)據(jù)無偏差）。2.輸入信號由直流分量（10V）和交流分量（5sin20πt）組成。直流分量經一階系統(tǒng)后無失真輸出10V。交流分量角頻率ω=20πrad/s，系統(tǒng)幅頻特性A(ω)=1/√(1+(ωτ)^2)=1/√(1+(20π×0.05)^2)=1/√(1+π2)≈0.303；相頻特性φ(ω)=-arctan(ωτ)=-arctan(π)≈-72.3°。穩(wěn)態(tài)輸出y(t)=10+5×0.303sin(20πt-72.3°)=10+1.515sin(20πt-72.3°)V。輸出幅值衰減為輸入的30.3%，相位滯后72.3°。3.（1）平均值x?=(100.1+100.2+…+100.2)/10=100.18Ω。（2）單次測量標準偏差s=√[Σ(xi-x?)2/(n-1)]=√[(0.082+0.022+…+0.022)/9]≈0.095Ω。（3）擴展不確定度U=t×s/√n=2.26×0.095/√10≈0.068Ω（保留兩位小數(shù)）。4.（1）x(t)=3cos100πt+2sin200πt=3cos(2π×50t)+2sin(2π×100t)，傅里葉級數(shù)為直流分量0，50Hz分量幅值3（余弦項），100Hz分量幅值2（正弦項，可表示為-2cos(200πt+90°)）。（2）幅頻譜圖：頻率50Hz處幅值3，100Hz處幅值2。（3）采樣頻率f_s=300Hz，信號最高頻率f_max=100Hz，根據(jù)采樣定理f_s≥2f_max（300≥200），不會發(fā)生混疊。五、綜合題（1）應變片選擇：選用金屬箔式應變片（如KFG系列），基底為膠膜，適應橋梁鋼材表面；粘貼工藝：表面打磨清潔→涂底膠→粘貼應變片→固化→焊接引線→涂保護層（防潮）。（2）信號調理電路：采用全橋接法（四臂工作），提高靈敏度和溫度補償效果；放大器選用低噪聲儀器放大器（如AD620