2016廣工研究生測(cè)試技術(shù)復(fù)習(xí)提綱答案..

1、1.簡(jiǎn)答題（每小題8分，5道小題，共40分） 2.分析和設(shè)計(jì)題（2道小題，共30分） 3.計(jì)算題（每小題15分，2道小題，共30分）第一部分：1. 信號(hào)與信息的區(qū)別，測(cè)量、計(jì)量、測(cè)試的區(qū)別。答：信息 消息、情報(bào)或知識(shí)，信息是物質(zhì)世界的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與轉(zhuǎn)換方式，是物質(zhì)的本質(zhì)屬性。信號(hào)物理量，物質(zhì)，具有能量。信號(hào)是信息的載體，信息總是蘊(yùn)涵在信號(hào)之中，并依靠信號(hào)來(lái)傳輸。測(cè)量確定被測(cè)對(duì)象量值的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。計(jì)量單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確的測(cè)量一般稱為計(jì)量。測(cè)試具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量或者說(shuō)測(cè)量和試驗(yàn)的結(jié)合。2測(cè)量方法和測(cè)量誤差的分類。測(cè)量方法分為：a按是否直接測(cè)定被測(cè)量的原則，測(cè)量方法可分為直接測(cè)量和間接測(cè)量；b 按被測(cè)量是

2、否直接和已知的同種量進(jìn)行比較的原則，可分為直接比較測(cè)量和間接比較測(cè)量； c 按傳感器是否和被測(cè)物體產(chǎn)生機(jī)械接觸，可分為接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量；d 按測(cè)量條件，可分為等精度測(cè)量和不等精度測(cè)量。F按被測(cè)量是否隨時(shí)間變化的原則可分為：動(dòng)態(tài)測(cè)量和靜態(tài)測(cè)量。測(cè)量誤差的分類 ：根據(jù)測(cè)量誤差的統(tǒng)計(jì)特征不同，可分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差； 按照誤差的產(chǎn)生原因不同，可分為器具誤差、方法誤差、調(diào)整誤差、觀測(cè)誤差和環(huán)境誤差和測(cè)量對(duì)象誤差； 按照誤差的表示方法不同，可分為絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、引用誤差和分貝誤差。3測(cè)量結(jié)果如何表達(dá)？計(jì)算基于誤差極限的表達(dá)式為：，為極限誤差 基于t分布的表達(dá)式：如果測(cè)量值x服從正態(tài)分

3、布N（u， ），則測(cè)量樣本x的基于t分布的測(cè)量結(jié)果的表達(dá)式為： （置信概率為），該表達(dá)方式受到測(cè)量值所服從的概率分布的限制。 基于不確定度的表達(dá)方式：測(cè)量結(jié)果=樣本平均值不確定度 不確定度可用樣本平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)表征4.信號(hào)的分類，非電量電測(cè)法的定義和優(yōu)點(diǎn)。 1）、按數(shù)學(xué)關(guān)系可分為確定性信號(hào)和非確定性信號(hào)（隨機(jī)信號(hào)）；、按取值特征可分為連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)；、按能量和功率可分為能量信號(hào)和功率信號(hào)；、按所具有的時(shí)間函數(shù)特性和頻率函數(shù)特性可分為時(shí)限信號(hào)和頻限信號(hào)；、按取值是否為實(shí)數(shù)可分為實(shí)信號(hào)和復(fù)信號(hào)；、按處理分析的域可分為時(shí)域信號(hào)和頻域信號(hào)等。確定性信號(hào)又分為周期信號(hào)（包括簡(jiǎn)諧周期信號(hào)和復(fù)合周期

4、信號(hào)）和非周期信號(hào)（包括準(zhǔn)周期信號(hào)和瞬變信號(hào)）；隨機(jī)信號(hào)分為平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)（各態(tài)歷經(jīng)信號(hào)和非各態(tài)歷經(jīng)信號(hào)）和非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)。2） 非電量電測(cè)法的定義：非電量的電測(cè)法就是將各種非電量（如溫度、壓力、速 度、位移、應(yīng)變、流量、液位等）變換為電量，而后進(jìn)行測(cè)量的方法。3） 優(yōu)點(diǎn)：5. 計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的組成，作用及舉例。一般來(lái)說(shuō)，測(cè)試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示/記錄裝置三部分組成。（1） 機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器；（2） AGV自動(dòng)送貨車；（3） 生產(chǎn)加工過(guò)程監(jiān)測(cè)；（4） 流程工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控；（5） 產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)量；（6） 樓宇控制與安全防護(hù)；（7） 家庭與辦公自動(dòng)化；PC機(jī)中的測(cè)試技術(shù)應(yīng)用。

5、第二部分：1. 線性系統(tǒng)的定義和基本性質(zhì)。答：當(dāng)系統(tǒng)的輸入x(t)和輸出y(t)之間的關(guān)系可以用常系數(shù)線性微分方程式來(lái)描述時(shí)，則稱該系統(tǒng)為定常線性系統(tǒng)或時(shí)不變線性系統(tǒng)。 any(n)(t)+an-1y(n-1)(t)+.+a1y(1)(t)+a0y(0)(t)=bmx(m)(t)+bm-1x(m-1)(t)+.+b1x(1)(t)+b0x(0)(t)性質(zhì)：1、疊加原理：當(dāng)幾個(gè)輸入同時(shí)作用于線性系統(tǒng)時(shí)，則其響應(yīng)等于各個(gè)輸入單獨(dú)作用于該系統(tǒng)的響應(yīng)之和，即若x1(t)y1(t),x2(t)y2(t)；則x1(t)x2(t)y1(t)y2(t)；2、比例特性：若線性系統(tǒng)的輸入擴(kuò)大到k倍，則其響應(yīng)也將擴(kuò)

6、大到k倍，即對(duì)任意常數(shù)k，必有kx(t)ky(t)；3、微分特性：線性系統(tǒng)對(duì)輸入導(dǎo)數(shù)的響應(yīng)等于對(duì)該輸入響應(yīng)的導(dǎo)數(shù)，即；4、積分特性：若線性系統(tǒng)的初始狀態(tài)為零（即當(dāng)輸入為零時(shí)，其響應(yīng)也為零）。則對(duì)輸入積分的響應(yīng)等于對(duì)該輸入響應(yīng)的積分，即；5、頻率保持性：若線性系統(tǒng)的輸入為某一頻率的簡(jiǎn)諧信號(hào)，則其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)必是同一頻率的簡(jiǎn)諧信號(hào)。2. 測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性的定義。答：測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置的輸入輸出信號(hào)不隨時(shí)間而變化，測(cè)試裝置所表現(xiàn)出來(lái)的特性。（1） 非線性度，是指測(cè)試系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系保持常值線性比例關(guān)系的程度。（2） 靈敏度，表征的是測(cè)試系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)變化的一種反應(yīng)能力。若系統(tǒng)的輸入有一個(gè)變化量x，引

7、起輸出產(chǎn)生相應(yīng)的變化量y，則定義靈敏度S為 S=（3） 分辨力是指測(cè)試系統(tǒng)能測(cè)量到的最小輸入量變化的能力，即能引起輸出量變化的最小輸入變化量，用x表示。（4） 回程誤差，測(cè)試裝置在輸入量由小增大和由大減小的測(cè)試過(guò)程中，對(duì)于同一輸入量所得到的兩個(gè)數(shù)值不同的輸入量之間差值最大者為hmax，則定義回程誤差為：回程誤差=（5） 漂移是指測(cè)試系統(tǒng)在輸入不變的情況下，輸出隨時(shí)間而變化的趨勢(shì)。3. 測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的定義和應(yīng)用（求穩(wěn)態(tài)輸出、測(cè)量誤差）。系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性定義。答：測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性是指測(cè)試系統(tǒng)對(duì)輸入的動(dòng)態(tài)信號(hào)隨時(shí)間變化的響應(yīng)特性。求穩(wěn)態(tài)P76(例題3.2)；求測(cè)量誤差（P85不確定）（1

8、） 傳遞函數(shù)，零初始條件下，輸出量和輸入量的拉普拉斯變換之比（2） 頻率響應(yīng)函數(shù)，系統(tǒng)在簡(jiǎn)諧信號(hào)激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)輸出。（3） 脈沖響應(yīng)函數(shù)，若輸入為單位脈沖，即x(t)=(t)時(shí)，X(s)=1。因此，有 H(s)=Y(s) 經(jīng)拉普拉斯變換，有y(t)=h(t)，常稱h（t）為系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)幅頻特性：穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的幅值比與激勵(lì)頻率的關(guān)系；相頻特性：穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的相位差與激勵(lì)頻率的關(guān)系。4. 不失真測(cè)試在時(shí)域和頻域的定義？一階系統(tǒng)不失真的條件。時(shí)域定義：測(cè)試裝置的輸出和輸入滿足關(guān)系，A0、t0均為常數(shù)。表明這個(gè)裝置輸出的波形與輸入波形精確地一致，只是幅值放大了A0倍和時(shí)間上延遲

9、了t0而已。認(rèn)為測(cè)試裝置實(shí)現(xiàn)了不失真測(cè)量。頻域定義：幅頻特性為平行于頻率軸的直線；相頻特性是發(fā)自原點(diǎn)并具有一定斜率的直線，則認(rèn)為測(cè)試裝置實(shí)現(xiàn)了不失真測(cè)量。不失真條件：測(cè)試系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性為A()=A0=常數(shù)；。5. 一階系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算。穩(wěn)態(tài)誤差 = 穩(wěn)態(tài)輸出 - 輸入6. 傳感器的定義、組成和分類。主要傳感器如電阻式應(yīng)變片、電渦流傳感器、差動(dòng)變壓器傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁電式傳感器、霍爾元件、熱電偶等的工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)用。答：1）傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定的規(guī)律將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。由敏感元件、測(cè)量電路和其他輔助元件組成。2）分類：根

10、據(jù)被測(cè)量分為：力、速度、位移、溫度傳感器等；根據(jù)工作原理或信號(hào)轉(zhuǎn)換原理分為：機(jī)械式、電力式、光學(xué)式傳感器；根據(jù)敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系分為：能量轉(zhuǎn)換型、能量控制型；根據(jù)輸出信號(hào)性質(zhì)分為：模擬式、數(shù)字式傳感器；根據(jù)傳感器的功能材料不同分為：半導(dǎo)體、陶瓷、光纖、高分子薄膜傳感器。3）工作原理：電阻式傳感器工作原理：把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種裝置； 電感式傳感器工作原理：把被測(cè)量如位移轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置； 電容式傳感器工作原理：把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種裝置。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可進(jìn)行非接觸式測(cè)量；可用于位移、物位的測(cè)量，借助與彈性原件可用于壓力、壓差、加速度的測(cè)量。差動(dòng)變壓

11、器就是利用互感現(xiàn)象，先將被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換成線圈互感的變化，再轉(zhuǎn)換為互感電動(dòng)勢(shì)。其特點(diǎn)：精確度高（可達(dá)0.1um數(shù)量級(jí)）、靈敏度高、線性范圍大（可擴(kuò)大到+ - 250mm）、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、性能可靠、使用方便；常被用于直線位移測(cè)量；用于動(dòng)態(tài)量測(cè)量時(shí)，其測(cè)量頻率上限受制于傳感器中的機(jī)械結(jié)構(gòu)；借助于彈性元件可以將壓力、重量等物理量轉(zhuǎn)化為位移的變化，故也用于壓力、重量等物理量的測(cè)量。7. 負(fù)載效應(yīng)，及負(fù)載效應(yīng)的分壓電路答：負(fù)載效應(yīng)：在實(shí)際測(cè)量工作中，測(cè)量系統(tǒng)和被測(cè)對(duì)象之間、測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)節(jié)相互連接會(huì)產(chǎn)生相互作用。介入的測(cè)量裝置，構(gòu)成被測(cè)對(duì)象的負(fù)載；后接環(huán)節(jié)成為前面環(huán)節(jié)的負(fù)載。彼此之間存在能量交換和

12、相互影響，以致系統(tǒng)的傳遞函數(shù)不再是各組成環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的疊加或連乘。負(fù)載效應(yīng)的分壓電路：第三部分1.信號(hào)分析的主要方法，信號(hào)處理和分析的目的。方波和三角波的概率密度函數(shù)示意圖。答：信號(hào)分析的主要方法有模擬分析方法和數(shù)字處理分析方法；信號(hào)分析和處理的目的：1）剔除信號(hào)中的噪聲和干擾，即提高信噪比；2） 消除測(cè)量系統(tǒng)誤差，修正畸變的波形；3）強(qiáng)化、突出有用信息，削弱信號(hào)中無(wú)用部分；4）將信號(hào)加工、處理、變換，以便更容易識(shí)別和分析信號(hào)的特征，解釋被測(cè)對(duì)象所表現(xiàn)的各種物理現(xiàn)象。2.周期信號(hào)的幅頻譜和相頻譜的繪圖。周期信號(hào)的頻譜特點(diǎn)和非周期信號(hào)的頻譜特點(diǎn)。 非周期信號(hào)的頻譜具有連續(xù)性和衰減性等特性。3.

13、信號(hào)調(diào)理包括放大、濾波、調(diào)制和解調(diào)。同相放大器的增益、阻抗特性和應(yīng)用。 答：調(diào)理，即處理，包括放大、濾波、調(diào)制和解調(diào)。目的：便于信號(hào)的傳輸與處理剔除信號(hào)中的噪聲和干擾，即提高信噪比（SNR）；消除測(cè)量系統(tǒng)的誤差，修正畸變的波形； 強(qiáng)化、突出有用信息，削弱無(wú)用部分；將信號(hào)加工、處理、變換，以便更容易識(shí)別和分析信號(hào)的特征，解釋被測(cè)對(duì)象所表現(xiàn)的各種物理現(xiàn)象。應(yīng)用：輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點(diǎn)，用做阻抗變換器。4. 電橋的和差特性，各種接法的靈敏度，直流電橋和交流電橋的平衡條件；與懸臂梁振動(dòng)測(cè)試相結(jié)合的分析和設(shè)計(jì)。答：電橋的和差特性是指橋臂阻值變化對(duì)輸出電壓的影響的規(guī)律（相鄰相減，相對(duì)相加）。相鄰橋臂

14、阻值的變化引起的輸出電壓為該兩橋臂各阻值變化產(chǎn)生的輸出電壓之差；相對(duì)兩橋臂阻值的變化所產(chǎn)生的輸出電壓為該兩橋臂各阻值變化產(chǎn)生的輸出電壓之和。1）半橋單臂連接形式 靈敏度2）半橋雙臂連接形式 靈敏度3）全橋連接形式 靈敏度平衡條件：直流電橋平衡條件即相對(duì)兩橋臂阻抗的模的乘積相等。交流電橋平衡的條件即相對(duì)兩橋臂阻抗的模的乘積相等和阻抗角的和相等、Z1Z3=Z2Z4。懸臂梁振動(dòng)測(cè)試的分析和設(shè)計(jì)：本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖所示，四個(gè)金屬箔應(yīng)變片分別貼在彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應(yīng)變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。這些應(yīng)變片將應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，將應(yīng)變片接入直流電橋中，通過(guò)電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)換為

15、電壓變化，進(jìn)而可以通過(guò)測(cè)量電壓的變化測(cè)量應(yīng)變。應(yīng)變片在電橋中有3種基本線路連接，單臂連接（一個(gè)應(yīng)變片）、半橋連接（兩個(gè)臂為應(yīng)變片）、全橋連接（四個(gè)全是應(yīng)變片）。電橋一般采用等臂連接，即應(yīng)變片不受力時(shí)，電橋中的電阻值相同，電橋平衡。不同的連接方式靈敏度不同，輸出電壓與電阻變化及應(yīng)變之間的關(guān)系為：?jiǎn)伪郏喊霕颍喝珮颍河缮鲜隹芍?，全橋靈敏度最高，并且可以補(bǔ)償非待測(cè)載荷應(yīng)力的干擾及溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩?. 調(diào)制的基本概念；調(diào)幅的定義及原理；同步解調(diào)的定義及原理；基于電橋的調(diào)幅電路和同步解調(diào)的理解；包絡(luò)檢波的步驟。答：調(diào)制是指利用某種低頻信號(hào)的幅值來(lái)控制或改變某一高頻振蕩信號(hào)的某個(gè)參數(shù)（幅值、頻率、或相位）的

16、過(guò)程。調(diào)制可分為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相，得到的已調(diào)制的波分別稱為調(diào)幅波、調(diào)頻波、調(diào)相波。調(diào)幅在數(shù)學(xué)上是將一個(gè)高頻的載波與調(diào)制波相乘。調(diào)幅的調(diào)制器其實(shí)就是一個(gè)乘法器。因此，調(diào)幅的過(guò)程在頻域上就相當(dāng)于一個(gè)頻移的過(guò)程。調(diào)幅波的同步調(diào)解：在時(shí)域上是將調(diào)幅波與原載波信號(hào)再次相乘，在頻域上使得調(diào)幅波的頻譜再次頻移。只要用一個(gè)低通濾波器將中心頻率位于2wz處的高頻成分衰減掉，便可以恢復(fù)原信號(hào)的頻譜。從調(diào)幅信號(hào)中將低頻信號(hào)解調(diào)出來(lái)的過(guò)程，就叫做包絡(luò)檢波。也就是說(shuō)，包絡(luò)檢波是幅度檢波。包絡(luò)檢波的步驟：偏置調(diào)幅整流濾波，就可以恢復(fù)調(diào)制波。6. 根據(jù)選頻特性劃分，濾波器的分類；帶通濾波器和帶阻濾波器實(shí)現(xiàn)方式；根據(jù)能量提供

17、方式，模擬濾波器的分類；模擬濾波器的作用；低通濾波器的RC無(wú)源濾波器的電路，結(jié)合一階系統(tǒng)分析其系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)，幅頻特性，截止頻率在幅頻譜、伯德圖、功率譜中的定義方式。答：根據(jù)選頻性劃分模擬濾波器，一般分為低通、高通、帶通、帶阻濾波器。帶通濾波器和帶阻濾波器實(shí)現(xiàn)方式：帶通濾波器使高于下截止頻率而低于上截止頻率的頻率成分幾乎無(wú)衰減地通過(guò)，而其余成分收到極大衰減（低通濾波器與高通濾波器串聯(lián)）；帶阻濾波器于它完全相反，使低于下截止頻率而高于上截止頻率的無(wú)衰減的通過(guò)（低通濾波器與高通濾波器并聯(lián)）。根據(jù)能量提供方式，模擬濾波器的分類：有源濾波器和無(wú)源濾波器。LC無(wú)源濾波器、RC無(wú)源濾波器、特殊元件構(gòu)成的

18、濾波器、RC有源濾波器。模擬濾波器的作用： 1）、濾除噪音和干擾，使有用信號(hào)輸出提高噪聲比，2）、濾除有用信號(hào)中的多余信號(hào)分離出有用的信號(hào)，3）、信號(hào)調(diào)理。濾波器是一種選頻裝置，可使信號(hào)中特定的頻率成分幾乎無(wú)衰減地通過(guò)，而極大地衰減其他頻率成分。7. 模擬濾波器的設(shè)計(jì)步驟；常用的四種模擬濾波器；數(shù)字濾波器的兩種實(shí)現(xiàn)方法。答：模擬濾波器的設(shè)計(jì)步驟包括兩步：第一步，根據(jù)給定的頻率特性要求確定濾波器的傳遞函數(shù)；第二步，實(shí)現(xiàn)該傳遞函數(shù)的實(shí)際電網(wǎng)絡(luò)。常用的四種模擬濾波器：貝塞爾濾波器、巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器。數(shù)字濾波器一般可以用兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種方法是用數(shù)字硬件裝配成一臺(tái)專門的設(shè)備，這種設(shè)備稱為數(shù)字信號(hào)處理機(jī)