简答题
四、简答题(每小题10分，共20分)
1、什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用。（10分）
1、答：测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索型的、论证型的测量过程，也是获取信息的过程。 （1）测量对象
（2）传感器：在测试系统和被测试对象之间建立了一定的连接关系，它直接感受被测量并将其转换成电信号。是测试系统中的关键部件。
（3）中间转换电路（信号调理电路）：作用是将传感器的输出信号 进行传输、放大和转换，使其适合显示、纪录、数据处理。
（4）信号处理单衣：它是以计算机为核心对中间转换电路的输出信号作进一步地处理（如：计算、频谱分析、数据储存等） （5）显示、记录部分：作用是输出测试结果。
2. 说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？
2. 答：相同之处在于：都是将被测量的变化转换为电阻的变化，且dR/R=(1+2H)ε+λEε,其中H为材料的泊桑比，E为材料的弹性模量，(1+2H)ε是由几何尺寸变化引起的阻值变化，λEε是由电阻率的变化引起的阻值变化。
不同的是，电阻应变片是利用导体形变引起的阻值变化，所以dR/R≈(1+2H)ε，S≈1+2H；而半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应使电阻率发生变化引起电阻变化。所以dR/R=λEε，S≈λE。 各自的优点分别为：
电阻丝应变片具有相当高的适应性；半导体应变片的灵敏度高，一般为电阻丝应变片的50-70倍。
四、简答题
1、什么是调制和解调？其作用是什么？（10分）
答：调制：就是使一个信号的某些参数在另一个信号的控制下而发生变化的过程。
解调：从已调制波中恢复出调制信号的过程。 作用：调制的目的：使缓变信号便于放大和输出。 解调的目的：恢复原信号。 2. 选用传感器的基本原则是什么？
答：(1) 灵敏度(2) 响应特性 (3) 线性范围 (4) 稳定性 (5) 精确度 (6) 测量方式等
三、简答题（共30分）
1.信号分析和处理必需遵循的原则有哪几点？（4分）
答：① 各环节的输入量与输出量之间应保持一一对应的关系，并尽量不失真；（2’）
② 尽可能减小或消除各种干扰。（2’） 2.周期信号的频谱具有哪几个特点？（6分） 答：① 周期信号的频谱是离散的。（2’）
② 每条谱线只出现在基波频率的整倍数上，基波频率是各分量频率的公约数。（2’） ③ 各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。工程中常见的周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小的。因此，在频谱分析中没必要取那些次数过高的谐波分量。（2’）
3.现有电阻R1和R2，电感L和电容C，连结成四臂交流电桥，试画出能满足电桥平衡的正确接桥方法，并写出该电桥的平衡条件。（设激励为ui，输出为uo）。（5分） 答：正确的接桥方法如图所示：（3’）
电桥的平衡条件是：
R1R2?jwL?1L?（2’） jwCC4.有人在使用电阻应变片时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。试问，在半桥上各串联一片的情况下，是否可以提高灵敏度？为什么？（5分） 答：不能提高灵敏度。因为半桥双臂时，其输出电压为：
1?R（2’） uo?ui2R2?R?R当量桥臂各串联电阻应变片时，其电阻的相对变化量为（2’） ?2RR即仍然没有发生变化，故灵敏度不变。要提高灵敏度只能将双臂电桥改为全桥连接。这时
uo?ui?R。（1’） R5.什么是调制和解调？为什么要调制？（5分）
答：所谓调制，就是在调制信号（测试信号）的控制下，使载波信号（工作信号）的某些参数（如幅值、频率、相位）发生变化的过程。（2’）解调，就是从已调制波中恢复出调制信号的过程一般的被测量，如力、位移、应变等，经传感器检测变换后，常常是一些缓变的电信号。（1’）经过调制后，采用交流放大，比直接用直流放大，效果好；另外，调制波抗干扰能力强，也便于传输。（2’）
6.在机械工程中常见的有哪些参数的测量？（5分）
答：在机械工程的测试过程中，常见的参数测量有：应力的测量；应变的测量；扭矩的测量、振动信号的测量；声强测量；声发射测量；位移的测量；流量的测量；压力的测量等。（每一种0.5分）
简答
? 为什么通常二阶系统的阻尼比ζ≈0.7左右？
频域：在一定误差范围下，ζ≈0.7时系统可测频带范围宽。时域：ζ≈0.7时，当ω0越大，响应时间越短。
? 何为调制、解调？调制与解调的目的是什么？
调制就是用调制信号控制载波信号，让后者的某一特征参数按前者变化。解调就是从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号。
调制的目的是使缓变信号便于放大和传输。解调的目的是恢复原信号。 ? 简述系统不失真测试的条件（时域和频域）及其物理意义。
时域：y(t)=kx(t-t0)。物理意义：系统的输出波形与输入信号的波形完全相似，保留了原信号的全部特征信息；输出波形与输入信号的波形只是幅值放大了k倍，在时间上延迟了t0。
频域：A(ω)=k=常数，φ(ω)=-ωt0。物理意义：幅频特性在x(t)频谱范围内恒为常数，即输入信号各频率成分幅值通过此系统所乘系数相同，幅频特性有无限宽通频带；相频特性是通过原点向负方向发展并与ω成线性关系的直线，即输入信号中各频率成分相位角通过此系统时成与频率ω成正比的滞后移动，滞后时间都相同。 ? 试说明为什么不能用压电式传感器测量变化比较缓慢的信号？
由于传感器的内阻及后续测量电路输入电阻Ri 非无限大，电路将按指数规律放电，造成测量误差，电荷泄漏使得利用压电传感器测量静态或准静态量非常困难。通常压电传感器适宜作动态测量，动态测量时电荷量可以不断得到补充。 ? 简述测试系统的静态特性指标。
a)灵敏度：若系统的输入x增量△x，引起输出y发生变化△y时，定义灵敏度S为: S=△y/△x
b)线性度：对测试系统输入输出线性关系的一种度量。 c)回程误差：描述系统的输出与输入变化方向有关的特性。 d)重复性：衡量测量结果分散性的指标，即随机误差大小的指标。 e)精度：评定测试系统产生的测量误差大小的指标。
f) 稳定性和漂移：系统在一定工作条件下，当输入量不变时，输出量随时间变化的程度。
g) 分辨力(率)：测试装置分辨输入量微小变化的能力。 h) 可靠性：评定测试装置无故障工作时间长短的指标。
? 分别列举位移、温度、转速测量传感器各一种并简述其原理。
位移传感器：变气隙式自感传感器——电磁感应原理。 温度传感器：热电偶——热电效应。
转速测量传感器：霍尔式转速测量传感器——霍尔效应。 ? 测试系统的基本特性是什么？
静态特性：灵敏度、线性度、回程误差、重复性、精度、稳定性和漂移、分辨力(率)、可靠性等。
动态特性 负载特性 抗干扰特性
? 简述常用温度测试方法及相应传感器原理。
接触式测温法：膨胀式：根据热胀冷缩原理设计，如液体、气体和金属膨胀式温度计；电阻式：根据电阻温度效应设计，如电阻式、半导体温度计；热电偶：根据热电效应设计。
非接触式测温法：基于热辐射效应，如红外式温度计。
? 一阶系统和二阶系统主要涉及哪些动态特性参数？这些动态特性参数的取值对系统性
能有何影响？一般采用怎样的取值原则？
一阶系统：时间常数τ。时间常数τ决定着一阶系统适用的频率范围，τ越小测试系统的动态范围越宽，反之，τ越大则系统的动态范围就越小。为了减小一阶系统的稳态响应动态误差，增大工作频率范围，应尽可能采用时间常数τ小的测试系统。
二阶系统：阻尼比ξ、固有频率ω0。二阶系统幅频特性曲线是否出现峰值取决于系统的阻尼比ξ的大小；当二阶系统的阻尼比ξ不变时，系统固有频率越大，保持动态误差在一定范围内的工作频率范围越宽，反之，工作频率范围越窄。对二阶系统通常推荐采用阻尼比ξ＝0.7 左右，且可用频率在 0~0.6 范围内变化，测试系统可获得较好的动态特性，其幅值误差不超过 5％，同时相频特性接近于直线，即测试系统的动态特性误差较小。 ? 传感器采用差动形式有什么优点？试举例。
1改善非线性。2提高灵敏度。3对电源电压、频率的波动及温度变化等外界影响有补偿作用。4对电磁吸力有一定的补偿作用，从而提高测量的准确性。
? 若调制信号的最高频率为fm，载波频率为f0，那么fm与f0应满足什么关系？原因
何在？
若调制信号为瞬态信号(连续谱，信号最高频率fm)，则调幅波的频谱也是连续谱，位
电工简答题
