.PAGE.第二章信號(hào)描述及其分析【2-1】描述周期信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)可采用什么數(shù)學(xué)工具?如何進(jìn)行描述?周期信號(hào)是否可以進(jìn)行傅里葉變換?為什么?參考答案：一般采用傅里葉級(jí)數(shù)展開式。根據(jù)具體情況可選擇采用傅里葉級(jí)數(shù)三角函數(shù)展開式和傅里葉級(jí)數(shù)復(fù)指數(shù)函數(shù)展開式兩種形式。不考慮周期信號(hào)的奇偶性,周期信號(hào)通過傅里葉級(jí)數(shù)三角函數(shù)展開可表示為: () 式中，為信號(hào)周期,為信號(hào)角頻率,。 圖為信號(hào)的幅頻圖,圖為信號(hào)的相頻圖。 周期信號(hào)通過傅里葉級(jí)數(shù)復(fù)指數(shù)函數(shù)展開式可表示為: 是一個(gè)復(fù)數(shù),可表示為: 圖為信號(hào)的幅頻圖,圖稱為信號(hào)的相頻圖。 ▲不可直接進(jìn)行傅里葉變換,因?yàn)橹芷谛盘?hào)不具備絕對(duì)可積條件。但可間接進(jìn)行傅里葉變換。參見書中第25頁“正弦和余弦信號(hào)的頻譜”。【2-2】求指數(shù)函數(shù)的頻譜。參考答案：由非周期信號(hào)的傅里葉變換，，得 由此得到，幅頻譜為： 相頻譜為：【2-3】求周期三角波（圖2-5a）的傅里葉級(jí)數(shù)（復(fù)指數(shù)函數(shù)形式）參考答案：周期三角波為： 則 積分得 即 又因?yàn)橹芷谌遣榕己瘮?shù)，則，所以 所以，周期三角波傅里葉級(jí)數(shù)復(fù)指數(shù)形式展開式為： 【2-4】求圖2-15所示有限長(zhǎng)余弦信號(hào)的頻譜。設(shè) 參考答案：方法一 方法二：對(duì)于上面所給的有限長(zhǎng)余弦信號(hào)，其實(shí)也就是用一個(gè)窗寬為的窗函數(shù)把無限長(zhǎng)的余弦信號(hào)截?cái)嗨玫降模窗褵o限長(zhǎng)余弦信號(hào)與窗函數(shù)相乘，此時(shí)所需的窗函數(shù)為：。由傅里葉變換的性質(zhì)可知，時(shí)域內(nèi)相乘，對(duì)應(yīng)在頻域內(nèi)相卷積，即。已知，余弦信號(hào)的傅里葉變換是函數(shù)，由函數(shù)的性質(zhì)，意味著把的圖像搬移到圖像的位置。【2-5】當(dāng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)時(shí)遇到那些問題？應(yīng)該怎樣解決？參考答案：遇到的問題：1）采樣間隔與頻率混疊；2）采樣長(zhǎng)度與頻率分辨率；3）量化與量化誤差；4）頻譜泄漏與窗函數(shù)。 參見課本第26～29頁。第三章測(cè)試系統(tǒng)的基本特性【3-1】測(cè)試裝置的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有哪那些？它們對(duì)裝置性能有何影響？參考答案：主要有：線性度，靈敏度，和回程誤差。線性度主要影響系統(tǒng)的測(cè)試精度，靈敏度主要影響系統(tǒng)的分辨力，而回程誤差主要引起系統(tǒng)的滯后誤差。【3-2】什么叫一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)？它們的傳遞函數(shù)，頻率響應(yīng)函數(shù)以及幅頻和相頻表達(dá)式是什么？參考答案：（1）能夠用一階微分方程描述的系統(tǒng)為一階系統(tǒng)。其傳遞函數(shù)為： 為系統(tǒng)靈敏度 頻率響應(yīng)函數(shù)為： 幅頻特性： 相頻特性：（2）能夠用用二階微分方程描述的系統(tǒng)為二階系統(tǒng)。其傳遞函數(shù)為： 頻率響應(yīng)函數(shù)為： 幅頻特性： 相頻特性為：【3-3】求周期信號(hào)通過傳遞函數(shù)為的裝置后得到的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)？參考答案：信號(hào)可分解為兩個(gè)信號(hào)和。分別求出這兩個(gè)信號(hào)通過裝置的響應(yīng)，再相加，就是信號(hào)的響應(yīng)。 的角頻率，而，則 的角頻率，同理得 所以信號(hào)經(jīng)過一階裝置的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為： 【3-4】一氣象氣球攜帶一種時(shí)間常數(shù)為15s的一階溫度計(jì)，并以5m/s的上升速度通過大氣層。設(shè)溫度隨所處的高度按每升高30m下降的規(guī)律變化，氣球溫度和高度的數(shù)據(jù)用無線電傳回地面。在3000m處所記錄的溫度為。試問實(shí)際出現(xiàn)的真實(shí)高度是多少？參考答案：設(shè)實(shí)際出現(xiàn)的真實(shí)高度為,則溫度計(jì)的輸入為 已知一階溫度計(jì)的傳遞函數(shù)，故有 取拉氏逆變換當(dāng)，，，。 設(shè)實(shí)際出現(xiàn)的真實(shí)高度為，從輸入到穩(wěn)態(tài)輸出需要一定的過渡時(shí)間，一般響應(yīng)已達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的98%以上，調(diào)整時(shí)間，此題溫度計(jì)調(diào)整時(shí)間，則在時(shí)，氣球的真實(shí)高度H=3000-（60*5）=2700米。【3-5】某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)階躍信號(hào)作用在該傳感器時(shí)，在時(shí)，輸出；時(shí)，輸出；在時(shí)，輸出，試求該傳感器的時(shí)間常數(shù)。參考答案：階躍信號(hào)可表示為 階躍信號(hào)通過一階系統(tǒng)，其輸出的拉氏變換為 取拉氏逆變換，，由題意代入數(shù)據(jù)得到 時(shí)間常數(shù)【3-6】求信號(hào),通過一階系統(tǒng)后的輸出。設(shè)該系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)，系統(tǒng)的靈敏度為。參考答案：信號(hào)可分解為三個(gè)信號(hào)， ，， 分別求出三個(gè)周期信號(hào)的幅頻和相頻響應(yīng)，即 ＝21.9，＝， ＝11.1，， ＝6.06，所以穩(wěn)態(tài)輸出為： 【3-7】某測(cè)試系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)為，試求該系統(tǒng)對(duì)正弦輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。參考答案：該測(cè)試系統(tǒng)可看成一個(gè)一階系統(tǒng)和一個(gè)二階系統(tǒng)串聯(lián)而成。 一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)，其中，； 二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)，其中，，。 對(duì)一階系統(tǒng)：， 對(duì)于二階系統(tǒng)： 所以穩(wěn)態(tài)輸出為： 【3-8】單位階躍信號(hào)作用于一個(gè)二階裝置之后，測(cè)得其響應(yīng)中產(chǎn)生了數(shù)值為2.25的第一個(gè)超調(diào)量峰值。同時(shí)測(cè)得其衰減振蕩周期為3.14s。已知該裝置的靜態(tài)增益為5，試求該裝置的傳遞函數(shù)和該裝置在無阻尼固有頻率處的頻率響應(yīng)。參考答案：已知超調(diào)量，由，得阻尼比，又因?yàn)樗p振蕩周期，則由公式，得由公式，得系統(tǒng)的固有頻率已知靜態(tài)增益為5，即，所以該裝置的傳遞函數(shù)為： 當(dāng)無阻尼，即時(shí)，由，得，代入頻響公式即可。【3-9】設(shè)某力傳感器可作為二階振蕩系統(tǒng)處理。已知傳感器的固有頻率為1000Hz，阻尼比，問使用該傳感器作頻率為500Hz的正弦力測(cè)試時(shí)，其幅值比和相角差各為多少？若該裝置的阻尼比可改為，問和又將作何種變化？參考答案：由題意知：，，信號(hào) 由，得 由，得 同理，當(dāng)?shù)茫?-10】如何理解信號(hào)不失真測(cè)試的條件？若要求輸入信號(hào)通過系統(tǒng)后反相位，則系統(tǒng)有何要求？參考答案：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試可用其幅頻特性和相頻特性簡(jiǎn)單表示為： 這表明：1）系統(tǒng)的幅頻特性，即靈敏度，在量程范圍內(nèi)要求為常數(shù)。任何非線性度、回程誤差、漂移的存在，都會(huì)引起測(cè)試波形的失真。2）相頻特性為輸入信號(hào)頻率的線性函數(shù)，即不失真測(cè)試有一定的頻率范圍。3）當(dāng)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)有實(shí)時(shí)要求（即）時(shí)，上式變?yōu)? 要求信號(hào)通過系統(tǒng)后反相位，則幅頻特性和相頻特性應(yīng)為第四章常用傳感器原理及應(yīng)用【4-1】金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？應(yīng)如何根據(jù)具體情況選用？參考答案： 金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)，即當(dāng)金屬絲在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化。電阻絲的靈敏度較低（1.7～3.6），但是穩(wěn)定性較好，一般用于測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合。 半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于壓阻效應(yīng)，即半導(dǎo)體單晶材料在沿某一方向受到外力作用時(shí)，電阻率會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。半導(dǎo)體應(yīng)變片的最大優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高（金屬電阻應(yīng)變片的50～70倍），另外，還有橫向效應(yīng)和機(jī)械滯后小、體積小等特點(diǎn)。但是溫度穩(wěn)定性差，在較大應(yīng)變下，靈敏度非線形誤差大，在具體使用時(shí)，一般需要采用溫度補(bǔ)償和非線性補(bǔ)償。【4-2】有一電阻應(yīng)變片，其，靈敏度K=2，設(shè)工作時(shí)的應(yīng)變?yōu)椋瑔柸魧⒋藨?yīng)變片連接成圖4-26所示電路，試求1）無應(yīng)變時(shí)電流表示值；2）有應(yīng)變時(shí)電流表示值；3）電流表指示值的相對(duì)變化量；4）試分析這個(gè)變化量能否從電流表中讀出？參考答案： 由公式,得 1）當(dāng)無應(yīng)變時(shí)，由公式 2）有應(yīng)變時(shí)由公式 3）電流表指示值相對(duì)變化量 4）因?yàn)殡娏鞯南鄬?duì)變化很小，所以不能直接從電流表中讀出電流的相對(duì)變化，可以運(yùn)用電橋電路將電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯淖兓贉y(cè)量。【4-3】許多傳感器采用差動(dòng)形式，差動(dòng)傳感器有何優(yōu)點(diǎn)？參考答案：參見書中第60頁 采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，除了可以改善非線性，提高靈敏度，對(duì)電源電壓及溫度變化等外界影響也有補(bǔ)償作用。【4-4】一電容式傳感器，其圓形極板半徑，初工作間隙，若工作時(shí)極板間隙的變化量，電容變化量是多少？（）參考答案： 由公式,得 代入數(shù)據(jù)，得【4-5】何為壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？常用的壓電材料有那些？參考答案：參見書中第65頁 某些材料當(dāng)沿著一定的方向受力時(shí)，不但產(chǎn)生機(jī)械變形，而且內(nèi)部極化，表面有電荷出現(xiàn)；當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。相反，在某些材料的方向的施加電場(chǎng)，材料會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)去掉電場(chǎng)后，變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。 常用的壓電材料有三類：壓電單晶、壓電陶瓷和新型壓電材料。【4-6】壓電式傳感器的測(cè)量電路為什么常用電荷放大器？參考答案：參見書中第67－68頁 由于壓電式傳感器輸出的電荷量很小，而且由于壓電元件本身的內(nèi)阻很大，這樣就造成了輸出信號(hào)（電壓或電流）很微弱，所以要先把輸出信號(hào)輸入到高輸入阻抗的前置放大器，經(jīng)過阻抗變換后，再進(jìn)行其他處理。……但輸出受到連接電纜對(duì)地電容的影響，故常采用電荷放大器。【4-7】何為霍爾效應(yīng)？其物理本質(zhì)是什么？參考答案：參見書中第68頁 如下圖所示，將導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)B中，如果在a、b端通以電流I，則在斷就會(huì)出現(xiàn)電位差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場(chǎng)中受到洛侖茲力作用的結(jié)果。如下圖，假設(shè)導(dǎo)體為N型半導(dǎo)體薄片，那么半導(dǎo)體中的載流子（電子）將沿著與電流方向相反的方向運(yùn)動(dòng)，由于洛侖茲力的作用，電子將偏向d一側(cè)，形成電子積累，與它對(duì)立的側(cè)面由于減少了電子的濃度而出現(xiàn)正電荷，在兩側(cè)就形成了一個(gè)電場(chǎng)。當(dāng)電場(chǎng)力與洛侖茲力的作用相等時(shí)，電子偏移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，形成霍爾電勢(shì)。【4-8】分別用光電元件和霍爾元件設(shè)計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置，并說明其原理。參考答案： 1）用霍爾元件測(cè)轉(zhuǎn)速示意圖 2）用光電元件測(cè)轉(zhuǎn)速示意圖將一個(gè)打有均勻空的鋁盤（孔越多測(cè)量精度越高）固定在電動(dòng)機(jī)的同速軸上，兩邊固定發(fā)光二極管和光電晶體管。當(dāng)鋁盤的實(shí)體部分擋在紅外光發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時(shí)，傳感器將會(huì)輸出一個(gè)低電平，而當(dāng)鋁盤孔在發(fā)光二極管和光敏晶體管之間時(shí)則輸出為高電平，從而形成一個(gè)脈沖。當(dāng)鋁盤隨著軸旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，傳感器將向外輸出若干個(gè)脈沖，把這些脈沖通過一系列的測(cè)量電路即可算出電動(dòng)機(jī)即時(shí)的轉(zhuǎn)速。第五章信號(hào)的變換與處理【5-1】在材料為鋼的實(shí)心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片金屬電阻應(yīng)變片和，接入電橋。若應(yīng)變片的阻值R=120，靈敏度K=2，鋼的泊松比=0.285，橋壓，當(dāng)應(yīng)變片受到的應(yīng)變?yōu)?000時(shí)，求電橋的輸出電壓。參考答案：由題意可知，電阻應(yīng)變片的阻值變化為：注意：應(yīng)變是無量綱的量，由于其值很小，在應(yīng)變測(cè)量中常用微應(yīng)變表示，。電阻應(yīng)變片的阻值變化為： 應(yīng)變片形成的電橋?yàn)榘霕螂p臂電橋，所以【5-2】什么是濾波器的分辨力？與那些因素有關(guān)？參考答案：上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬,或－3dB帶寬。帶寬決定著濾波器分離信號(hào)中相鄰頻率成分的能力——頻率分辨力。通常用品質(zhì)因數(shù)描述帶通濾波器的品質(zhì),,為中心頻率，為濾波器帶寬。例如一個(gè)中心頻率為500Hz的濾波器,若其中-3dB帶寬為10Hz,則稱其值為50。值越大，表明濾波器頻率分辨力越高。【5-3】分別設(shè)計(jì)一個(gè)截止頻率為1kHz二階有源低通濾波器和一個(gè)截止頻率為100Hz的二階有源高通濾波器。參考答案：（略）【5-4】調(diào)幅波是否可以看成是調(diào)制信號(hào)與載波的疊加？為什么？參考答案： 不可以。調(diào)幅是將載波與調(diào)制信號(hào)相乘，使載波信號(hào)的幅值隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化。調(diào)幅過程相當(dāng)于頻譜平移過程。時(shí)域相乘對(duì)應(yīng)頻域卷積。【5-5】說明相敏檢波器的作用和基本原理。參考答案：參見課本第92頁 作用：（1）若偏置電壓未能使信號(hào)電壓都在零線一側(cè)，則可用相敏檢波恢復(fù)原信號(hào)。（2）判別信號(hào)的極性。原理：交變信號(hào)在其過零線時(shí)符號(hào)（+、-）發(fā)生突變，調(diào)幅波的相位與載波比較也相應(yīng)地發(fā)生1800的跳變。利用載波信號(hào)與之相比，便既能反映出原信號(hào)的幅值又能反映其極性。詳見書中的圖釋。第六章隨機(jī)信號(hào)分析【6-1】概率密度函數(shù)的物理意義是什么？它和均值、均方值有何聯(lián)系？參考答案：概率密度函數(shù)表示隨機(jī)信號(hào)的幅值落在指定區(qū)間內(nèi)的概率。不同的隨機(jī)信號(hào)的概率密度函數(shù)圖形不同，可借此來辨別信號(hào)的性質(zhì)。均值描述信號(hào)的常值分量。均方值反映信號(hào)的強(qiáng)度，即平均功率。概率密度函數(shù)以為對(duì)稱軸對(duì)稱，并在處取得最大值。【6-2】自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)在工程上有何應(yīng)用？舉例說明。參考答案： 自相關(guān)函數(shù)可判斷信號(hào)的隨機(jī)程度、區(qū)別信號(hào)類型、判斷噪聲是寬帶還是窄帶。互相關(guān)函數(shù)可識(shí)別、提取含有噪聲成分的信號(hào)從而消除噪聲干擾。在測(cè)試技術(shù)中，互相關(guān)技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。如：測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的速度、測(cè)定深埋地下的輸液管道裂損位置、查找振動(dòng)源.【6-3】已知一個(gè)隨機(jī)信號(hào)的自功率譜密度函數(shù)為，將其輸入到頻率響應(yīng)函數(shù)為的系統(tǒng)中，試求該系統(tǒng)的輸出信號(hào)的自功率譜密度函數(shù)，以及輸入、輸出函數(shù)的互功率譜密度函數(shù)。參考答案：

第七章機(jī)械位移測(cè)量【7-1】哪些類型的傳感器適合于100㎜以上的大量程位移測(cè)量？參考答案：電位器式位移傳感器適合100mm以上位移的測(cè)量，此外，光柵、磁柵、感應(yīng)同步器也可測(cè)量大位移。【7-2】變極距電容傳感器的線性范圍如何、它適合高精度微小位移測(cè)量否？還有哪些類型的傳感器適合高精度微小位移測(cè)量？參考答案：線性范圍較小，適合高精度微小測(cè)量，測(cè)量范圍。還有光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、霍爾式微量位移傳感器和激光位移傳感器適合高精度微小測(cè)量。【7-3】數(shù)字式位移傳感器有哪些種類？闡述其各自的工作原理？參考答案：光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、軸角編碼器是常見的數(shù)字位移傳感器。光柵位移傳感器是利用莫爾條紋的移動(dòng)來測(cè)量光柵移動(dòng)的大小和方向。磁柵是一種有磁化信息的標(biāo)尺．它是在非磁性體的平整表面上鍍一層磁性薄膜，并用錄制磁頭沿長(zhǎng)度方向按一定的節(jié)距λ錄上磁性刻度線而構(gòu)成的，因此又把磁柵稱為磁尺。磁柵的種類可分為單面型直線磁柵、同軸型直線磁柵和旋轉(zhuǎn)型磁柵等。感應(yīng)同步器是利用電磁感應(yīng)原理把位移量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的傳感器。軸角編碼器是測(cè)量軸角位置和位移的一種數(shù)字式傳感器。有兩種類型：絕對(duì)式編碼器、增量式編碼器。【7-4】采用四細(xì)分技術(shù)的增量式軸角編碼器，參數(shù)為2048p/r，與螺距為2mm的絲杠相連接。實(shí)測(cè)軸角編碼器在1s的時(shí)間內(nèi)輸出了411648個(gè)脈沖，請(qǐng)計(jì)算絲杠轉(zhuǎn)過的圈數(shù)、與之配合的螺母移動(dòng)的直線位移及螺母移動(dòng)的平均速度。【7-5】有一差動(dòng)電容傳感器，動(dòng)極板處于中間位置時(shí)兩個(gè)電容器的電容均為20pF，正弦激勵(lì)源的電壓峰-峰值為12V、頻率為15kHz，請(qǐng)完成：（1）設(shè)計(jì)一個(gè)電橋電路，具有電壓輸出的最大靈敏度；（2）計(jì)算傳感器以外兩個(gè)橋臂的匹配阻抗值；（3）傳感器電容變化量為1pF時(shí)，橋路的輸出電壓為多少？第八章振動(dòng)的測(cè)量【8-1】何謂相對(duì)式測(cè)振傳感器？何謂慣性式測(cè)振傳感器？它們之間有什么不同？參考答案：相對(duì)式測(cè)振傳感器是選定相對(duì)不動(dòng)點(diǎn)為參考點(diǎn)，測(cè)量被測(cè)物體相對(duì)于該參考點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。即將傳感器殼體固定在相對(duì)靜止的物體上，作為參考點(diǎn)，傳感器活動(dòng)部分與被測(cè)物體連接或通過彈簧壓緊在被測(cè)物體上。測(cè)振時(shí)，把兩者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)直接記錄在記錄紙上或轉(zhuǎn)換成電量輸給測(cè)振儀。慣性式測(cè)振傳感器由質(zhì)量塊、彈簧和阻尼器組成。測(cè)振時(shí)整個(gè)傳感器固定安裝在被測(cè)物體上，由于慣性力、彈簧力及阻尼力的綜合作用，使質(zhì)量塊對(duì)傳感器殼體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來反映被測(cè)物體振動(dòng)參數(shù)的變化。相對(duì)式傳感器用于測(cè)量結(jié)構(gòu)上兩部件間的相對(duì)振動(dòng)。慣性式位移傳感器用于測(cè)量被測(cè)物體相對(duì)于地球慣性坐標(biāo)系的絕對(duì)振動(dòng)。【8-2】要使慣性式位移傳感器、慣性式速度傳感器和慣性式加速度傳感器的輸出量能夠準(zhǔn)確的反映被測(cè)物體的振動(dòng)參數(shù)，它們各應(yīng)該滿足什么條件？參考答案：慣性式位移傳感器的響應(yīng)條件：（1）幅值不失真的條件是/>>1，即傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)低于被測(cè)物體振動(dòng)的下限頻率。（2）選擇適當(dāng)?shù)淖枘幔种?=1處的共振峰，使幅頻特性平坦部分?jǐn)U展，從而擴(kuò)大傳感器可測(cè)的下限頻率。（3）降低傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率，擴(kuò)展傳感器可測(cè)量振動(dòng)的下限頻率。慣性式速度傳感器的響應(yīng)條件與慣性式位移傳感器的響應(yīng)條件相同。慣性式加速度傳感器的響應(yīng)條件：（1）幅值不失真的條件是/<<1，即傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)高于被測(cè)物體振動(dòng)的上限頻率。（2）選擇適當(dāng)?shù)淖枘幔梢愿纳?的共振峰處的幅頻特性，從而擴(kuò)大傳感器可測(cè)的上限頻率。（3）提高傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率，擴(kuò)展傳感器可測(cè)量振動(dòng)的上限頻率。【8-3】已知某應(yīng)變式加速度傳感器的阻尼比=0.7，當(dāng)<n時(shí)，傳感器的相頻特性可近似的表示為：()-0.5(/n)；設(shè)輸入信號(hào)是一個(gè)由多個(gè)諧波組成的周期信號(hào)：x(t)=，當(dāng)該信號(hào)經(jīng)過應(yīng)變式加速度傳感器時(shí)，其響應(yīng)為y(t)=,式中n為整數(shù)，試證明輸出波形有沒有相位失真？【8-4】用某慣性式位移傳感器測(cè)量振動(dòng)時(shí)，若要求其測(cè)量誤差不超過2﹪，問其可測(cè)頻率范圍有多大（取=0.6）?【8-5】根據(jù)磁電式慣性速度傳感器的結(jié)構(gòu)，說明為了擴(kuò)展可測(cè)下限頻率，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取了哪些措施？參考答案：為了擴(kuò)展被測(cè)頻率的下限，應(yīng)盡量降低慣性式速度傳感器的固有頻率，即加大慣性質(zhì)量、減小彈簧的軸向剛度。【8-6】壓電式加速度傳感器是否能夠測(cè)量常值加速度？為什么？參考答案：不能。因?yàn)閴弘娛郊铀俣葌鞲衅魇腔谀撤N晶體材料的壓電效應(yīng)而制成的慣性傳感器。傳感器受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力隨之變化，當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí)，這個(gè)力的變化與被測(cè)振動(dòng)的加速度成正比。由于壓電效應(yīng)，在壓電元件中便產(chǎn)生了與被測(cè)加速度成正比的電荷量。常值加速度下力不變化，不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。第九章應(yīng)變、力和扭矩的測(cè)量【9-1】一簡(jiǎn)單拉伸試件上貼有兩片電阻應(yīng)變片，一片沿軸向，一片與之垂直，分別接入電橋相鄰兩臂。已知試件彈性模量，泊松比，應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2，供橋電壓，若測(cè)得電橋輸出電壓，求試件上的軸向應(yīng)力為多少？參考答案： ，又軸向應(yīng)力，所以將已知量代入得：【9-2】以單臂工作為例，說明電橋?qū)崿F(xiàn)溫度補(bǔ)償必須符合哪些條件？參考答案： 電橋?qū)崿F(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)臈l件是：兩只參數(shù)完全相同的應(yīng)變片，貼在相同材料的試件上，放在相同的溫度場(chǎng)中，接在相鄰橋臂，則電橋輸出可以補(bǔ)償這兩只應(yīng)變片由于溫度變化產(chǎn)生的電阻變化。【9-3】為了測(cè)量某軸所承受的扭矩，在其某截面的圓周上沿軸向方向貼了兩個(gè)電阻應(yīng)變片，組成半橋。已知軸徑，彈性模量，泊松比。若由靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)得讀數(shù)為，求該軸所受的扭矩大小？參考答案： 設(shè)扭矩為，則，其中=0.2，，將已知量代入得 ，即【9-4】一構(gòu)件受拉彎綜合作用，試設(shè)計(jì)如何貼片組橋才能進(jìn)行下述測(cè)試：（1）只測(cè)彎矩，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償，消除拉力的影響；（2）只測(cè)拉力，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償，消除彎矩的影響。【9-5】試述轉(zhuǎn)軸扭矩測(cè)量的原理和方法。參考答案 轉(zhuǎn)軸扭矩測(cè)量方法基本分為兩大類，一是通過測(cè)量由剪應(yīng)力引起的應(yīng)變進(jìn)而達(dá)到測(cè)量扭矩的目的；二是通過測(cè)量沿軸向相鄰兩截面間的相對(duì)轉(zhuǎn)角而達(dá)到測(cè)量扭矩的目的。【9-6】有一扭矩標(biāo)定小軸，其軸徑d=30mm，彈性模量，泊松比，加載力臂L=1000mm。若用靜態(tài)應(yīng)變儀全橋測(cè)其應(yīng)力，，若加載50N時(shí)，靜態(tài)應(yīng)變儀讀數(shù)為多少？用同種材料直徑D=300mm的軸進(jìn)行實(shí)測(cè)，測(cè)試條件與標(biāo)定完全相同，問當(dāng)應(yīng)變儀讀數(shù)與上面標(biāo)定相同時(shí)，實(shí)測(cè)軸所受的扭矩是多少？參考答案 設(shè)扭矩為，則，其中，=0.2，全橋，所以靜變儀的讀數(shù)為，解得=240若D=300mm，則，所以=N.m第十章溫度測(cè)量【10-1】當(dāng)熱電偶的參考端溫度不為C時(shí)，應(yīng)怎樣測(cè)量溫度？舉例說明。參考答案： 若參考端溫度不為C時(shí)，可按中間溫度定律公式計(jì)算：式中，為中間溫度。【10-2】分別說明熱電偶、金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻的特點(diǎn)和用途。參考答案： 熱電偶——具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精確度高、熱慣性小、測(cè)量范圍寬等特點(diǎn)，是應(yīng)用最廣泛的一種測(cè)溫元件。 半導(dǎo)體熱敏電阻——主要優(yōu)點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)大、靈敏度高、分辨率高，而且體積小、熱慣性小、響應(yīng)速度快，主要缺點(diǎn)是非線性嚴(yán)重，因而精確度較低，在使用時(shí)一般需經(jīng)過線性化處理。 金屬熱電阻——金屬熱電阻具有精確度高、穩(wěn)定性好、性能可靠等特點(diǎn)。第十一章壓力和流量的測(cè)量【11-1】說明力平衡式壓力變送器的工作原理。【11-2】利用彈簧管作為壓力敏感元件，試設(shè)計(jì)一個(gè)霍爾式壓力變送器。【11-3】流量主要有哪些測(cè)量方法？【11-4】電磁流量計(jì)有哪些特點(diǎn)？參考答案11-1力平衡式壓力變送器采用力矩平衡原理，將彈性元件測(cè)壓產(chǎn)生的集中力與輸出電流經(jīng)反饋裝置產(chǎn)生的反饋力通過杠桿形成力矩平衡，這時(shí)的輸出電流值反映了被測(cè)壓力值。11-3流量的測(cè)量方法主要有：（1）容積法用容積法制成的流量計(jì)相當(dāng)于一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)容積的容器，連續(xù)不斷的對(duì)流體進(jìn)行度量。容積式流量計(jì)有橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)等。（2）速度法屬于這一類的有差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、超聲波流量計(jì)。（3）質(zhì)量流量法這種方法是測(cè)量與流體質(zhì)量有關(guān)的物理量，從而直接得到質(zhì)量流量，具有被測(cè)流量不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等變化影響的優(yōu)點(diǎn)。11-4電磁流量計(jì)的主要特有：（1）精度高，可達(dá)。（2）不受被測(cè)流體的壓力、溫度、密度、粘度等變化的影響。（3）不僅可以測(cè)量單相的導(dǎo)電性液體的流量，而且可以測(cè)量液固兩相介質(zhì)，還可以測(cè)量高溫、腐蝕性流體。（4）測(cè)量管內(nèi)沒有突出物，內(nèi)壁光滑，因此被測(cè)流體流過時(shí)，幾乎沒有壓力損失。（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，沒有可動(dòng)部件，壽命長(zhǎng)。第十二章計(jì)算機(jī)控制測(cè)試系統(tǒng)【12-1】計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟有哪些？【12-2】計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有哪些功能部分組成？【12-3】什么是虛擬儀器？虛擬儀器是怎樣組成的？【12-4】計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般有哪幾種地線？有幾種主要的接地方式？【12-5】對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的因素有哪些？如何進(jìn)行干擾抑制？【12-6】計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中通常采用哪些可靠技術(shù)？參考答案12-1計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：（一）確定信號(hào)的特