工程测试技术

1qa （1）掌握测量信号分析的主要方法，明白波形图、频谱图的含义，具备从示波器、频谱分析仪中读取解读测量信息的能力。

（3）掌握传感器的种类和工作原理，能针对工程问题选用合适的传感器。

（4）掌握温度、压力、位移等常见物理量的测量方法，了解其在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用。

（5）了解计算机测试系统的构成，知晓用计算机测试系统进行测量的方法、步骤和应该注意的问题。 （一）第一章 绪论

主要讲授内容：介绍测试技术在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用情况和测试技术的发展趋势。 教学时数：2

重点与难点：测试技术的概念 思考题或练习题：

1.现代测试技术在现代科学中的地位和作用如何? （二）第二章 信号分析基础

主要讲授内容：包括信号的分类，信号波形分析、频谱分析、相关分析原理与应用。 教学时数：4

重点与难点：信号波形分析和频谱分析 思考题或练习题：

1. 求指数衰减振荡信号的频谱函数

2. 已知信号的傅里叶变换为X(f),求的傅里叶变换 （三）第三章 测试装置的静、动态响应特性

主要讲授内容：介绍测试系统基本组成，测试系统的静态、动态特性，不失真测量的条件。测试系统特性的评定方法。 教学时数：4

重点与难点：重点是测试系统的静态和动态响应参数，难点是测试系统的传递函数和频率响应函数。 思考题或练习题：

1． 用一个时间常数为0.35秒的一阶装置去测量周期分别为1秒、2秒和5秒的正弦信号，问幅值衰减将各是多少？ 2． 一个温度计，其时间常数为秒。若将其从的空气中突然插入到的热水中，问经过15秒后该温度计指示的温度为多少？

（四）第四章 工程中常用传感器的转换原理及应用

主要讲授内容：介绍电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光学传感器、热电式传感器、化学传感器、生物传感器等常用传感器的工作原理和应用。 教学时数：6

重点与难点：重点是各种传感器的原理与应用，难点是生物传感器的原理 思考题或练习题：

1． 光电式传感器在工业应用中主要有哪几种类型？各有何特点？它们可测量哪些物理量？ 2． 何谓生物传感器？试简述一般生物传感器的基本结构及其工作原理。 （五）第五章 信号调理方法

主要讲授内容：包括传感器信号的放大、滤波、调制与解调，等信号调理方法、A/D、D/A转换过程和采样定理，常用的数字信号处理算法。 教学时数：4

重点与难点：重点是电桥电路、调制与解调、滤波过程，难点是调频及A/D转换步骤 思考题或练习题：

1． 简述滤波器在测试工作中的作用。

2． 被转换的模拟电压变化范围为～，要求A/D转换器能分辨5mV的电压，试求A/D转换器要用多少数字位？其转换精度又是多少？

（六）第六章 虚拟仪器及工程应用

主要讲授内容：虚拟仪器的概念信应用，包括虚拟仪器硬件，虚拟仪器软件开发平台及应用和虚拟仪器应用等。 教学时数：2

重点与难点：重点是虚拟仪器的特点，难点是虚拟仪器软件平台开发与应用 思考题或练习题：

1．什么是虚拟仪器？虚拟仪器与传统仪器比较有什么特点？

1、用一个时间常数为0.35秒的一阶装置去测量周期分别为1秒、2秒和5秒的正弦信号，问幅值衰减将各是多少？

2、求周期信号x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t-45°)通过传递函数H(s)=1/0.005s+1的装置后所得到的稳态响应。 1.求周期三角波(书上P42图1-1)的傅里叶级数(三角函数形式和复指数形式),并画出频谱图

填空题 1. 可以用数学关系式或图表精确描述的信号 称为确定性信号。 2.周期信号可分为 谐波信号 和 一般周期信号 两类。

3.周期信号的强度特征常用 峰值、绝对均值、有效值 和 平均功率 来表示。 4.信息技术中比较典型的代表技术有 传感技术、通信技术 和 计算机技术。 5.要实现不失真测试，测试装置的幅频特性为 常数 ，相频特性应为 直线 。 6.表征测试装置的静态响应特性的参数主要有 灵敏度、非线性度、回程误差 7.测试装置的响应特性包括 静态特性 和 动态特性 。

8.描述测试系统的动态响应特性的函数主要有 微分方程、传递函数 和 频率响应函数 9.电容式传感器可分为三种基本类型，即 变极距型、变面积型 和 变介电常数型。 10.传感器按工作原理分可分为 机械式、电气式、辐射式、流体式传感器 等。

11.传感器的选用原则主要考虑 灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面。 12.按被测物理量来分传感器可分为位移、速度、加速度 和 力传感器 等。 13.传感器按输出量的性质不同可分为 模拟式 和 数字式传感器 。

14.滤波器根据频率特性不同可分为 高通滤波 、低通滤波、带通滤波 和 带阻滤波。 15.信号调制时根据可调参数可分为 调幅、调频 和 调相 三种调制形式。 16.直流电桥按联接方式不同可分为半桥单臂、半桥双臂 和 全桥电路 等工况。 17.常用的信号调理环节有 电桥、放大器、滤波器、调制器 和 模数转换器 。 18.将模拟信号转换为数字信号通常分为 采样、量化 和 编码 三个步骤。

19.电桥按桥臂接入的阻抗元件不同则可分为 电阻电桥、电容电桥 和 电感电桥三类 20.DA转换过程分为两个步骤，即 解码 和 低通滤波。

21.一般虚拟仪器系统由 通用计算机、仪器硬件 和 应用软件三要素构成。

选择题 1.电路中鉴频器的作用是（C）

A、使高频电压转变为直流电压 B、使电感量转变为电压量 C、使频率变化转变为电压变化 D、使频率转变为电流 2.下列不是电阻应变片的输入为（D）

A、力 B、应变 C、加速度 D、速度 3.下列传感器可实现非接触测量的是（C）

A、压电式加速度 B、电动式速度 C、电磁式速度 D、电阻式应变 4.交流的动态电阻应变仪中，具有预调平衡的装置是（C）

A、电阻调平衡 B、电容调平衡 C、电阻、电容调平衡 D、标定电桥 5.直流电桥电桥中相邻半桥工况的灵敏度是单臂工况的（B） A、1倍 B、2倍 C、3倍 D、4倍 6.极距变化型电容式传感器，其灵敏度与极距（D）

A成正比 B、平方成正比 C、成反比 D、平方成反比 7.不属于测试系统的静态特性的有（D）

A、灵敏度 B、非线性度 C、回程误差 D、阻尼系数 8.超声波传感器是实现（A）转换的装置

A、声电 B、声光 C、声磁 D、声压 9.描述周期信号的数学工具是（）

A、相关函数 B、傅里叶级数 C、拉普拉斯变换 D、傅里叶变换 10描述非周期信号的数学工具是（C）

A、三角函数 B、拉普拉斯变换 C、傅里叶变换 D、傅里叶级数 11.将时域信号进行时移，则频域信号将会（D）

A、扩展 B、压缩 C、不变 D、仅有相移 12.测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为（D ） A、精度 B、灵敏度 C、精密度 D、分辨力 13.描述传感器静态特性的指标有（B ）

A幅频特性 B线性度 C稳定时间 D动态范围

14.不失真测量除要求测量系统幅频特性是常值外，其相频特性要求满足（A ） A相移与频率成正比 B常值相移 C任意相移 D无特殊要求 15.二阶系统中引入合适的阻尼率的目的是（C ）

A使得系统输出值稳定 B使系统不共振 C获得较好的幅频、相频特性 D获得好的灵敏度 16.液柱式温度计系统是（B ）系统

A零阶 B一阶 C二阶 D高阶 17.半导体应变片是根据（D）原理工作的。

A电阻应变效应 B压电效应 C热阻效应 D压阻效应

18.金属丝应变片在测量某一构件的应变时，其电阻的相对变化主要由（B）引起的。

A贴片位置的温度变化 B电阻丝几何尺寸的变化 C电阻材料的电阻率的变化 D供桥电源的变化 19.滤波器的-3dB频率指输出信号幅值为输入信号幅值的（C ）时所对应的截止频率。 A1.414 B1 C0.707 D0.5 20.电阻应变片的输入为（ABC ）

A力 B应变 C加速度 D速度 21.二阶系统的动态特性参数是（AD）

A固有频率 B线性度 C时间常数 D阻尼比 23.一般而言,测试装置的灵敏度愈高,则(AC)

A动态特性越好 B动态特性越差 C测量范围越窄 D测量范围越宽 24.以下哪些系统为二阶系统（BC）

A液柱式温度计 Bm-c-k系统CRL C振荡电路 D简单RC低通滤波电路 25.测试系统的动态响应特性一般可由（ABC）数学模型来描述 A微分方程 B传递函数 C频率响应函数 D回程误差 26.属于测试系统的静态特性的有（AC）

A灵敏度 B传递函数 C回程误差 D阻尼比

27.D/A转换过程通常包括以下（AD）步骤

A低通滤波 B量化 C编码 D解码 28.A/D转换器主要技术指标有（ABC）

A分辨力 B转换精度 C转换速度 D品质因数 29.常用的滤波器类型有（ABCD）

A低通滤波器 B高通滤波器 C带通滤波器 D带阻滤波器 30.超声波传感器是实现（A）转换的装置

A声电 B、声光 C、声磁 D、声压

31.直流电桥电桥中相邻半桥工况的灵敏度是单臂工况的（B） A 1倍 B、2倍 C、3倍 D、4倍 32.不属于测试系统的静态特性的有（D）

A、灵敏度 B、非线性度 C、回程误差 D、阻尼系数 33.描述周期信号的数学工具是（B）

A相关函数 B、傅里叶级数 C、拉普拉斯变换 D、傅里叶变换 34.描述非周期信号的数学工具是（C）

A、三角函数 B、拉普拉斯变换 C、傅里叶变换 D、傅里叶级数

判断题 1、凡频谱是离散的信号必然是周期信号。 F

2、任何周期信号都由频率不同，但成整倍数比的离散的谐波叠加而成。 T 3、周期信号的频谱是离散的，非周期信号的频谱也是离散的。 F 4、各态历经过程随机过程是平稳随机过程。 T 5、非周期性变化的信号就是随机信号。 F

6、信号在时域上波形有变化，必然引起频谱的相应的变化。 F

7、测量小应变时,应选用灵敏度高的金属丝应变片,测量大应变时,应选灵敏度低的半导体应变片。 F 8、传感器的灵敏度与量程成反比 T

9、能量转换型传感器直接消耗被测对象的输入能量,因而必然造成被子测对象的变化而产生测量误差 F 10、物性型传感器是利用敏感元件本身物理性质的变化来实现信号变换的 T 11、为提高测量精度,传感器的灵敏度越高越好 F 12、传感器的线性范围越宽,表明其工作量程越大 T

13、压电式加速度传感器由于产生的静电荷，且本身内阻很大，故不能用普通电表测量。 T 14、变间隙式电容或电感传感器，只要满足△d≤d0的条件，则灵敏度就可视为常数。 F

15、采用差动式变压器电感传感器做位移测量时，根据其输出就能辨别被测位移的方向的正负性。 F 16、磁电式及压电式传感器特别适合测量动态量。 T

17、一线性系统不满足\不失真测试\条件,若用它传输一个1000Hz的单一频率的正弦信号,则必然导致输出波形失真18、在线性不变系统中,当初始条件为零时,系统输出量与输入量之比的拉普拉斯变换称为该系统的传递函数 F 19、当输入信号x(t)一定时,系统的输出y(t)将完全取决于传递函数H(s),而与系统的物理模型无关 T 20、传递函数相同的各种装置,其动态特性均相同 T

F