传感器简答题及答案

1.用频域描述分析设备故障有何突出优点？答：频域描述反映了信号的频率组成及其幅值。2.信号调理阶段的放大滤波、调制。解调的作用分别是什么？什么是采样定理？采样频率是不是越高越好？放大：提高传感器输出的电压、电流和电荷信号使其的幅值和功率可以进行后续的处理。调制：将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大。解调：从放大器的输出信号中提取放大的缓变信号。滤波：使信号中特定的频率成分用过而极大地衰减其他频率成分。3.在设备故障诊断时，为什么要对测试信号进行频域分析？频域分析法只要是对信号的频率结构进行分析，确定信号是由哪些成分所组成，以及这些频率成分幅值的大小。通过对故障特征频率及故障特征频率幅值的分析，就可以准确地对设备的故障情况进行诊断。4.什么是功率信号？什么是能量信号？什么是随机信号？什么是模拟信号？什么是数字信号？功率信号：若信号在区间（-∞，+∞）的能量是无限的。即dttx)(2，但它在有限区间（tt，2t）的平均功率是有限的，即dttxtttt)(121212这种信号称功率信号。能量信号：当满足时，认为信号的能量是有限的，称为能量有限信号，简称能量信号。随机信号：是一种不能准确预测且未来瞬时值，也无法用数学关系式来描述的信号。模拟信号：在所讨论的时间间隔内，对任意时间值，除第一类间断点外都可以给出确定的函数的信号。数字信号：时间离散而幅值量化，称为数字信号（幅值和时间上都离散的信号）。5.试述信号的幅值谱与系统的幅频特性之间的区别。信号的幅值谱表征信号的幅值随频率的分布情况，幅值特性指方法电路的电压放大倍数与频率的关系。前者描述信号各频率分量得幅度后者是系统对输入各频率分量得幅度怎么样变化。6.周期信号的频谱图有何特点？其傅里叶级数三角函数展开式与复指数函数展开式的频谱有何特点？（1）1.离散性2.谐波性3.收敛性。（2）周期信号的傅里叶级数三角函数展开式频率谱是位于频率右侧的离散谱，谱线间隔为整数个ω。复指函数是展开式的频谱其实频谱总是偶对称的其虚频谱总是奇对称的。7.已知某周期信号的傅立叶级数展开式为00()25-5sint+20cos(2t+/2)xt，试求该周期信号的均值，并画出该信号的频谱图。由已知得均值为25。2/2cos202/cos52500tttx当ω=0时25nA0n当0时5nA2n当0220nA2/n8.试说明信号的均值、方差、均方值的物理含义。并写出三者间的联系式。均值表示集合平均值或数学期望，表达了信号变化的中心趋势，方差反映了信号围绕均值的波动程度，信号的波动量。均方值在电信号中表示有效值。三者关系ψx2=δx2+μx29.什么是测试？机械工程测试的主要任务是什么？用方框图表示计算机测试系统的一般组成及各部分作用①测试是人们从客观事物中提取所需信息，借以认识客观事物，并掌握其客观规律的一种科学方法。②机械工程测试的主要任务是⑴提供被测对象的质量依据⑵提供机械工程设计、制造研究所需的信息。③10.什么是系统的动态特性？系统动态特性的数学模型有几种？要使系统有较好的动态特性，对一阶系统和二阶系统的动态特性参数有何要求？①描述测试系统动态测量是的输入与输出之间的函数关系的方程，图形，参数称为测量系统的动态特征。②数学模型有：时间域，复数域，频率域。③一阶系统的动态特性取决于时间常数T，T越小越好，较小时间常数可以加快响应过程，二阶系统的动态特征是固有频率ωn和阻尼比ξ。11.简要回答以下概念：(1)回程误差；(2)线性度；(3)灵敏度⑴回程误差：在相同测试条件下全量程范围内的最大迟滞差值hmax与坐标满量程输出A的比值的百分率，回程误差=hmax/A*100%⑵线性度：定度曲线接近拟合直线的程度，在系统标称输出范围内，世界输出对拟合直线的最大偏差△lmax与满量程输出A的比值的百分率。⑶灵敏度：测试系统在静态测量师输出和输入的变化量之比的极限值。12.频率响应函数、幅频特性和相频特性的物理意义分别是什么？画出测试系统满足不失真测试条件时的幅频特性曲线和相频特性曲线？图略①频率响应函数：以xwtjextx40作为输入作用于测试系统，将系统的稳态输出y（t）与x（t）之比的定义为测试系统的频率响应函数。②幅频特性反应测试系统对输入信号频率分量的幅值缩放能力③相频特性反映出测试系统对输入信号的ω频率分量的侧相位的移动程度。13.线性定常系统有哪些基本特性？说明叠加(线性)特性和频率保持性在测量？①线性定常系统的基本特性有⑴线性特性⑵时不变特性⑶微分特性⑷积分特性⑸频率保持特性②叠加特性在分析线性系统在多输入同时作用下的总输出时，可以将多输入分解成许多单独的输入分量，先分析各分量单独作用于系统所引起的输出然后将各分量单独作用的输出叠加起来便可得到系统的总输出③频率保持特性：可分辨是否有外界干扰或系统内部的噪声对系统影响。14.什么是能量转换型传感器？什么是能量控制型传感器？试举例说明。在信息变换过程中，需要外电源供给能量的传感器称为能量传感器，如电阻，电容，电感传感器，在信息传递变换过程中不需要外电源供给能量，由能量变换元件构成的传感器称为能量转换型传感器。如压电式，热电光电式传感器。15接触法测温和非接触法测温各有什么特点？接触法测温时温度敏感元件与被测物体相接处，经过热交换后两者温度相等。非接触法测温，温度敏感元件通过辐射能量进行热交换，由于辐射能的大小来推算被测物体的温度。16.差动型可变磁阻式电感传感器在使用时，常把两个线圈接在一个电桥中，这样做有什么好处？请画出电感电桥的接线图。差动型可变点感传感器线性更好，测量精度以及另名都高，外界影响小。17什么是压电效应？压电式传感器的后接电荷放大器有何特点？压电效应指对某些晶体来说当在他们上面加上一定的压力，就能使这些晶体表面带电，从而在晶体内部产生一定的电场的效应。电荷放大器的特点：将电荷变换为其正比的电压，将高输出阻抗变为低输出阻抗将机械量转变成与其成正比的微电荷Q，而且输出阻抗Ra极高。18.简述光电式转速仪的工作原理？并画出测试原理图。光电式转速仪通过安装在被测周上的多孔圆盘，来控制照于光电元件光通量的强弱，从而产生于被测轴转速成比例的电脉冲信号，经整形放大电路和数字式频率计即可显示出相应的转速值。19.简述金属电阻应变片和半导体应变片的工作原理有何不同?金属导体或半导体在外力作用下产生机械变形而引起导体或半导体的电阻值发生变化，金属电阻应变电阻效应，主要以结构尺寸变化为主，即形变效应。而半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。20.简述两类扭矩的测量原理，并举例说明相应的扭矩传感器。①磁电感应原理：即轴上的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通随之变化一次，线圈中便产生了感应电势，按比原理制成的传感测扭器。有磁电式扭矩传感器。②用过李勇金属应变量与其电阻变化量成正比原理制成的金属应变器也可以测扭矩，如电阻应变式扭矩传感器。21.滤波器的作用是什么？试画出低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器、的幅频特性曲线？并在图中准确标出截止频率，指明它们的通带范围。22.调制的目的是什么？解调的目的是什么？什么是幅度调制？画出幅度调制与解调过程的方框图。调制的目的：解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。解调的目的：恢复被调制的信号。幅度调制:将一个高频正弦信号与测试信号相乘使载波信号随测试信号的变化而变化。缓变信号通过调制高频交流信号通过放大放大后的交流信号通过解调解调后的缓变信号23.应变片和固定电阻作为桥臂元件，试画出单臂电桥、半桥和全桥的工作电路？其输出各有什么不同？FF()a()b1R2R4R3R24什么是电桥的和差特性？如何利用电桥和差特性来进行温度补偿和消除非线性误差？通过相邻边两桥臂电阻变化是各自引起的输电压相加，因此在电阻变化时其他电阻可以平衡电阻由外界引起的误差。25已知信号x(t)为矩形信号，其时域表达式如图所示，试求信号x(0.5t)的傅里叶变换。解：)2(sin2)()2(2)5.0/(*|5.0|/15.011fTcTfxfXfXx)4(sin4)2(211fTcTfx26.应变电桥测量力F，如图所示，电阻应变片1R、2R、3R、4R已分别粘在试件上。分别画出（a）和（b）两种情况的电桥连接图（要求既能测出力F，又能进行温度补偿可接固定电阻），并进行必要的说明。27.由RC组成无源低通滤波器，已知R=500(Ω)，C=10(μF)，试求：（1）求截止频率0f，并画出该滤波器的幅频示意图。（2）设输入信号()0.2cos(125.6/4)xtt，判断该信号是否在该滤波器的通频带内。(1)f0=1/(2πRc)=30Hz(2)f=ω/(2π)=20Hzf0该信号在通频带的。28.某一阶线性系统的频率响应函数为1()21Hj，输入信号()2sin2txt，求系统输出信号)(ty的频率、)(tx)(tyCR幅值和相位H(ω)=1/(2jω+1)=1/(1+42)-2jω/(1+42)且ω=1/2A（ω）=2222222241/1)41/(4)]41/(1[)()(QP=1/245)1()2()](/)([)(arcarcPQarc所以Ay=Ax·A（ω）=1.414（根号2）因为线性系统，所以y（t）=1.414sin（t/2-45°）频率不变。1.周期信号频谱的特点，离散性，谐波性，收敛性。2.模/数转换（A/D）过程的顺序是采样，量化，编码。时域信号的特征值是，均值，均方值，方差。3.信号的频谱函数可表示为幅值频谱和相位频谱；系统的频率响应函数可表示为幅频特性和相频特性。4.在数字信号处理过程中，频混是由于不满足采样定理引起的，泄露是由于信号的加窗截断引起的。5.信号的均值描述信号的中心变化趋势，均方值描述信号的平均功率，方差描述信号的波动量。6.A/D转换是将模拟信号转换成数字信号的装置。模拟信号是指时间和幅值都具有连续特性的信号。7.时间常数τ是反映一阶系统动态特征重要参数,描述二阶系统动态特性参数是固有频率ωn和阻尼比ζ8.干扰形成需要三个条件：干扰源，干扰的耦合通道和干扰的被接受通道。9.线性系统最需要的特性就是线性特性，时不变特性和微分积分特性，频率保持特性。10.从狭义上讲，传感器的作用是用来实现由非电信号到电信号的转换。11.通常传感器由敏感元件，转换元件，转换电路等三部分组成，是能把外界物理量或化学量转换成电信号的器件和装置。物性型传感器的最大特点是其性能随材料的不同而不同。12.要形成涡流必须具备两个条件。金属导体和变化磁场或导体作切割磁感线运动。13.电容式传感器可分为变极距型，变面积型，变介电常数型三种14.属于能量控制行传感器有电阻式传感器，电容式传感器等，属于能量转换型的传感器有光电式、热电式传感器等15.压电式传感器的前置放大器有两种形式：电压放大器和电荷放大器。其中，后接电荷放大器时，可不受连接电缆长度限制。16.交流电桥各桥臂的复阻抗分别为z1，z2，z3，z4，各阻抗的相角分别为1234、、、，其平衡条件应为Z1*Z2=Z3*Z4和423117.电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除非线性误差，同时还能起到温度补偿的作用18.、温度误差的线路补偿法是利用电桥的差动连接实现的19.、在测试装置中，从调制信号的方法来看，当用12kHZ的交流信号作为电桥的激励电压时，其作用在于生成调幅波20.测试系统应包括被测对象、试验装置、测量装置、数据处理装置、显示记录装置等五个部分21.测试装置输出信号的拉氏变换和输入信号的拉氏变换之比称为装置的_传递函数_。22.测试装置输出信号的付里叶变换和输入信号的付里叶变换之比称为装置的_频率响应函数_23.由信息与信号的关系可知，信号是信息的载体，信息是信号的本质24.传递函数别为5.05.35.1s和2224.14