汽车测试基础复习大纲
第1章 绪论
1. 测量与测试含义是否是一样？ 2. 测试系统原理框图 第2章 信号分析
1.信号一般有哪几种分类方法？各分为哪几类？请简要说明。 2.周期信号和非周期信号的频谱图各有什么特点？
3.简要说明随机信号的主要特征参数以及它们的数学表达式。 第3章 测试装置 1.测试系统的基本构成。
2.测量装置有哪些静态特性指标；何谓测试系统的动态特性？ 3.测试系统的传递函数。
4.测试系统的频响函数定义及其物理意义。 5.简述不失真测量的基本条件。
6.对于二阶装置，设计时为何要取阻尼比ζ=0.6～0.8？ 第4章 常用传感器及其测量电路
1.常用传感器的分类,以及每种传感器的基本工作原理、结构、测量电路与使用特点，并举例加以说明。
2.传感器的选用原则。传感器的灵敏度与精确度越高越好么，为什么？ 3.哪些传感器可以用作小位移传感器？ 4.差动式传感器的特点及应用范围。
5.磁电式(光电式)传感器的类型及在汽车测试中的典型应用实例。
6.电感传感器(自感型)的灵敏度与哪些因素有关，要提高灵敏度可采取那些措施？采取这些措施会带来什么后果？
7. 电容传感器、电感传感器、电阻应变片传感器的测量电路有何异同？
8.电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何根据具体情况选用？
9.何谓霍尔效应？其物理本质是什么？用霍尔元件可测量那些物理量？请举出三个例子说明？
10.什么叫电涡流效应？概述电涡流式传感器的基本结构与工作原理。
11. 以变气隙式自感传感器位移为例，分析、比较传感器差动与非差动式的灵敏度。
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12.有一批涡轮机叶片，需要检测是否有裂纹，请列举出两种以上方法，并简述所用传感器工作原理。
13.设计利用霍尔元件测量转速的装置，并说明其原理。 第5章 信号处理
1.什么是调制和解调，调制和解调的作用是什么? 2.交流电桥可作为哪些传感器的测量电路?
3.常用的调幅（调频）电路有哪些?相应的解调电路是什么?
4.低通、高通、带通及带阻滤波器各有什么特点?它们的频率特性函数的关系是什么，画出它们的理想幅频特性图?
5.试用一阶RC低通滤波器和RC高通滤波器构成RC带阻滤波器，画出其电路图。 6.调幅波是否可以看做是载波与调制信号的叠加，为什么？ 7．什么是滤波器的品质因数？它与滤波器频率分辨力有何关系？ 8.调频信号与调幅信号有何相同之处？有何不同之处？ 第6章 测量误差分析
1.什么是误差，简要说明误差的来源；相对误差和绝对误差如何定义。 2.简要说明系统误差的分类，如何消除。 3. 间接测量的结果应如何分析误差。 第7章 静态、动态测试数据处理 1.简述动态测试数据的分类。
2. 回归分析想解决的问题是什么？依据是什么？
重要知识点：
实验中拉压应力测试系统：
拉力传感器、电桥盒、电桥、振荡器、放大器、相敏检波器、滤波器、转换和显示电路、A/D转换、信号分析
应变片?R/R?K? 微应变 供桥电压
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电阻应变片及其相关计算 灵敏度及其计算 前置放大器，电荷放大器 电桥及接法及其灵敏度关系 电容传感器、压电传感器 半导体应变片、磁电式传感器 传感器选用原则
复习题集
一、判断题
1.动态应变仪的标定电桥的输出电压是采用半桥接法工作的。（ × ） 2.传感器的作用是用来实现由非电量到电量的转换。（ √ ）
3.利用桥式电位差计测量热电偶的热电势时要消耗热电偶的能量。（ × ） 4.漂移是由测试装置内部的温度变化和元器件性能的不稳定造成的 （ √ ） 5.传递函数表征了一个系统的传递特性，它与输入量和初始条件有关 （ × ）
6.一低通滤波器与一高通滤波器串联即组成带阻滤波器，并联即组成带通滤波器 （ × ） 7.对于一阶测试装置，其时间常数越小，输出的响应速度就越快。（ √）
8.调频是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的是等幅波，但其振荡频率偏移量和信号电压成正比 （ √ ） 9.惯性式压电加速度传感器的输出电荷正比于质量块的加速度。（× ） 10.金属电阻应变片是利用压阻效应进行工作的。（ × ） 二 、填空题
1.测试装置的灵敏度是该标定曲线的__斜率______.
2.直流电桥中_全桥__接法的灵敏度最高。
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3.交流电桥的平衡条件是相对桥臂阻抗幅值的_乘积__相等，且相对桥臂阻抗的相角之和相等。
4.半导体应变片的工作原理是基于_压阻_效应。
5、典型的测试系统基本由三方面够成，即信号的传感部分 、信号的调理 和信号的显示 。 6、实际测试装置的静态特性主要指标是：重复性 、灵敏度 、线性度 和回程误差。 7、根据滤波器的选频作用可将滤波器分为四类：低通 、高通 、带通 和带阻 。
8、测量误差可分为粗大误差 、随机误差 、和 系统误差 三种，其中前者一般通过真正仔细地测试是可以避免的。
9、A/D转换器是将___模拟___信号转换成__数字__信号的装置。
10、传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过其 测量范围 的能力。 三 、单项选择题
1.下列传感器可实现非接触测量的是（ C ）传感器。
A.压电式加速度 B.电动式速度 C.电磁式速度 D.电阻应变式 2.压电式传感器是属于（ B）型传感器。 A 参量型 B 发电型 C 电感型 D 电容型
3.表示测量装置的静态输入与输出之间关系的实验曲线称为（ B ） A.理论直线 B.标定曲线 C.理论标定曲线 D.幅频曲线
4.要使装置的输出波形形状不失真，须使该输出波形的各正弦分量的相位滞后（ D ） A.相等 B.与角频率成反比 C.与角频率无关 D.与角频率成正比
5.使用数字频率计测量信号时，在（ A ）情况下测周法比测频法合理。 A.被测信号频率很低 B.被测信号频率很高 C.被测信号频率变化较大 D.被测信号频率恒定 6.低通滤波器的作用是（ D ）。
A 滤除低频信号 B 交流变直流C 直流变交流 D 滤除高频信号
7.压电式传感器是高阻抗传感器，要求前置放大器的输入阻抗（ C ）。
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A 不变B 很低C 很大D 随意
8.当电阻应变片式传感器拉伸时，该传感器电阻（ A ） A 变大 B 变小 C 不变 D 不定
9.为了能从调幅波中很好地恢复出原被测信号，常用（ C ）作为解调器。 A 鉴相器 B 鉴频器C 整流器D 变压器
10.当U形管压差计的a端连通被测气体，b端连通大气压，若a端液面高于b端，高度差为h，
则该h代表 （ B ） A.被测气体的真空度 B.被测气体的真空度或负表压 C.被测气体的绝对压 D.被测气体的表压 四、简答题
1、电桥的作用是什么？其有什么特性？特性的具体应用有哪些？
答: 电桥的作用是将传感器转换元件的输出的电参量的变化转换为电压量的变化。其具有和差特性，即只有相对两臂有相同方向的变化量，相邻两臂有不同的方向的变化量，才能使输出电压有最大值。利用和差特性可以补偿温度和时间带来的误差。 2、简述传感器选用原则。
1灵敏度。传感器的灵敏度越高，可以感知越小的变化量，即被测量稍有微小变化时，传感器即答:○
有较大的输出。但灵敏度越高，会减小传感器的测量范围。
2频率响应特性。传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。但实际传感器的响应○
总有一延时，但延时越短越好。
○3稳定性。传感器的稳定性是经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。
4精确度。○传感器的精确度表示传感器的输出与被测量的对应程度。因为传感器处于测试系统
的输入端，因此，传感器能否真实地反映被测量，对整个测试系统具有直接影响。
5测量方法。传感器在实际测试条件下的工作方式，也是选用传感器时应考虑的重要因素。因为测○
量条件不同对传感器要求也不同。
6线形范围。传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成比例关系。线性范围愈○
宽，则表明传感器的工作量程愈大。为了保证测量的精确度，传感器必须在线性区域内工作。
3、选用合适的非接触式传感器测量发动机曲轴的转速，画出传感器布置示意图并说明其测量原理。
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答：霍尔传感器，结合下图指出霍尔效应：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂
直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。（2分）
图（1分）
绘出如下传感器布置示意图并说明其测量原理。（3分）
或者：
或者：
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电涡流传感器：结合下图阐述涡流效应，
绘出如下传感器布置示意图并说明其测量原理
1为金属齿盘，2为电涡流传感器。 或者：光电传感器测量转速
或者
n=f/N指出式中n——转速；f——脉冲频率；N——圆盘开孔数。 第 7 页 共 25 页
指出1为光源，2为光电元件
或者为反射式光电元件
五 、计算题
1、用一个一阶系统作100Hz正弦信号测量。如果要求限制振幅误差在5%以内，则时间常数?应取多少？（10分）
A????11?????2??1?5%?
??2?f?2???100Hz?628rad/s
??0.000523
2、 已知变磁通式转速传感器输出电动势的频率f=72Hz，测量齿盘的齿数Z=36，求： （1）被测轴的转速是每分钟多少转？ （5分）
（2）在上述情况下，如果计数装置的读数误差为±1个数字，其最大转速误差是多少？（5分） 解：（1）n?60f60?72??120(转/分） Z3611转=±转故其最大转Z36（2）频率计的计数装置读数误差为±1个数字，对应的角位移为±速误差为±
1（转/分） 36一、单项选择题
1.压电式传感器是属于（B ）型传感器。
A 参量型 B 发电型 C 电感型 D 电容型 2.低通滤波器的作用是（B ）。
A 滤除低频信号 B 滤除高频信号 C 直流变交流 D 交流变直流 3.当电阻应变片式传感器拉伸时，该传感器电阻（ A）。 A 变大 B 变小 C 不变 D 不定
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4. 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
5.一个相邻双臂工作的测力电桥，如果将两工作臂的一个应变片均改为两个应变片串联，则电桥的输出电压（C ）。
A. 加大一倍 B. 减小一倍 C. 不变 D. 加大两倍
6. 若电阻应变片的输入信号为正弦波，则以该应变片为工作臂的直流测量用桥的输出是（C ）。 A. 直流信号 B. 正弦波 C. 调幅波 D. 脉动波 7. 交流电桥的桥臂依次是Z1 Z2 Z3 Z4,其平衡条件是（D）。
A. Z1Z2=Z3Z4 B. |Z1||Z3|?|Z2||Z4| C.Z1Z3=Z2Z4 D. Z1Z3?Z2Z4 8.用电涡流传感器探测金属零件表面裂纹，则电涡流传感器是( D )式的。 A. 互感和高频反射 B. 自感和低频投射
C. 互感和低频投射 D. 自感和高频反射
9.要使装置的输出波形形状不失真，须使该输出波形的各正弦分量的相位滞后（D） A.相等 B.与角频率成反比 C.与角频率无关 D.与角频率成正比 10. 电容式传感器是将被测量的变化转换成[ A]变化一种传感器 A.电容量 B.电感量 C.介电常数 D.距离 二、判断题
１．所有周期信号都是功率信号。(√ )
２．电阻应变式传感器只用于测定结构的应力或应变。（ × ） ３．频响函数反映了系统响应的稳态过程。（√ ） 4．直流信号具有无限的频谱。（ × ）
5．半桥联接中要求两个桥臂阻值变化大小相等，极性相反。（√） 6．压电式传感器不一定要配接前置放大器。（× ）
7．若传感器的灵敏度为常数，则表明该传感器的输出、输入关系为线性关系。（×） 8．在数字信号处理过程中，量化误差大小与A/D转换器的位数无关。（×） 9．变间歇式差动变压器是一种电容式传感器。（× ）
???????? 10．随机信号是确定性信号。（×）
三、填空题
1．一个完整的测试系统应包括：传感器、 信息调节器 以及显示及储存装置 。 2．传感器包括 敏感元件 和辅助元件两部分。
3. 系统实现动态测试不失真的频率响应特性满足幅频特性为常数 ， 相频特性为线性关系 或 相频特性为零时，幅频特性仍为常数 。
4．测量结果通常可用 数字 、 图形 和 经验公式 三种方式表达，其中经验公式 便于用数学分析方法进一步进行理论研究。
5．电桥是将 电阻，电容，电感 等参数的变化转换为 电流或电压 输出的一种测量电路。 6．测试技术包含了__测量技术___和_试验技术_两方面内容。 四．问答题
1.何谓电桥灵敏度，其影响因素是什么？不同电桥接法，其电桥灵敏度可为多少？
答：电桥的灵敏度是输出电压与电桥的输入的比值。其影响因素有电桥工作臂的多少有
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关，铁丝与桥源的高低有关。
全桥的灵敏度S=1时，半桥为0.5S，单臂电桥为0.25S。
2.为什么许多传感器多做成差动式？试述本书中那些传感器常采用差动式接法。
1）差动式接法的优点是可以提高传感器灵敏度1倍，大大减少由环境温度变化、电源电压波动和非线性引起的误差
2）采用差动式接法的常用传感器有：电容传感器、电感传感器
3.画出实际带通滤波器的幅频特性，并给出描述实际滤波器性能的基本参数。
主要参数有波动幅度、截止频率、带宽B、品质因数（Q值）、倍频程选择性。
(1)波动幅度d 一般2/0Ad??。 (2)截止频率 fc1,fc2
(3)带宽B和品质因数Q值 带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力——频率分辨力， B=fc2-fc1,Q=0f/B
(4)倍频程选择性 在两截止频率外侧实际滤波器有一个过渡带。幅频特性衰减的快慢由这个过渡带的幅频曲线倾斜程度表示，它决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力。 五．计算题
１、用一阶测量仪器测量100Hz的正弦信号，如果要求振幅的测量误差小于5%，问仪器的时间常 数T的取值范围。若用该仪器测50Hz的正弦信号，相应的振幅误差和相位滞后是多少？ 解：（1）A????11?????2??1?5%?
??2?f?2???100Hz?628rad/s
??0.000523
(2) 若f?50Hz
??2?f?2???50Hz?314rad/s
A????11?????2?11?(0.000523?314)2?0.987
1?0.987?0.0113?1.13%
?(?)??arctan????arctan(0.000523?314)?-9.13°
2、试推导直流电桥的平衡条件R1R2=R3R4。 答案P62
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3、一压电式压力传感器的灵敏度S1＝90 Pc/Mpa，和一台灵敏度S2＝0.005V/ Pc 的电荷放大器连接，电荷放大器的输出又接入一台灵敏度S3＝20mm/V 的光线记录仪上记录。试绘出该测试系统的框图并计算其总的灵敏度S。
一、判断题
1、所有周期信号都是功率信号。(√)
2、若传感器的灵敏度为常数，则表明该传感器的输出、输入关系为线性关系。（ × ） 3、在数字信号处理过程中，量化误差大小与A/D转换器的位数无关。（ × ） 4、变面积型电容传感器的灵敏度不为常数。（ × ）
5、在直流电桥中，只要满足任意两相邻桥臂的阻值之乘积等于另外两相邻桥臂阻值的乘积， 则电桥一定处于平衡。（ × ）
6、涡流传感器分为高频透射式和低频反射式两种类型。（ × ）
7、若电阻应变片的输入信号为正弦波，则以该应变片为工作臂的交流测量用桥的输出是调幅波。（ √ ）
8、随机信号是确定性信号。（ × ）
9、传递函数不仅反映了系统的稳态过程，还反映了系统响应的过渡过程。（√）
10、.为保证采样后信号能真实保留模拟信号信息，信号采样频率至少与原信号中最高频率相等。（ × ）
二 、填空题
1、典型的测试系统基本由三方面够成，即信号的传感部分 、信号的调理 和信号的显示 。 2、实际测试装置的静态特性指标主要以：重复性 、灵敏度 、线性度 和回程误差 。 3、根据滤波器的选频作用可将滤波器分为四类：低通 、高通 、带通 和带阻 。
4、测量误差可分为 粗大误差 、随机误差 、和 系统误差 三种，其中前者一般通过真正仔细地测试是可以避免的。
5、电桥是将 电参量 等参数的变化转换为 电压量 输出的一种测量电路。
三 、简答题
1、电桥的作用是什么？其有什么特性？特性的具体应用有那些？
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答: 电桥的作用是将传感器转换元件的输出的电参量的变化转换为电压量的变化。其具有和差特性，即只有相对两臂有相同方向的变化量，相邻两臂有不同的方向的变化量，才能使输出电压有最大值。利用和差特性可以补偿温度和时间带来的误差。 2、简述传感器选用原则。
1灵敏度。传感器的灵敏度越高，可以感知越小的变化量，即被测量稍有微小变化时，传感器即答:○
有较大的输出。但灵敏度越高，会减小传感器的测量范围。
2频率响应特性。传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。但实际传感器的响应○
总有一延时，但延时越短越好。
○3稳定性。传感器的稳定性是经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。
4精确度。○传感器的精确度表示传感器的输出与被测量的对应程度。因为传感器处于测试系统
的输入端，因此，传感器能否真实地反映被测量，对整个测试系统具有直接影响。
5测量方法。传感器在实际测试条件下的工作方式，也是选用传感器时应考虑的重要因素。因为测○
量条件不同对传感器要求也不同。
6线形范围。传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成比例关系。线性范围愈○
宽，则表明传感器的工作量程愈大。为了保证测量的精确度，传感器必须在线性区域内工作。 3、 图 1为某一测试装置的幅频、相频特性，当输入信号为x1(t)?A1sin?1t?A2sin?2t时，输出信号不失真；当输入信号为x2(t)?A1sin?1t?A4sin?4t时，输出信号失真。上述说法正确吗？
图1
答:由测试系统的不失真的条件应当是常数，相频特性应当是线性关系。从图中我们可以看出，此系统的幅频特性不完全是一个常数，相频特性不完全是线形关系。所以当输入信号为x1(t)?A1sin?1t?A2sin?2t时，当此系统是线形系统，则输出信号不会失真，当输入信号为
x2(t)?A1sin?1t?A4sin?4t时，输出信号失真。但是当系统不是线形系统，则不一定当输入
信号为x1(t)?A1sin?1t?A2sin?2t时，输出信号不失真。因此这种说法不正确。 4、何谓回归分析的核心思想？回归分析需要解决的问题是什么？
答:回归分析的核心思想是最小二乘法原理。通过回归分析解决三个问题：一是确定经验公式的函数类型；二是确定函数中的各参数值；三是对经验公式的精确度作出评价。
四 、计算题
1、用一个一阶系统作100Hz正弦信号测量。(1)如果要求限制振幅误差在5%以内，则时间常数?应
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取多少？(2)若用具有该时间常数的同一系统作50Hz信号的测试，此时的振幅误差和相角差各是多少？
解：（1）A????11?????2??1?5%?
??2?f?2???100Hz?628rad/s
??0.000523
(2) 若f?50Hz
??2?f?2???50Hz?314rad/s
A????11?????2?11?(0.000523?314)2?0.987
1?0.987?0.0113?1.13%
?(?)??arctan????arctan(0.000523?314)?-9.13°
2、以阻值100Ω，灵敏度k=4的电阻应变片与阻值为120Ω的固定电阻组成电路，供桥电压为2V，在下图测试中应变片R1、R2的应变分别为+2000、-3000微应变。试求：（10分）
1）．R1,R2应变片电阻变化； 2）．仅由弯矩引起的输出电压多大？ 3）．仅由力引起的输出电压多大？
力F R1 力F
由?R/R?K?可得：
弯矩M R2 弯矩M ?R1?R1K?1?100?4?2000?10?6?8? ?R2?R2K?2?100?4?3000?10?6?12?
仅由弯矩引起的输出电压
Usc?0.25UsrK??0.25?2?4?1000?10?6?2mV
仅由力引起的输出电压
5srK??0.2?5?2?410?001?0mV Usc?0.2U 2?6
五 、综合题
1、解释下面拉力测试系统的每一部份的作用，并画出信号变换图。
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拉力传感器 电桥盒 动态电阻应变仪 A/D板 微机 拉力传感器的主要作用是利用电阻应变片式传感器来将拉力改变应变片的形变而引起其电阻的变化。
电桥盒的作用主要是将两电阻应变片连入电桥，形成半桥来将其电阻的变化转化为电压的变化。 图1是动态电阻应变仪原理框图，主要由电桥、振荡器、放大器、相敏检波器、滤波器、转换和显示电路组成。
A/D板主要是将输入的模拟信号转化为数字信号，使其能输入微机。 最后我们利用微机来采集数据并且对输入信号进行分析。
图1应变仪原理框图
一、选择题
1、表示随机信号中动态分量的统计常数是（ c ）。
a.均方值； b.均值； c.均方差； d.概率密度函数 2、既能检波又能检相的电路称为（c）。
a.桥式整流电路； b.相位鉴频电路； c.相敏检波器； d.直流放大器 3、磁感应测速传感器中的速度线圈之所以用两个线圈串联而成，其作用主要为（d） a.提高传感器的灵敏度及改善线性； b. 提高传感器的灵敏度及改善频响特性； c.改善传感器的频响特性及补偿永久磁铁在线圈铁心垂直方向上的微小跳动对感应电动势的影响； d. 提高传感器的灵敏度及补偿永久磁铁在线圈铁心垂直方向上的微小跳动对感应电动势的影响； 4、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
5、要测量x(t)=50Sin40πt+10Sin2000πt的振动位移信号，为了尽量减少失真，应采用（b ）的惯性加速度计。
a. fn=15Hz、β=0.707; b. fn=1000Hz、β=0.707 ; c. fn=50Hz、β=0.04 ;
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d. fn=1000Hz、β=0.04
6、在光作用下，使物体的内部产生定向电动势的现象，称（a ）效应。 a.内光电； b.外光电； c.热电； d.阻挡层光电 7、用方程法求解回归直线时，误差最小的方法是（b ）。
a.图解法； b.最小二乘法； c.分值法； d.端点连线法
8、半导体电阻应变片在测量某一构件应变时，其电阻的相对变化主要是由（a ）引起。
a.半导体电阻率的变化；b.半导体几何尺寸的变化；c.贴片位置的温度变化；d.供桥电源的变化
9、（d ）传感器是根据敏感元件材料本身的物理性质变化而工作的。
a.差动变压器式； b.变间隙电容式； c.变阻器式； d. 电压式 10、复杂周期信号的频谱是（a ）。
a、离散谱； b. 连续谱； c. δ函数； d. sinc函数 二、判断题
1、A/D转换就是把模拟信号转换成连续的数字信号。（× ）
2、固有频率fn=600 Hz的振动子测量600Hz的谐波信号，输出不会失真。（× ） 3、上升沿陡峭的气室压力曲线较上升沿缓慢的气室端面压力曲线所包含的高频分量丰富。（√）
4、一台仪器的重复性很好，但测得的结果并不准确，这是由于存在系统误差的缘故。
（√ ）
5、对一个具有有限频谱（0~fc）的连续信号采样，若满足 2fcTs?1,采样后得到的输出信号能恢复为原来的信号。（ ×）[Ts为采样频率]
6、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。 × 7、能量转换型传感器直接消耗被测对象的输入能量，因而必然造成被测对象状态的变化而产生测量误差。×
8、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。√ 9、为提高测量精度，传感器的灵敏度越高越好。× 10、传感器的线性范围越宽，表明其工作量程越大。√ 三、填空题
1、压电式传感器是可逆型换能器，即可将机械 能转换为 电能，这是由于 压电 效应；也可将电 能转换为 机械 能，这是根据 逆压电 效应。
2、按工作原理的不同，电容式传感器可分为 极距变化型 、面积变化型 和介质变化型
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三种类型。第一种常用于测量 可以测量位移、压力等物理量 ，第二种常用于测量 角位移、线位移等物理量 ，第三种常用于测量 介质的液位或某些材料的厚度、湿度、温度等 。
3、压电式传感器不能测量 被测量，更不能测量 。 四、简答题
1、何谓电桥灵敏度，其影响因素是什么？不同电桥接法，其电桥灵敏度可为多少？ 答：电桥的灵敏度是输出电压与电桥的输入的比值。其影响因素有电桥工作臂的多少有关，铁丝与桥源的高低有关。
全桥的灵敏度S=1时，半桥为0.5S，单臂电桥为0.25S。 2、简述传感器选用原则。
1灵敏度。传感器的灵敏度越高，可以感知越小的变化量，即被测量稍有微小变化时，传感器 答:○
即有较大的输出。但灵敏度越高，会减小传感器的测量范围。
2频率响应特性。传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。但实际传感器的响应○
总有一延时，但延时越短越好。
○3稳定性。传感器的稳定性是经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。
4精确度。○传感器的精确度表示传感器的输出与被测量的对应程度。因为传感器处于测试系统
的输入端，因此，传感器能否真实地反映被测量，对整个测试系统具有直接影响。
5测量方法。传感器在实际测试条件下的工作方式，也是选用传感器时应考虑的重要因素。因为测○
量条件不同对传感器要求也不同。
6线形范围。传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成比例关系。线性范围愈○
宽，则表明传感器的工作量程愈大。为了保证测量的精确度，传感器必须在线性区域内工作。
3、压电式传感器的测量电路中为什么要加入前置放大器？电荷放大器有何特点？
因为压电式传感器内阻很高，电荷q又极其微弱，故需要放大和阻抗变换后才能转接到一般的放大电路，并且最终推动显示仪表。
传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与电荷量成正比,而且输出与电缆的等效电容Cc无关。
五、计算题
1、某压力测量系统由压电式传感器、电荷放大器和笔式记录仪组成。压电式压力传感器的灵敏度为 90 pC/kPa，将它与一台灵敏度调到 0.005 V/pC的电荷放大器相联。电荷放大器输出又接到灵敏度调成 20
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的笔式记录仪上。试计算
该测量系统的总灵敏度。
2、有一电阻应变片，其灵敏系数 问其电阻变化
，电阻 。设工作时其应变为 ，
若将此应变片接成如图1所示电路，试求：
(1) 无应变时电流表的示值; (2) 有应变时电流表的示值; (3)电流表示值的相对变化量; (4) 这一变化量能否从表中读出。
图 1
3、以阻值120Ω，灵敏度k=4的电阻应变片与阻值为120Ω的固定电阻组成电路，供桥电压为2V，在下图测试中应变片R1、R2的应变分别为+2000、-1000微应变。试求： 1）．应变片电阻变化；
2）．由弯矩引起的输出电压多大？
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3）．由力引起的输出电压多大？
力F R1 力F
弯矩M R2 弯矩M 1）R1的电阻变化为：
△ R1＝R*K*ε＝120×4×2000×10^-6=0.96V
△ R2＝R*K*ε＝-120×4×1000×10^-6=0.48V（2分） 2） 将R1，R2两个应变片放在相邻臂上，
Ubd=1/4*4*2*(2000-(-1000))*10^-3=6mv （2分）
3) 将R1，R2两个应变片放在相对臂上
Ubd=1/4*4*2*(2000＋(-1000))*10^-3=2mv（2分）
4）电桥接法图4分
六、综合题
请画出实验室的拉压力测试系统的组成、每一部分的工作原理，特别是动态电阻应变仪的工作原理及信号变化图。
拉力传感器 电桥盒 动态电阻应变仪 A/D板 微机 一、判断题
1.动态应变仪的标定电桥的输出电压是采用半桥接法工作的。（ × ） 2.传感器的作用是用来实现由非电量到电量的转换。（ √ ）
3.利用桥式电位差计测量热电偶的热电势时要消耗热电偶的能量。（ ×） 4.漂移是由测试装置内部的温度变化和元器件性能的不稳定造成的 。 （ √） 5.传递函数表征了一个系统的传递特性，它与输入量和初始条件有关。 （×） 6.一低通滤波器与一高通滤波器串联即组成带阻滤波器，并联即组成带通滤波器。
（×）
7.对于一阶测试装置，其时间常数越小，输出的响应速度就越快。（ √） 8.调频是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的是等幅波，但其振荡频率偏移量和信号电压成正比 。（ √）
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9.惯性式压电加速度传感器的输出电荷正比于质量块的加速度。（× ） 10.金属电阻应变片是利用压阻效应进行工作的。（×） 二 、填空题
1.测试装置的灵敏度是该标定曲线的_斜率__. 2.直流电桥中__全桥____接法的灵敏度最高。
3.交流电桥的平衡条件是相对桥臂阻抗幅值的_乘积__相等，且相对桥臂阻抗的相角之和相等。
4.半导体应变片的工作原理是基于_压阻__效应。
5、典型的测试系统基本由三部分构成，即 信号的传感部分 、信号的调理 和信号的显示
6、实际测试装置的静态特性主要指标是： 重复性 、 灵敏度 、 线性度 和回程误差。
7、根据滤波器的选频作用可将滤波器分为四类：低通、 高通、 带通 和 带阻 。 8、测量误差可分为 粗大误差、 随机误差和 系统误差 三种，其中前者一般通过真正仔细地测试是可以避免的。
9、A/D转换器是将__模拟信号转换成__数字_信号的装置。
10、传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过其测量范围的能力。 三 、单项选择题
1.下列传感器可实现非接触测量的是（C）传感器。
A.压电式加速度 B.电动式速度 C.电磁式速度 D.电阻应变式 2.压电式传感器是属于（B）型传感器。
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A 参量型 B 发电型 C 电感型 D 电容型
3.表示测量装置的静态输入与输出之间关系的实验曲线称为（B ） A.理论直线 B.标定曲线 C.理论标定曲线 D.幅频曲线
4.要使装置的输出波形形状不失真，须使该输出波形的各正弦分量的相位滞后（D ） A.相等 B.与角频率成反比
C.与角频率无关 D.与角频率成正比
5.使用数字频率计测量信号时，在（A）情况下测周法比测频法合理。 A.被测信号频率很低 B.被测信号频率很高 C.被测信号频率变化较大 D.被测信号频率恒定 6.低通滤波器的作用是（D ）。
A 滤除低频信号 B 交流变直流C 直流变交流 D 滤除高频信号 7.压电式传感器是高阻抗传感器，要求前置放大器的输入阻抗（C）。 A 不变B 很低C 很大D 随意
8.当电阻应变片式传感器拉伸时，该传感器电阻（A） A 变大 B 变小 C 不变 D 不定
9.为了能从调幅波中很好地恢复出原被测信号，常用（C）作为解调器。 A 鉴相器 B 鉴频器C 整流器D 变压器
10.当U形管压差计的a端连通被测气体，b端连通大气压，若a端液面高于b端，高
度差为h，则该h代表 （B ）
A.被测气体的真空度 B.被测气体的真空度或负表压
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C.被测气体的绝对压 D.被测气体的表压
四、简答题
1、电桥的作用是什么？其有什么特性？特性的具体应用有哪些？
答： 电桥的作用是将传感器转换元件的输出的电参量的变化转换为电压量的变化。（2分） 其具有和差特性，即只有相对两臂有相同方向的变化量，相邻两臂有不同的方向的变化量，才能使输出电压有最大值。（2分），利用和差特性可以补偿温度和时间带来的误差。（2分）
2、为什么许多传感器多做成差动式？试述本书中哪些传感器常采用差动式接法。
答：○1灵敏度。传感器的灵敏度越高，可以感知越小的变化量，即被测量稍有微小变化时，传感器即有较大的输出。但灵敏度越高，会减小传感器的测量范围。
○2频率响应特性。传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。但实际传感器的响应总有延时，但延时越短越好。
○3稳定性。传感器的稳定性是经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。
○4精确度。传感器的精确度表示传感器的输出与被测量的对应程度。因为传感器处于测试系统的输入端，因此，传感器能否真实地反映被测量，对整个测试系统具有直接影响。
○5测量方法。传感器在实际测试条件下的工作方式，也是选用传感器时应考虑的重要因素。因为测量条件不同对传感器要求也不同。
○6线形范围。传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成比例关系。线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。为了保证测量的精确度，传感器必须在线性区域内工作。 每一要点1分，未阐述扣0.5 分。
3、选用合适的非接触式传感器测量发动机曲轴的转速，画出传感器布置示意图并说明其测量原理。
答：霍尔传感器，结合下图指出霍尔效应：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂
直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。（2分）
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图（1分）
绘出如下传感器布置示意图并说明其测量原理。（3分）
或者：
或者：
电涡流传感器：结合下图阐述涡流效应，
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绘出如下传感器布置示意图并说明其测量原理
1为金属齿盘，2为电涡流传感器。 或者：光电传感器测量转速
或者
n=f/N指出式中n——转速；f——脉冲频率；N——圆盘开孔数。 指出1为光源，2为光电元件
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或者为反射式光电元件
五 、计算题
1、用一个一阶系统作100Hz正弦信号测量。如果要求限制振幅误差在5%以内，则时间常数?应取多少？（10分）
A????11?????2??1?5%?
??2?f?2???100Hz?628rad/s
??0.000523
3、已知变磁通式转速传感器输出电动势的频率f=72Hz，测量齿盘的齿数Z=36，求： （3） 被测轴的转速是每分钟多少转？
（4） 在上述情况下，如果计数装置的读数误差为±1个数字，其最大转速误差是
多少？
解：（1）n?60f60?72??120(转/分） Z3611转=±转故其最大转Z36（2）频率计的计数装置读数误差为±1个数字，对应的角位移为±速误差为±
1（转/分） 364、 利用如下放大电路进行信号调理，如输入120Hz正弦信号,振幅为1mV, 相位为0度，R1为2000
欧姆,R2为10000欧姆， 试计算输出？
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R1 uin R2 uout
uin=1?sin?2???120?t?0? uout=?R2?uin= -10000/2000?1?sin?2???120?t?0?= -5?sin?2???120?t?0? R1第 25 页 共 25 页