现代测试技术模拟试卷

1. 试简述差动式电容传感器的基本原理及其优点。

差动式电容传感器由两个单电容传感器构成，其输出量是两个单电容传感器的差值输出，该值与被测量成线性关系。

优点：灵敏度提高一倍，线性度提高一个数量级，抑制共模干扰。 2. 试简述测试系统实现不失真测试对一阶、二阶系统的综合要求。

一阶系统：时间常数τ越小，则频带宽，失真小。二阶系统：阻尼比ξ取0.6-0.8，且信号频率ω在0 - 0.58ωn，则失真小

3. 试简述光线示波器的结构组成及工作原理。

光线示波器的结构组成：光学系统；电磁系统和振动子；时标装置；纸带传动和控制系统。工作原理：动圈式振动子的线圈流过被测信号电流且在静止磁场的作用下，线圈偏摆同时带动小镜片偏转，恒光源产生的光线投射到小镜片上，从而光线偏移，纸带匀速运动，光线在纸带上记录被测信号。 4. 试简述电阻应变片测试系统中温度对测试结果的影响及基本的消除方法。

温度的影响主要表现在电阻应变片的温度系数αt和被测试件的线膨胀系数β对电阻应变片产生温度变化电阻值为△Rt = Ro×αt×△t + Ro×△β×△t 常用的消除方法是单丝自补偿、双丝补偿法、电桥补偿法。 5. 试简述测试系统中常用的消除干扰的硬件方法。

常用的硬件消除方法是正确接地；采用电源滤波器、浪涌吸收器、交直流稳压器；隔离和屏蔽；加去耦电容；正确配线与布线。

三、（满分8分） 如图1所示差动变压器式传感器测量位移的系统组成框图，试说明其测量的原理；并指出各个单元电路的功能。

答：位移参量经过差动变压器式传感器变换后获得AM信号，此信号再经过交流放大器放大后，通过相敏检波器进行解调，后又经过低通滤波器后滤除高频成分后，送到显示仪表显示位移值。各个单元电路的功能：差动变压器式传感器：用来检测位移信号，借助与电桥电路将位移信号转换为输出的AM信号。交流放大器：将输入的AM信号进行幅值放大。相敏检波器：将输入的AM信号进行解调，用来判别位移的大小和方向。低通滤波器：将相敏检波器解调后的混合信号进行滤波，从而获得位移参量的信号。显示仪表：用来指示位移的大小值和方向。振荡器：给测量电桥和相敏检波器提供电源。 四、（满分8分） 试分析图2所示调频波的解调电路的工作原理、并画出它的鉴频特性图。

答：当调频波的频率等于变压器副边回路的谐振频率时，检波二极管D1和D2导通后产生的

UO=

UO，则输出UO = 0。当调频波的频率大于变压器副边回路的谐振频率时，检波二极管D1和D2导通

后产生的

UO＞ UO，则输出UO ＞ 0。当调频波的频率小于变压器副边回路的谐振频率时，检波

UO＜ UO，则输出UO ＜0

二极管D1和D2导通后产生的鉴频特性图如下图：

…………………………………………………… （2分）

五、（满分10分） 试分析图3所示一阶系统的幅频特性、相频特性。

1

UOUi

解：H(jω

) = =

jc1

1jc

=

11jRC

=

11(RC)

2

∠-arctanωRC

幅频特性： H(j)=

11(RC)

2

相频特性：φ（ω）= -arctanωRC 幅频特性和相频特性图见下图：

六、（满分12分） 已知某悬臂梁受力如图4所示，试选择电阻应变片的贴片方法及画出接桥电路，并导出Q与电桥输出电压U0的关系式。

解：

1. 使用两个电阻应变片，贴在上表面，距离相距a；……………… （4分） 2. 接成半桥电路，两个电阻应变片构成相邻臂如下图所示：

……………… （4分）

3.

QaEW

= ε1- ε

14

2

UO = K（ε1- ε2）U =

14

K

QaEW

U

七、（满分10分）在等精密度测量下对某点的温度进行测量所得到的测量序列为：39.5℃，40.0℃，39.8℃，39.6℃，40.1℃，39.7℃，39.8℃，40.2℃，39.9℃，39.7℃，试求出测量结果的表达式（选定置信概率为p=0.9973,查t分布表得t0.9973(9)=4.09） 解：1. 求平均值：L =

110

（39.5+40.0+39.8+39.6+40.1+39.7+39.8+40.2+39.9+39.7） = 39.8 ℃

2. 求残差：υi = li – L ，则υ1 = - 0.3、υ2 = 0.2、υ3 = 0、υ4 = - 0.2、υ5 = 0.3、 υ6= - 0.1、υ7 = 0、υ8 = 0.4、υ8 = 0.1、υ



10 = -0.1。

10

2i

3. 求标准差的估计值： =



n1

i1

1

= 0.212



4. 判断是否存在异常数据：根据来伊达法则υi ＜ 3，则不存在异常数据。 该数据中符合上述条件，故不存在异常数据。





5. 求平均值的标准差估计值： L=/n = 0.067



6. 表达测量结果： LO = L ± tp(f) L= 39.8±4.09×0.067 = 39.8± 0.27 ℃

八、（满分7分） 试用光电式传感器测量电动机的转速，画出该测试系统的组成结构框图，并说明其测量的原理。

解：1. 光电式传感器测量电动机的转速的测试系统结构组成框图：

2. 测量的原理：恒光源发出的光线经光学系统投射到电动机的转轴上，由于 在转轴上粘贴一个锡箔纸，转轴每转动一圈光线被反射一次，反射后的光线被光电 元件接收，即一个脉冲，此脉冲信号经过交流放大后，再经过整形，送到闸门电路 中，时基脉冲电路产生控制闸门开启时间，在闸门开启时间内，计数器记下光电脉 冲的个数，然后送到译码显示电路处理，进行显示转速值。

1.试简述测试系统的静态特性和动态特性的含义并写出静态特性的主要性能指标

测试系统的静态特性是指测试系统的输入量为静态量时，系统的输出与输入之间的关系特性；测试系统的动态特性是指测试系统的输入量为动态量时，系统的输出与输入之间的关系特性；静态特性的主要技术指标有线性度、灵敏度、滞差。

2.试简述电容传感器的基本原理和常用的几个类型

C

s

d

电容传感器是将非电参量转换成电容容值的变化。即忽略边缘效应，C值为可以改变ε、s、d，从而可以改试简述模拟信号出入到计算机的通道结构 变C值。常见的类型有变极距型、变面积型、变介质型等三种。

，外界的非电参量

模拟信号输入到计算机的通道结构有：多通道共享采样保持器和A/D转换器；多通道同步型数据采集系统；多通道并行数据采集系统；主计算机管理的各通道独立变换和预处理的数据采集系统。 4.试画出热电偶测量某点温度的原理图并说明测量原理。

t0

热电偶测量点温的原理图见下图所示。

t

A

mV

B

t0

测量点温的原理是：热电偶的热端为待测点温，冷端为设定温度0度。输出为热电势值

EABt,t0eABteABt0

值。 ，利用毫伏表测定出热电势值。然后查热电偶表得出被测端的温度

1. 如图1所示光电式传感器测试电动机转速的系统结构组成框图，试说明其测量的原理；并指出各个单元电路的功能。

解：恒光源发出的光线经光学系统投射到电动机的转轴上，由于在转轴上粘贴一个锡箔纸，转轴每转动一圈光线被反射一次，反射后的光线被光电元件接收，即一个脉冲，此脉冲信号经过交流放大后，再经过整形，送到闸门电路中，时基脉冲电路产生控制闸门开启时间，在闸门开启时间内，计数器记下光电脉冲的个数，然后送到译码显示电路处理，进行显示转速值。 各个单元电路的功能：

光电式传感器：将电动机的转速信号变换为电脉冲信号。放大器：将输入的电脉冲信号进行幅值放大。整形器：将放大后的电脉冲信号边沿变换成陡直的边沿。闸门：在时基的正脉冲信号内输出转速的电脉冲信号。时基：产生计数器计数的脉宽。计数器：在一定的时基脉宽内对转速的电脉冲信号进行计数。译码显示：将计数值转换成七段显示代码，显示转速。……………（6分）

1. 试计算图2所示一阶有源低通滤波器电路的幅频特性、相频特性。

1、解：H(jω) =

UOUi

=

1

RfRfjc1

1= 1

1R1jRCR111

jc

Rf

= 1

R1

∠-arctanωRC … （4分）

幅频特性：

H(j)

=

Rf1

R1

…………… （2分）

相频特性：φ（ω）= -arctanωRC …………………… （2分） 幅频特性和相频特性图见下图：

………… （2分）

1

2、【解：】1. 求平均值：L = 9（10.5+10.6+10.5+10.4+10.2+10.4+10.7+10.5+10.6）=10.49 ……… （1分）

2. 求残差：υi = li – L ，则υ1 = 0.01、υ2 = 0.11、υ3 = 0.01、υ4 = - 0.09、υ5 = -0.29、υ6= - 0.09、υ7 = 0.21、υ8 = 0.01、υ9 = 0.11。 ………… （2分）



3. 求标准差的估计值：

=

……… （2分）



4. 判断是否存在异常数据：根据来伊达法则υi ＜ 3，则不存在异常数据。该数据中符合上述条件，故不存在异常数据。 …………………… （2分）





5. 求平均值的标准差估计值：

L

=/n = 0.048



6. 表达测量结果： L0 = L ± tp(f)

L

= 10.49±2.2622×0.048 =10.49± 0.11 N.m

2. 对某一静态参量转矩在等精密度测量下进行了9次测量，得到测量序列为：10.5N.m，10.6 N.m，10.5 N.m，10.4N.m，10.2 N.m，10.4 N.m，10.7 N.m，10.5 N.m，10.6 N.m，试求出测量结果的表达式。（选定置信概率为p=0.95,查t分布表得t0.95(9)=2.2622）、

六、应用题： 已知某等强度悬臂梁受力如图3所示，试选择电阻应变片的贴片方法及画出接桥电路，并计算出P与电桥输出电压U0的关系式。

解：1、使用两个电阻应变片，贴在上表面，距离相距a；

2、接成半桥电路，两个电阻应变片构成相邻臂如下图所示：

3.

P1aEW

12

UO

Pa

1PaK12UKUKUKU

44EW4EW6EW1

1

P1a

1

1