第二章2.1<1> × 频谱离散的信号也可能是准周期信号 〔2〕×非周期信号中的瞬态信号的频谱是连续的〔3〕√〔4〕×<5>×<6>×<7> √〔8〕√〔9〕√〔10〕×〔11〕什么是频域泄漏？为什么产生泄漏？ 对一个无限周期的正弦信号,采用矩形窗函数在时域对其进行截断,截断后的频谱由原来的两条谱线变为两段振荡的连续谱,这表明原来的信号被截断以后,其频谱发生了畸变,原来集中在±f1处的能量被分散到两个较宽的频带中去,这种现象称为频域泄漏 原因：因为窗函数是一个频带无限的函数,所以即使原函数是有限带宽信号,而在截断以后也必然称为无线带宽的函数,即信号在频域的能量与分布被扩展了12） 窗函数是否可以减小泄漏？ 窗函数可以减小泄漏窗函数频谱的旁瓣高度越小,主瓣与旁瓣的比例越大,泄漏越小〔13〕什么是栅栏效应？如何减小栅栏效应的影响？ 对频谱函数采样后,只能获得采样点的频率成分,其余的频率成分一概被舍去,这就犹如透过栅栏观赏风景,只能看到一部分,就可能使一部分有用的频率成分被漏掉,而丢掉了部分有用信息,这种现象成为栅栏效应 要减小栅栏效应,就要提高频率分辨率,即使频率采样间隔减小。
2.2 描述周期信号的频率结构可采用什么数学工具？如何进行描述？周期信号是否可以进行傅里叶变换？为什么？ 傅里叶级数展开式根据具体情况可选择傅里叶级数三角函数展开式和傅里叶级数复指数展开式两种形式周期信号不可以直接进行傅里叶级数变换因为周期信号不具备收敛可积的条件,其频域描述只能运用傅里叶级数来描述2.3锯齿波信号表达式为〔一个周期〕：F=t <0根据傅里叶级数三角函数展开式得：2.4解答：在一个周期的表达式为 积分区间取〔-T/2,T/2〕所以复指数函数形式的傅里叶级数为,没有偶次谐波其频谱图如下图所示cn|φnπ/2-π/2ωωω0ω03ω05ω03ω05ω02A/π2A/3π2A/5π幅频图相频图周期方波复指数函数形式频谱图2A/5π2A/3π2A/π-ω0-3ω0-5ω0-ω0-3ω0-5ω02.5 求符号函数和单位阶跃函数的频谱其傅里叶变换为：2.6〔图不会〕解：按傅氏变换的定义求解,因为x是偶函数,傅氏变换为：X的幅值频谱如图所示2.7求正弦信号的绝对均值和均方根值解答：2.8解：已知幅值X=2 ,频率 ,而在t=0时,x= -1,则将上述参数带入一般表达式 得=所以2.9当模拟信号转换为数字信号时遇到哪些问题?应怎样解决？ 1：需要给模拟信号整流滤波并给模拟信号稳压确保模拟量的稳定2：需要加抗干扰电路 3：注意静电对元器件的影响2.11答：为保证采样后的信号能真实地保留原始模拟信号信息,信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。
这是采样的基本法则,称为采样定理采样定理可以保证不发生频率混叠现象第三章3.1 3.2 解 设拉力F为 0N、10N、20N、30N、40N、50N、40N、30N、20N、10N、0N将表中数据代入式〔3.17〕的最小二乘法公式中,经计算求得拟合直线方程最小二乘法拟合公式： 同理： = 8所以,线性度 灵敏度 S= 回程误差 =3%3.33.4 3.5 解：<1>一阶系统的阶跃响应函数为：y=A<1->当T=2s 时,输出量达到稳态值的20%,即：A<1->=20%A 求得：τ<2> A<1->=95%A, 求得：t因此,当输出量达到稳态值的95%时,需要26.84s3.6 解：<1>根据已知条件,炉温的变化规律是：温度计为一阶系统,其幅频特性：A<ω>=0.2468当输入为500℃、540℃时,其输出 A<ω>*500=123.4℃、 A<ω>*540=133.27℃所以温度计的测量结果在123.4℃~133.27℃之间。
<2>输出量与输入量之间的相位差 <ω>=-arctanτω=-75.71°<3>该信号周期：T==16s则滞后时间 =3.365s3.7 3.8 答：测试系统实现不失真测量的条件是A<ω>=,为一个常数,且=ω>∝ω即滞后时间=,为一个常数 从不失真的条件出发分析,ζ在0.707左右时,幅频特性近似常数的频率围最宽,而相频特性曲线最接近直线3.9 解：3.10 解：3.11 解：第四章4.1 传感器在测试系统中的作用是什么？传感器分类有哪些？传感器的作用：把被测量〔如力、位移、温服等〕转换为易测信号〔电信号〕,传送给测量系统的信号调理环节传感器的分类：<1>.传感器按所属学科可分为物理型、化学型和生物型传感器等物理型传感器是利用各种物理效应,把被测量转换成可处理的物理量参数；化学型传感器是利用化学反应,把被测量转换成可处理的物理量参数；生物型传感器是利用生物效应及机体部分组织、微生物,把被测量转换为可处理的物理量参数<2>.传感器按转换原理可分为电阻式、电感式、电容式、光电式、热电式、压电式、霍尔式、微波式、激光式、超声式、光纤式及核辐射式传感器等<3>.传感器按用途可分为温度 、压力、流量、重量、位移、速度、加速度、力、电压、电流、功率传感器等。
<4>.传感器按转换过程中的物理现象可分为结构型和物性型传感器等结构型传感器是依靠传感器结构参数变化来实现信号的检测物性型传感器是利用传感器的敏感元件材料本身物理特性变化实现信号的检测<5>.传感器按转换过程中的能量关系科分为能量转换型和能量控制型传感器等能量转换型传感器是直接利用被测量的能量转换为输出量的能量能量控制型传感器是由外部供给传感器能量,而由被测量来控制输出的能量<6>.传感器输出量的形式可分为模拟式和数字式传感器等模拟式传感器输出量为模拟量；数字式传感器输出量为数字量<7>.传感器按功能可分为传统式和智能式传感器等传统型传感器一般是指只具有显示和输出功能的传感器智能传感器是指具备学习、推理、感知、通信等功能、具有精度高、性能价格比搞、使用方便等特点的传感器<8>.传感器按输出参数可分为电阻型、电容型、电感型、互感型、电压〔电势〕型、电流型、电荷型及脉冲〔数字〕型传感器等<9>.传感器按输出阻抗大小可分为低输出阻抗型和高输出阻抗型传感器等4.2 常用传感器：机械式传感器、电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器、霍尔式传感器、压电式传感器、热电式传感器、光电式传感器、新型半导体传感器、数字式传感器。
4.3 简述光敏二极管光敏三极管的工作原理,并举出它们在生产和生活中的实际应用 光敏二极管光敏三极管的工作原理：利用光伏特效应 应用：路灯自动点熄原理4.4 本章讲述了传感器敏感元件的哪些效应〔如压电效应〕？分别说明其原理电阻应变效应：电阻丝在外力的作用下发生变形,其电阻值发生变化 压阻效应：半导体材料在沿某一轴向受外力作用时,其电阻率发生变化 涡电流效应：金属导体在交流磁场中产生电涡流 压电效应：在压电晶片上施加压力时,在它的两个极面上会出现极性相反但是电量相等的电荷,使之成为一个电容器 霍尔效应：置于磁场中的导体或半导体中流过电流时,,当加入一个与电流方向垂直的磁场时,电荷载流子由于受洛伦兹力的作用而偏向一边,在输出端产生电压,这个现象叫做活儿效应 光电效应：1〕外光电效应：在光线的作用下物体的电子逸出物体表面向外发射的物理现象2〕光电效应：物体在光线作用下,部载流子浓度增大,使电导率增大的现象称为光电效应,也成为光电导效应3〕光伏特效应：物体在光线作用下,产生一定方向电动势的现象称为半导体光伏特效应 热电效应：将两种不同材料的导体组成一个闭合回路,,在这个回路中,两个节点如果温度不同,则会在二者之间产生一电动势,回路中就会产生一定大小的电流,这个电动势或电流与两种导体的性质和节点的温差有关,这个现象称为热电效应。
4.5 选用传感器的基本原则是什么？传感器的灵敏度和精确度越高越好吗？为什么？ 选用传感器的基本原则 1灵敏度：1〕一般来讲传感器的灵敏度越高越好当传感器的灵敏度高时,被测量有一微小的变化,传感器就有较大的输出 2〕灵敏度越大,外界的噪声也越容易混入故要检测微小量值,又要干扰小,则要求信噪比越大越好 3〕当被测量是个向量时,则要求传感器在该方向上的灵敏度越高越好 在测量二维或三维向量时,要求传感器的交叉灵敏度越小越好 4〕 和灵敏度紧密相关的是测量围除非有专门的非线性矫正措施,最大输入量〔被测量和干扰量之和〕不应使传感器进入非线性区域,更不能进入饱和区 显然,过高的灵敏度会缩小其运用的测量围 2 响应特性 1〕 在所测量的频率围,传感器的响应特性必须满足不失真测试条件 2〕响应的延迟时间越短越好3） 物性型传感器〔光敏元件、霍尔元件等〕响应快,可工作频率围宽 结构型传感器〔机械式、电感式、电容式等〕由于结构中机械系统惯性的限制,其固有频率低,可工作频率较低4） 动态测试中,传感器的响应特性对测试结果有直接影响如果传感器的输出信号能紧紧追踪急速变化的输入信号,则传感器的响应特性就越好。
因此,选用时要充分考虑到被测量的变化特点〔如稳态、瞬态、随机等〕 3 线性围 1〕 线性围是指输入与输出成比例关系的围2〕 线性围越宽,表明传感器的工作量程越大3〕传感器性区域工作,是保证测量精确度的基本条件4〕任何传感器在任一区域都保持绝对线性关系是不易做到的,只要能满足测量的精确度,可以在其近似线性区域应用5>必要时,可进行非线性补偿,采用硬件或软件进行6〕若输入与输出之间不是线性关系,但已知其确定规律,可用软件储存好曲线再查找或查表法 4 可靠性 1〕可靠性是指产品在规定的条件下、在规定的时间完成规定功能的能力 2〕只有产品的性能参数〔尤其是主要参数〕均处于规定的误差围才能视为完成规定的功能 3〕为保证传感器在应用中具有高的可靠性,事先应选用设计、制造良好、使用条件适宜的传感器,使用过程中,应严格保持规定的使用条件,尽量减轻使用条件的不良的影响 4〕要根据测试的要求及经济性来选用相应可靠性的产品 5 精确度1〕传感器的精确度表示传感器的输入与被测量的真值相一致的程度2〕因传感器处于测试系统的输入端,故传感器的精确度对这个系统的影响很大3〕 并非精确度越高越好,还应考虑到经济性。
4〕对于定性分析,只须获得相对比较值,不须绝对量值,则要求传感器的精密度高5〕对于定量分析,必须要获得精确度值,要求传感器有足够高的精确度 6 稳定性1〕稳定性表示传感器经长期使用后,其输出特性不发生变化的性能 2〕影响传感器稳定性的因素是时间与环境 3〕为保证稳定性,在选用传感器之前,应对使用环境进行调查,以选择比较合适的传感器的类型：在使用中要定期校。