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1、1 欲使测量结果具有普遍科学意义的条件有哪些？ 非电量电测法的基本思想是什么？常用非电量电测系统的组成部分包括哪些环节，并说明 各组成部分的主要作用？ 答：非电量电测法的基本思想：通过某一转换装置（传感器），根据相应的工作原理或准则， 将被测非电量转换成电信号进行测量。一个完整的测试系统包括以下几部分：传感器、信号变换与测量电路、显示与记录器及 数据处理器、打印机等外围设备。（或传感器，中间调理电路及记录显示设备。或一次仪表 二次仪表，三次仪表。）如图1 所示。图 1 测试系统的组成（1）传感器是测试系统实现测试的首要关键环节，它的作用是将被测非电量转换成便于放 大、记录的电量。（2）中间变换
2、与测量电路依测量任务的不同而有很大的伸缩性。在简单的测量中可能完全 省略，将传感器的输出直接进行显示或记录。在一般的测量中信号的转换（放大、调制解调、 滤波等）是不可缺少的，可能包括多台仪器。复杂的测量往往借助于计算机进行数据处理。 如果是远距离测量，则数据传输系统是不可少的。（3）显示与记录器的作用是把中间变换与测量电路送来的电压或电流信号不失真地显示和 记录出来。何为直接测量及间接测量？两种测量方法的主要区别是什么？ 直接测量：无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测量值的测量为直接测量。例如要测量一根圆钢的长度，最常用的办法是用一把钢皮尺和它作比较。例如要测量体温，最常用的是水银
3、温度计。根据水银热胀冷缩的物理规律，温度越高， 水银膨胀得越利害，毛细管中的水银柱就上升得越高，水银柱的高度和体温之间有着确定的 函数关系，可以用水银柱的高度作为被测温度的量度。 间接测量：在直接测量的基础上，根据已知的函数关系，计算出所要测量的物理量的大小。 例如在弹道实验中测量弹丸的初速，就是先用直接测量测出两靶之间的距离和弹丸飞过这段 距离所需要的时间，然后由平均速度公式计算出弹丸的飞行速度。这种测定弹丸速度的方法， 属于间接测量。2 周期信号频谱结构有哪些特点？对周期信号进行频谱分析时，一般采用何种数学方法？简 要说明周期信号与时限信号频谱分析方法的差异。周期信号的频谱结构有三个特点：
4、a、离散性：频谱由一条条不连续的谱线组成，是离散的；b、谐波性：各频率分量符合谐波关系，其频率是基频的整数倍；c、收敛性：谐波分量的幅值有随其阶数的增高而逐渐减小的总趋势。周期信号的频谱分析采用傅里叶级数展开的方法进行； 时限信号的频谱分析采用傅里叶变换的方法进行。 画出下述信号的幅度谱及相位谱。x(t) = 100 + 10cos(200 兀 t - 30) + 20cos(400 兀 t - 45) + 30cos(600 兀 t - 60)3仪器在静态条件下响应的变化量和与之相对应的输入的变化量的比值称为不失真测量条件除要求测量装置幅频特性是常值外，其相频特性要求满足二阶线性测量系统的阻
5、尼率越小，则其对阶跃响应的超调量描述测量系统静态工作特性的技术指标主要有灵敏度、线性度、迟滞、分辨率、量程等， 请给出灵敏度的定义，并结合典型二阶系统讨论灵敏度选择的具体注意事项，举例说明这 些特性指标如何获得？灵敏度k是传感器在静态条件下输出量的变化Ay和与之相对应的输入量变化Ax的比值。非线性通常也称为线性度，是指传感器的实际输入输出特性曲线对于理想线性输入输出 特性的接近或偏离程度。重复性表示传感器在同一工作条件下，按同一方向作全量程多次(3 次以上)测量时， 对于同一个激励量其测量结果的不一致程度。迟滞亦称滞后量、滞后或回程误差，表征传感器在全量程范围内，输入量由小到大(正 行程)或由
6、大到小(反行程)两者静态特性不一致的程度。对测量系统进行静态标定的作用有哪些？ 答：1)确定仪器或测量系统的输入输出关系，赋予仪器或测量系统分度值；2) 确定仪器或测量系统的静态特性指标；3) 消除系统误差，改善仪器或测量系统的正确度。推导测量系统不失真测量的条件，并说明典型二阶测量系统追求阻尼比为的原因。 解：在时域内，测量系统输出和输入应满足下列关系：y(t) = Ax(t-t )符号意义如教科书所述。00取傅里叶变换，得到Y j) = Ae - j o X j)0可见，如果输出的波形要无失真地复现输入波形，则测量系统的频率响应应当满足：H (jto)=Y j)X (j即 A(w) = A
7、 =常数,e()=T00就是说,理想的测量系统的幅频特性应当是常数,相频特性应当是线性关系,否则就会产生 失真。取合适的阻尼比的目的是获得宽的工作频带范围，一般当g取时，二阶系统幅频特性的平直段最宽。在讨论典型二阶测量系统时,共涉及到了如下几个频率：无阻尼固有频率 f 0、有阻尼固有典型的欠阻尼(1)二阶测量系统的阶跃响应函数表明 作衰减振荡的,称为有阻尼圆频率。其瞬态响应是以3=3 *12dn有阻尼共振峰圆频率求周期信号x(t) = 3sin(100t- 45o)通过传递函数为H(s)=10.005s +1的测量系统后的稳态响应。由于是稳态输出，故输出形式为y(t) = Asin(100t
8、-e)由系统的传递函数H(S)得其幅、相频特性函数分别为:A(3) = ；1 + (0.0053)2e(3) = - arctan(0.0053)又输入为x(t) = 3sin(100t - 45)对x(t)，其稳态输出y(t)的幅值和相角分别为:A = A) Z )=1J + (0.005 x 100)2X 3 = 0.8944 x 3 2.6830 = 45。- arctan(0.005 x 100)沁71.565。系统的稳态输出：y(t) = Y)cos(100t + 0 (ro) = 2.683sin(100t -71.565)10.005s +12求周期信号x(t) = 0.5cos
9、10t + 0.2cos(100t 450)通过传递函数为H(s)=测量系统后的稳态响应。由系统的传递函数H(S)得其幅、相频特性函数分别为:A(ro ) =0(ro) = arctan(0.005ro)1I；1 + (0.005 )2由于输入信号是周期简谐信号的叠加，根据线性系统的叠加原理和频率不变性。设：x(t)= x1(t) + x2(t) ，其中 x = 0.5cos10t ，x (t) = 0.2cos(100t 45。 )121(t )21)对 x1(t) ,其稳态输出 y1(t) 的幅值和相角分别为：X (ro ) = A(ro ) - Z (ro )=1 1 1 1 1x 0.
10、5 = 0.999 x 0.5 0.51 + (0.005 xlO)20 (ro ) = 0 + 0 (ro ) = 0 一 arctan(0.005 x 10) 2.8624 1 1x1 1y1(t) = 0.5cos(10t- 2.8624)对x2(t)，其稳态输出y2(t)的幅值和相角分别为： Y (ro ) = A(ro )Z (ro ) = .1x 0.2 = 0.8944 x 0.2 - 0.1792 22 2 2讥 + (0.005 x 100)202 (ro2) = 45 arctan(0.005 x100) 71.565 .y(t)=Y(ro)cos(100t+0(ro)=0
11、.179cos(100t71.565)2 2 2 2 2 由叠加原理，系统总的稳态输出：y(t)= y(t)+ y (t) = 0.5cos(10t 2.8624) + 0.179cos(100t 71.565) 124A类不确定度与B类不确定度的定义。不确定度的A类评定：用对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度。 不确定度的B类评定：不能用统计分析的方法来评定标准不确定度。随机误差和系统误差的定义 最小二乘法的基本思想是什么？ 最小二乘法在误差理论中的基本含义是：在具有等精度的多次测量中，求得的最可靠(最可 信赖)值是指当各测量值的残差平方和为最小时所求的值。在相同的测试条件下，多次测
12、量同一物理量时，误差不变或按一定规律变化的误差称之为用精度为0.02mm的游标卡尺对某物体长度进行10次测量，测量值分别为：71.40mm、71.50mm、71.38 mm、79.48 mm、71.42 mm、71.46 mm、71.44 mm、71.36 mm、71.40 mm、71.48mm。求其测量结果。要求计算其测量均值、单项测量的标准偏差、平均值的标准偏差、测量结果的表示方式。首先，由于79.48mm为粗大误差，计算时需要剔除先求算术平均差X = 1 f x = 71.42 9 ii=1由贝塞尔公式，s(X ) =1f (x - X)2i V n-1iH i=1带入，得： s( x
13、) = 0.047i算术平均值的实验标准差为：s( x) =s( x )= 0.02mm即测量的算术平均值为，A类不确定度为。或 X二0.02mm5 根据滤波器的选频作用，一般分为哪几种滤波器，请分别画出它们的幅频特性图。 根据滤波器的选频作用，一般分为低通、高通、带通、带阻滤波器这四种滤波器，其幅频特 性如图：f2 f低通高通 带通 带阻将连续时间信号进行离散化时，有时会产生混叠现象，其主要原因是什么？当采样频率不足信号最高频率的2倍时，频谱会有混叠。以低通滤波器为例，说明滤波器在测量系统中的主要作用。滤波器上下两个截止频率之间的频率范围称为滤波器的。相敏检波器的作用简答下列有关IEEE48
14、8接口基本特性问题：（1）采用何种信息传递方式？（2）接口的逻辑电平是怎样规定的？（3）控者、听者、讲者之间的关系？（1）GPIB采用字节串行/位并行协议。GPIB通过连接总线传输信息而实现通信。（2）GPIB 使用负逻辑，（标准的 TTL 电平），任一个线上都以零逻辑代表“真”条件（即“低 有效”条件），这样做的重要原因之一是负逻辑方式能提高对噪声的抗御能力。（3）控者讲明谁是讲者，谁是听者。每个 GPIB 系统都必须定义一个系统执行控者。讲者指 发送数据到其它器件的器件，听者指接收讲者发送的数据的器件。大多数GPIB器件都可充 当讲者和听者。7 金属丝应变片在测量某一构件的应变时，其电阻的
15、相对变化主要由（ ）引起的。半导体应变片主要是利用半导体材料的 的变化如题图所示，在等强度悬臂梁上对称位置粘贴电阻值R=120Q,灵敏系数k二的应变片，构成 全桥，供桥电压为5V,在忽略横向效应的条件下，求最大输出电压Usc=10mV时，力F引起 悬臂梁产生的应变应为多少lF34/R2R、3R1R4解：用4片同型号的应变片RRJ RR4按题图的方式构成直流测量全桥时，由应变片承受的应变匕1、匕2、83、84产生的输出电压为usc=丄U -k(8 + 84 B 1 2-83-84)1)其中U为供桥电压。B当4应变片R、R、R、R按题图的方式粘贴于等强度悬臂梁时，有1234于是可得按题目给定的条件取正号，有8 =8 =8128 =8 =-834
