《机械工程测试第四章课后答案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工程测试第四章课后答案.doc（12页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、4-1对三个余弦信号Xl(t)=cos2 ,X2(C)=COS6 n t3(t)=COSl0进行理想采样，采样频率fs=4Hz，求三个采样输出序列，比较这三个结果，画出X1(t)、X2(t)、X3(t)的波形及采样点的位置，并解释频率混叠现象。4-2已知信号x(t)=1+sin ot+2cos3 ot，试用傅里叶级数展开式求其复数形式的幅值谱与相位 谱，再用傅里叶变换式求其幅值谱密度和相位谱，并绘出图形作比较。4-3 试说明在A/D转换过程中产生量化误差的原因以及减小量化误差的方法。答：量化过程实际上是把采样信号xs(t)经过舍入或截尾的方法变为只有有限个有效数字的数的过程。该过程是将被测信号
2、的变化范围划分为若干区间，每个区间都用同一个整量化数字夹代替。显然只有那些正好位于区间量化电平上的离散值，才能精确的转换为量化的数字值，而那些位于区间内的离散值， 只能用舍入的办法，近似到最近的量化电平上， 经过舍入或截尾的方法变为有限值时，量化误差就产生了，最大量化误差为X/2。减小量化误差，可以增加等分数，x越小，量化误差越小。4-4电桥有哪两种类型？各有什么特点？电桥是如何进行平衡的？答：根据所用的激励电源的类型，电桥可分为直流电桥和交流电桥两大类；直流电桥采用直流电源作为激励电源，直流电源稳定性高，电桥的输入u0时直流量，可以用直流仪表测量，精度高。电桥与后接仪表间的连线不会形成分布参
3、数，因此对导线连接方式要求较低。另外，电桥的平衡电路简单、调整容易，只要对纯电阻的桥臂进行 调整即可。直流电桥的缺点是易引入人工干扰。由于输入为直流量，而后续放大器一般都比较复杂，易受零漂和接地电位的影响，所用直流电桥一般只适用于静态量的测量。交流电桥在使用中影响测量精度及误差的因素比直流的多的多，且一般情况下，激励电源必须具有良好的电压波形和频率稳定性。作为交流电桥电源， 一般采用5kHz10kHz的声频交流电源。这样电桥输出将为调制波，外界工频干扰不易被引入电桥线路中，并且后接交流放大电路既简单而又无零漂问题。直流电桥的平衡，常用的是差动串联平衡和差动并联平衡。交流电桥的平衡，交流电桥平衡
4、必须同时满足模和阻抗角的两个条件。4-5以阻值R=120Q、灵敏度Sg=2的电阻丝应变片与阻值为 120 Q的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V，假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为2和 2000卩时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的电桥灵敏度。解:(1)单臂电桥输出电压。 当应变片为2卩时，K2 = 8（N/m）X 2 X2X 106 X 3=3 X 10-6 当应变片为2000卩时，= ;X2 X 2OOOX 10fiX 3 = 3X 10_3（Vj(2)双臂电桥输出电压。当应变片为2卩时，1 3R= 1X2X2X1OX3=6 X 10-6当应变片为2000卩时,X 2
5、 X 2000 X 10-6(3)双臂电桥比单臂电桥的电压输出灵敏度提高一倍。4-6有人在使用电阻应变仪时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数 来提高灵敏度。试问，下列情况是否可以提高电阻应变仪的灵敏度？为什么？(1) 半桥双臂各串联一片；(2) 半桥双臂各并联一片。答：(1)这种情况不能提高电阻应变仪的灵敏度，因为半桥双臂时，其输出电压为：1 RUoUi2 R当两桥臂各串联电阻应变片时，其电阻的相对变化量为2R R即仍然没有发生变化，故灵敏度不变。(2)半桥双臂各并联一片，桥臂上的等效电阻变化和等效总电阻都降低了一半，电阻的相解：全桥时，电桥输出电压为：k 1- ，k为常数
6、，应变片的灵敏度及电桥的接对变化也没有增加，故这个方法也不能提高灵敏度。4-7用电阻应变片连接成全桥，测量某构件的应变，已知其变化规律为E (t)=Acos10t 十 BcoslOOt如果电桥激励电压 uo=Csin 10000t，试求此电桥的输出信号频谱。法有关，则= k U sin lOOOOt- (Acos 10t+ Bcos lOOt)=U * A sin lOOOOt- cos lOt + k - U B sin lOOOOt- cos lOOt(sinaooiotd-k-U- Bsin 9990t) +(sin 10010t4-5in9990t)2utr-k-U-sin 1 OOO
7、Oz (coslOr + coslOOr)= A sin 10OOOf -cos 10 + A- C/ fl sin 10000/ * cos 1 (W频W 4JW R=(sin 10010/+ jin 9 WOf) +(sin 10100/+ sin 990/)2 2沾如下周航示“KLJBKJAKUB990099901001D(0100%4-8调制与解调在时域和频域分别是什么样的运算过程4-9实现幅值调制解调有哪几种方法？各有何特点？答：幅值调制的解调常用的有三种方法：(1)同步解调：该方法是将调幅波再次与原载波信号相乘,则频域的频谱图形将再一次被搬移，使原信号的频谱图形平移到0和2fo的频
8、率处。再使用低通滤波器过滤掉2fo处的高频成分，即可保留原信号的频谱。同步解调方法简单，单要求有良好的线性乘法器,否则将引起信号的失真。(2) 整流检波：整流解调的关键是准确加、减偏置电压。若锁甲偏置电压未能使调制信号电 压位于零位的同一侧，那么在调幅后边不能简单的通过整流滤波来恢复原信号。(3) 相敏检波：特点是可以鉴别调制信号的极性，所以采用此方法不必再加直流偏置。4-10 已知调幅波 xa(t)=(100+30cos t+20cos3 3t)cos3t其中载波频率fo=2 n(o=1OkHz，调制信号基频fi=2 nob=500Hz，试求：(1)Xa(t)所包含的各分量的频率及幅值； 绘
9、出调制信号与调幅波的频谱。解：(1)xa(t) = IOOcosgi 15 cos(tDt Q)t 亠 15cos亠 2)t+ 10 cos(at 一 +lOcosfw +各频率分量的频率幅值分别为：10000HZ/100, 9500HZ/15, 10500Hz/15,8500Hz/10, 11500Hz/10.2)调制信号1 ?C - jCc./s? : 上二；二：各分量频率/幅值分别为：0HZ/100, 500Hz/30, 1500Hz/20。调制信号与调幅的频谱如图所示。k1001001f10J5101L丄1 一*L(1500 1oo lOOtk) 10500115011 /4-11试从
10、调幅原理说明，为什么某动态应变仪的电桥激励电压频率为10kHz，而工作频率为 01500Hz?解答：为了不产生混叠，以及解调时能够有效地滤掉高频成分，要求载波频率为5-10倍调制信号频率动态应变仪的电桥激励电压为载波，频率为10kHz ,所以工作频率(即允许的调制信号最高频率)为 01500Hz是合理的。4-12 试述频率调制与解调的原理。4-13信号滤波的作用是什么？滤波器的主要功能和作用有哪些？答：滤波是让被测信号中的有效成分通过而降其中不需要的成分或噪声抑制或衰减掉的一种 过程。4-14根据滤波器的选频方式一般可将滤波器分为哪四种类型？图示其幅频特性，并简述其特征。答：低通滤波器0 f
11、f2的频率成分极大地衰减；高通滤波器fl f 8之间为通频带，f fl的频率成分极大地衰减； 带通滤波器fl f f2之间为通频带，其它的频率成分极大地衰减； 带阻滤波器fl f f2之间为通频带，其它的频率成分通频带。4-15什么是滤波器的分辨力？它与哪些因素有关？答：滤波器的分辨力是指滤波器分辨相邻频率成分的能力。与滤波器带宽B、品质因数Q、倍频程选择性、滤波器因数等有关。带宽越小、品质因数越大、倍频程选择性越小、滤波器因数越小，分辨力越高。4-16 若将高、低通网络直接串联，如题图41所示，问是否能组成带通滤波器？式写出串联网络的传递函数，分析其幅频、相频特性，并讨论R、C的取值对传输特
12、性的影响。1图4-1解:H(s)=叩+ (Ti+Tj+TS + 1. ，一 一一 ， 一 -.,i巧如+ iCTL+T2+T!)CU + 1(1 - TtT2 + +)43=甲3)arrtan(Ti+T1+T3)C1)A(a) = o，爭-二下一，泪严?戶何沉 可以直接组成带通滤波器，如下图所示4-17 个磁电指示机构和内阻为 阶微分方程来描述，即Ri的信号源相连，其转角B和信号源电压 Ui的关系可用二r dt1t产個#n 寸 1设其中动圈部件的转动惯量 1=2.5 x 10-5kg m,弹簧刚度k=10-3N m rad-1”，线圈匝数 n=100 ,线圈横截面积 A=10-4m2,线圈内阻
13、 Ri=75 Q,，磁通密度B=150Wb m-1，信号 内阻 R i=125 Qo(1)试求该系统的静态灵敏度 (rad V-1) o为了得到0.7的阻尼比，必须把多大的电阻附加在电路中？改进后系统的灵敏度是多少？nABnAB rr iiAEr式中:rtXi-RjnAB静态灵敏度:1DOX1O_*X1BD1O_IXC125+7S)=7.5rad- V-1解：1)阻尼比:ioaxio-xi5%25_7i71 nAB _12VlrRi + R 2V2.5X 10_i X IO-3 10_a x (12S + 7S)固有频率角：（叫2.SX1Q-520rad1e_1100 X 10-4 X 150
14、nAB2）设需要串联的电阻为R,则12VS(Ri + 町 +)21/2.5 X IO-5 X IO-3 IO3 X C125-F7S + R)解得：改进后的系统的灵敏度:LOO 號 10* H1.&010_13I(125+7E4fi57.J)與 0_221rad-V14-18 一个1/3倍频程带通滤波器，当其中心频率fo=8OHz时，其上、下截止频率fci、fc2分别为多少？nn解：由于：J曲曲，na当 fn=80Hz 时，则有- _ _ - 二一二二II1fe2 =笳fR = 26 x SO = 89.8(Hz)4-19如题图4-2所示电路，当输入信号ux=sinIOt、R=100k Q、C
15、=1疔时，求输出信号Uy。4-20设一带通滤波器的上截止频率为 列记述中的正确与错误。图4-2fc2、下截止频率为fc1、中心频率为f0,试指出下（1）倍频程滤波器人一一 :门.一 一一(3) 滤波器的截止频率是指通带幅值衰减3dB处的频率；后者(4) 倍频程滤波器和1/3倍频程滤波器的下截止频率相同时，前者的中心频率是中心频率的隔新倍，解答：1)错误，倍频程滤波器 n=1，正确的是fc2=2 fci=2 fci2) 正确。3) 正确。4) 正确。4-21 已知低通滤波器的频率响应函数H( w)=1/(1+j cor)，式中t0.05s，当输入信号x(t)=0.5cos(10t)+0.2cos(100t-45 )时，求输出了 y(t)，并比较丁 y(t)与x(t)的幅值与相位有何区别。解：1 _-cp (a) = arctanrusA(10)-M 0.894(p(10) = arctantO.05 X 10)26.6CA(100) =71(OlO5X1OO3 =應 0.19S cpflOOi = -arctan(O.O5X 100)-78.7By(t) = 0.5 X A(10)cos10t+(p10) + 0.2X A(100)cos100t- 45& + p(10C)l=0.4+7cos(10t-26) + 0.0.39 cos(100t-123.7)