9. 对传感器进行 的主要目的是检测传感器的动态性能指标。 10. 已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公
式为rs= 。
11. 线性系统最主要的两个特性是 和 。
12. 线性系统具有 保持性，即若系统输入一个正弦信号，则其稳态输出的
保持不变，单输出的 和 一般会发生变化。 13. 输出信号与输入信号的相位差随频率变化的关系称 。
14. 若给时间常数为τ的一阶装置输入频率为ω＝1／τ的正弦信号，则输出与输入相位差
为 。
15. 测试装置的脉冲响应函数h(t)就是当输入为_______时装置的输出。当用h(t)来表示装
置的动态特性时，输入x(t)、输出y(t)与h(t)三者的关系为 。
16. 实现不失真测试的条件是：该测试装置的幅频特性 、相频特性 。 17. 系统频率响应函数的定义是：系统输出响应的 与输入激励的 之比。在系
统的稳态分析中，它的模等于系统 与 的幅值比，其幅角等于它们的 。
18. 为了求取测试装置本身的动态特性，常采用 响应法和 响应法。 19. 、 和 传感器的输出必须经过电桥才能测量。 20. 压电式加速度计采用 为前置放大器时，其输出的灵敏度与联接加速度计的导
线长度无关。
三、问答题
1. 静态测量和动态测量的区别是什么？
静态测量被测量被值认为是恒定的，不随时间变化；动态测量被测量值随时间变化。 2. 测量系统一般有哪些环节组成，各个环节有什么功能？
被测对象：预先研判被测对象信号特点组成相应的测试系统 传感器：将被测信号的变化转换为电信号的变化
信号调理：将传感器的输出信号转换为便于处理的形式
信号处理：分析（analysis）、处理（processing）、显示（display） 观察者：对获得的信号进行分析和处理以及结果表达 3. 举例说明接触测量与非接触测量的优缺点？ 传感器与被测体有机械接触
先举例，再说特点：
接触测量1） 比较简单；2） 传感器有磨损；3） 传感器对被测特性有影响4）抗干扰性强
非接触测量1） 避免传感器磨损2） 避免传感器对被测特性有影响3）容易受环境电磁干扰
4. 信号一般有哪几种分类与描述方法？请简要说明之。（答案P11-P12）
5. 写出周期信号两种展开式的数学表达式，并说明系数的物理意义。（三角和指数两种） 6. 周期信号和非周期信号的频谱图个有什么特点？ 它们的物理意义有何异同？
周期信号的频谱是离散谱，其频率间隔△ω=ω0=2π/T； 周期信号的谱线仅出现在基波及各次谐波频率处； 周期信号的幅值谱中各频率分量的幅值随着频率的升高而减小，频率越高，幅值越小。
与周期信号相似，非周期信号也可以分解为许多不同频率分量的谐波和，所不同的是，由于非周期信号的周期T?∞，基频f?df，它包含了从零到无穷大的所有频率分量，各频率分量的幅值为X(f)df，这是无穷小量，所以频谱不能再用幅值表示，而必须用幅值密度函数描述。非周期信号的谱线出现在0,fmax的各连续频率值上，这种频谱称为连续谱。 7. 依据周期性锯齿波、方波、三角波、半波整流、全波整流的傅里叶展开式画出频谱。 8. 求正弦函数x(t)=Asin(ωt+φ)的自相关函数。
1T Rx(?)?lim?x(t)x(t??)dt0T??T 1T? ?Asin(?t??)sin[?(t??)??]dtT00
令ωt+φ=θ,dt=dθ/ω 22A2?A Rx(?)??sin?sin(????)d??2cos??2?0
9. 什么是测试装置的静态特性?常用哪几个特性参数来描述?（P33）
10. 实现不失真测试的条件是什么?分别叙述一、二阶装置满足什么条件才能基本上保证不失
真测试。(P37)
11. 线性定常系统有哪些基本性质？简述同频性在动态测量中的重要意义。（P32）
线性系统具有频率保持特性的含义是输入信号的频率成分通过线性系统后仍保持原有的频率成分。如果输入是很好的正弦函数，输出却包含其他频率成分，就可以断定其他频率成分绝不是输入引起的。它们或由外界干扰引起，或由装置内部噪声引起，或输入太大使装置进入非线性区，或该装置中有明显的非线性环节。
12. 说明测量系统的幅频特性和相频特性的物理意义。（P39）
0
13. 说明二阶测量系统的阻尼比多采用0.6-0.7的原因。（P42）
14. 工作原理：电阻应变式传感器、压阻效应、热电阻和热敏电阻、电容式传感器、容栅式
传感器、变磁阻式传感器、差动变压器传感器、电涡流传感器、压电式传感器、磁电式、霍尔式
15. 电阻丝式应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？各有何优缺点？
金属电阻应变片是利用电阻应变效应；半导体应变片是利用压阻效应。电阻丝应变片利用导体形变引起电阻变化，半导体应变片利用半导体电阻率变化引起电阻变化。通常半导体应变片比电阻丝应变片灵敏度高，但分散性大，温度效应也比较大。
16. 电容传感器分为哪几类？各自的主要用途是什么？
变极距型、变面积型、和容栅型。变极距型测压力、力、微位移、加速度等；变面积型测微位移、力等；变介质型测材质、厚度、湿度、液位等；容栅型测长位移。
17. 为什么变极距型电容传感器的灵敏度和非线性是矛盾的？实际应用中怎样解决这一问
题？
??A?C变极距型电容传感器灵敏度 S???02?DD
灵敏度和极距的平方变化成反比，二者是非线性的，并且要灵敏度高，极距变化量就要小，因此要在实际中解决这对矛盾，可以采用如下方法：
限制量程；差动测量；运放运算放大器式测量电路；差动脉冲调宽电路。
18. 差动式传感器的优点是什么？ 试述产生零点电位的原因和减小零位电压的措施。
优点：减小非线性误差；提高传感器灵敏度；减小温度、湿度等环境因素的影响。 当被测量的变化导致两个结成差动式的传感器输出相等时，差动式传感器输出应该为零，如果差动式传感器输出电压不为零，则称该电压为零点残余电压，产生原因主要因为组成差动式结构的两个传感器材质、工艺等不一致，减小零位电压的措施有：选材一致、工艺一致、电路上加补偿电阻或调零电路。
19. 压电式传感器主要测量什么物理量？其特性如何？
动态测量, 力、压力,力矩、加速度等，发电型传感器，以压电效应为基础，输出电信号Q,u,输出信号很微弱,内阻很大,有电缆分布电容。
20. 霍尔效应的本质是什么?霍尔元件可以测哪些物理量？设计一个利用霍尔元件测量转速
的装置，并说明原理。
半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应，产生的电动势称霍尔电势， 半导体薄片称霍尔元件。 IBUH?RH?
d
根据霍尔电势公式，霍尔元件可以测电磁量：恒定的或交变的磁感应强度、有功功率、无功功率、相位、电能等参数；还可以用于位移、压力、转速的测量。
霍尔元件是磁敏元件，要想用来测转速，就必须在被测的旋转体上装一磁体，旋转时，每当磁体经过霍尔元件，霍尔元件就发出一个信号，经放大整形得到脉冲信号，也有的霍尔元件可直接输出脉冲信号，送运算，两个脉冲的间隔时间就是周期，由周期可换算出转速；也可记数单位时间内的脉冲数，再换算出转速
21. 简述压电式传感器需要配置前置放大器的原因；常用的前置放大器有哪两种?各有何特
点?
因压电式传感器的输出电阻很大、电荷量很小；普通放大器输入电阻较小，不能直接放大；阻抗变换器具有输入阻抗高，输出阻抗小。
电荷放大器具有输入阻抗高，输出电压与压电式传感器电荷成正比、与反馈电容成反比；与电缆分布电容无关；电压放大器具有电路简单，成本低，压电式传感器须与电缆配套使用。
22. 压电式传感器往往采用多片压电晶片串联或并联方式，当采用多片压电晶片并联方式时，
适合于测量何种信号?
（a） “并联”，Q’=2Q，U’=U，C’=2C 并联接法输出电荷大，本身电容大，时间常数大，
适宜用在测量慢变信号并且以电荷作为输出量的地方， （b） “串联” Q’=Q，U’=2U，C’=C/2 而串联接法输出电压大，本身电容小。
适宜用于以电压作输出信号，且测量电路输入阻抗很高的地方。
23. 压力传感器动态标定和静态标定的内容有什么区别？
24. 直流电桥与交流电桥在工作原理上有何不同？他们各自的应用场合是什么？
四、计算题
1. 3-6,3-7,3-9，3-10，3-11 2. 4-2，4-3，4-4，4-6 3. 6-2 4.
霍尔元件灵敏度SH=1.2mV/(mA*kGs)，放在梯度为5kGs/mm的磁场中，如果额定控制电流为20mA，设霍尔元件在平衡点附近做±0.01mm摆动，问霍尔电压可达多少？
UH?SHIB, dB?U?SI?l?1.2?20?5?(?0.01)HH
dl
??1.2(mV)
5. 压电加速度计的固有电容为Cs，连接电缆电容为Cc，输出电压灵敏度Su=U0/a，a为输入加速度，输出电荷灵敏度Sq=Q/a。求：
1 传感器电压灵敏度与电荷灵敏度之间的关系。
2 如果Cs=1000PF， Cc=100PF，标定的电压灵敏度为100mV/g，则电荷灵敏度为多少？如果Cc=300PF，则电压和电荷灵敏度各为多少？
1. 电压灵敏度Su=U0/a，输出电荷灵敏度Sq=Q/a U0=Q/C,C=Cs +Cc
SqSqUQ
Su?O??? a(Cs?CC)aCs?CCC
Sq?(CC?CS)Su?1100pF*0.1V/g?110pC/g改变电缆电容，Sq不变，Su?SqCs?CC?110pC/g(1000?300)pF?0.0846V/g
五、 综合题
1. 3-12 2. 4-9
3. 5-6，5-9
4. 6-5 画出动态应变仪的原理框图。若输入应变的波形为低频简谐信号，请注明各环节的输出信号的
波形。
传感器输出信号为：弱低频简谐信号 振荡器输出信号为：高频载波信号
电桥和放大器输出信号为：弱高频调幅波和强高频调幅波 相敏检波器输出信号为：具有正负极性的高频调幅波 低通滤波器输出信号为：强低频简谐信号
5. 一精密高速机床，传动部分由电机、齿轮、滚动轴承等组成，因操作不当产生了振动现象。现要求： 组成一个测量该振动加速度的测试系统（以框图形式表述） 简述传感器的选用原则，
简述框图各组成部分的作用，
简述信号分析时，欲得到信号频谱所采用数字信号处理的具体步骤。
（1）
被测对象 压电加速度计 电荷放大器 数字信号处理 显示记录
（2）测量对象为高速、精密机床的振动，其频率较高、振幅不太大，宜采用压电加速计。
（3）被测对象产生的振动，其加速度被压电加速度计转换为电信号（电荷），然后被电荷放大器转换为被放大了的电压信号，经过信号的预处理及A/D转换和运算处理后得到处理数据，再经显示记录即可得到测量处理结果。
（4）①信号预处理
②采样和量化（A/D转换）
③确定分析信号的长度T和数据点数N ④选窗函数（加窗）
⑤进行FFT运算，从而得到信号频谱