《机械工程测试技术基础》课后习题及答案详解.doc

第一章 信号的分类与描述 1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|cn|–ω和φn–ω图，并与表1-1对比。 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。 1-2 求正弦信号的绝对均值和均方根值。 解答： 1-3 求指数函数的频谱。 解： 1-4 求符号函数(见图1-25a)和单位阶跃函数(见图1-25b)的频谱。 a)符号函数的频谱 t=0处可不予定义，或规定sgn(0)=0。 该信号不满足绝对可积条件，不能直接求解，但傅里叶变换存在。 可以借助于双边指数衰减信号与符号函数相乘，这样便满足傅里叶变换的条件。先求此乘积信号x1(t)的频谱，然后取极限得出符号函数x(t)的频谱。 b)阶跃函数频谱 在跳变点t=0处函数值未定义，或规定u(0)=1/2。 阶跃信号不满足绝对可积条件，但却存在傅里叶变换。由于不满足绝对可积条件，不能直接求其傅里叶变换，可采用如下方法求解。 解法1：利用符号函数 结果表明，单位阶跃信号u(t)的频谱在f=0处存在一个冲激分量，这是因为u(t)含有直流分量，在预料之中。同时，由于u(t)不是纯直流信号，在t=0处有跳变，因此在频谱中还包含其它频率分量。 解法2：利用冲激函数 根据傅里叶变换的积分特性 (见图1-26)的傅里叶变换。 解： (t)为矩形脉冲信号 所以 可见的频谱等于将矩形的频谱一分为二，各向左右移动f0，同时谱线高度减小一半。 1-6 求指数衰减振荡信号的频谱 解： 所以 单边指数衰减信号 根据频移特性和叠加性得： 1-7 设有一时间函数f(t)及其频谱如图1-27所示。现乘以余弦型振荡。在这个关系中，函数f(t)叫做调制信号，余弦振荡叫做载波。试求调幅信号的傅里叶变换，示意画出调幅信号及其频谱。又问：若时将会出现什么情况？ 解： 所以 可见调幅信号的频谱等于将的频谱一分为二，各向左右移动载频ω0，同时谱线高度减小一半。 将发生混叠。 1-8 求正弦信号的均值、均方值和概率密度函数p(x)。 解答： (1)，式中—正弦信号周期 (2) (3)在一个周期内 第二章 测试装置的基本特性 2-1 进行某动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/MPa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度。当压力变化为3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？ 解：若不考虑负载效应，则各装置串联后总的灵敏度等于各装置灵敏度相乘，即 S=90.9(nC/MPa)(0.005(V/nC)(20(mm/V)=9.09mm/MPa。 偏移量：y=S(3.5=9.09(3.5=31.815mm。 2-2 用一个时间常数为0.35s的一阶装置去测量周期分别为1s、2s和5s的正弦信号，问稳态响应幅值误差将是多少？ 解：设一阶系统， ，T是输入的正弦信号的周期 稳态响应相对幅值误差，将已知周期代入得 2-3 求周期信号x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t?45()通过传递函数为H(s)=1/(0.005s+1)的装置后得到的稳态响应。 解：，， 该装置是一线性定常系统，设稳态响应为y(t)，根据线性定常系统的频率保持性、比例性和叠加性得到 y(t)=y01cos(10t+(1)+y02cos(100t?45(+(2) 其中， ， 所以稳态响应为 2-4 气象气球携带一种时间常数为15s的一阶温度计，以5m/s的上升速度通过大气层。设温度按每升高30m下降0.15℃的规律而变化，气球将温度和高度的数据用无线电送回地面。在3000m处所记录的温度为?l℃。试问实际出现?l℃的真实高度是多少？ 解：该温度计为一阶系统，其传递函数设为。温度随高度线性变化，对温度计来说相当于输入了一个斜坡信号，而这样的一阶系统对斜坡信号的稳态响应滞后时间为时间常数(=15s，如果不计无线电波传送时间，则温度计的输出实际上是15s以前的温度，所以实际出现?l℃的真实高度是 Hz=H-V(=3000-5(15=2925m 2-5 想用一个一阶系统做100Hz正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，那么时间常数应取多少？若用该系统测量50Hz正弦信号，问此时的振幅误差和相角差是多少？ 解：设该一阶系统的频响函数为 ，(是时间常数 则 稳态响应相对幅值误差 令(≤5%，f=100Hz，解得(≤523(s。 如果f=