湖南科技大學(xué)信號處理習(xí)題庫(2017)演示文檔

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.,,緒論作業(yè)： 簡述測試系統(tǒng)的組成及應(yīng)用。,.,重點：周期信號傅里葉級數(shù)展開分析方法；非周期信號傅里葉變換分析方法；二者的頻譜特征的區(qū)別和聯(lián)系；,3,1、信號一般分為 和 兩類。 2、信號的描述方法常用的有 和 兩種。 3、周期信號用 展開到頻域描述； 瞬變非周期信號用 展開到頻域描述。 4、周期信號頻譜的特點是 ； 瞬變非周期信號頻譜的特點是 。 5、信號的有效值又稱為 ，它表示信號的 。 6、繪制周期信號 的單邊頻譜圖，依據(jù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式是 ，雙邊頻譜圖的依據(jù)數(shù)學(xué)表 達(dá)式是 。,第1章 習(xí) 題,,一、填空題,傅里葉級數(shù),傅里葉變換,離散性、諧波性、收斂性,連續(xù)性,均方根值,平均能量,傅里葉級數(shù)的三角函數(shù)展式,傅里葉級數(shù)的復(fù)指數(shù)函數(shù)展式,4,,二、判斷題（用√或×表示）,1、信號的時域描述與頻域描述包含相同的信息量。（ ） 2、非周期信號的頻譜一定是連續(xù)的。（ ） 3、具有離散頻譜的信號一定是周期信號。 （ ） 4、 單位脈沖函數(shù)的函數(shù)值等于無窮大，強(qiáng)度為1。（ ） 5、若 的頻譜為 ，則 的頻譜為 。（ ）,,,,第1章 習(xí) 題,,,5,三、單選題,1、描述周期信號的數(shù)學(xué)工具是（ ） A.相關(guān)函數(shù) B.傅氏級數(shù) C.拉氏級數(shù) D.傅氏變化 2、已知,為單位沖擊函數(shù)，則積分,的函數(shù)值為（ ）,A. 5 B. 0 C. 10 D. 任意值,C,B,第1章 習(xí) 題,6,3、如果周期函數(shù)是一個奇函數(shù)，則傅里葉系數(shù) ， 和 中 （ ） A. , B. C. 是偶函數(shù) D. 是奇函數(shù),C,A,第1章 習(xí) 題,4、若 的頻譜為 ，則頻譜為 的時域函數(shù)為（ ） A. B. C. D.,7,5、 若 的頻譜為 ，則 的頻譜為 。（a為常數(shù)） （ ） A. B. C. D.,D,第1章 習(xí) 題,6、 若 的頻譜為 ，則的 的 頻譜為 A. B. C. D.,B,,四、分析計算題,1、已知信號如圖所示：,第1章 習(xí) 題,求其傅立葉級數(shù)的三角函數(shù)展開和復(fù)指數(shù)函數(shù)展開式，并作出各自的頻譜圖。,9,已知信號如圖所示： 求其傅立葉變換。,,課后習(xí)題1-5,10,,,解：,w(t)為矩形脈沖信號,,,,11,,根據(jù)頻移特性和疊加性得：,,被截斷余弦函數(shù)的頻譜就是將矩形脈沖的頻譜一分為二，各向左右移動f0，幅值減小一半。,12,設(shè)有一時間函數(shù)f(t),及其頻譜圖，現(xiàn)乘以余弦振蕩cosw0t(w0>wm)。在這個關(guān)系中f(t)叫做調(diào)制信號，余弦型振動cosw0t叫做載波。試求調(diào)幅信號f(t)cosw0t的傅里葉變換，示意畫出調(diào)幅信號及其頻譜。若w0>wm時會出現(xiàn)什么情況？,,課后習(xí)題1-7,13,,五、簡答題,1、簡要說明信號的分類及描述方法。,第1章 習(xí) 題,,第1章 習(xí) 題,2、什么是信號的時域描述和頻域描述？兩者有何區(qū)別？ 3、什么是時間尺度改變特性？其對測試工作有何意義？,解:直接觀測或記錄到的信號，一般是以時間為獨立變量的，稱其為時域描述。信號時域描述能反映信號幅值隨時間的變化關(guān)系，而不能明確信號的頻率組成關(guān)系。把信號的時域描述通過適當(dāng)方法可變成信號的頻域描述。,解:時域壓縮，頻域擴(kuò)展，幅值降低；時域擴(kuò)展，頻域壓縮， 幅值升高。時域壓縮，提高了處理信號的效率。但頻域 信號頻帶加寬，對儀器設(shè)備通頻帶的要求也提高了。反 過來，時域擴(kuò)展，處理信號的效率會下降，但頻域信號 頻帶變窄，對儀器設(shè)備通頻帶的要求也降低了。,,第1章 習(xí) 題,4、什么是時移特性？它反映了什么規(guī)律？ 5、簡述單位脈沖函數(shù)的采樣性質(zhì)和卷積性質(zhì)。,信號在時域中平移，頻域中幅頻譜不變，相頻譜（相位）會變化。,,6、什么是各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程？,答：若平穩(wěn)隨機(jī)過程任一樣本函數(shù)的時間平均統(tǒng)計特性等于該過程的集合平均統(tǒng)計特性，則稱該 隨機(jī)過程是各態(tài)歷經(jīng)的（遍歷性）。,17,,思考題：圖示為一存在質(zhì)量不平衡的齒輪傳動系統(tǒng)，大、中、小齒輪的齒數(shù)分別為40,20,10。大齒輪為輸入軸，轉(zhuǎn)速為600r/min，若在齒輪箱機(jī)殼上測得的振動信號頻譜如下所示：,試判斷哪一個齒輪軸存在質(zhì)量不平衡問題？,第1章 習(xí) 題,18,分析：轉(zhuǎn)子不平衡的典型故障特征為工頻突出。齒數(shù)為40的大齒輪為輸入軸，轉(zhuǎn)頻600r/min，即工頻為10Hz；根據(jù)相互嚙合的齒輪轉(zhuǎn)速與齒數(shù)成反比的關(guān)系，可知齒數(shù)為20的中齒輪，工頻為20Hz；齒數(shù)為10的小齒輪，工頻為40Hz。由頻譜圖可知，40Hz的頻率成分最為突出，故小齒輪軸存在轉(zhuǎn)子不平衡的問題。,第1章 習(xí) 題,19,20,,一、填空題 1、一個理想的測試裝置應(yīng)具有單值的、確定的 。 2、線性系統(tǒng)可用 方程描述。 3、測試裝置的特性可分為 特性和 特性。 4、為了求取測試裝置本身的動態(tài)特性，常用的實驗方法是 和 。 5、描述測試裝置動態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型有 、 、 述。,階躍響應(yīng)法,靜態(tài),常系數(shù)線性微分,脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t),頻率響應(yīng)函數(shù)H(ω),習(xí) 題,傳遞函數(shù)H(s),動態(tài),頻率響應(yīng)法,輸入輸出關(guān)系,21,,6、輸入、輸出，裝置的脈沖響應(yīng)函數(shù)，它們?nèi)唛g的關(guān)系是 。 7、測試裝置在穩(wěn)態(tài)下，其輸出信號的變化量與其輸入信號的變化量之比值，稱為 。 8、相同測試條件下，當(dāng)輸入量由小增大和由大減小時，所得輸出量最大差值稱為 。 9、一階系統(tǒng)的主要特征參數(shù)有 。 10.二階系統(tǒng)的主要特征參數(shù)有 和 。,靈敏度,y（t）=x（t）*h（t）,回程誤差,時間常數(shù)τ,固有頻率,阻尼比,22,,,,,,二、判斷對錯題（用√或×表示） 1、傳遞函數(shù)相同的各種裝置，其頻率響應(yīng)函數(shù)與脈沖響應(yīng)函數(shù)亦相同。（ ） 2、幅頻特性是指系統(tǒng)輸出與輸入信號的幅值比與頻率的關(guān) 系。（ ） 3、相頻特性是指系統(tǒng)輸出與輸入信號的相位比與頻率的關(guān) 系。 （ ） 4、各系統(tǒng)串聯(lián)時，總的相頻特性等于各組成系統(tǒng)相頻特性的乘積。（ ）,,,,,23,,,5、頻率保持特性指的是任何測試裝置輸出信號的頻率總等于輸入信號的頻率。（ ） 6、一階系統(tǒng)時間常數(shù)τ越小越好。（ ） 7、二階系統(tǒng)阻尼比 越小越好。（ ） 8、測試裝置進(jìn)行不失真測試的條件是其幅頻特性為常數(shù)，相頻特性為零（ ）,,,,,24,,三、單項選擇題 1、傳感器的靜態(tài)特性中，單位輸出所需要的輸入量，稱為（ ） A.線性度 B.靈敏度 C.分辨力 D.回程誤差 2、關(guān)于傳遞函數(shù)的特點，下列敘述正確的是。（ ） A.與具體的物理結(jié)構(gòu)有關(guān) B.反映系統(tǒng)的傳輸和響應(yīng)特性 C.與輸入有關(guān) D.不能反映了測試系統(tǒng)的動態(tài)特性,C,B,25,,3、線性度表示靜態(tài)標(biāo)定曲線 的程度。 A.接近真值 B.偏離理想曲線 C.正反行程的不重合 D. 輸出比輸入 4、測試裝置的頻響函數(shù)是裝置動態(tài)特性在 中的描述。 A.幅值域 B.時域 C.頻率域 D.復(fù)數(shù)域,B,C,26,,5、時間函數(shù)為的一階裝置，輸入頻率為 = 的正弦信號，則其輸出與輸入間的相位差是 。 A. 0 o B. -45o C.-90o D.-180o 6、測試裝置的脈沖響應(yīng)函數(shù)與它的頻率響應(yīng)函數(shù)間的關(guān)系是 。 A.傅氏變換對 B. 卷積 C.拉氏變換對 D.微分。,B,A,27,四、分析計算題 1、某測試裝置為一線性系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為： 求其對周期信號 的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)y(t)。,線性系統(tǒng)具有疊加性和頻率保持特性。,,28,,解：已知 則： 即：,29,,30,,31,四、分析計算題 2、一個一階系統(tǒng)在測100Hz正弦信號時要求幅值誤差不超 過5%，則其時間常數(shù)應(yīng)取多少？若該裝置測200Hz信號 時其幅值誤差和相位差各是多少？,,32,,33,,34,四、分析計算題 3、設(shè)某力傳感器可作為二階系統(tǒng)處理。已知傳感器的固有 頻率為800Hz，阻尼比為0.14，問使用該傳感器測頻率 為400Hz正弦力時，其幅值比和相位差各是多少？若將 阻尼比改為0.7，則幅值比和相位差作何變化？,,35,,36,,37,四、簡答題 1、什么是線性系統(tǒng)的頻率保持特性？有何意義？,,一個系統(tǒng)處于線性工作范圍內(nèi)，當(dāng)其輸入是正弦信號時，它的穩(wěn)態(tài)輸出一定是與輸入信號同頻率的正弦信號，只是幅值與相位有所變化。若系統(tǒng)的輸出信號含有其他頻率成分時，可以認(rèn)為是外界干擾的影響或系統(tǒng)內(nèi)部噪聲等原因所致，可采用濾波等方法予以排除。,38,2、一階系統(tǒng)中的時間常數(shù)對系統(tǒng)有何意義？,,時間常數(shù)是反映系統(tǒng)特性的重要參數(shù)，實際上決定了該裝置適應(yīng)的頻率范圍。,3、影響二階系統(tǒng)動態(tài)特性的參數(shù)有哪些？對系統(tǒng)有何 意義？,二階系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)是固有頻率和阻尼比。然而在通常的頻率使用范圍中，有以固有頻率的影響最為重要。二階系統(tǒng)固有頻率的選擇要以其工作頻率范圍為依據(jù)。固有頻率應(yīng)避開工作頻率。當(dāng)屬入接近固有頻率時，系統(tǒng)將發(fā)生共振，應(yīng)避開。阻尼比一般選在0.6~0.8之間。,39,4、測試裝置的靜態(tài)特性包括哪些？ 答：測試裝置靜態(tài)特性描述指標(biāo):(1)線性度,(2)靈敏度,(3)回 程誤差,(4)分辨率,(5)零點漂移和靈敏度漂移 5、如何測定測試裝置的頻率響應(yīng)函數(shù)？ 答：依次用不同頻率的正弦信號通過系統(tǒng)，測出系統(tǒng)輸出信號與輸入信號的幅值和相位。則對某一個頻率，輸出與輸入信號的幅值比就是該頻率對應(yīng)的幅頻特性，輸出 與輸入信號的相位差就是該頻率對應(yīng)的相頻特性。,,40,6、測試裝置實現(xiàn)不失真測試的條件是什么？,,,不失真測試的時域條件： y（t）=A0x（t-t0） 不失真測試的頻域條件： 幅頻特性和相頻特性應(yīng)分別滿足: A(ω)=A0=常數(shù) (ω)=-t0ω,41,41,,42,第3章 習(xí) 題,一、填空題,1、傳感器的工作原理中，金屬電阻應(yīng)變片是基于 。 半導(dǎo)體應(yīng)變片的是基于 。 電感式傳感器是基于 。 磁電式傳感器是基于 。 壓電式傳感器是基于 。 光電式傳感器是基于 。 熱電式傳感器是基于 。 霍爾元件是基于 。 磁阻元件是基于 。,應(yīng)變效應(yīng),壓阻效應(yīng),電磁感應(yīng)原理,電磁感應(yīng)原理,壓電效應(yīng),光電效應(yīng),熱電效應(yīng),霍爾效應(yīng),磁阻效應(yīng),43,第3章 習(xí) 題,2、利用外界環(huán)境變化導(dǎo)致電阻率變化工作的傳感器有 、 、 、 、 、 。 3、它又可分為 和 兩種。 4、電容式傳感器分為 、 和 。 5、對非線性傳感器采用 來改善其性能。 6、可用于實現(xiàn)非接觸式測量的傳感器有 、 、 等。,半導(dǎo)體應(yīng)變片,熱電阻傳感器,氣敏傳感器,磁阻元件,熱敏傳感器,濕敏傳感器,自感型,互感型,極距變化型,面積變化型,介質(zhì)變化型,差動型,變極距型電容式傳感器,變氣隙型可變磁阻式傳感器,渦流式傳感器,44,第3章 習(xí) 題,7、利用外界環(huán)境變化導(dǎo)致電阻率變化工作的傳感器有 、 、 、 、 、 。 8、它又可分為 和 兩種。 9、電容式傳感器分為 、 和 。 10、對非線性傳感器采用 來改善其性能。 11、可用于實現(xiàn)非接觸式測量的傳感器有 、 、 等。,半導(dǎo)體應(yīng)變片,熱電阻傳感器,氣敏傳感器,磁阻元件,熱敏傳感器,濕敏傳感器,自感型,互感型,極距變化型,面積變化型,介質(zhì)變化型,差動型,變極距型電容式傳感器,變氣隙型可變磁阻式傳感器,渦流式傳感器,45,第3章 習(xí) 題,11、光電效應(yīng)按其作用原理又可分 、 、 。 12、光纖傳感器按調(diào)制方式可分為 、 、 、 。 6、光纖傳感器由 、 和 3層組成。,強(qiáng)度調(diào)制,頻率調(diào)制,相位調(diào)制,偏振調(diào)制,外光電效應(yīng),內(nèi)光電效應(yīng),光生伏特效應(yīng),芯子,包層,保護(hù)層,46,二、選擇題,D,1、壓電式傳感器目前多用于測量（ ） A.靜態(tài)的力 B.動態(tài)的力 C.速度 D.加速度與動態(tài)的力. 2、能夠感受濕度的電容式傳感器屬于（ ）的電容傳感器 A.相對面積 B.極距 C.介質(zhì) D.參數(shù) 3、電渦流效應(yīng)中，線圈阻抗的變化與（ ）有關(guān) A.線圈和金屬板間的距離 B.被測物體的材料 C.渦流的大小 D.線圈所通電流的大小 4、光電池能把太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，是基于（ ） A.霍爾效應(yīng) B.壓電效應(yīng) C.內(nèi)光電效應(yīng) D.光生伏特效應(yīng),C,A,D,47,二、選擇題,B,5、下列傳感器中 是基于壓阻效應(yīng)的。 A.金屬應(yīng)變片 B.半導(dǎo)體應(yīng)變片 C.壓敏電阻 D.變阻器式傳感器 6、金屬絲應(yīng)變片在測量構(gòu)件的應(yīng)變時，電阻的相對變化主要由 來決定的。 A.貼片位置的溫度變化 B.電阻絲幾何尺寸的變化 C.電阻絲材料的電阻率變化 D.貼片位置強(qiáng)度的變化 7.下列傳感器中，屬于能量控制型傳感器是 和 ，能量轉(zhuǎn)換型傳感器是 和 。 A.熱電偶 B.應(yīng)變片 C.電容式 D.壓電式,B,B,C,A,D,48,三、簡答題 1、請闡述傳感器的多種分類方法？ 2、簡述壓電傳感器原理，為什么壓電傳感器不適于靜態(tài)測量？ 3、光纖傳感器和電類傳感器相比，主要區(qū)別在哪里，有哪些優(yōu)點？ 4、傳感器選用的基本原則是什么，請舉一例說明。,,49,50,第4章 習(xí) 題,一、填空題,1、電橋按所采用激勵電源類型分為 和 兩種。 2、在調(diào)制解調(diào)技術(shù)中，將被調(diào)制的低頻信號稱為 ，高 頻振蕩信號稱為 。 3、RC低通濾波器的RC越 ，則截至頻率越高。 4、調(diào)幅波可以看作載波與調(diào)制波的 。 5、理想濾波器在通帶內(nèi)的幅頻特性應(yīng)為 ，相頻特性的 斜率為 。 6、將頻率的變化復(fù)原為原來電壓幅值的變化稱為 。,直流電橋,調(diào)制波,交流電橋,載 波,低,乘積,常數(shù),常數(shù),鑒頻,51,二、選擇題,C,1、電路中鑒頻的作用是（ ） A.使高頻電壓轉(zhuǎn)變成直流電壓 B.使電感量轉(zhuǎn)變成電壓量. C.使頻率變換轉(zhuǎn)換成電壓變化 C.使頻率轉(zhuǎn)換成電流 2、電橋這種測量電路的作用是把傳感器的參數(shù)變化變?yōu)椋? ） 的輸出。 A.電阻 B.電容 C.電壓或電流 D.電荷 3、載波頻率為f0,調(diào)制信號的最高頻率為fm，兩者關(guān)系為（ ） A. f0 =fm B. f0 >>fm C. fm >>f0 D. fm >>f0 4、電容傳感器如果采用調(diào)頻測量電路，此時傳感器電容是振蕩器（ ）的一部分。 A.負(fù)載 B.隔直電路 C.諧振電路 D.反饋回路,C,B,C,52,5.在一定條件下RC帶通濾波器實際上是低通濾波器與高通濾波器( )而成的。 A.串聯(lián) B.并聯(lián) C.串并聯(lián) D. 疊加 6.調(diào)制可以看成是調(diào)制信號與載波信號( )。 A.相乘 B.相加 C.相減 D. 相除,二、選擇題,D,A,53,三、簡答題 1、信號調(diào)理和轉(zhuǎn)換在測試系統(tǒng)中的作用是什么？ 2、什么是幅值調(diào)制，解調(diào)的方法有哪些？ 3、濾波器的作用是什么，有哪些基本類型？,,54,,四、計算題 1、現(xiàn)有4個電路元件：電阻R1,R2,電感L和電容C，擬接成四臂交流電橋，試畫出能滿足電橋平衡的正確接橋電路，并寫出該電橋的平衡條件？,解：設(shè)電橋激勵為ui,電橋輸出為uo,正確的接橋方法如圖所 示。電橋平衡條件是：,55,四、計算題 1、已知RC低通濾波器R=1kΩ,C=1μF,試求:(1)確定該濾波器的H(s)、H(f)，A(f)，φ(f)；(2)輸入信號ux=10sin1000t,輸出信號uy？ 2.以阻值R=120?、靈敏度Sg=2?/?的電阻絲應(yīng)變片與阻值為120?的固定電阻組成電橋，供橋電壓為3V，并假定負(fù)載電阻為無窮大，當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)??時，分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓，并繪制相應(yīng)電橋(標(biāo)識出電阻應(yīng)變片）。,,56,57,,第5章 習(xí) 題,一、填空題,1、采樣定理： 2、不滿足采樣定理的時域采樣會導(dǎo)致時域 頻域的 3、頻域采樣相當(dāng)于時域的 頻域會出現(xiàn) 4、自相關(guān)函數(shù)的最大值出現(xiàn)在 的位置。 5、互相關(guān)函數(shù)的最大值出現(xiàn)在,采樣頻率必須大于最高頻率的2倍。,失真，,混疊 。,周期擴(kuò)延，,柵欄效應(yīng)。,58,二、問答題,1、什么是采樣定理，工程測試中未滿足采樣定理會出現(xiàn)什么后果？ 2、簡述信號數(shù)字話的典型環(huán)節(jié)及可能出現(xiàn)的問題。,59,課后習(xí)題,1-1、1-5、1-6、1-7； 2-1、2-2、2-3、2-5、2-10； 3-1、3-4、3-7、3-11 4-1、4-2、4-10、4-11 5-5,