机械工程测试技术基础期末考试复习题

传感器与测试技术期末考试试卷一、填空（每空 1 份，共 20 分）1 测试技术的基本任务是 获取有用信息 。2 从时域看，系统的输出是其输入与该系统 脉冲响应函数 的卷积。3 信号的时域描述，以 时间 t 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率 f 为独立变量。4 如果一个信号的最高频率为 50Hz，为了防止在时域采样过程中出现混叠现象，采样频率应该大于 100Hz。5 在桥式测量电路中，根据其 激励电流 的性质，可将其分为直流电桥与交流电桥。6 金 属 电 阻 应 变 片 与 半 导 体 应 变 片 的 主 要 区 别 在 于 ： 前 者 利 用 形 变 效 应 引起的电阻变化，后者利用 压阻效应 变化引起的电阻变化。 7 压电式传感器是利用某些物质的 压电效应 而工作的。8 带通滤波器的上下限截止频率为 fc2、fc 1，其带宽 B= ；若其带宽为 1/3 倍频程12cf则 fc2= fc1。39 属于能量控制型的传感器有电阻式传感器、涡电流传感器、电容式传感器、电感式传感器等等。10 根据载波受调制的参数不同，调制可分为 调频 、 调幅 、 调相 。11 相关滤波的工作原理是同频相关不同频不相关/同频检测原理12 测 试 装 置 的 动 态 特 性 可 以 用 传 递 函 数 、 频 率 响 应 函 数 和 脉 冲 响 应 函 数 进 行 数 学 描述 。二、选择题（把正确答案前的字母填在空格上，每题 1 分，共 10 分）1 不能用确定的数学公式表达的信号是 d 信号。A 复杂周期 B 非周期 C 瞬态 D 随机2 平稳随机过程必须 b 。A 连续 B 统计特征与时间无关 C 各态历经 D 统 计 特 征 等 于 时 间 平 均3 一阶系统的动态特性参数是 c。A 固有频率 B 阻尼比 C 时间常数 D 灵敏度4 系统在全量程内，输入量由小到大及由大到小时，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间的最大差值称为 a 。A 回程误差 B 绝对误差 C 相对误差 D 非线性误差5 电阻应变片的输入为 b 。A 力 B 应变 C 速度 D 加速度6 d 用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。A 传递函数 B 互相关函数 C 互谱密度函数 D 相干函数7 为使电缆的长短不影响压电式传感器的灵敏度，应选用 b 放大器。A 电压 B 电荷 C 微分 D 积分8 在测量位移的传感器中，符合非接触测量而且不受油污等介质影响是 d 传感器。A 电容式 B 压电式 C 电阻式 D 电涡流式9 信号分析设备可分析的频率低于磁带记录仪记录信号的频率，可将磁带 b ，也可达到分析的目的。A 重放速度放快 B 重放速度放慢 C 重放速度不变 D 多放几次10. 一阶系统的阶跃响应中，超调量 d。A 存在，但5B 存在，但1 C 在时间常数很小时存在 D 不存在三、判断题（用或表示，在正确的题目对应的括号里填，反之填 ，每题 1 分，共10 分）1 （ ）非周期信号的频谱是连续的。2 （ ）传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。3 （ ）调幅波是载波与调制信号的叠加。4 （ ）涡流传感器属于有源传感器。5 （ ）滑线变阻器式传感器不适于微小位移量的测量。6 （ ）窗函数频谱的主峰瓣越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信号所引起的误差越小。7 （ ）恒带宽滤波器的中心频率越高，其带宽越宽。8 （ ）随机激振属于宽带激振法。9 （ ）压电式加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。10.（ ）若系统是完全线性的，则输入输出的相干函数一定为 1。一、 简答题（每题 5 分，共 30 分）1 （5 分）2 分频谱特点：离散性、谐波性、递减性 3 分(每答对一个得 1 分)2 （5 分）2 分(每答对一个得 1 分) 3. （5 分）1.5 分 或者用文字表述，表述正确同样得分。4. （5 分）（或者解调） 1 分5. （5 分）（3 分） 。四、简答题（每题 5 分，共 30 分）1 已知周期方波的傅立叶级数展开式为 tttAtx 0005sin13sisin8)( 试绘出该周期方波的单边幅值谱，并说明其频谱特点。2 二阶测试装置的两个动态特性参数是什么？为了实现不失真测试，如何确定其取值范围？ 解；2 固有频率( )和阻尼比( ) 3 分(每答对一个得 1.5 分)n为了实现不失真,阻尼比( )取值 0.60.8; 工作频率取值小于等于 0.58 n3 何谓不失真测试？实现测试不失真的测试装置的幅频和相频特性应如何？解；输出 y(t)与输入 x(t)满足关系 y(t)=A0x(t-t0), 其中 A0和 t0为常数,则为不失真测试。 2 分实现不失真测试的测试装置的幅频特性为 A( )= A0 = 常数 1.5 分相频特性为 ( )= t4 信号的预处理包括那些环节？ 解；1）电压幅值调理（或者放大） 1 分（2）滤波（或者滤去高频） 2 分（3）隔离直流分量（或者隔直） 1 分（4）如原信号进行调制，则应先进行解调5 为什么在动态电阻应变仪上除了设有电阻平衡旋钮外，还设有电容平衡旋钮？解；动态电阻应变仪采用的是纯电阻交流电桥（1 分） ，即使各桥臂均为电阻，由于导线间存在分布电容（1 分） ，相当于在各桥臂上并联了一个电容，因此，除了电阻平衡外，还须有电容平衡6 测得两个同频正弦信号的相关函数波形如图 1，问：图 1（1） 这一波形是自相关函数还是互相关函数？为什么？（2） 从波形中可以获得信号的哪些信息？解；（1）互相关函数，因为是非奇非偶函数。 2 分（2）频率信息：正弦波形的频率与此波形频率相同 1 分相位信息：两正弦波形之间的相位差就是此波形中的初相位 1 分幅值信息：此波形的振幅是两个正弦波振幅乘积的一半 1 分五、计算题（共 14 分）1 （6 分）已知低通滤波器的频率响应函数为， 式中 jH)( s05.当输入信号为 时，求滤波器的稳态输出)451co()6cos(.0)( tttx )(ty1. （6 分） 0.令 ，.1 s2x根据线性系统频率保持性和幅频相频特性，)(1)(A)tan()(由 ，可以得到：6011 分36.0)5.()(21 分56.7)5(1arctgarctg )5.0cos(89.7os36.0)( tty由 ，可以得到：21 分96.0)15.(22A1 分69.78)5()(arctgarctg )69.230cos(.4os.096.2 tty由线性系统的叠加性可得.)160(189)()(21 tty2 分2 （4 分）有一信号 ，初始相角 为一随机变量；)cos()(tAtx试求 1）求其自相关函数；2）确定其均值和方差。解 2.（4 分） 自相关函数： 1 分Tx dtxtR0)(1lim= tTcos)cos(li0 = 1 分)2A均值： = =0 1 分20(1Txdt20)cos(1TdtA方差： 1 分)20ttxTxx 3 （4 分）以阻值 ，灵敏度 的电阻丝应变片与阻值为 的固定电1R5.S120阻组成电桥，供桥电压为 4V，并假定负载电阻无穷大，当应变片的应变为 1000 时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压解 3. （4 分）单臂：V 2 分 36000 5.410.241uuy 双臂：V 2 分36000 105.21 SRy六、 应用题（共 16 分）1. （6 分）某车床加工外圆表面时，表面振纹主要是由主轴箱转动轴上齿轮不平衡惯性力使主轴箱振动所引起，实验测得振纹的频谱如图 2（a）所示，主轴箱内的传动示意图如图 2(b)所示，传动轴、和主轴上的齿轮齿数分别为 Z1 = 30, Z2 = 40, Z3=20, Z4=50, 传动轴的转速为 n1 = 2000 转/分（根据传动比计算可知：传动轴的转速为 n2 = 1500 转/分，主轴的转速为 n2 = 600 转/分） ，试分析哪一根轴上的齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响较大？为什么？1. （6 分）转动轴 I 的转动频率为：2000/60=33.3HZ； 1 分转动轴 II 的转动频率为：1500/60=25HZ； 1 分转动轴 III 的转动频率为：600/60=10HZ； 1 分与实验测得振纹的频谱图比较可知轴 II 上的齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响最大。（a） (b)图 22. （10 分） 欲测试图 3(a)所示简直梁的动态特性参数（固有频率和阻尼比） ， （1）请从现有设备中选择，并用框图表示测试系统构成，简述测试过程；（2）测得该梁的幅频特性曲线如图 3（b）所示，根据该曲线如何确定简直梁的动态特性参数（给出原理、公式并在图中表示）（现有设备： 压电式加速度计、 压电式力传感器、磁电式速度计、电阻应变片、电荷放大器、功率放大器、信号发生器、激振器、数据采集分析系统、显示设备）图 3 (a)图 3 (b)xx 大学 200X200X 学年第一学期传感器与测试技术期末考试试卷参考答案学院_ 年级_ 考试班级_二、 填空( 每空 1 分，答对得分，答错不得分，共 20 分)1 获取有用的信息2 脉冲响应函数3 时间( )、频率 或tf)(4 100Hz5 激励电压（或工作电压或桥压或电源）6 导体机械形变、半导体电阻率的（或半导体压阻效应）7 压电效应8 、 （或 1.26）12cf39 电阻式传感器、涡电流传感器、电容式传感器、电感式传感器等，答对任何两个均得 2 分10 调幅、调频、调相11 同频相关不同频不相关/同频检测原理12 传递、频率响应、脉冲响应三、 选择题（每题 1 分，答对得分，答错不得分，共 10 分）15 D B C A B 610 D B D B D四、 判断题（每题 1 分，答对得分，答错不得分，共 10 分）15 610 五、 简答题（每题 5 分，共 30 分）1 （5 分）2 分频谱特点：离散性、谐波性、递减性 3 分(每答对一个得 1 分)2 （5 分）固有频率( )和阻尼比( ) 3 分(每答对一个得 1.5 分)n为了实现不失真,阻尼比( )取值 0.60.8; 工作频率取值小于等于 0.58 n2 分(每答对一个得 1 分) 3. （5 分）输出 y(t)与输入 x(t)满足关系 y(t)=A0x(t-t0), 其中 A0和 t0为常数,则为不失真测试。 2 分或者用文字描述上述关系，描述正确 2 分，不完整 1 分，错误不得分。实现不失真测试的测试装置的幅频特性为 A( )= A0 = 常数 1.5 分相频特性为 ( )= 1.5 分 t或者用文字表述，表述正确同样得分。4. （5 分）（1）电压幅值调理（或者放大） 1 分（2）滤波（或者滤去高频） 2 分（3）隔离直流分量（或者隔直） 1 分（4）如原信号进行调制，则应先进行解调（或者解调） 1 分5. （5 分）动态电阻应变仪采用的是纯电阻交流电桥（1 分） ，即使各桥臂均为电阻，由于导线间存在分布电容（1 分） ，相当于在各桥臂上并联了一个电容，因此，除了电阻平衡外，还须有电容平衡（3 分） 。 5 分其它的表述酌情给分。6. （5 分）（1）互相关函数，因为是非奇非偶函数。 2 分（2）频率信息：正弦波形的频率与此波形频率相同 1 分相位信息：两正弦波形之间的相位差就是此波形中的初相位 1 分幅值信息：此波形的振幅是两个正弦波振幅乘积的一半 1 分六、 计算题（共 14 分）1. （6 分） )4510cos(5.)60cos(.)( tttx令 ，.01t2x根据线性系统频率保持性和幅频相频特性，2)(1)(A)tan()(由 ，可以得到：6011 分36.0)5.()(21 分56.7)5(1arctgarctg )5.0cos(89.7os36.0)( tty由 ，可以得到：21 分96.0)15.(22A1 分69.78)5()(arctgarctg )69.230cos(.4os.096.2 tty由线性系统的叠加性可得.)160(189)()(21 tty2 分2.（4 分） 自相关函数： 1 分Tx dtxtR0(lim)= AtT)coscos(lim0 = 1 分)2A均值： = =0 1 分20(1Txdt20)cos(1Tdt方差： 1 分)20AttxTxx 3. （4 分）单臂：V 236000 105.2405.241 uSRuy 分 双臂：V 2 分36000 1.22 y 七、 应用题（共 16 分）1. （6 分）转动轴 I 的转动频率为：2000/60=33.3HZ； 1 分转动轴 II 的转动频率为：1500/60=25HZ； 1 分转动轴 III 的转动频率为：600/60=10HZ； 1 分与实验测得振纹的频谱图比较可知轴 II 上的齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响最大。 3 分2 （10 分）（1） （6 分）测试系统组成框图：（4 分）测试过程（2 分）：信号发生器产生的信号由功率放大器放大后传送给激振器，激振器通过压电式力传感器对简支梁激振；压电力传感器拾取激振力信号，压电加速度传感器拾取振动信号，分别经电荷放大器放大后送入数据采集系统，最后由显示设备显示频率响应函数。 （2） （4 分）幅频特性峰值 0A对应的频率为简支梁的固有频率 n；2 分 半功率点（或者 01或者 0.707 0A）对应的频率分别为 1、 2；阻尼比如下方法估计： n122 分 要求能在图中正确表示，否则酌情扣分。一、 填空题（20 分，每空 1 分）1.测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为 静态测量 和 动态测量 。2.测量结果与 被测真值 之差称为 测量误差 。3.将电桥接成差动方式习以提高 灵敏度 ，改善非线性，进行 温度 补偿。4.为了 补偿 温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在相邻 桥臂上。5调幅信号由载波的 幅值携带信号的信息，而调频信号则由载波的 频率 携带信号的信息。6绘制周期信号 的单边频谱图，依据的数学表达式是傅氏三角级数中的各项系数，()xt而双边频谱图的依据数学表达式是傅氏复指数级数中的各项系数。7信号的有效值又称为均方根值，有效值的平方称为 均方值 ，它描述测试信号的强度2(信号的平均功率)。8确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是离散的，后者频谱特点是连续的。9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是频率响应法和阶跃响应法。10.连续信号 与 进行卷积其结果是： 。其几何意义()xt0)t0()xtt0()xt是把原函数图像平移至 位置处。二、 选择题（20 分，每题 2 分）1直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将(C)。A增大 B减少 C.不变 D.变化不定2调制可以看成是调制信号与载波信号(A)。A 相乘 B相加 C相减 D.相除3描述周期信号的数学工具是(D)。A相关函数 B拉氏变换 C傅氏变换 D.傅氏级数4下列函数表达式中，(B)是周期信号。A 5cos100()ttxt当当B ()2s()atte