机械工程测试技术基础试卷及答案集.pdf

机械工程测试技术基础(第三版)试卷集. 一、填空题 、周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是 的。 、均方值x2表示的是信号的强度，它与均值x、方差x2的关系是 、测试信号调理电路主要有 、 、 。 、测试系统的静态特性指标有 、 、 。 、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的 。 、传感器按信号变换特性可分为 、 。 、当 时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏 度S趋于 。 、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合 、 变化，才能使输出有最大值。 、信号分析的过程主要包括： 、 。 10、系统动态特性在时域可用 来描述，在复数域可用 来描述，在频域可 用 来描述。 11、高输入阻抗测量放大电路具有高的共模抑制比，即对共模信号有抑制作 用，对 信号有放大作用。 12、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在 13、压控振荡器的输出电压是方波信号，其 与输入的控制电压成线性关系。 14、调频波的解调又称 ，其解调电路称为 。 15、滤波器的通频带宽和响应时间成 关系。 16、滤波器的频率分辨力主要由其 决定。 17、对于理想滤波器，滤波器因数 。 18、带通滤波器可由低通滤波器（fc2）和高通滤波器（fc1） 而成（fc2 c1）。 19、测试系统的线性度和滞后度是由 误差引起的；而重复性误差是 误差引起的。 二、问答题（共30分） 1、 什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用。（10分） 2、 说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10 分） 3、 选用传感器的原则是什么？（10分） 三、计算题（共55分） 1、 已知信号x(t)=e-t (t0)， (1) 求x(t)的频谱函数X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。 (2) 求x(t)的自相关函数Rx () 。 （15分） 2、 二阶系统的阻尼比=0.2，求=n时的幅值误差和相位误差，如 果使幅值误差不大于10，应取多大阻尼比？。 （10分） 3、 一电容传感器，其圆形极板r = 4mm，工作初始间隙0 =0.3mm， （1）工作时如果传感器的工作间隙变化=2m，求电容的变化量。 （2）如果测量电路灵敏度S1=100mv/pF，读数仪表灵敏度S2=5格/mv，在 =2m时，读数仪表的指示值变化多少格？ （0 = 8.8510-12 F/m） (8分) 4、 已知RC低通滤波器的R=1K，C=1MF，当输入信号x= 100sin1000t时， 求输出信号y 。 （7分） 、（1）在下图中写出动态应变仪所包含的各个电路环节。 2）如被测量x(t) = sint，载波y(t)=sin6t，画出各环节信号的波形图。 (15分 一、填空题： 1、 连续2、x2=Hx2+x2 3、电桥、放大、调制解调电路 4、非线性度、灵敏度、回程误差 5、斜率 6、组合型、一体化型 7、0 定位 8、相邻相反 相对相同 9、信号分析、信号处理 10、传递函数、频率函数、脉冲响应函数11、差模12、分布电容 13、频率 14、鉴频、鉴频器 15、反比 16、带宽B 17、1 18、串联19、系统、随机 1、 问答题 1、 答：测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索型的、论证型 的测量过程，也是获取信息的过程。 （1） 测量对象 （2） 传感器：在测试系统和被测试对象之间建立了一定的连接关系， 它直接感受被测量并将其转换成电信号。是测试系统中的关键部 件。 （3） 中间转换电路（信号调理电路）：作用是将传感器的输出信号 进行传输、放大和转换，使其适合显示、纪录、数据处理。 （4） 信号处理单衣：它是以计算机为核心对中间转换电路的输出信号 作进一步地处理（如：计算、频谱分析、数据储存等） （5） 显示、记录部分：作用是输出测试结果。 2、答： 相同之处在于：都是将被测量的变化转换为电阻的变化，且dR/R= (1+2H)+E,其中H为材料的泊桑比，E为材料的弹性模量，(1+2H)是由 几何尺寸变化引起的阻值变化，E是由电阻率的变化引起的阻值变化。 不同的是，电阻应变片是利用导体形变引起的阻值变化，所以 dR/R(1+2H)，S1+2H；而半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应使 电阻率发生变化引起电阻变化。所以dR/R=E，SE。 各自的优点分别为：电阻丝应变片具有相当高的适应性；半导体应变片的 灵敏度高，一般为电阻丝应变片的50-70倍。 3、基本原则是：选用的传感器其性能应当与被测信号的性质相匹配。 （1）静态特性方面：a、应使被测量的变化范围在传感器的线性范围以内，并 保证线性误差在允许范围内；b、传感器的分辨率（力）从数据上应小于测量 要求的分辨率（力）c、满足实际要求的条件下，精度不宜过高。 3.解：（1）S=- =-4.9410-9F/m 当=2Hm时， =S=-4.9410-9F/m（210-6m） =-+9.8810-15F （2）读取仪表的变化格数为： 9.8810-151012S1S2=9.8810-31005 =4.94（格） 4.解：低通滤波器的截止频率Wc2=2fc2=2 而输入信号Hx=100sin100t的频率Wx=1000HzWc2 ， 所以低通滤波器相当于积分器，Hy=10-9 =10-10sin（1000t-900） 5解：见课本101页，图3-19 动态应变仪方框图，以及各波形图。 一、填空题（每空0.5分，共15分） 1、非周期信号可分为瞬变非周期信号和 信号。 、均方值x2表示的是信号的 ，它与均值x、方差x2的关系是 、测试系统的静态特性指标有 、 、 。 、测试系统的组成类型大体分为 和 。 、当 时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏 度S趋于 。 、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合 、 变化，才能使输出有最大值 、信号分析的过程主要包括： 、 。 、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在 、在数据采集系统中，常采用 放大器。 10、根据载波受调制的参数的不同，调制可分为 、 、 。 11、压控振荡器的输出电压是方波信号，其 与输入的控制电压成线性关 系。 12、调频波的解调电路称为 。 13、滤波器的频率分辨力主要由其 决定。 14、 决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力。 15、带通滤波器可由低通滤波器（fc2）和高通滤波器（fc1） 而成（fc2 c1）。 16、用滤波的方法从信号提取的频率成分越窄，即带宽越小，需要的时间就 越 。 17、如信号的自相关函数为Acos，则其均方值x2= 。 18、低通滤波器对阶跃响应的建立时间Te带宽B成 、，或者说它们之间的 乘机是 。 19、测试系统的线性度和滞后度是由 误差引起的；而重复性误差是 误差引起的。 二、问答题（共30分） 1、 什么是测试？简述测试技术的含义。（10分） 、说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10分） 、简述调幅波的特点。（10分） 三、计算题（共55分） 5、 已知信号x(t)=e-t (t0)， (1) 求x(t)的频谱函数X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。 (2) 求x(t)的自相关函数Rx () 。 （10分） 2、求周期信号x(t)cos10t + sin (100t45 ) 通过时间常数为0.005s的一 阶系统的输出信号。 （10分） 3、磁电式速度传感器线圈平均直径D=25mm，气隙磁感应强度B=6000Gs，如传 感器的灵敏度S=600mv/cm/s，则工作线圈匝数应为多少？（7分） 4、已知调幅波xm(t)(100 + 30 cost +20 cos3t )cosct ， 其中f c =10KHz，f=500Hz 。试求： （1）xm(t)所包含的各分量的频率和幅值。 （2）绘出调制信号与调幅波的频谱。 （13分） 、（1）在下图中写出动态应变仪所包含的各个电路环节。 2）如被测量x(t) = sint，载波y(t)=sin6t，画出各环节信号的波形图。 (15分) 一、填空题： 2、 非周期 2、x2=Hx2+x2 3、灵敏度、非线形度、回程误差 4、组合 型 一体化型5、0 6、相邻相反 相对相同7、信号加工、 信号变换，提取又有信号的过程 8、分布电容 9、程序控制 10、 调幅、调频、调相 11、鉴频 12、鉴频器13、带宽B 14、信频程 选择性 15、串联 16、长 17、A 18、反比；常数 19、串联 二、问答题 1、答：测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索型的、论证型的测量 过程，也是获取信息的过程。 （6） 测量对象 （7） 传感器：在测试系统和被测试对象之间建立了一定的连接关 系，它直接感受被测量并将其转换成电信号。是测试系统中的 关键部件。 （8） 中间转换电路（信号调理电路）：作用是将传感器的输出信号 进行传输、放大和转换，使其适合显示、纪录、数据处理。 （9） 信号处理单衣：它是以计算机为核心对中间转换电路的输出信 号作进一步地处理（如：计算、频谱分析、数据储存等） （10） 显示、记录部分：作用是输出测试结果。 2、答：相同之处在于： 都是将被测量的变化转换为电阻的变化，且dR/R=(1+2H)+E,其中H为材 料的泊桑比，E为材料的弹性模量，(1+2H)是由几何尺寸变化引起的阻值变 化，E是由电阻率的变化引起的阻值变化。 不同的是，电阻应变片是利用导体形变引起的阻值变化，所以 dR/R(1+2H)，S1+2H；而半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应使 电阻率发生变化引起电阻变化。所以dR/R=E，SE。 各自的优点分别为：电阻丝应变片具有相当高的适应性；半导体应变片的灵敏 度高，一般为电阻丝应变片的50-70倍。 3、特点有： （1） 当调制信号x(t)0时，调幅波xm (t)与载波y(t)同频同相，其幅 值的大小与x(t)的大小有关；x(t) y(t) （2） 当x(t)2倍 C、（.-.）D、.1倍 18、 为使电缆的长度不影响压电式传感器的灵敏度，应选用 （ ）放大器。 A、电压 B、电荷 C、微分 D、积分 19、 当时,信号x（t）的自相关函数Rx（）呈周期性 变化,说明该信号( )。 A、为周期信号 B、含有周期成份 C、为离散信号 D、为非周 期信号 20、 正弦信号的自相关函数，使原有的相位信息( ) A、不变 B、丢失 C、移相 D、一定变为90 21、 不能用确定的数学公式表达的信号是（）信号。 A、复杂周期 B、瞬态 C、非周期 D、随机 22、 非线性度是表示定度曲线（ ）的程度。 A、接近真值 B、偏离其拟合直线 C、正反行程不重合 D、 滞后现象 23、 自相关函数一定是（ ）函数。 A、奇 B、偶 C、周期 D、非周期 24、 为了能从调幅波中很好地恢复出原被测信号，通常用 （ ）做为解调器。 A、鉴频器 B、整流器 C、鉴相器 D、相敏检波器 25、 采样时为了不产生频谱混叠，采样频率必须大于信号最 高频率的（ ）倍 A、4 B、2 C、10 D、5 26、 压电式传感器前置放大器的主要作用是（ ）。 A、把传感器的低阻抗输出变换为高阻抗输出 B、把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出 C、调制传感器的输出信号 D、对传感器的输出信号尽行检波 27、在电桥测量电路中，由于电桥接法不同，输出的电压灵敏 度也不同，_D_ 接法可以获得最大的输出。 A、单臂电桥 B、差动半桥 C、补偿电桥 D、全桥 28、压电传感器所使用的前置放大器在电路中起着很重要的作 用，以下说法错误的是_B_。 A、将传感器的高阻抗输入变成低阻抗输出。 B、将传感器的底阻抗输入变成高阻抗输出。 C、将压电传感器的微弱信号放大。 D、电压放大器和电荷放大器的区别在于电荷放大器带有一 个深度负反馈。 29、幅值调制装置实质是一个C 、低通滤波器 、高通滤波器 、乘法器 、振荡器 30、理想滤波器在通带内的幅频特性为 A 、常数 、零 、零或常数 、无法确定 31变极距型电容传感器的输出与输入，成（A ）关系。 A.非线性 B.线性 C.反比 D.平方 32如果窗函数频谱的主瓣峰值相对于左右旁瓣峰值越大，则 该窗函数的泄漏误差（A ）。 A.越小 B. 越大 C.不定 D.不确定 33不能用涡流式传感器进行测量的是( D )。 A.位移 B.材质鉴别 C. 探伤 D.非金属材料 34设时域信号x(t)的频谱为X(f)，则时域信号（C ）的频谱 为X(ff0）。 A . B. C. D. 35压电式传感器后面的放大器的主要功能为（ C ）。 A.阻抗变换 B.信号放大 C. 阻抗变换和信号放大 D.不确定 36一个相邻双臂工作的测力电桥，如果将两工作臂的一个应 变片均改为两个应变片串联，则电桥的输出电压（D） A. 加大一倍 B. 减小一倍 C. 不变 D. 加大 两倍 37一个相邻双臂工作的测力电桥，如果将两工作臂的一个应 变片均改为两个应变片串联，则电桥的输出电压（） A. 加大一倍 B. 减小一倍 C. 不变 D. 加大 两倍 三、填空题 1、 若x(t)的傅立叶变换是X(f),则x(kt)的傅立叶变换 是1/k*X(f/k) 2、 测试装置输出波形无失真但有时间延迟的不失真测试条件 是：装置的幅频特性为（ 常数 ），相频特性为（ （）=- t）。 3、 x(t) 的频谱是X（f）,y(t)的频谱是Y(f),若在频域内 X(f)与Y(f)作相乘运算，则对应在时域内x(t)与 y(t)应作_ 卷积_ 4、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有（线性 ）关系最佳。 5、 压电式传感器是利用某些物质的_压电效应_而工作的 6、 调幅波可以看作是载波与调制波的相乘。 7、 为了提高便极距型电容传感器的灵敏度,线形度及减小外 部条件对测量精度的影响，实际应用时常常采用差动式工作方 式 8、 频率不同的两个正弦信号,其互相关函数Rxy( )=(0 ) 9、 滤波器分离信号中相邻频率成份的能力称为（分辨能 力），它取决于滤波器的（带宽 ）。 10、 压电式传感器在使用电压前置放大器时，连接电缆长度 改变，测量系统的灵敏度也发生变化 11、 测试系统通常由（传感器 ），（信号的调理和转换 ） 及（信号处理 ）所组成。 12、 对连续时域信号作加窗截断处理，必然会引起频谱的（ 泄露）现象。 13、 能用确切数学式表达的信号称为确定性信号，不能用确 切数学式表达的信号称为随机信号。 14、选择窗函数对信号进行截断时，应力求其频谱的主瓣宽度 窄些，旁瓣幅度小些。 15、根据滤波器的选频作用分，滤波器可分为低通滤波器、高 通滤波器、带通滤波器、 带阻滤波器。 16、由函数卷积特性，任一函数x(t)与具有时移to的单位脉冲函 数(tto)的卷积为x=(tto)，(t)函数的频谱密度函数为 四、简答题 1、 差动型变磁阻式电感传感器在使用时常把两个线圈接在电 桥的两个相邻桥臂中，试问：（1）此电桥需接入何种激励电 压？高频正弦电压（2）该电桥的输出电压是何波形？高频正 弦波的幅值随传感器输出波的变化而变化（3）输出电压的幅 值与传感器的什么量有关？灵敏度（4）输出电压大小能否反 映被测量的方向？欲知被测量的方向，测量电路中应带有什么 环节?不能，在测量电路之后接入差动相敏检波电路 2、 在用应变仪测量机构的应力，应变时，如何消除由于温度 变化所产生的影响？利用电桥的和差特性，将两片应变片分别 接到测量机构的相对面上，并接入电桥中相邻的桥臂上，使得 由于温度变化而导致的输出电压无用值相互抵消。 3、把一个变阻器式传感器按如图接线，它的输入量是什么？输 出量是什么？在什么条件下，它的输出量与输入量之间有较 好的线性关系？ 输入量是被测量的位移。输出量是电压值。只有当变阻器的最 大电阻值与后接电路的输入电阻比值趋于0时，它的 输出量与输入量之间有较好的线性关系 4、金属电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？ 各有何特点？ 前者是利用导体形变引起阻值变化，后者是利用半导体电阻率 变化引起阻值变化。金属电阻丝应变片稳定性和温度特性 好，但灵敏度系数小。 半导体应变片应变灵敏度大；体积 小；能制成具有一定应变电阻的元件，但温度稳定性和可重 复性不如金属应变片。 5、简述压电效应现象；石英晶体所产生的横向和纵向压电效应 产生的电荷聚集在哪里？其大小分别如何计算？ 某些物质在外力的作用下，不仅几何尺寸发生了变化，而且内 部极化，某些表面上出现电荷，形成电场。当外力去掉时， 又重新回到原来的状态，这一现象称为压电效应现象。石英 晶体所产生的众向压电效应产生的电荷聚集在与电轴 (X) 垂直的平面上，其大小为。石英晶体所产生的横向压电效应 产生的电荷聚集在与电轴 (X) 垂直的平面上，其大小为。 a、b分别为晶体片的长度和厚度。 6、什么是调制，调制的目的是什么，如何实现对信号进行调 幅和解调？ 调制是指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的某 个参数的过程。信号调理的的目的是（1）实现缓变信号的传 输，特别是远距离传输 （2）提高信号传输中的抗干扰能力和 信噪比对信号进行调幅是将一个高频载波信号与被测信号相 乘，使得高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。可使用同 步解调、相敏检波的方式来实现对信号进行解调。 7、试用方框图描述测试系统的组成，并简述测试工作的全过 程。 传感器将被测物理量(如噪声,温度等) 检出并转换为电量，中 间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经 A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显 示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。 8、什么是负载效应？对于电压输出的环节，减轻负载效应的 措施有哪些？ 当一个装置联接到另一装置上时，由于发生能量交换而使前装 置的联接处甚至整个装置的状态和输出都将发生变化的现象称 为负载效应。对于电压输出的环节，减轻负载效应的办法有: (1)提高后续环节(负载)的输入阻抗；(2)在原来两个相联接的 环节之中，插入高输入阻抗、低输出阻抗的放大器，以便一方 面减小从前环节吸取能量，另一方面在承受后一环节（负载） 后又能减小电压输出的变化，从而减轻负载效应；(3)使用反 馈或零点测量原理，使后面环节几乎不从前环节吸取能量。 9、试说明二阶测试系统的阻尼度大多采用的原因。 阻尼比在这个范围内可提高系统响应的快速性，以及工作的范 围更大些。 10、简述涡流式传感器的工作原理，它有哪些特点? 把一个线圈放到一块金属导体板附近，相距为，当线圈通以 高频交流电流 i 时，便产生磁通，此交变磁通通过邻近的 金属板，金属板上便产生闭合的感应电流 i1，即涡电流，涡 电流也会产生交变磁场1 ，根据楞次定律，涡电流产生的交 变磁场1与线圈的磁场变化方向相反，1总是抵抗的变 化，由于涡电流磁场的作用，使原线圈的等效阻抗 Z 发生变 化，变化程度与有关。 11、何谓压电效应?压电式传感器对测量电路有何特殊要求?为 什么? 某些物质在外力的作用下，不仅几何尺寸发生了变化，而且内 部极化，某些表面上出现电荷，形成电场。当外力去掉时，又 重新回到原来的状态，这一性质称为压电效应。压电式传感器 的测量电路必须有高输入阻抗并在输入端并联一定的电容Ci以 加大时间常数。主要是为了在测量动态量时，获得一定的输出 电压并实现不失真测量。 12、试述霍尔效应及其用来测量位移的原理。 将霍尔元件置于磁场B中，当有电流流过时，在垂直于电流和 磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。 五、计算分析题 1、试用相关分析的知识说明如何确定深埋在地下的输油管裂 损的位置。 裂损处可视作向两侧传播声响的声源，在两侧管道上分别安置 传感器1和传感器2，并将两传感器信号输出端接