机械工程测试技术答案

第一章引言1测量、测试和测量的概念。2用实例说明了测试系统的组成及各环节的功能。第2章传感器1影响机械传感器线性的主要因素是什么？可以举出例子。答：主要因素是弹性敏感元件的蠕变和弹性后效。说出五个你熟悉的机械传感器，并解释它们的转换原理。答：气压计、弹簧秤、双金属片温度传感器、液体温度传感器、毛发湿度计等。电阻丝应变仪和半导体应变仪的工作原理有什么不同？每种方法的优缺点是什么？应如何根据具体情况进行选择？答：电阻丝应变片主要利用变形效应，而半导体应变片主要利用压阻效应。目前电阻丝应变片的主要优点是性能稳定，性能良好。主要缺点是灵敏度低和横向效应大。半导体应变仪的主要优点是灵敏度高、机械滞后小和横向效应小。主要缺点是温度稳定性差、灵敏度色散大和非线性大。选择应基于测量精度要求、现场条件、灵敏度要求等。有一个电阻应变仪，灵敏度SG=2，r=120瓦.工作时将应变设置为1000me，并询问dr=？如图所示，将该应变仪放入电路中，并试着找出：1)无应变时的电流表示值；2)应变情况下的电流表示值；3)电流表指示值的相对变化；4)尝试分析这个变量是否可以从表中读取？解决方法：根据应变效应表达式DR/R=SgeDR=Sge R=2100010-6120=0.24瓦1)I1=1.5/R=1.5/120=0.0125 A=12.5毫安2)I2=1.5/(容积率)=1.5/(1200.24)0.012475 A=12.475毫安3)d=(I2-I1)/I1100%=0.2%4)电流变化太小，无法从电流表中读取。如果使用高灵敏度、小量程的微安表，量程不足以测量12.5毫安的电流。如果使用毫安表，0.025毫安的电流变化无法区分。一般来说，需要一个电桥来测量、平衡无应变时的中性电流，只有有应变时才取小输出，并根据需要放大。与3-5感应传感器(自感型)的灵敏度相关的因素有哪些？可以采取什么措施来提高灵敏度？这些措施会带来什么后果？答：以气隙变化为例进行分析。同样，因为线圈阻抗Z=wL，灵敏度可以写成从上述公式可以看出，灵敏度与磁路横截面积A0、线圈匝数N、电源角频率W、铁芯磁导率m0、气隙D等有关。如果磁路横截面积A0、线圈匝数N、电源角频率W、铁芯磁导率m0增加并且气隙D减小，则灵敏度可以提高。增加磁路的横截面积A0和线圈的匝数N将增加传感器的尺寸和重量，并影响动态特性。减小气隙D将增加非线性。6电容测微计的圆形极板半径R=4毫米，初始工作间隙D=0.3毫米。问：1)在工作过程中，当传感器和工件之间的间隙DD=1毫米时，电容会发生什么变化？2)如果测量电路的灵敏度S1等于100毫伏/毫伏，且读数计的灵敏度S2=5等于5个电池/毫伏，当DD=1毫米时，读数计的指示值改变了多少个电池？解决方案：1)2)B=S1S2DC=1005(4.9410-3)2.47网格回答：压电压力传感器的灵敏度为90帕/兆帕。将其与灵敏度调整至0.005伏/pC的电荷放大器连接。放大器的输出被记录在一个光示波器上，该示波器的灵敏度被调整到20 mm/v。试着画出测试系统的框图，并计算其整体灵敏度。解决方案：框图如下压力传感器电荷放大器光束示波器压力p每个设备都是串联的。如果忽略负载效应，总灵敏度S等于每个器件灵敏度的乘积，即s=Dx/DP=900.00520=9毫米/兆帕。它包含什么类型的光电传感器？他们的特点是什么？光电传感器能测量什么物理量？答：有三种照片内部光电效应(也称为光电导效应)-当一个物体受到光的照射时，被该物体的电子吸收的光能是一种其电导率增加而电阻率降低的现象，并且有由它们制成的光敏电阻和光导管。光电效应光使物体在某个方向产生电动势。如遥控器、自动门(热释电红外探测器)、光电鼠标装置、照相机自动光度计、光度计、光电耦合器、光电开关(计数、位置、行程开关等)。)、浊度检测、火灾报警、光电阅读器(如纸带阅读器、条形码阅读器、自动阅卷机等。)、光纤通信、光纤传感、电荷耦合器件、色差、彩色标记、防盗报警、电视机自动亮度调节、路灯、导航灯控制、灯光控制灯座、音乐石英钟控制(夜间无音乐)、红外遥感、干手器、冲洗机等。它已广泛应用于CCD图像传感器、红外成像仪、光纤传感器、激光传感器等。什么是霍尔效应？它的物理本质是什么？霍尔元件可以测量哪些物理量？请举三个例子来说明。回答：霍尔效应：当金属或半导体薄片置于磁场中时，当电流流过薄片时，在垂直于电流和磁场方向的两侧会产生电势差。这种现象称为霍尔效应，产生的电势差称为霍尔势。霍尔效应的机理(物理本质):电荷在磁场中运动受磁场力F1(称为洛伦兹力)的影响，并沿垂直于磁场和运动方向的方向运动，从而在两侧产生正负电荷积累。应用实例包括电流测量、位移测量、磁感应强度测量和力测量。计数装置、转速测量(如仪表等。)、流量测量、位置检测和控制、电子点火器、霍尔电机-无刷电机等。尝试解释压电加速度计、超声波传感器和声发射传感器之间的异同。回答：同样的一点：它们都使用材料的压电效应(正压电效应或负压电效应)。不同点：压电加速度计利用正压电效应将振动加速度通过惯性质量转化为作用在压电元件上的力，从而产生电荷。超声波换能器用于电能和机械能的相互转换。利用正负压电效应。逆压电效应可用于清洁、焊接等。声发射传感器是基于晶体组件的压电效应，将声发射波引起的被测件表面振动转化为电压信号。所有这些通常被称为声发射传感器或声发射探头。材料结构在外力或内力作用下发生位错-滑移-微裂纹形成-裂纹扩展-断裂，应变能以弹性波形式释放的现象称为声发射。声发射传感器不同于加速度传感器，它将被测样品的表面振动物理量转化为压电晶片自身在应力波作用下的共振变形输出的电量。选择传感器的基本原则是什么？让我们举个例子。答：灵敏度、响应特性、线性范围、可靠性、准确性、测量方法、体积、重量、价格等方面综合考虑。第3章信号转换和调节1电桥由电阻R=120W瓦、灵敏度Sg=2的电阻丝应变仪和电阻120瓦的固定电阻组成。电桥电源电压为3 V。假设负载电阻为无穷大，当应变计的应变为2me和2000me时，分别得到单臂电桥和双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。解决方案：这是一个等臂电桥，可以用等比电桥和差分特性表达式来解决。当e=2me时：单臂输出电压：双臂输出电压：当e=2000me时：单臂输出电压：双臂输出电压：双臂电桥的灵敏度是单臂电桥的两倍。有些人发现这种敏感性1)半桥的两臂串联。尽管桥臂上的电阻变化增加了1倍，但桥臂的总电阻也增加了1倍。电阻的相对变化不增加，所以输出电压不增加。因此，这种方法不能提高灵敏度。2)半桥的两臂并联，桥臂上的等效电阻变化和等效总电阻都减少了一半，而电阻的相对变化没有增加，因此该方法不能提高灵敏度。除了电阻平衡旋钮之外，为什么动态应变仪上还有电容平衡旋钮答：动态电阻应变仪使用高频交流电为电桥供电。这座桥在交流电状态下工作。这座桥的平衡状况是Z1Z3=Z2Z4|Z1|Z3|=|Z2|Z4|，j1j3=j2j4由于导体分布、各种寄生电容、电感等的存在。阻抗模式和阻抗角不能与光学电阻平衡同时平衡。只有反复调整两组电阻和电容的平衡装置，才能同时平衡电桥的阻抗模式和阻抗角。4.将电阻应变仪连接到全桥，并测量某个部件的应变。众所周知，它的变化规律如下e(t)=a s10t bcos 100t如果电桥激励电压u0=Esin10000t，请尝试找到该电桥的输出信号频谱。解决方法：将全桥等臂连接，将应变片的灵敏度设为Sg，根据等臂桥的加减特性得到。幅频图如下f9900安(f)999010010101005已知调幅波xa(t)=(10030 cosw t 20 cos3 wt)cosw CT，其中fc=10kHz，fW=500Hz。尝试找到：1)xa(t)中包含的每个分量的频率和振幅；2)绘制调制信号和调幅波的频谱。解决方案：1)xa(t)=100 cos wct 15 cos(WC-w)t15 cos(wcw)T10 cos(WC-3w)T10 cos(wc3w)t每个频率分量的频率/幅度分别为10000赫兹/100、9500赫兹/15、10500赫兹/15、8500赫兹/10、11500赫兹/10。2)调制信号x(t)=10030 coswt20 cos3wt，每个分量的频率/幅度分别为0 Hz/100，500 Hz/30，1500 Hz/20。调制信号和调幅波的频谱如图所示。f0安(f)调制信号频谱1500f8500安(f)9500100001150020301001001015105001510调幅波谱调幅波可以看作是载波和调制信号的叠加吗？为什么？答：不是。因为调幅波是载波，振幅与调制信号大小成正比，只有乘法才能实现。7试从调幅原理解释为什么动态应变片的电桥激励电压频率为10kHz，工作频率为01500Hz？答：为了在解调过程中避免混叠并有效滤除高频成分，载波频率要求是调制信号频率的5-10倍。动态应变仪的电桥激励电压为频率为10kHz的载波，因此工作频率(即调制信号的最大允许频率)为01500Hz是合理的。过滤器的分辨率是多少？涉及哪些因素？答：滤波器分辨率是指滤波器区分相邻频率分量的能力。它与滤波器带宽B、品质因数Q、倍频程选择性、滤波器因数等有关。带宽越小，品质因数越大，倍频程选择性越小，滤波器因数越小，分辨率越高。9将带通滤波器的下截止频率设为fc1，上截止频率设为fc2，中心频率设为f0。试着在下面的描述中指出对与错。1)倍频程滤波器。2).3)滤波器的截止频率是该通带振幅的-3dB频率。4)当下限频率相同时，倍频程滤波器的中心频率是1/3倍频程滤波器的两倍。回答：1)错误。倍频程滤波器n=1，正好fc2=21fc1=2fc1。2)正确。3)正确。4)正确。10已知一个RC低通滤波器，R=1kW，C=1mF，尝试；1)确定每个函数式h(s)；h(w)；a(w)；j(w).2)当输入信号ui=10sin1000t时，计算输出信号uo并比较其幅度和相位关系。解决方案：Cri(t)ui(t)uo(t)一阶RC低通滤波器1)，t=RC=100010-6=0.001s所以，,2) w=1000rad/s，而2)ui=10s 1000t，因此(稳态输出)相对于输入用户界面，输出y(t)=0.5A(10)cos10t j(10)0.2A(100)cos100t-45j(100)=0.447 cos(10t-26.6)0.039 cos(100t-123.7)比较：输出与输入、振幅衰减、相位滞后。频率越高，振幅衰减越大，相位滞后越大。第四章测试信号的分析和处理1找出周期方波的傅里叶级数(以复指数函数的形式)，并画出| CN |和N图。图周期性方波信号波形图0tx(t)A-一个答：一个时期的表述是积分区间为(-T/2，T/2)所以复指数函数形式的傅立叶级数是，没有偶次谐波。频谱图如下图所示。|cn|n/2-/200305030502A/2A/32A/5振幅-频率图相位频率图周期方波复指数函数形成谱图2A/52A/32A/-0-30-50-0-30-502求正弦信号的绝对平均值和均方根值。回答：3求指数函数的谱。回答：图的截断余弦函数ttT-TT-Tx(t)w(t)1001-1单边指数衰减信号的频谱f|X(f)|A/a