郑州大学测试技术考试题型解析

1、1. 可用于动态非接触测量的传感器有涡流式和电容式传感器，可用于接触式测量的有压电式传感器和应变片2. 压电式传感器测量电路的两种形式：电压放大器和电荷放大器3. 幅值调制的过程在时域上是调制波与载波的相乘的过程，常见到的调副装置有电桥4. 测试装置的动态特性在时域中用脉冲响应函数描述，在频域中用频率响应函数描述5. 测试系统的组成部分：传感器，中间变换装置，显示记录装置。传感器将被测对象特性的物理量检出并转换成电量，然后传输给中间变换装置，中间变换装置对收到的电信号用硬件电路进行分析处理和a/d变换后用软件进行计算，再将处理结果以电信号或数字信号的方式传输给显示记录装置，最后由显示记录装置将

2、6. 不进行数学推导，试分析周期相同的（测量结果显示出来提供给观察者或者其他记录装置。T=100ms）的方波和正弦波的互相关函数是什么结果，请写出分析结果和过程：其互相关函数应该是周期T=100ms的余弦波。周期方波信号通过傅里叶级数展开后，其基频为1/T。其他频率成分均为基频整数倍，周期与方波相同的正弦波信号只有一种频率成分即1/T,.根据互相关函数同频相关，不同频不相关的特点，方波信号中除基频外，其他频率成分对应的波形和正弦波的相关结果均为零，基频对应的波形和正弦波的相关结果为余弦波7 .当时间尺度压缩时，频谱的频带加宽，幅值降低，反之则频带变窄，幅值增加。8 .测试装置的灵敏度越高，测试

3、范围越小。9 .变阻器式传感器不适于小位移量的测量。10 .将时域信号进行时移，频域信号将会仅有相移。11 .压电式传感器是个高内阻传感器，因此要求前置放大器的输入阻抗很高12 .表示随机信号中动态分量的统计常数是方差13 .半导体应变片是根据半导体材料的压阻效应原理工作的14 .自相关函数是一个偶函数15 .压电材料按一定方向置放在电场中，其几何尺寸发生变化，称为逆压电效应16 .工程中常见的周期信号其谐波的幅值随谐波的频率增加而减小。17 .半导体应变片的工作原理是基于半导体材料压阻效应，她的灵敏系数比应变式的灵敏系数大，电容式和电感式传感器常用差动式结构，其作用是提高灵敏度，减少线性误差

4、18 .在信号数字化处理中，为了防止频率混叠，信号的最大频率和采样频率之间的关系应满足fs>2fh19 .属于能量控制型的传感器有电阻应变计，电容式测振仪，电阻温度计等，属于能量转换型的传感器有热电偶温度计，弹性压力计20 .在信号进行数字化处理的过程中，为什么要对周期信号进行整周期截断是获得准确频谱的先决条件？只有进行整周期截断，才可以使分析频谱落在简谐信号的频率上，获得准确频谱，另外，从概念上理解，bft的作用是将窗内的信号向外严拓，只有事先对周期信号按照整周期截断才会延拓后的信号与原信号完全重合，不发生畸变，否则在k=nt处信号不能重合，出现畸变。21 .周期信号与瞬变非周期信号在

5、频域内的主要差别是是否连续22 .功率信号是指平均功率为有限值的信号，其能量是无限值，例如单自由度振动信号是功率信号23 .在描述系统的动态特性时，频率响应函数是用来描述系统的简谐输入和棋稳态输出的关系，脉冲响应函数可以作为系统的时域描述24 .调幅过程实际上是频谱的搬移过程，调幅装置实质上是乘法器，典型的装置有电桥，调幅过程在频域相当于调制波与载波的相乘过程，调幅装置实质上是一个乘法器25 .调频，振荡器输出的是等幅波，其其振荡频率偏移量和信号电压成正比，调频的解调又称为鉴频26二阶系统测试系统的固有频率wn>2w,阻尼比多在0.6-0.7之间的原因？在wn>2w时，曲线近似水平

6、，线性好，响应快，kesei过小时，震荡强烈，不容易达到稳态，kesei>1时，虽不发生震荡，也需要较长时间才能达到稳态Kesei在0.6-0.7时，能较快实现不失真测试，在宽广的频域范围内，减小输入和输出误差，提高响应速度27 .涡流传感器分为高频反射式和低频透射式两种类型，涡流传感器不可以探测水泥制品表面的缺陷。28 .为了能从调幅波中很好地恢复出原被测信号，常用相敏检波器作为解调器29 .滤波器的截止频率就是其同频带的幅值-3bB处的频率30 .在高频段，恒带宽滤波器比恒带宽比滤波器的频率分辨率要高，通频带要窄31 .滤波器的分类：1：选频方式：低通，高通，带通，陷波或带阻滤波器四

7、种类型，2.构成形式：有源和无源滤波器32 .压电式传感器采用电阻反馈式的电压放大器33 .金属丝电阻应变片和半导体应变片的区别在于前者利用导体形变引起电阻变化，后者利用电阻率变化引起电阻变化34 .电容式传感器有极距变化型，面积变化型，介质变化型，其中极据变化型的灵敏度最大35 .举出3个生活中接触到的测试技术应用实例：1，录音机上的麦克风采用电容传声器，按平板电容原理将声波转换成膜片的振动位移，导致电容变化，变换为电信号2.计算机鼠标上的光电传感器，利用发光二级管与光敏晶体管的组合来测量鼠标移动，鼠标内置2个带2盘的滚轴，小球滚动时带动了滚轴转动，通过孔盘对发光二级管发出光线的阻断在光敏晶

8、体管上产生表示位移的电脉冲输出。3.教室中防火灾的烟雾报警器，利用气敏半导体材料，当他吸收了可燃气体的烟雾时会发生还原反应，放出热量，使元件温度相应提高，电阻发生变化，从而将烟雾信号转换为电信号输出36 .电阻应变片是基于金属导体的应变效应37 .测试技术主要研究物理量的测量原理和测量信号分析处理方法38.已知RC谑波器，&=1K二1W,试二确定该谑波器的印小印/）、4/）、班/）及i=iT（t）:其截止频率，并判断该潴波器的类型.L（2）输入信号/=10kinlOOOh求输出信号与h并比较其与输入信号的幅值及相位关系.解：（1）由电路可知,灭虫巴十】江）=、«卜小若记旦力n

9、K（j）T（r）eJf（5”则正行）=独=一其士丁二五。二I103-IO-<S=OOO1A（j）1+rjHUH虱KA/)-_(tf)-arrrg2fr39.机械工程测试技术基础郑州大学机械工程学院已知RC源波器，&=lk0,r=luF,试二（1）确定该谑波器的笈。）、印/）、以、耐力及1厂，l（t）*TU）其截止频率，并判断该惦波器的类型.oI_o（2）输入信号佐二1。血1000G求输出信号%,并比较其与输入信号的幅值及相位关系。解：仃）由电路可知，RCyr）=y（f），小若记，卬=F（j）*二阳中则H（j）=£1-!其士1r=尺。二|Q10-fl=Q001H二口（现叩

10、"二不则"4（F）=f?-必/）=行噩工事Vi+473-240.机械工程测试技术基础HTTP:/MECH.ZZU.EDU.CN郑州大学机械工程学院,*月二旦1。41.现JI =IO-3 = -15°不=1。丫 =血(10。，-45°)= _.O7i(lOOOr-450)机械工程测试技术基础郑州大学机械工程学院例5-1求正弦函数 x(t) =%sin()t坤)的自相关函数。初始相位角中为一随机变量。解：此正弦函数，是一个零均值的各态历经随机过程，其各种平均值可以用一个周期内的平均值表示之。该正弦函数的自相关函数为1 TRx( ) =im0 x(t)x(t

11、)dtToT0 O.! X sin(，t T )sin ，(t )T dt式中T0 正弦函数的周期，T0令st十邛=日，则出=d% 。Q()=X2 2-.X2° sin 二 sin(?1 )d - - cos -可见正弦函数的自相关函数是一个余弦函数，在T = 0时具有最大值，但它不随T的增加而衰减至零。它保留了原正弦信号的幅值和频率信息，而丢失了初始相位信息。42.机械工程测试技术基础郑州大学机械工程学院例3若k，)=XWM碌t+8),y(t)=Y£n(%t+.则(1)若叼二叼=毋，即两茴谐信号同频,XY31M值+ff)sin(di£+砌山,同频信号相关(2)若

12、gw%,即两个僖号不同频则勺二廨l皿吟*(即+5碉频信号不相关=Q43.机械工程测试技术基础HTTP:/MECH.ZZU.EDU.CN郑州大学机械工程学院恒带宽比滤波器常采用倍频程带通滤波器，上、下截止频率之间应满足以下的关系，即*2 =2n fc1cc式中n称为倍频程数。若n=1 ,则称为倍频程滤波器；若n=1/3 ,则称为1/3倍频程滤波器。该滤波器中心频率fn =彳二三则： 又根据可得fc2=22fn，fc1=2fnB =fc2 fc1= -Qnn1 =B =22 1Qfn这种滤波器组中后一个滤波器的中心频率f n2与前一个滤波器的中心频率f n1间满足:fn2 =2工要满足上述关系，通

13、常的做法是使前一个滤波器的上截止频率与后一个滤波器的下截止频率相一致。这样的一组滤波器将覆盖整个频率范围，称之为邻接式。1、同步解调原理：把调幅波再次与原载波信号相乘的过程称为同步解调。当用一低通滤波器滤去频率大于fm|勺成分时，则可以复现原信号的频谱。机械工程测试技术基础郑州大学机械工程学院同步：指解调时所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。即：45.机械工程测试技术基础郑州大学机械工程学院:、调幅及解调（一）调幅原理：将一个高频载波信号与测试信号（调制信号）相乘，使高频载波的幅值随测试信号的变化而变化。载波信号一般采用高频简谐信号。问题:有薄壁圆管式拉力传感器如下图所示。已知其

14、弹性元件材料的泊松比为0.3,电阻应变片氏、&、&和储阴值相同.R灵敏系数均为乩应变片贴片位置如图所示。若受拉力作用，问:(1)欲测让捡力P的大小，应如何止确细成电桥？请画出相应的电桥.(2)当供桥电压e二IV餐=3斓小养时，输出电压匕是多少门四=1*1(1)?I IRi46.机械工程测试技术基础郑州大学机械工程学院47机械工程测试技术基础郑州大学机械工程学院.(1)为了测量力大小，测试电桥应如下图所示连接，设:用、£、当化应变分别为1，%,门，fg因为泊松比一=0.3,故用、品的应变匕=门=-fT-0.3X300=-90I(JI凡皿1凡凡“%=L+二3“凡冬&

15、;此广=-(300+300-(-90)-(-90)x2x24-0.78mV例如图所示试件，欲测作用在其上的力F时，拟使用金属应变片作为传感器，后接直流电桥方案，请问应采用何种布片和组桥方案，使得既能消除温度的影响，又能提高测量灵敏度？参考答案：选择两个相同规格的应变片R1和R2,同时选择两个和应变片的初始电阻值相同的纯电阻R3和R4o将应变片R1平行贴在构件上表面，应变片R2平行贴在构件对应下表面；根据电桥转换原理，按右图组桥就能满48.机械工程测试技术基础郑州大学机械工程学院足要求。49.机械工程测试技术基础HTTP:/MECH.ZZU.EDU.CN郑州大学机械工程学院例j1-；.：irI转

16、动轴上齿轮的不平衡惯性力使主轴箱振动而引起的“振纹.的幅值谐A（Q如图u）所示,主轴箱传动小意图如题b）所示口传动轴转速rHKOOOT/min）,传动轴L2.3上的齿轮齿数*分别为力1=30,72=40Z3=20tZ4=>0t试分析哪一根轴上的一齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响大？（已知f=ii/60）.Cr/min)6Q解，（1）计算轴雌速和频率二w30Wii=x2000=1500约40=xl500=6001150至200011500.川j=Jji=£jHz1601150/1500*口(2)判别：由计算结果知山1=.二23所与频谙图中最大幅值处的癖相吻合，故知轴II上的齿轮不

17、平衡量对加工表面的酸影响最大。50.机械工程测试技术基础HTTP:/MECH.ZZU.EDU.CN郑州大学机械工程学院0.05s 12.3求周期信号x(t)=0.5cos10t+0.2coS100t45),通过传递函数为的装置后所得到的稳态响应。解：利用叠加原理及频率保持性解题xt=0.5sin10t900.2sin100t45A；-;=1+(3 2<1 +(0.0 0 5 )2,=-arctg 0.005%=10,A侬1)=1,贴1)-2.86：x(t1)=0.5父1sin(10t+90=2.86)，%=10。，AM)=0.89,g)=-26.57=yt2=0.20.89sin100t

18、-26.5745yt=0.5sin10t87.14(-0.178)sin10at18.4312.7将信号cost输入一个传递函数为H(s)=的一阶装置后，试求其包括瞬态过程2s1在内的输出y(t)的表达式。解：xt=cost=sint902,e=arctg(78)1.y(t)=sin(cot+90arctg(tco)1,：i1cost-arctg.1-i'.-,21541-2.9试求传递函数分别为-15-和-41-的两个环节串联后组S1.4nS7nS1.4nS7n成的系统的总灵敏度（不考虑负载效应）解：H，=H1H2，153H1©)=,S=33.5S0.57s-1H2=-2-

19、2,S2=41S21.4nS，：S-S1S2=341=1232.10想用一个一阶系统作100Hz正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%A内，则时间单常数应去多少？若用该系统测试50Hz正弦信号，问此时的振幅误差和相角差是多少？解：由振幅误差E=|A0-A|=1_A0=1A-5%AiaA'-95%即A=95%Vi2112二 100t 2= 0.95,= 5.23 10's当切=2百=2几父50=100冗,且5=5.23父10“$时1 +(5.23父10"父100n 2:98.7%此时振幅误差E1=1-98.7%=1.3%.=-arctg5.2310卫100二-9.33

20、-2试举出你所熟悉的五种机械式传感器，并说明它们的变换原理。解答：气压表、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。3-3电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何针对具体情况来选用？解答：电阻丝应变片主要利用形变效应，而半导体应变片主要利用压阻效应。电阻丝应变片主要优点是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应大。半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺点是温度稳定性差、灵敏度离散度大、非线性大。选用时要根据测量精度要求、现场条件、灵敏度要求等来选择。3-4有一电阻应变片(见图3-84),其灵敏度Sg=2,R=120Q。

21、设工作时其应变为1000收,问AR=?设将此应变片接成如图所示的电路，试求：1)无应变时电流表示值；2)有应变时电流表示值；3)电流表指示值相对变化量；4)试分析这个变量能否从表中读出？图3-84题3-4图解：根据应变效应表达式R/R=Sg得-6：R=&R=2100010120=0.24'J1) I1=1.5/R=1.5/120=0.0125A=12.5mA2) I2=1.5/(R+R)=1.5/(120+0.24)：0.012475A=12.475mA3) .=(12-I1)/I1100%=0.2%4)电流变化量太小，很难从电流表中读出。如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程

22、不够，无法测量12.5mA的电流；如果采用毫安表，无法分辨0.025mA的电流变化。一般需要电桥来测量，将无应变时的灵位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，并可根据需要采用放大器放大。3-5电感传感器(自感型)的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措施？采取这些措施会带来什么样后果？解答：以气隙变化式为例进行分析。gdLN20A。S=d7=-三又因为线圈阻抗ZhL所以灵敏度又可写成odZnHa。S二屋二一丁由上式可见，灵敏度与磁路横截面积A线圈匝数N、电源角频率0、铁芯磁导率内，气隙擀有关。如果加大磁路横截面积A线圈匝数N、电源角频率0、铁芯磁导率也，减小气隙瓦都可提高灵敏度。加大磁

23、路横截面积A、线圈匝数N会增大传感器尺寸，重量增加，并影响到动态特性；减小气隙、会增大非线性。3-6电容式、电感式、电阻应变式传感器的测量电路有何异同？举例说明。解答：电容式传感器的测量电路:田广山的谐振式调幅电路调幅电路人生:电桥电路调频电路、外差式运算放大器电路二极管T型网络差动脉宽调制电路极化电路等自感型变磁阻式电感传感器的测量电路:'谐振式调幅电路惠斯登电桥I调幅电路变压器电桥电桥电路紧耦合电感臂电桥、带相敏检波的电桥等调频电路年相电路等电阻应变式传感器的测量电路：电桥电路（直流电桥和交流电桥）。相同点：都可使用电桥电路，都可输出调幅波。电容、电感式传感器都可使用调幅电路、调频电路等。不同点：电阻应变式传感器可以使用直流电桥电路，而电容式、电感式则不能。另外电容式、电感式传感器测量电路种类繁多。3-7一个电容测微仪，其传感器的圆形极板半径r=4mm工作初始间隙6=0.3mm,问：1）工作时，如果传感器与工件