机械工程测试技术-复习大纲

测试系统测量结果可信必须具备的两个条件：测量过程是被测量的量与标准或相对标准量的比较过程。作为比较用的标准量值必须是已知的，且是合法的，才能确保测量值的可信度及保证测量值的溯源性。进行比较的测量系统必须进行定期检查、标定，以保证测量的有效性、可靠性，这样的测量才有意义。从信号描述上：确定性信号与非确定性信号；从信号幅值和能量：能量信号与功率信号；从分析域：时域与频域；从连续性：连续时间信号与离散时间信号；从可实现性：物理可实现信号与物理不可实现信号。连续信号：模拟信号（时间幅值均连续），连续信号（时间连续）离散信号：采样信号（时间不连续，幅值连续），数字信号（都不连续）信号的描述方式：时域，频域，幅值域周期信号的特点：离散性，谐波性，收敛性。频域描述工具是傅里叶级数。非周期信号的特点：连续性，谐波性，收敛性。频域描述工具是傅里叶变换。信号非确定性信号确定性信号非平稳随机信号平稳随机信号非周期信号周期信号简单周期信号一般周期信号准周期信号瞬态信号频域描述：以频率作为变量的，称其为信号的频域描述。周期信号的频域描述1、信号一般分为

和

两类。

2、信号的描述方法常用的有

和

两种。3、周期信号用

展开到频域描述；瞬变非周期信号用

展开到频域描述。4、周期信号频谱的特点是

；瞬变非周期信号频谱的特点是

。5、信号的有效值又称为，它表示信号的

。6、绘制周期信号的单边频谱图，依据的数学表达式是

，双边频谱图的依据数学表达式是。

确定性信号随机信号时域描述频域描述傅里叶级数傅里叶变换离散性、谐波性、收敛性连续性均方根值平均能量傅里叶级数的三角函数展式傅里叶级数的复指数函数展式第1章习题1．时间常数τ是一阶传感器动态特性参数，时间常数τ越小，响应越快，响应曲线越接近于输入阶跃曲线。2．满足测试装置不失真测试的频域条件是幅频特性为一常数和相频特性与频率成线性关系。3．电荷放大器常用做压电传感器的后续放大电路，该放大器的输出电压与传感器产生的电荷量成正比，与电缆引线所形成的分布电容无关。4．信号当时间尺度在压缩时，则其频带变宽其幅值变小。5．当测量较小应变值时，应选用电阻应变效应工作的应变片，而测量大应变值时，应选用压阻效应工作的应变片，后者应变片阻值的相对变化主要由材料电阻率的相对变化来决定。6．电感式和电容式传感器常采用差动方式，不仅可提高灵敏度，且能改善或消除非线性。7.电涡流传感器是利用金属材料的电涡流效应工作，可分为低频透射式和高频反射式两种，其中前者常用于材料厚度的测量。8．在调制解调技术中，将控制高频振荡的低频信号称为调制波，载送低频信号的高频振荡信号称为载波，将经过调制过程所得的高频振荡波称为已调制波。9.RC低通滤波器中的RC值越大，则其上限截止频率越小。10.频率混叠是由于采样频率过低引起的，泄漏则是由于信号截断所引起的。11.作为传感器的核心部件，直接感受被测物理量并对其进行转换的元件称为敏感元件。12.在外力作用下，金属应变式传感器主要产生几何尺寸变化，而压阻式传感器主要是电阻率发生变化，两者都引起电阻值发生变化。13.描述一阶系统动态特性的参数是时间常数，其值越小，则该系统频带越宽，响应越快。试举例说明测试系统的组成环节的主要功能。答：测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。测试过程中传感器将反映被测对象特性的物理量，如压力、加速度、温度等，检出并转换为电量，然后传输给中间变换装置；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.电阻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？答：电阻应变片是利用导体形变引起电阻变化，后者利用半导体电阻率变化引起电阻变化。半导体最突出的优点是灵敏度高。但温度稳定性差。电阻应变片灵敏度较低，但稳定性较好。选用传感器应注意哪些问题？答：1）灵敏度：传感器的量程范围是和灵敏度紧密相关的。传感器的灵敏度并非越高越好，根据被测量要求来选取。

2）线性范围：为了保证测量的精确度，传感器必须在线性区域内工作。

3）响应特性：传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。但实际传感器的响应总有一迟延，但迟延时间越短越好。

4）可靠性：经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。

5）精确度：表示传感器的输出与被测量的对应程度。传感器的精确度也并非越高越好，因为还要考虑到经济性。

6）工作方式。传感器在实际测试条件下的工作方式，也是选用传感器时应考虑的重要因素。另外，还尽可能考虑结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、易于维修和更换等因素。7、图示为一存在质量不平衡的齿轮传动系统，大、中、小齿轮的齿数分别为40,20,10。大齿轮为输入轴，转速为600r/min，若在齿轮箱机壳上测得的振动信号频谱如下所示：

试判断哪一个齿轮轴存在质量不平衡问题？分析：转子不平衡的典型故障特征为工频突出。齿数为40的大齿轮为输入轴，转频600r/min，即工频为10Hz；根据相互啮合的齿轮转速与齿数成反比的关系，可知齿数为20的中齿轮，工频为20Hz；齿数为10的小齿轮，工频为40Hz。由频谱图可知，40Hz的频率成分最为突出，故小齿轮轴存在转子不平衡的问题。第二章测试系统分析方法及特性线性时不变系统的主要性质：叠加性、积分特性、微分特性、比例特性、频率保持性测试系统的静态特性指标：灵敏度、非线性度、回程误差重复性、分辨率测试装置的静态特性：线性度、灵敏度、回程误差、分辨力、零点漂移和灵敏度漂移测试系统动态特性的数学描述：时域描述（微分方程）；复频域描述（传递函数）；频域描述（频率响应函数）一阶系统的时间常数越小越好二阶系统的固有频率越大越好二阶系统的固有频率选在0-0.58Wn，阻尼比选在0.6-0.8范围内比较好，因为这样幅值特性变化不超过5%，相频特性接近直线，波形失真较小。阻尼比选在0.6-0.8范围内，最大超调量在2.5%-10%之间。若允许的误差在2%-5%时，调整时间短。

1、一个理想的测试装置应具有单值的、确定的

。2、线性系统可用

方程描述。3、测试装置的特性可分为

特性和

特性。4、为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是

和

。5、描述测试装置动态特性的数学模型有

、

、

述。阶跃响应法静态常系数线性微分脉冲响应函数h(t)频率响应函数H(ω)传递函数H(s)动态频率响应法输入输出关系第2章习题

6、输入、输出，装置的脉冲响应函数，它们三者间的关系是

。7、测试装置在稳态下，其输出信号的变化量与其输入信号的变化量之比值，称为

。8、相同测试条件下，当输入量由小增大和由大减小时，所得输出量最大差值称为

。9、一阶系统的主要特征参数有

。10.二阶系统的主要特征参数有

和

。

灵敏度y（t）=x（t）*h（t）回程误差时间常数τ固有频率阻尼比15、一阶系统中的时间常数对系统有何意义？时间常数是反映系统特性的重要参数，实际上决定了该装置适应的频率范围。16、影响二阶系统动态特性的参数有哪些？对系统有何意义？二阶系统的动态特性参数是固有频率和阻尼比。然而在通常的频率使用范围中，有以固有频率的影响最为重要。二阶系统固有频率的选择要以其工作频率范围为依据。固有频率应避开工作频率。当属入接近固有频率时，系统将发生共振，应避开。阻尼比一般选在0.6~0.8之间。第三章常用传感器传感器由敏感元件、变(转)换元件、信号调理电路组成按信号变换特征分：物性型、结构型按能量传递分：能量控制型(无源)、能量转换型(有源)、能量传递型变阻器时传感器：工作原理电阻应变式传感器：工作原理(金属、半导体)电感式传感器：自感(变磁阻式)、互感(差动变压器式)电容式传感器：极距变化型、面积变化型、介质变化型电涡流式传感器：高频反射式、低频透射式热电式传感器：原理、工作条件磁电式传感器：定磁通式、变磁通式压电式传感器：工作原理后置放大器的作用放大电路光电式传感器：外光电、内光电1、传感器的工作原理中，金属电阻应变片是基于

。半导体应变片的是基于

。电感式传感器是基于

。磁电式传感器是基于

。

压电式传感器是基于

。光电式传感器是基于

。热电式传感器是基于

。霍尔元件是基于

。磁阻元件是基于。

应变效应压阻效应电磁感应原理电磁感应原理压电效应光电效应热电效应霍尔效应磁阻效应第3章习题2、利用外界环境变化导致电阻率变化工作的传感器有

、

、

、

、、。3、它又可分为

和

两种。4、电容式传感器分为

、

和

。5、对非线性传感器采用

来改善其性能。6、可用于实现非接触式测量的传感器有

、、等。

半导体应变片热电阻传感器气敏传感器磁阻元件热敏传感器湿敏传感器自感型互感型极距变化型面积变化型介质变化型差动型变极距型电容式传感器变气隙型可变磁阻式传感器涡流式传感器7、光电效应按其作用原理又可分

、

、。8、光纤传感器按调制方式可分为

、

、

、。

强度调制频率调制相位调制偏振调制外光电效应内光电效应光生伏特效应16、简述压电传感器原理，为什么压电传感器不适于静态测量？17、传感器选用的基本原则是什么，请举一例说明。电桥的作用在测试中常用的电桥连接形式有：单臂电桥连接、半桥连接与全桥连接。调制与解调：概念、目的、解调的方法滤波器：作用、分类、理想滤波器第四章信号调理电路1、电桥按所采用激励电源类型分为

和

两种。2、在调制解调技术中，将被调制的低频信号称为

，高频振荡信号称为

。3、RC低通滤波器的RC越

，则上截至频率越低。4、调幅波可以看作载波与调制波的

。5、理想滤波器在通带内的幅频特性应为

，相频特性的斜率为

。6、将频率的变化复原为原来电压幅值的变化称为

。

直流电桥调制波交流电桥载波大乘积常数常值鉴频第4章习题数字化处理可能出现的问题：采样、截断、DFT采样混叠、截断泄露第五章信号处理1、采样定理：2、不满足采样定理的时域采样会导致时域频域的3、频域采样相当于时域的频域会出现采样频率必须大于最高频率的2倍。失真，混叠。周期扩延，栅栏效应。第5章习题1．离散、周期的时域信号频谱的特点是（c）的。A非周期、离散 B非周期、连续C、周期、离散D周期、连续2．按传感器能量源分类，以下传感器不属于能量控制型的是（c）。A电阻传感器 B电感传感器C光电传感器D电容传感器3．变磁通感应式传感器在测量轴的转速时，其齿盘应采用（b）材料制成。

A金属 B导磁 C塑料 D导电4．测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为（D）。A精度B灵敏度C精密度D分辨力5．数字信号的特征是（B）。A时间上离散，幅值上连续 B时间、幅值上都离散C时间上连续，幅值上量化 D时间、幅值上都连续6．传感器灵敏度越高，表示该传感器（B）。A工作频带越宽 B单位输入引起的输出量越大C线性范围越宽 D允许的输入量越大7．周期信号傅立叶级数中的各项系数表示各谐波分量的（C）。A相位 B周期C振幅D频率8．滤波器的-3dB频率指输出信号幅值为输入信号幅值的（C）时所对应的截止频率。A B1C D1/29．不能用于材料厚度的非接触测量的传感器为（C）。A涡流式B电容式C压电式D光电式10．压电式传感器目前多用于测量D。A静态力B温度C速度D加速度与动态力11.滤波器的带宽越小，表示该滤波器D。A建立时间越短，频率分辨率越低B建立时间越长，频率分辨率越低C建立时间越短，频率分辨率越高D建立时间越长，频率分辨率越高12.测试系统动态特性的测定方法包括阶跃响应试验和A试验。A频率响应B脉冲响应C传递函数D任意输入响应13．以下C的频谱为连续频谱。A周期矩形脉冲B正弦函数C矩形窗函数D周期方波14．属于物性型传感器为

D。A应变式传感器B电感式传感器C电容式传感器D压电式传感器15．可以实现非接触振动测量的传感器为

B。A应变式传感器B电感式传感器C压电式传感器D以上皆可16．动态电阻应变仪中相敏检波电路的作用是

B。A幅值调制B幅值解调C频率解调D滤波17.描述传感器静态特性的指标有

D。A幅频特性B稳定时间C动态范围D线性度18.信号的时域描述与频域描述通过

C来建立关联。A拉氏变换B卷积C傅立叶变换D相乘19.理想滤波器在通带内的幅频特性为

A。A常数B零C零或常数D无法确定D9、压电式传感器目前多用于测量（）A.静态的力B.动态的力C.速度D.加速度与动态的力.10、能够感受湿度的电容式传感器属于（）的电容传感器A.相对面积B.极距C.介质D.参数11、电涡流效应中，线圈阻抗的变化与（）有关A.线圈和金属板间的距离B.被测物体的材料C.涡流的大小D.线圈所通电流的大小

12、光电池能把太阳能直接转换为电能，是基于（）A.霍尔效应B.压电效应C.内光电效应D.光生伏特效应

CADB13、下列传感器中

是基于压阻效应的。A.金属应变片B.半导体应变片C.压敏电阻D.变阻器式传感器14、金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由

来决定的。A.贴片位置的温度变化B.电阻丝几何尺寸的变化C.电阻丝材料的电阻率变化D.贴片位置强度的变化15.下列传感器中，属于能量控制型传感器是

和

，能量转换型传感器是

和

。A.热电偶B.应变片C.电容式D.压电式

BBCAD7、电路中鉴频的作用是（）A.使高频电压转变成直流电压B.使电感量转变成电压量.C.使频率变换转换成电压变化C.使频率转换成电流8、电桥这种测量电路的作用是把传