机械工程测试技术试题库

希望能够给需要的人带来帮助。

绪论

第一章

一、选择题

1.描述周期信号的数学工具是(B

A.相关函数B.傅氏级数C.傅氏变换D.拉氏变换

2.傅氏级数中的各项系数是表示各谐波分量的(C

A.相位B.周期C.振幅D.频率

3.复杂的信号的周期频谱是［A)。

A.离散的B.连续的C.5函数D.sine函数

4.如果一个信号的频谱是离散的。那么该信号的频率成分是(C)。

A.有限的B.无限的C.可能是有限的，也可能是无限的D.不能确定

5.以下函数表达式中，(B)是周期信号。

B.x(t)=5sin207Z?+10cosl0TZ?,(-00<t<+oo)

C.x(f)=loJ创cos20"，(-8<t<+oo)

D.x(0=5sin+10cos,(-00<t<+co)

6.多种信号之和的频谱是(C)。

A.离散的B.连续的C.随机性的D.周期性的

7.描述非周期信号的数学工具是(C)。

A.三角函数B.拉氏变换C.傅氏变换D.傅氏级数

8.以下信号中，(C)信号的频谱是连续的。

A.x(t)=Asin(&>?+(p1)+Bsin(3(y?+(p2)

B.x(t)=5sin30/+3sin750/

at

C.x(?)=e~sin(»0?

D.x«)=5sin20R+10cosl(W

9.连续非周期信号的频谱是(C)。

A.离散、周期的B.离散、非周期的C.连续非周期的D.连续周期的

10.时域信号，当持续时间延长时，那么频域中的高频成分(C)。

A.不变B.增加C.减少D.变化不定

11.将时域信号进行时移，那么频域信号将会［D)。

A.扩展B.压缩C.不变D.仅有移项

:8

12.x(t)=12sin&>?,5(。为单位脉冲函数，那么积分力的函数值为［C)。

J—00

A.6B.OC.12D.任意值

13.如果信号分析设备的通频带比磁带记录下的信号频带窄，将磁带记录仪的重放速度(A)，那

么也可以满足分析要求。

A.放快B.放慢C,反复多放几次D.不能

14.如果根据傅氏变换的［A)性质，那么有3。一？0)=>e-*'。。

A.时移B.频移C.相似D.对称

15.瞬变信号x(t),其频谱X(f),那么区⑴/表示［B)。

A.信号的一个频率分量的能量

B.信号沿频率轴的能量分布密度

C.信号的瞬变功率

D.信号的功率

16.不能用确定函数关系描述的信号是［C)。

A.复杂的周期信号B.瞬变信号C.随机信号D.周期信号

17.两个函数占⑺和马«),把运算式⑺7卜彳称为这两个函数的(C)。

A.自相关函数B.互相关函数C.卷积D.互谱

18.时域信号的时间尺度压缩时，其频谱的变化为()。

A.频带变窄、幅值增高B.频带变宽、幅值压低

C.频带变窄、幅值压低D.频带变宽、幅值增高

t

19.信号x«)=l—e：,那么该信号是(C).

A.简单周期信号B.随机信号C.瞬变信号D.复杂周期信号

20.数字信号的特性是(B)。

A.时间上离散、幅值上连续B.时间、幅值上均离散

C.时间、幅值上都连续D.时间上连续、幅值上量化

21.非周期信号的频谱是(A)

A.连续的B.离散的C.基频的整倍数D.非连续的22.信号是信息的［A)

A.载体B.描述C.形式D.数量表示

23.脉冲函数的频谱是［A)

A.均匀谱B.非均匀谱C.逐渐增高D.逐渐降低24.截断的方波信号的频谱是［B)

A.离散谱B.连续谱C.低频谱D.高频谱

25.方波信号的谐波频率是基波频率的(C)

A.偶数倍B.自然数倍C.基数倍D.小数倍

26.窗函数在时域变窄，那么其频域的频带(B)

A.缩小B.加宽C.不变D.不确定

27.下面［D)的频谱与理想的白噪声频谱相同

A.低频噪声B.高频噪声C.随机噪声D.。函数

28.信号在时域的时移，那么信号在频域(A)

A.相移B.不变C.压缩D.放大

29.信号的时域与频域描述方法是依靠(B〕来确立彼此的关系

A.拉氏变换B.傅氏变换C.卷积D.相乘

30.各态历经随机过程必须是(A)

A.平稳随机过程B.非周期性的

C.集合平均统计特征随时间周期性变化D.连续的

31.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［B)

A.不变B.减小C.增加D.不确定

32.将信号在时域进行扩展，那么信号在频域将［C）

A.不变B.扩展C.压缩D.相移

33.由几个频率不同的正弦信号合成的周期信号，合成信号的周期是1A）

A.各信号周期的最小公倍数B.各信号周期的最大公约数

C.各信号周期的平均值D.都不对

二、填空题

1.信号可分为和两大类。确定性信号；随机信号

2.确定性信号可分为和两类，前者的频谱特点是。后者的频谱特点是。周期信号；非周期信号；离散

的；连续的

3.将确定行信号中那些不具有周期重复性的信号称为。非周期信号

4.工程中常见的周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而的，因此，没有必要取那些次

数过高的谐波分量。减小

5.信号的有效值的平方称为，它描述测试信号的平均功率。均方值

6.两个时间函数占⑺和%«）的卷积定义式是。

7.连续信号x⑺与单位脉冲函数进行卷积其结果是：—/°）=。X"—‘0）

8.6.单位脉冲函数5（。的频谱所有频段上都是等强度的，这种频谱常称为。均匀谱

9.21.窗函数收⑺的频谱是八$山0=/7,那么延时后的窗函数攻（"；）的频谱应是。

T'6一""■sinC7ifz

10.信号当时间尺度在压缩时，那么其频带其幅值。例如将磁带记录仪即是例证。展宽；降低；慢录快

放

11.单位脉冲函数5。）的频谱为，它在所有频段上都是，这种信号又称。1；等强度；白噪声

12.余弦函数只有谱图，正弦函数只有谱图。实频；虚频

13.计算积分值：「5。+5）-/公=。e-5

J—00

14.两个时间函数为⑺和马⑺的卷积定义式是。

/•OO

15.单位脉冲函数S。-f0）与在"点连续的模拟信号/⑺的以下积分：J-01。

这一性质称为。

脉冲采样

16.傅氏变换对loMJ）,根据频移性质可知喻的傅氏变换为。3（于一于。）

17.傅氏变换对：xi（/）oX］（y）和0⑺0X2（/）时，那么当式。=不（》/⑺时，x（/）=—

X«）*X2（/）

三、名词解释

1.平稳随机过程

平稳随机过程是指其统计特征参数不随时间而变化的随机过程。

四、计算题

1.求以下图所示三角波调幅信号的频谱。〔图中所示三角波的傅立叶变换为;sin°2（半））

解：

图中所示调幅波是三角波与载波cos的乘积。两个函数在时域中的乘积，对应其在频域中的卷

积。

余弦信号频谱为7+4）+3（/—%）］

三角波频谱为：；sin02（手）

那么信号犬。的频谱为：

2.求被截断的正弦函数sin豌/的傅立叶变换。

解

原函数X。）可看作是正弦函数x（）（r）=sing/和矩形窗函数收⑺的乘积,即x（t）=/⑺•似。,

其中

又X（）（o）=j^-［j（<y+00）-J（（y-&>0）］

3.求被截断的余弦函数COSQ/如下，求其傅立叶变换。（9分）

解：

原函数X。）可看作是余弦函数》0«）=COS0（/和矩形窗函数W«）的乘积，即X（0=x0（?）-w（t）,

其中

又X（）（0）=乃b（0+g）+S（0-0。）］

4.求指数函数x«）=Ae-a\a>0j>0）的频谱。

解：

4.求正弦信号x«）=x0sin（。/+9）的均值〃*和均方值〃；o

解：

5.求衰减振荡信号x(t)=e-"cos0(/,a>0/»0的频谱。

解：设X]⑺=e",X2⑺=cosa)ot

6.一时间函数/⑺及其频谱函数F(。)如图1-2所示，其最高频率为％,。函数x«)=/⑺-cosgt,

【。0〉。加)，试分别作出X。)及其频谱函数X(。)的图形。分析当。0<例“时，X(o)的图形会出现

什么情况？

解：x«)相当于信号;■⑺与cos例/的调幅信号，其时域与频域结果如以下图所示：

图中，[a)为调幅信号波形图，图(b)为调幅信号频谱图。当/〈。办时，两边图形将在中间位置处

发生混叠，导致失真。

7.图1-3所示信号a⑴及其频谱A⑴。试求函数/«)=a«)•(l+cos2万^f)的傅氏变换F(f)并画

出其图形。

解：由于加)=的>(1+雎2哂)

=a(t)+a(t)-cos2兀于qt

并且尸7Ia«)]=A(/),

F(f)=A(/)+A(/)*![<^(/+fQ)+^f-f0)]

所以1

=A(f)+-A(f+f0)+-A(f-f0)

F⑺的频谱图如以下图所示：

第二章

一、选择题

2.测试装置的传递函数H(s)是装置动态特性在〔)中的描述。

A.幅值域B.时域C.频率域D.复频域

3.测试装置的频响函数H(js)是装置动态特性在〔)中的描述。

A.幅值域B.时域C.频率域D.复频域

4.用常系数微分方程描述的系统称为()系统。

A.相似B.物理C.力学D.线性

5.以下微分方程中，哪一个是线性系统的数学模型？〔)

d2ydy_dxd2ydx

A.-^+t—+5y=—+xB.—二一

dtdtdtdtdt

C.4a=10x+5d2ydx

D.—j+y--x

dtdtdt2dt

6.线性系统的叠加原理说明〔)。

A.加于线性系统的各个输入量所产生的响应过程互不影响

B.系统的输出响应频率等于输入鼓励的频率

C.一定倍数的原信号作用于系统所产生的响应，等于原信号的响应乘以该倍数

D.多个输入信号同时作用于系统所产生的响应，等于各个原信号的响应之和

7.测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为［）。

A.精度B.灵敏度C.精密度D.分辨率

8.一般来说，测试系统的灵敏度越高，其测量范围（）o

A.越宽B,越窄C.不变D.不一定

9.测试过程中，量值随时间而变化的量称为〔）。

A.准静态量B.随机变量C.动态量D.静态量

10.线性装置的灵敏度是〔）。

A.随机变量B.常数C.时间的线性函数D.时间的非线性函数

11.假设测试系统由两个环节串联而成,且环节的传递函数分别为,那么该系统总的传

递函数为［）。假设两个环节并联时，那么总的传递函数为〔）。

A.(5)+H2(s)B.Hx(5)-H2(5)

12.输出信号与输入信号的相位差随频率变化的关系就是（）。

A.幅频特性B,相频特性C.传递函数D.频率响应函数

13.时间常数为T的一阶装置，输入频率为的正弦信号，那么其输出与输入间的相位差是（）。

T

A.-45°B.-90°C.-180°D.45°

14.测试装置的脉冲响应函数与它的频率响应函数间的关系是〔）。

A.卷积B.傅氏变换对C.拉氏变换对D.微分

15.时不变线性系统的频率响应函数等于1）。

A.系统的正弦输出与正弦输入比

B.系统稳态正弦输出的傅氏变换与正弦输入的傅氏变换之比

C.用虚指数函数表示系统稳态正弦输出与正弦输入之比

D.系统稳态正弦输出的拉氏变换与正弦输入的啦氏变换之比

16.对某二阶系统输入周期信号x（O=A）sinW+%）＞那么其输出信号将保持（）。

A.幅值不变，频率、相位改变

B.相位不变，幅值、频率改变

C.频率不变，幅值、相位改变

D.幅值、频率、相位均不变

17.二阶装置，用相频特性中0（面=-90。时所对应的频率co作为系统的固有频率外的估计值，那么

值与系统阻尼频率自的大小（）o

A.有关B.无关C.略有关系D.有很大关系

18.二阶系统的阻尼率看越大，那么其对阶越输入的时的响应曲线超调量（）。

A.越大B.越小C.不存在D.无关

19.二阶装置引入适宜阻尼的目的是〔）。

A.是系统不发生共振

B.使得读数稳定

C.获得较好的幅频、相频特性

D.使系统稳定

20.不失真测试条件中，要求幅频特性为1)o

A.线性B.常数C.是频率的函数D.没有要求

21.不失真测试条件中，要求幅频特性为1),而相频特性为〔)。

A.线性B.常数C.是频率的函数D.没有要求

22.测试装置的频响函数H(jw)是装置动态特性在()中的描述

A.幅值域B.频域C,复频域D.时域

23.测试装置传递函数H⑸的分母与〔〕有关

A.输入量x(t)B.输入点的位置

C.装置结构D.输出点的位置

24.非线性度是表示定度曲线()的程度

A.接近真值B.偏离其似合直线

C.正反行程不重合D.回程误差

25.用二阶系统作测试装置，为使系统响应最快，其固有频率U

A.越小越好B,越大越好C.0.6〜0.7之间最好D.负值最好

26.测试系统的传递函数和。

A.具体测试系统的物理结构有关B.具体测试系统的物理结构无关

C.输入信号有关D.输出信号有关

27.灵敏度越高的测试系统，()

A.系统越稳定B.回程误差越小C.漂移越大D.非线性误差越小

28.用一阶系统作测试装置，为了获得最正确的工作性能，其时间常数T1)A,越小越好B.越大越

好

C.0.6〜0.7之间最好D.负值最好

二、填空题

1.H(s)与输入x(t)及系统的初始状态无关，它只表达系统的。传输特性

2.一阶装置的时间常数T原那么上。越小越好

3.测试装置的结构参数是不随时间而变化的系统，那么称为系统。时不变

4.测试装置的特性可分为特性和特性。静态特性；动态特性

5.测试装置的静态特性指标有、和。灵敏度；非线性度；回程误差

6.描述测试装置动态特性的数学模型有、、等。微分方程；传递函数；频率响应函数

7.测试装置的结构参数是不随时间而变化的系统，那么称为系统。假设其输入、输出呈线性关系时，

那么称为系统。时不变；线性

8.线性系统中的两个最重要的特性是指和。线形叠加性；频率保持性

9.测试装置在稳态下，其输出信号的变化量Ay与其输入信号的变化量Ax之比值，称为。灵敏度

10.测试装置的输出信号拉氏变换与输入信号拉氏变换之比称为装置的。传递函数

11.测试装置对单位脉冲函数3(t)的响应，称为，记为h(t),h[t)的傅氏变换就是装置的。脉冲

响应函数；频率响应函数

12.满足测试装置不失真测试的频域条件是和。A(0)=&；。(。)=-•或幅频特性为常数；相频特

性为线性

13.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是和。阶跃响应法；频率响应法

14.二阶系统的主要特征参数有和。固有频率；阻尼比

15.输入信号x⑴=30cos(30t+30°),这时一阶装置的A=0.87,9(0)=-21.7°,那么该装

置的稳态输出表达式是：y⑴=。26.1cos(30t+8.3°)

16.影响一阶装置动态特性参数是，原那么上希望它。时间常数T；越小越好

17.输入x⑴，输出y⑴，装置的脉冲响应函数h⑴，它们三者之间的关系是。y⑺=%(/)*〃⑺

三、名词解释

1.分辨力

引起测量装置的输出值产生一个可觉察变化的最小输入量(被测量)变化值称为分辨力。

2.灵敏度

当装置的输入x有增量Ax变化时，相应的输出y有增量Ay变化，把Ay与Ax的比值定义为灵敏度。

3.线性度

实际特性曲线与参考直线偏离的程度称为线性度。

四、计算题

1.求周期信号双力=2cos(1000。-45°)通过传递函数为H(s)=°,°55的装置后所得到的稳态响

0.05s+1

应。

解：

TCD

A(o)=

Jl+(70)2

A(1000)=/•--------0.98；

71+(0.005x1000)2

稳态响应为

2.某一阶测量装置的传递函数为一--，假设用这一测量装置测量频率为2Hz的正弦信号，试求

0.045+1

其幅度误差。

解：

=0.894

其幅度误差(1-0.894)xl00%=10.6%o

3.用一个一阶测量装置测量100Hz的正弦信号，如果要求振幅的测量误差小于5%,问：此仪器的时间

常数应不大于多少？(7分)

解：

=[1分)

CS+1

A(/)=.1〔1分)

11+921/)2

A(IOO)=.____)1-5%(2分)

Jl+«x2»xl00)2

r<5,23x10^5〔3分)

4.试求传递函数为———和f~丝或一y的两个环节串联后组成的系统的传递函数及系统总

3.5s+0.5s~+\Aa)ns+a)n

的灵敏度。

解：

当两环节串联时，系统的总传递函数为：

求当S=0时的两传递函数之值

两环节串联后系统的总灵敏度为

S=3.0x41=123

5.用图示装置去测周期为Is,2s,5s的正弦信号，问幅值误差是多少？(R=350K®,C=l[iF)

解：根据基尔霍夫定律

因为%.⑺=[Ji(。力+放⑺

并且％«)=应⑺,9)=穹

K

所以有Ui(t)=uo(t)+^^^-dt

两边拉氏变换后得

这是一个高通滤波器，当c=RC=350xl03x10飞=0.35时

一X-YY

幅值相对误差：r———=1---=[1—x100%

X,、X,、

OO

式中X。——输入信号幅值；

Yo——输出信号幅值。

当T=2s时，①1=Inf==2肛A(G)=0.91,7；=9%

当T=ls时，=7T,A(6t)2)=0.74,r2=26%

2

当T=5s时，?1肛A(q)—0.4,弓=60%

第三章

一、选择题

1.电涡流式传感器是利用什么材料的电涡流效应工作的。[A)

A.金属导电B.半导体C.非金属D.PVF2

2.为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用［B）。

A.电压放大器B,电荷放大器C.前置放大器D.电容放大器

3.磁电式绝对振动速度传感器的数学模型是一个（B）。

A.一阶环节B.二阶环节C.比例环节D.高阶环节

4.磁电式绝对振动速度传感器的测振频率应〔）其固有频率。

A.远高于B.远低于C.等于D.不一定

5.随着电缆电容的增加，压电式加速度计的输出电荷灵敏度将〔

A.相应减小B.比例增加C.保持不变D.不确定

6.压电式加速度计，其压电片并联时可提高（B）o

A.电压灵敏度B.电荷灵敏度C.电压和电荷灵敏度D.保持不变

7.调频式电涡流传感器的解调电路是〔C）。

A.整流电路B.相敏检波电路C,鉴频器D.包络检波电路

8.压电式加速度传感器的工作频率应该（C）其固有频率。

A.远高于B.等于C.远低于D.没有要求

9.以下传感器中哪个是基于压阻效应的？（B）

A.金属应变片B.半导体应变片C.压敏电阻D.磁敏电阻

10.压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的1）成正比。

A.位移B.速度C.加速度D.频率

11.石英晶体沿机械轴受到正应力时，那么会在垂直于〔）的外表上产生电荷量。

A.机械轴B.电轴C.光轴D.晶体外表

12.石英晶体的压电系数比压电陶瓷的（C）。

A.大得多B.相接近C.小得多D.不确定

13.光敏晶体管的工作原理是基于（B）效应。

A.外光电B.内光电C.光生电动势D.光热效应

14.一般来说，物性型的传感器，其工作频率范围1A）。

A.较宽B.较窄C.较高D.不确定

15.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［B）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.电阻丝材料长度的变化

16.电容式传感器中，灵敏度最高的是（C）。

A.面积变化型B.介质变化型C.极距变化型D.不确定

17.极距变化型电容传感器适宜于测量微小位移量是因为（B）

A.电容量微小影响灵敏度

B.灵敏度与极距的平方成反比，间距变化大那么产生非线性误差

C.非接触测量

D.两电容极板之间距离变化小

18.高频反射式涡流传感器是基于（A）和集肤效应来实现信号的感受和变化的。

A.涡电流B.纵向C.横向D.压电

19.压电材料按一定方向放置在交变电场中，其几何尺寸将随之发生变化，这称为（D）效应。

A.压电B,压阻C.压磁D.逆压电

20.以下传感器中，能量转换型传感器是1A）

A.光电式B.应变片C.电容式D.电感式

21.测试工作的任务主要是从复杂的信号中提取（C）

A.干扰噪声信号B.正弦信号

C.有用信息D.频域信号

22.压电式传感器是属于［B）型传感器

A.参量型B.发电型C.电感型D.电容型23.莫尔条纹光栅传感器是1B）的

A.数字脉冲式B.直接数字编码式

C.调幅式D.调频式

24.磁电式绝对振动速度传感器的动态数学模型是（）

A.一阶环节B.二阶环节C.比例环节D.积分环节

25.电涡流传感器是利用被测1A）的电涡流效应

A.金属导电材料B.非金属材料C.PVF2D.陶瓷材料

26.当电阻应变片式传感器拉伸时，该传感器电阻（A）

A.变大B.变小C.不变D.不定

27.极距变化型电容传感器的灵敏度与（D）

A.极距成正比B.极距成反比

C.极距的平方成正比D.极距的平方成反比

28.压电式加速度传感器的工作频率应（C）其固有频率

A.远高于B.等于C.远低于D.不确定

29.调频式电涡流传感器的解调电路是（C）

A.电荷放大器B.相敏检波器C.鉴频器D.鉴相器

30.高频反射式电涡流传感器，其等效阻抗分为等效电阻R和等效电感L两局部，M为互感系数。当

线圈与金属板之间距离6减少时，上述等效参数变化为（B）

A.R减小，L不变，M增大B.R增大，L减小，M增大

C.R减小，L增大，M减小D.R增大，L增大，M增大

31.为消除压电传感器联接电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用（B）

A.电压放大器B.电荷放大器C.相敏检波器D.鉴相器

32.在测量位移的传感器中，符合非接触式测量且不受油污等介质影响的是1D）传感器

A.电容式B.压电式C.电阻式D.电涡流式

33.半导体热敏电阻随温度上升，其阻值1）

A,上升B.下降C.保持不变D.变为0

34.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

35.涡流式位移传感器的输出与被测对象的材料（C）

A.无关B.不确定C.有关D.只限于测铜

36.磁电式绝对振动速度传感器测振频率应［C）其固有频率

A.远高于B.等于C.远低于D.不确定

37.自感型传感器的两线圈接于电桥的相邻桥臂时，其输出灵敏度（）

A.提高很多倍B.提高一倍

C.降低一倍D.降低很多倍

38.变间隙式电容传感器测量位移量时，传感器的灵敏度随（A）而增大

A.间隙的减小B.间隙的增大

C.电流的增大D.电压的增大

40.压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的（C）成正比

A.位移B.速度C.加速度D.时间

41.压电式传感器是高阻抗传感器，要求前置放大器的输入阻抗（A）

A.很大B.很低C.不变D.随意

42.半导体应变片的灵敏度和电阻应变片的灵敏度相比［A）

A.半导体应变片的灵敏度高B.二者相等

C.电阻应变片的灵敏试验高D,不能确定

43.假设石英晶体沿机轴受到正应力，那么会在垂直于1）的面上产生电荷

A.机轴B.电轴C.光轴D.都不

44.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〔）

A.很低B.很高C.较低D.较高

45.极距变化型电容式传感器，其灵敏度与极距［D）

A.成正比B.平方成正比C.成反比D.平方成反比

46.随电缆电容的增加，压电式加速度计的输出电荷灵敏度（A）

A相应减小B比例增加C保持不变D不确定

47.压电式加速度计，其压电片并联可提高［B）

A.电压灵敏度B.电荷灵敏度C.电压和电荷灵敏度D.电流灵敏度

48.（B〕的根本工作原理是基于压阻效应

A.金属应变片B.半导体应变片C.压敏电阻D.压电陶瓷

49.可变磁阻式电感传感器，当线圈匝数N及铁芯截面积A。确定后，原始气隙30越小，那么电感L［D）

A,越小B.满足不失真条件C.阻抗匹配D.越大50.压电晶体式传感器其测量电路常采用（B）

A.电压放大器B.电荷放大器

C.电流放大器D,功率放大器

二、填空题

1.涡流式传感器的变换原理是利用金属导体在交流磁场中的。涡电流效应

2.磁电式传感器是把被测物理量转换为的一种传感器。感应电动势

3.将压电晶体置于外电场中，其几何尺寸也会发生变化，这种效应称之为。逆压电效应

4.利用电阻随温度变化的特点制成的传感器叫。热电阻传感器

5.可用于实现非接触式测量的传感器有和等。涡流式；电容式

6.电阻应变片的灵敏度表达式为5=上二=l+2u+XE,对于金属应变片来说：S=,而对于半导

dill

体应变片来说S=。S=1+2L>;S=AE

7.当测量较小应变值时应选用效应工作的应变片，而测量大应变值时应选用效应工作的应变片。压阻

效应；应变效应

8.电容器的电容量。=巴四，极距变化型的电容传感器其灵敏度表达式为。5=—=-^

9.差动变压器式传感器的两个次级线圈在连接时应。反相串接

10.光电元件中常用的有、和。光敏电阻；光敏晶体管；光电池

11.压电传感器在使用放大器时，其输出电压几乎不手电缆长度变化的影响。电荷

12.超声波探头是利用压电片的效应工作的。逆压电

13.压电传感器中的压电片并联时可提高灵敏度，后接放大器。而串联时可提高灵敏度，应后接放大器。

电荷；电压?；电压；电压

14.电阻应变片的电阻相对变化率是与成正比的。应变值e

15.电容式传感器有、和3种类型，其中型的灵敏度最高。面积变化型；极距变化型；介质变化型；极

距变化型

16.霍尔元件是利用半导体元件的特性工作的。霍尔效应

17.按光纤的作用不同，光纤传感器可分为和两种类型。功能型；传光型

三、名词解释

1.一块金属板置于一只线圈附近，相互间距为3,当线圈中有一高频交变电流，通过时，便产生磁通。。

此交变磁通通过邻近金属板，金属板表层上产生感应电流即涡电流，涡电流产生的磁场会影响原线

圈的磁通，使线圈的阻抗发送变化，这种现象称为涡流效应。

2.某些物质在受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，外表上有电荷出现，出现电

场，当外力去除后，有重新恢复到原来状态，这种现象成为压电效应。

3.金属材料在发生机械变形时，其阻值发生变化的现象成为电阻应变效应。

4,将霍尔元件置于磁场中，当相对的两端通上电流时，在另相对的两端将出现电位差，称为霍尔电势，

此现象称为霍尔效应。

5.当激光照射到运动物体时，被物体反射或散射的光频率即多普勒频率发生变化，且多普勒频率与物

体运动速度成比例，这种现象称为多普勒效应。

6.某些半导体元件，当在相对的两端通上电流时，将引起沿电流方向电阻的变化，此现象称为磁阻效

应。

7.传感器是直接作用于被测量，并能按一定规律将被测量转换成同种或别种量值输出的器件。

8.半导体材料受到光照时，电阻值减小的现象称为内光电效应。

9.压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。

10.在光照作用下，物体内的电子从物体外表逸出的现象称为外光电效应。

11.在光的照射下使物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏打效应。

四、计算题

1.把灵敏度为404X10-6PC/Pa的压电力传感器与一台灵敏度调到0.226mV/PC的电荷放大器相接，

求其总灵敏度。

解：

S=404X106PC/PaxO.226mV/PC

=9.13x10-5mV/Pa

2.进行某次动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/MPa,将它与增益为

0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/Vo

当压力变化为3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少。

解：

S=90.9x0.005x20mm/MPa

=9.09mm/MPa

记录笔在记录纸上的偏移量9.09x3.5mm=31.82mm

3.一电容测微仪，其传感器的圆形极板半径r=4mm,工作初始不=0.03根根，如果间隙变化量

=时，电容变化量是多少〔真空中介电常数为£o=-8.85Xl(yi2F/m)。

解：

电容传感器的灵敏度

-8.85x1012x3.14x(4xl0-3)2

=--------------(-0--.-0-3--x--1--0--3--)-2---------------F/m

=-4.9x109F/m

AC=S•AS=±4.9xlO9x106F/m=4.9x103pF

4.一电容测微仪，其传感器的圆形极板的半径r=4mm,工作初始间隙为=0.3m加，空气介质，试求:

〔空气介电常数£=8.85x10*//w

11)通过测量得到的电容变化量为AC=±3义10-3°F,那么传感器与工件之间由初始间隙变化的距离

△5=?

⑵如果测量电路的放大倍数(=100mV/pF,读数仪表的灵敏度邑=5格/mV,那么此时仪表

指示值变化多少格？

解：(1),极距变化型电容传感器灵敏度为：

那么

(2)设读数仪表指示值变化格数为m,那么

3

zn=Sj-S2-AC=100x5x(±3xW)=±1.5(格)

4.有一电阻应变片其灵敏度S=2,R=120。，设工作时其应变为1000修，问AR=?设将此应变片接成

如下图的电路，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。

解：

.d=-k-R-I-R

MH

：.AR=S—R

—=12.5mA

120

工

2)1=I12.475mA

2R+AR120.24

3)M=1X-12=0.025

5.有一钢板，原长/=1加，钢板弹性模量E=2xlO"Pa,使用BP-3箔式应变片R=120Q,灵敏度系

数S=2,测出的拉伸应变值为300“。求：钢板伸长量△/,应力b,A7?/R及A7?。如果要测出1四应变

值那么相应的A/R/H是多少？

解：因为△///=£,那么有

如果要测出1四应变值，那么

五、综合题

1.设计一台检测钢丝绳断丝的仪器（用原理图表示），并简述其原理。

答：

利用霍尔元件来检测钢丝绳的断丝情况，其原理图如以下图所示：

其工作原理为：铁心对钢丝绳局部磁化，当有断丝时，在断口处出现漏磁场，霍尔元件经过此磁场时，

将其转换为一个脉动的电压信号。对此信号作滤波、A/D转换后，进入计算机分析，识别出断丝根数及

位置。

2.请画出动态电阻应变仪的原理框图，简述其工作原理，并绘出出图中各点波形。

答：

动态电阻应变仪的工作原理为：试件在外力X。）作用下变形，贴在它上面的电阻应变片产生相应的

电阻

应变片

电阻变化。振荡器产生高频正弦信号Z⑺，作为电桥的工作电压，电桥输出为信号X。）与载波信号Z⑺的

乘积，即调制信号均⑺，此信号经交流放大后进行相敏检波，由振荡器供应的检波信号与电桥工作电压

同频、同相位。相敏检波的结果再进行低通滤波，得到与原信号极性相同、但经放大了的信号最

后，该信号被显示或输入后续设备。

3.欲测量液体的静压，拟采用电容式传感器，试绘出可行方案的原理图，并简述其测量原理。

答：

弹性膜片与另一金属板组成一电容，如下图，在压力的作

用下，弹性膜片发生变形，使电容的极距发生变化，从而引

起电容量的变化。电容器接于具有直流极化电压的电路中，

电容的变化有高阻值电阻R转换为电压变化。电压输出与膜

片位移速度成正比，从而可测量液体压力。

4.欲测量液体的动压，拟采用电感式传感器，试绘出可

行方案的原理图，并简述其测量原理。

答：

采样差动变压器式传感器，如下图。弹性体在压力作用下发生变形，推动与之相连的差动变压器的

衔铁在线圈内运动，由于引起线圈互感的变化而产生感应电动势差，此电势差经交流放大、相敏检波、

滤波等处理后输出，输出量反映压力的大小。

5.欲测量液体的动压，拟采用电阻应变式传感器，试绘出可行方案的原理图，并简述其测量原理。

答：

系统的原理框图如下图。电阻应变片贴于平膜片上，在压力P的作用下，膜片发生变形，致使应变

片也发生相应的变形从而引起电阻变化，应变片置于电桥中，作为电桥的桥臂，从而带来电桥输出电压

的变化。振荡器产生高频正弦信号，作为电桥的工作电压，电桥输出为信号与载波信号的乘积，即调制

信号，此信号经交流放大后进行相敏检波，由振荡器供应的检波信号与电桥工作电压同频、同相位。相

敏检波的结果再进行低通滤波，得到与原信号极性相同、但经放大了的信号。⑺。最后，该信号被显示

或输入后续设备。

6.欲测量液体的动压，拟采用压电式传感器，试绘出可行方案的原理图，并简述其测量原理。

答：

P

1

|P1.压电晶体2.金属膜

压电晶体在压力P作用下，由于发生机械变形而使两金属膜极板上集聚数量相等、极性相反的电荷,

形成电势差。由于该输出电压很微弱，且压电传感器本身内阻很大，因此将此输出电压信号先经过高输

入阻抗低输出阻抗的前置放大器放大，再经过一般放大器放大和相敏检波后，输入显示仪表或记录器进

行显示或记录。

7.欲测量液体的静压，拟采用机械式传感器，试绘出可行方案的原理图，并简述其测量原理。

>波登管—>连杆机构幺►齿轮一►指针

答：

利用波登管的弹性来测量液体的静压力，其原理框图如下图。液体从波登管的受压端进入管内，使

波登管在压力P的作用下发生变形，并在其末端产生与被测压力P呈近似线性关系的位移X,此位移量

被与波登管末端相连的曲柄连杆机构转换成角度，并被与之相连的齿轮副放大，最后由与齿轮副相连的

指针指示出压力的大小。

8.有一批涡轮机叶片，需要检测是否有裂纹，试绘出可行方案的原理图，并简述其测量原理。

利用涡流传感器来检测叶片裂纹，其原理框图如下图。将泯轮机叶片放置在由涡流传感器和电容C

组成的谐振回路中，那么谐振回路的频率f将随间隙3的变化而改变，让涡轮机叶片沿与传感器线圈垂

直的方向（一般为水平方向，如下图）通过传感器磁场，当裂纹处经过时，谐振频率将发生变化。振荡

器提供稳定的高频信号电源，当谐振回路的谐振频率与该频率相同时，输出电压最大，当谐振频率因裂

纹而变化时，与电源频率失谐，输出信号的幅值也随6的变化而变化，相当于一个被3调制的调幅波，

经放大、检波和滤波后，就可以得知涡轮机叶片的裂纹信息。

9.在轧钢过程中，需检测薄板的厚度，可采样何种传感器？试简述其工作原理。

答:

可采样涡流传感器，原理图如下图，系统的工作原理为：差动式测厚，将两涡流传感器分别置于被

测钢板的上下两边，位置固定，间隔为H,设被测钢板厚度为h,两涡流传感器与被测钢板距离分别为

为和无2,涡流传感器和电容C组成谐振回路，那么回路频率f将随间隙的变化而改变，使其输出电压幅

值也随之变化，经放大、检波和滤波后,可得被测距离不和X2,将它们输入运算器中进行如下运算，即

可实时监测钢板厚度：

10.如何利用光纤来测量声压？绘出

可行方案的压力图，并简述其测量原理。

答：

利用马赫曾德尔干预仪原理检测光纤内发

生的声-光相位调制，如下图，激光源光束经过

分光镜以后，其一通过长螺卷状的检测光纤。检测光纤在外界声压作用下，使经过其中的光束产生相位