机械工程测试与试验试题及答案

机械工程测试与试验试题及答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）1.在测试系统中，用来感受被测量并输出相应信号的元件称为（）。A.信号调理器B.传感器C.显示器D.数据采集器2.下列哪种传感器不属于接触式传感器？（）A.位移传感器B.压力传感器C.光纤传感器D.应变片3.测量误差中，由于测量仪器制造不完善、安装布置不当等引起的是（）。A.系统误差B.随机误差C.粗大误差D.相对误差4.对周期信号进行频谱分析时，其频谱图是（）。A.连续谱B.离散谱C.混合谱D.无谱5.在动态测试中，常用的时域分析指标不包括（）。A.峰值B.均值C.峰值时间D.频率6.振动测试中，测量质点对平衡位置的距离随时间变化的物理量是（）。A.速度B.加速度C.位移D.频率7.工程上常用的硬度测试方法不包括（）。A.布氏硬度B.洛氏硬度C.里氏硬度D.光学光谱硬度8.用千分表测量工件尺寸，属于（）测量。A.接触式B.非接触式C.直接D.间接9.在进行信号平均以减小随机噪声影响时，通常采用（）。A.算术平均B.均方根平均C.移动平均D.指数平均10.无损检测的目的是在不损伤被检对象的前提下，检测其内部或表面缺陷。（）A.正确B.错误二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在横线上）1.测试系统的动态特性通常用______、______和______三个主要指标来描述。2.传感器按被测量可分为力、位移、速度、温度、______、______等传感器。3.测量误差按其性质和特点可分为系统误差、______和______。4.常用的信号时域分析方法有波形显示、______、______等。5.频率响应特性描述了系统对______输入的稳态响应特性。6.振动的强度通常用______、______和______来描述。7.疲劳试验通常分为______和______两种。8.实验数据处理的基本步骤包括数据整理、______、______和结果表达。9.常用的机械参数测试有位移、速度、加速度、力、力矩、______、______等。10.常用的无损检测方法有射线检测、超声波检测、磁粉检测、______和______等。三、判断题（每题1分，共10分。请将“正确”或“错误”填在题后的括号内）1.测试精度越高，测量误差就越小。（）2.任何测试系统都希望具有良好的线性度。（）3.随机误差是不可避免的，但可以通过多次测量求平均值来消除。（）4.傅里叶变换可以将时域信号转换为频域信号。（）5.相位谱描述了信号各频率分量相对于时间的延迟关系。（）6.加速度传感器通常比位移传感器对低频信号更敏感。（）7.硬度是衡量材料抵抗局部变形，特别是抵抗压入硬质工具压入其表面的能力。（）8.实验报告是测试与试验工作的重要成果，应包含测试目的、方法、数据、结果分析和结论等内容。（）9.传感器的基本特性包括静态特性和动态特性。（）10.光学检测方法属于非接触式测量方法。（）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述传感器的基本组成及其功能。2.简述随机误差产生的主要原因及其减小方法。3.简述振动测试中，位移、速度、加速度三者之间的关系。4.简述进行测试实验时，应注意哪些主要环节。五、计算题（每题10分，共20分）1.某位移传感器输出电压与位移的关系为：U(V)=5x(mm)+0.1x^2(V/mm^2)，其中x为位移。当位移x=10mm时，求传感器的输出电压U，并计算此时传感器的线性误差（假设理想线性关系为U=5x）。2.对某振动信号进行快速傅里叶变换（FFT），得到其幅频谱，在频率f1=50Hz处，幅值A1=2V；在频率f2=150Hz处，幅值A2=1V。若采样频率fs=500Hz，请计算f1和f2处的功率谱密度（假设信号为实信号，且FFT结果已经进行了适当的标度和窗函数处理）。六、论述题（10分）结合实际工程应用，论述选择测试传感器时应考虑的主要因素。试卷答案一、选择题1.B2.C3.A4.A5.B6.C7.D8.A9.C10.A解析：1.传感器是测试系统的核心元件，用于感受被测量。B正确。2.光纤传感器利用光纤特性感知被测量，属于非接触式。C正确。3.系统误差具有确定性，由仪器、环境等引起。A正确。4.周期信号频谱是离散的谱线。A正确。5.均值是时域静态指标。B错误。6.位移是振动质点位置随时间变化。C正确。7.光学光谱硬度非常用方法。D正确。8.千分表直接接触测量。A正确。9.移动平均能有效平滑随机噪声。C正确。10.无损检测定义正确。解析：2.常见传感器类型按物理量划分。解析：3.测量误差分类标准。解析：4.信号时域分析基本手段。解析：5.频率响应定义。解析：6.描述振动强度的基本物理量。解析：7.疲劳试验两大类。解析：8.数据处理标准流程。解析：9.常见机械参数。解析：10.主要无损检测方法。解析：10.非接触式测量定义。二、填空题1.幅频特性相频特性时域响应特性2.压力流体3.随机误差粗大误差4.时域统计分析频域分析5.正弦信号6.强度频率频谱7.疲劳试验振动试验8.数据分析误差分析9.转速扭矩10.渗透检测射线照相解析：1.动态特性三要素。解析：2.常见物理量传感器。解析：3.误差三大类。解析：4.信号分析主要方法。解析：5.频率响应输入类型。解析：6.振动描述维度。解析：7.疲劳试验分类。解析：8.数据处理后续步骤。解析：9.常见机械动态参数。解析：10.主要无损检测分类。三、判断题1.正确2.正确3.错误4.正确5.错误6.错误7.正确8.正确9.正确10.正确解析：1.精度与误差互为补数。正确。2.线性是系统理想特性。正确。3.随机误差不可消除，只能减小，多次平均减小其影响，但不能完全消除。错误。4.傅里叶变换核心功能。正确。5.相位谱描述相对相位。错误。6.加速度对高频敏感，位移对低频敏感。错误。7.硬度定义。正确。8.实验报告基本要求。正确。9.传感器特性分类。正确。10.渗透检测属非接触。正确。四、简答题1.传感器通常由敏感元件、转换元件和输出调理电路组成。敏感元件直接感受被测量并发生相应物理变化；转换元件将敏感元件的输出转换为可处理的电信号或其他形式信号；输出调理电路对信号进行放大、滤波、线性化等处理，输出标准信号。2.随机误差主要来源于测试环境中的各种干扰因素，如温度波动、电磁干扰、人员操作微小差异等。其特点是不确定、无规律。减小方法包括提高仪器精度、改善测试环境、多次测量求平均值、采用数字滤波等技术。3.振动测试中，位移是质点偏离平衡位置的距离，反映振动形态；速度是位移对时间的导数，反映振动运动快慢；加速度是速度对时间的导数，或位移对时间二阶导数，反映振动冲击程度。三者关系为：加速度包含最高频成分，速度次之，位移频谱最低。在频域上，速度频谱是位移频谱的导数，加速度频谱是速度频谱的导数。4.进行测试实验时，应注意：明确测试目的和对象；选择合适的测试方案和仪器设备；合理布置测试系统，考虑环境因素影响；规范操作，减少人为误差；认真记录原始数据；对数据进行必要的处理和分析；撰写规范、完整的实验报告，包括结果讨论和结论。5.结合实际工程应用，选择测试传感器时应考虑：被测量的物理量类型、量程范围和精度要求；传感器的响应频率范围是否满足测试需求；传感器的输出信号类型及是否易于后续处理；传感器的尺寸、重量和安装方式是否适应安装环境；传感器的环境适应性（温度、湿度、振动、电磁干扰等）；传感器的成本和可靠性；传感器的寿命和维护要求。解析：1.按标准结构回答传感器组成及功能。解析：2.说明随机误差来源、特点及减小措施。解析：3.阐述振动三参数定义及关系。解析：4.列出实验关键环节。解析：5.按传感器选型原则逐条论述。五、计算题1.解：当x=10mm时，U=5*10+0.1*(10)^2=50+1=51V。理想线性输出U_ideal=5*10=50V。真实输出U_real=51V。线性误差ΔU=|U_real-U_ideal|=|51-50|=1V。线性误差率δ=(ΔU/U_ideal)*100%=(1/50)*100%=2%。答：输出电压U=51V，线性误差为2%。2.解：功率谱密度S(f)与幅值谱密度A(f)关系为S(f)=|A(f)|^2/fs（若不标度）。f1=50Hz处功率谱密度S(f1)=|A1|^2/fs=(2