(2025年)工程测试技术基础试卷及答案

(2025年)工程测试技术基础试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某位移测量系统使用电感式传感器，当被测物体位移为0.5mm时输出电压为1.2V，位移为2.0mm时输出电压为4.8V。若系统输入输出呈线性关系，则其灵敏度为（）A.2.4V/mmB.3.6V/mmC.1.8V/mmD.4.0V/mm2.下列哪种传感器属于能量控制型传感器？（）A.热电偶B.压电式加速度计C.电阻应变片D.光电倍增管3.对某温度信号进行采样，若信号最高频率成分为500Hz，根据奈奎斯特采样定理，采样频率应至少为（）A.500HzB.1000HzC.1500HzD.2000Hz4.一阶测试系统的时间常数τ越小，其（）A.响应速度越慢B.通频带越窄C.对阶跃输入的上升时间越短D.幅频特性的幅值衰减越明显5.用万用表测量电阻时，若表笔与被测电阻接触不良，会引入（）A.系统误差B.随机误差C.粗大误差D.动态误差6.某压力传感器的量程为0~10MPa，满量程输出为5V。当测量8MPa压力时，实际输出为4.1V，则其线性度误差（以满量程输出的百分比表示）约为（）A.2.0%B.1.5%C.1.0%D.0.5%7.电桥测量电路中，采用半桥双臂接法（两个应变片，一个受拉、一个受压）的主要目的是（）A.提高灵敏度B.减小非线性误差C.实现温度补偿D.以上都是8.描述测试系统对不同频率输入信号的幅值和相位响应特性的是（）A.传递函数B.频率响应函数C.阶跃响应函数D.脉冲响应函数9.下列信号中，属于周期信号的是（）A.正弦信号叠加白噪声B.矩形脉冲序列C.指数衰减信号D.随机振动信号10.为测量旋转轴的扭矩，最适合选用的传感器是（）A.压电式力传感器B.磁电式速度传感器C.电阻应变式扭矩传感器D.电容式位移传感器二、填空题（每空1分，共15分）1.测试系统的静态特性指标主要包括线性度、______、______和分辨力。2.热电偶测温的理论基础是______效应，其输出热电势由______电势和接触电势组成。3.信号调理电路的常见功能包括放大、______、______和阻抗匹配。4.二阶测试系统的动态特性主要由______和______两个参数决定。5.随机误差的统计特性包括对称性、______、______和抵偿性。6.应变片的灵敏系数K表示单位______引起的______变化率。7.数字信号处理中，量化误差属于______误差（选填“系统”或“随机”）。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述电阻应变片温度误差的产生原因及常用补偿方法。2.比较压电式传感器和压阻式传感器的工作原理及适用场景。3.说明测试系统校准的目的和主要步骤。4.分析信号采样过程中混叠现象的产生原因及解决方法。5.列举三种常用的位移传感器，并简述其测量原理。四、计算题（每题10分，共30分）1.对某工件长度进行10次等精度测量，得到数据（单位：mm）：20.15、20.18、20.12、20.16、20.14、20.17、20.13、20.15、20.16、20.15。假设测量误差服从正态分布，求：（1）测量列的算术平均值；（2）单次测量的标准偏差（贝塞尔公式）；（3）测量结果的表达式（取置信概率99.73%）。2.某一阶测试系统的时间常数τ=0.02s，输入信号为x(t)=2sin(100t)+3cos(200t)（单位：V）。求系统的稳态输出y(t)。3.某电桥电路采用四臂全等应变片（R=120Ω，K=2.0），供桥电压U=5V。当被测应变ε=1000με时，求：（1）电桥的输出电压ΔU（假设为线性工作状态）；（2）若仅用单臂工作（其他三臂为固定电阻），输出电压为多少？比较两种接法的灵敏度。五、综合分析题（15分）某企业需设计一套测试系统，用于测量高速旋转机械（转速范围5000~20000r/min）的振动加速度（幅值范围0~50g，频率范围0~5kHz）。要求：（1）选择合适的加速度传感器类型，并说明理由；（2）设计信号调理电路的主要环节（需包含抗混叠滤波、放大）；（3）确定数据采集卡的关键参数（采样频率、分辨率、输入范围）；（4）提出系统校准的注意事项。答案一、单项选择题1.A2.C3.B4.C5.C6.A7.D8.B9.B10.C二、填空题1.迟滞；重复性2.塞贝克；温差3.滤波；调制解调4.固有频率；阻尼比5.单峰性；有界性6.应变；电阻7.系统三、简答题1.温度误差原因：应变片电阻随温度变化（热阻效应）；试件与应变片材料线膨胀系数不同导致附加应变。补偿方法：电桥补偿法（半桥/全桥接法）、温度自补偿应变片、环境温度控制。2.压电式基于压电效应（机械能→电能），适用于动态测量（高频振动、冲击）；压阻式基于半导体压阻效应（应力→电阻率变化），适用于静态/准静态测量（低频率压力、加速度）。3.校准目的：确定测试系统的输入-输出关系，保证测量精度。步骤：选择标准器（精度高于被校系统3~5倍）；在规定条件下输入已知标准量；记录输出并计算误差；绘制校准曲线；给出校准证书。4.混叠原因：采样频率低于信号最高频率的2倍（不满足奈奎斯特准则），导致高频成分“折叠”到低频。解决方法：采样前加低通滤波器（截止频率≤fs/2）；提高采样频率至信号最高频率的2倍以上。5.①电感式：利用线圈电感量随气隙或磁路磁阻变化测量位移；②电容式：极板间距/面积变化引起电容变化；③激光位移传感器：三角测距原理（激光反射光位置随位移变化）。四、计算题1.（1）平均值=（20.15+20.18+…+20.15）/10=20.155mm；（2）单次标准偏差s=√[Σ(xi-x̄)²/(n-1)]≈0.019mm；（3）置信区间x̄±3s=20.155±0.057mm，结果表示为20.155±0.057mm（P=99.73%）。2.一阶系统幅频特性A(ω)=1/√(1+(ωτ)²)，相频特性φ(ω)=-arctan(ωτ)。对x1=2sin(100t)，ω1=100rad/s，A1=1/√(1+(100×0.02)²)=1/√5≈0.447，φ1=-arctan(2)≈-63.4°；对x2=3cos(200t)=3sin(200t+90°)，ω2=200rad/s，A2=1/√(1+(200×0.02)²)=1/√17≈0.242，φ2=-arctan(4)≈-75.96°；稳态输出y(t)=2×0.447sin(100t-63.4°)+3×0.242sin(200t+90°-75.96°)=0.894sin(100t-63.4°)+0.726sin(200t+14.04°)V。3.（1）四臂工作时，ΔU=(KUε/4)U=(2×1000×10⁻⁶/4)×5=0.0025V=2.5mV；（2）单臂工作时，ΔU=(KUε/4)U=0.000625V=0.625mV；四臂接法灵敏度是单臂的4倍。五、综合分析题（1）传感器选择：压电式加速度传感器（高频响应好，量程覆盖50g，频率上限≥5kHz）。（2）信号调理：前置电荷放大器（匹配压电传感器高内阻）→低通滤波器（截止频率5kHz，防混叠）→程控放大器（放大信号至采集卡输入范围）。（3）数据采集卡参数：采样