测试技术考研试题

2005年硕士研究生入学考试试题

考试科目及代码：测试技术共页数：2

说明：1.适用招生专.：机械设计及理.、机械电子工.

...2.可使用的常用工具：计算.

...3.答题内容写在答题纸上，写在试卷上一律无效。

1、一、术语解释（每小题4分，共20分）

2、A/D转换

2.（测试装置的）动态特性

3.压阻效应

4.物性型传感器

5.（测试装置的）灵敏度

二、填空（每空2分，共20分）

周期信号可展开成许多乃至无限项之和，但几个简谐信号的叠加

不一定是周期信号；只有各简谐成分的频率比是，合成后的信号才

是周期信号。

4、2,正弦函数的自相关函数是一个，在时有最大值；

5、3、半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的效应，半导体

传感器是一种型传感器。

6、若要求测试装置的输出波形不失真，则其幅频和相频特性应分别满足：

A（）二.二。

7、带通滤波器可以看成是滤波器和滤波器串裳组

成；

三、叙述题(每小题8分，共40分)

1、周期信号的强度可用哪些参量描述？对这些参量的意义分别作出解释。

2.试举出三种可用于非接触式测量的传感器名称，并说明其变换量及各可用于何种测量。

3.电阻应变片式传感器可分为哪两类？各自的工作原理是什么？

4、什么是结构型传感器？什么是物性型传感器？试举例说明。

5、试述：周期信号的频谱特点。

1、四、计算题(每小题10分，共40分)

2、计算并作出3函数的频谱图。

2.已知低通滤波器的频率响应函数为H()=…当输入为x(t)=0.5cos(10t)

时，

求幅频函数A(),相频函数及其输出y(t),

3、已知信号的自相关函数，求该信号的均方值。

4、以阻值R=120、灵敏度S=2的电阻丝应变片与阻值为120的固定电阻组成

电桥，供桥电压为3V,并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为2000时，分

别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。

五、综合题(每小题15分共30分)

选用传感器的基本原则是什么2在实际中如何运用这些原则2试举一例说明。

(以下无文字)

2006年硕士研究生入学考试试题

考试科目及代码：测试技术共2页

说明：1.适用招生专•：机械设计及理.、机械电子工

…2.可使用的常用工具:计算.

...3.答题内容写在答题纸上，写在试卷上一律无效。

1、一、术语解释1每小题5分，共20分）

2、线性度

3、幅频特性

3.（信号的）采样定理

4.相关滤波

1、二、填空（每空1分，共20分）

2、传感器的线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程，传感器的响应

特性必须满足测试条件；

电感式传感器是把被测量，如等，转换

为变化的一种装置。按照变换方式的不同可分

为型与型电感式传感器。

3.所谓调制就是使一个信号的某些参数在另一信号的控制下而发生变化的过程。

前一信号称为，一般是频率的交变信号。后一信号

（控制信号）称为。最后的输出是已调制波。最终从已调制波

中恢复出调制信号的过程，称为。

4.传感器的分类方法很多。按被测量分类，可分为传感器、

传感器、传感器等；按工作原理分类，可分为式、

式、式、

式等。按信号变换特征分类，可分为型

和__________型传感器。传感器是依靠敏感元件材料本身物理化

学性质的变化来实现信号的变化的。

三、叙述题（每小题10分，共50分）

1.说明：什么是线性测试系统的频率保持特性？它在测试工作中有哪些重要

作用？（12分）

2.电涡流式传感器的工作原理是什么？它有哪些主要优点？（12分）

3、滤波器的作用是什么？作出低通滤波器的幅频特性图并加以

说明。（12分）

4.试述：函数与其他函数的卷积及其重要应用（要求作图说明）。（14分）

四、计算题（每小题10分，共40分）

1.求正弦信号x（t）二的均值、均方值、有效值x

2、一阶测试装置可用微分方程表示为：

「华+）'（，）=X。）（式中T为时间常数）

试作出其传递函数H（S）、幅频特性A（刃）、相频特性以3）的表达式（要求

写出导出过程）

3.求正弦信号x（t）=的自相关函数并对其特性进行评述。

4、以阻值R=120、灵敏度S=2的电阻丝应变片与阻值为120的固定电阻组成电

桥，供桥电压为3V,并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为2000时，分

别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。

五、综合题（20分）

测试工作的全过程包含着许多环节，请作出一般测试系统的大致框图并加

以说明。

（以下无文字）

武汉科技大学

2007年硕士研究生入学考试试题

考试科目及代码：403测试技术共2页

说明：1、适用招生专业：机械设计及理论、机械电子工程

2、可使用的常用工具：无存储功能的计算器。

3、答题内容写在答题纸上,写在试卷或草稿纸上一律无效。

4、考试时间3小时，满分150分。

一、术语解译（每小题5分，共20分）

1、滤波器

2、械状函数

3、压电效应

4、电桥

二、填空（耳空2分，共20分）

I、周期函数的自相关函数仍为的周期函数。正弦

函数的自相关函数是一个函数。

2、随机过程有平稳过程和非平稳过程之分。所谓平稳随机过程

是指其统计特征参数的随机过程。在平稳随

机过程中，片任•单个样本函数的时间平均统计特征等于该过程

的，这样的平稳随机过程叫

随机过程0

3、电容式传感器是将被测物理量抄化为变化的装置。

根据其变化的参数，可分为变化型、变化型

和介质变化型。

4、若要求测试装置的输出不失真，则其幅频特性应满

足,相频特性应满足。

三、分析叙述题（40分）

1、试述:如何用实验法求得测量系统的频率响应函数。（12分）

2、根据电容式传感器的工作原理，试分析比较极距变化型电容式

传感器、而枳变化型电容式传感器的主要性能和优缺点。（12分）

3、采用电阻应变片测'定构件的表面应力。试述：测点的选择

和布置一般应考虑哪儿方面的问题。（16分）

四、计算题（40分）

1、两测试乂、7的传递函数分别为II,（S）=正'、

H2（S）=K^7,将其串联组成一个新的系统，求出新系统的灵

+、U.）

敏度。（10分）

2、求周期方波x（t）的傅立叶级数并作出其幅频图。（15分）

周期方波：当0<3，<3工时，X（t）=A

2

T

当--<nv0时，x（t）=-A

2

3、已知x（f）=4$汕（叫1+。）

y（t）=^sin（G72/+8_⑼

试求其互相关函数火£r）,说明该计算结果验证了什么结论。

（15分）

五、综合应用题（30分）

一轧钢机主传动系统如图所示，欲用电阻应变片测试其轧制力

矩：

1、设计一测试方案

2、对测点的选择、应变片组桥方式、测试电路信号的输出等

问题作出说明。

3、在实际测试中，你认为还有哪些问题应引起重视并采取相

应措施。

上辕扭矩测点

ISHI~~=---------------------------I

IZ1-----（H-------I

下轻扭矩测点

以下无文字

2

I二00八年招收硕士研究生入学考试试题

；考试科目及代码：测试技术（803）

适用专业：机械设计及理论、电子工程、机械制造及自动化、车辆工程、藏体机械及工程

।说明：1.可使用的常用工具：无存储功能的计算将。

!2.答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效.考完后试题葩答题纸交回.

'3.考试时间3小时，总分值150分.

J

9一、术语解料（共4题，每小题5分，共20分）

中1、能量信号

担

2、（测试装置的）静态特性,

次

是3、般尔效应

4、滤波器带宽

二、填空题（共10空，每空2分，共20分）

被

1、信号的时域描述，以为独立变量；而信号的频域描述，以为独立变故。

y*2、如果一个信号的最高频率为50Hz,为了防止在时域采样过程中出现混度现象，果样频率

赵应该大于Hz.

3、连续信号x（t）与单位脉冲函数5G"）进行卷积，其结果x（t）*6（i/Q）=.

石4、为了提高变极距电容式传感籽的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响,

实际应用时常常采用工作方式。

卦

5、通常电涡流传感器的转换原理是利用金属导体的二______效应.

篇

6、电感式传感器中的变间隙型与变面积型相比，变间隙型的要肉。变面积型的线

“密

亨性程度要好.变间隙型仅适用于______测量.

沙7、从实现测试不失真条件和其它工作性能综合来看，影响一阶装置动态特征参数

二是，原则上希望它.

帐

三、叙述题（共4题，共40分）

外

乘1、（12分）在频谱分析中窗函数有什么作用？试列出三种常用的窗函数，各有何特点？

轻2、（8分）何谓信号的调制和解调？

.3、（12分）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？

4、（8分）简述压电式传感器工作原理，并说明为什么压电式传嫁器只适用于动态测量而不

能用于静态浏量？

四、计算题（共4题，共40分）

1、（10分）某测试装置由三个环节串连组成，各环节的传递函数分别为

,（S）=kA^~T，”2（S）=三工7,=试求该测试系统的

S+L40bS+0”3.55+0.5

总灵敏度（不考虑负载效应）」

共2页第1页

2、（10分）已知周期性三角波的傅里叶级数展开式为：

x（/）=A+（cosicos3wor+icos5w0/+•••）=^+£竺：。.

2兀z35"2/〃=］“2

（〃=1,3,5,…），求该周期性三角波的均值、频率组成及各频率的幅值，并画出幅频谱图.

3、（8分）已知如）='°求购的自相关函数。

0（/<0）

4、（12分）某测试装置为一线性不变系统，该系统传递函数//（$）=］焉，当输入信号

为X［（/）=sin（/r•。时，试求出系统的稳态响应。

五、综合题（30分）

试测量图1示构件所受的扭矩M和拉力P。拉力P采用半桥测试，扭矩M采用全桥测试,

要排除相互之间的影响.

1、（10分）在构件上画出扭矩M的测试贴片示意图、应变电桥示意图，并给出所组成

的应变电桥的电桥灵敏度.

2、（10分）在构件上画出拉力P的测试贴片示意图、应变电桥示意图，并给出所组成

的应变电桥的电桥灵敏度。

3、（10分）构建该扭矩M和拉力P的测试系统的框图。简要说明在实际应用中提高应

共2页第2页

-00九年招收硕士研究生入学考试试题

考试科目及代码：测试技术（803）

适用专业：机械设计及理论、机械电子工程、机械制造及自

动化、

车辆工程、流体机械及工程

可使用的常用工具：无存储功能的计算器

答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。

考试时间3小时，总分值150分。

晶

昕

m

KK-

戡

菰

和

:

掇

曲

，

德

料

决

M

一术语解释（每小题4分，共20分）

1.离散信号

2.A/D转换

3.（测试装置的）幅频特性

4.梳状函数

5.时域采样

二判断选择题(每题2分，共20分)

L对带限信号最高频率f的信号x(t)进行采样，则采样频率f应()。

A小于f力；B等于f力；C大于

2.自相关函数在()时有最大值。

AB7=Cr=0

3.两测试环节的传递函数分别为H(S)、H(S),将其串联组成的系统的传递函数为()。

AH,(S)+H,(S)；BH,(S).H,(S)；CH,(S)/H2(S)

4.对于两个圆频率不同的周期信号x(t),y(t),其互相关函数等于()。

A0：Bx(0)：Cy(0)

5.对信号x(t)进行采样，是用一个采样函数与信号x(t)()o

A相乘：B相加：C相除

6.周期信号的频谱是()。

A连续的：B离散的：C不确定的

7、直流电桥的平衡条件为（）。

A相邻两臂电阻乘积相等；B相对两臂电阻乘积相等；C相对两臂电阻之和相等

8、以下哪和传感器不是物性传感器0（）

A金属目阻应变片B金属电阻应变片水银温度计C压电式传感器

9、时域周期为的单位脉冲序列的频谱也是周期脉冲序列，其周期为（）o

A1；Bl/Ts;cTs

10、将周期信号以傅立叶级数的复指数函数展开，其频谱为（）o

A连续谱；B单边谱；C双边谱

三分析叙述独（每小题1（）分，共40分）

1.为满足测试需要，选用传感器的基本原则是什么？在实际中如何运用这些原则？

试分析说明。

2.简述压电式传感器的主要优缺点、应用中应注意的若干问题。

3、若要求测试装置的输出波形不失真，试分析其幅频特性A（）和相频特性应分别满足什

么条件。

4、测试工作的全过程包含着许多环节，请作出一般测试系统的大致框图并加以说明。

四计算题（共3歌共4（）分）

（15分）1.某测试装置可用微分方程描述。

已知，当输入为x（t）=0.8cos（100t）时，

1）求其输出y（t）;

2）比较y（t）与x（t）的幅值和相位有何区别。

（13分）2.求正弦信号x（t）=的均值、均方值

（12分）3、一压电式传感器的灵敏度S=90Pc/MPa,把它和一台灵敏度调到0.005V/pC的电

荷放大器连接，放大器的输出又接到以灵敏度调到20mm/V的光线示波器上记录。试作出

这个测试系统的框图，并计算其总的灵敏度。

五工程应用题（30分）

欲测一传动轴的转速n,

1）试举出两种测量转轴转速的方法；

2）作出一种转轴转轴测量原理图并加以说明。

3）说明测试时应重点注意的一些问题。

以下无文字

2005年硕士研究生入学考试试题

参考答案

考试科目及代码：测演技术共页数：第1页

说明：1.适用招生专.：机械设计及理.、机械电子工...

...2.可使用的常用工具.

...3.答题内容写在答题纸上，写在试卷上一律无效。

3、一、术语解释（每小题4分，共20分）

4、A/D转换

A/D转换是模拟信号经采样、量化、并转化为二进制的过程；

2.（测试装置的）动态特性

输入信号随时间变化时，测试装置的输出与输入之间的关系称为测试装置

的动态特性。

3.压阻效应

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.

4.物性型传感器

依靠敏感材料本身的物性随被测量的变化来实现信号转换的传感器称为

物性型传感器。

5.（测试装置的）灵敏度

当测试装置的输入x有一个变化量，它引起输出y发生相应的变化量y,

则定义灵敏度

S二包

Ar

1、二、填空（每空2分，共20分）

简谐信号，有理数。

8、余弦函数，。

9、3.压阻效应，物性型。

10、A（）二A二常数，二-t.

低通滤波器，高通滤波器

三、叙述题（每小题10分，共50分）

1、周期信号的强度可用哪些参量描述？对这些参量的意义分别作出解释。

答：要点：

萩述周血信号强度的参量有：峰值、峰一峰值、均值、有效值X、有效值的

平方等。

峰值：信号可能出现的最大瞬时值

峰一峰值：是在一个周期中最大瞬时值与最小瞬时值之差；

均值:=

有效值X：信号的均方根植，即x=

有效值的平方：均方植即二

2.试举出三种可用于非接触式测量的传感器名称，并说明其变换量及各可用于何种测量。

答：要点：

1.电涡流式传感器。变换量位移——在感；被测量：位移、测厚等。

2.可变磁阻式（变间隙型）传感器。变换量：位移——自感；

被测量：位移，适用于较小位移的测量。

3.电容式传感器。变换量：位移——电容；被测量：位移等。

4.红外传感器。变换量：热——电；被测量：温度等。

5.激光传感器。变换量：光波干涉；被测量：长度等。

6、射线传感器。变奏量：对物质穿透；被测量测厚、探伤等。

7、光电式传感器（开关式）。变换量：“通”——“断”；可用于探测物件的有

无及位置等。

3.电阻应变片式传感器可分为哪两类？各自的工作原理是什么？

答：要点：

电阻应变片式传感器可分为金属电阻应变片和半导体应变片两类。

金属电阻应变片的工作原理是基于发生机械变形时，其电阻值发生变化。半导体应变片的

工作原理是基于半导体材料的压阻效应。

4、什么是结构型传感器？什么是物性型传感器？试举例说明。

答：要点:

结构型传感器是依靠传感器的结构参量的变化来实现信号的变换的，例如电

容式传感器依靠极板间距离变化引起电容的变化，电感式传感器依靠衔铁位移

引起自感或互感的变化等。

物性型传感器依靠与感器的敏感元件材料本身物理化学性质的变化来实现信

号的变换的。例如水银温度计，是利用水银的热胀冷缩现象，压电测力计是利用

石英晶体的压电效应等。

5.试述：周期信号的频谱特点。

答：要点：

周期信号的频谱具有三个特点：1)周期信号的频谱是离散的。2)每条谱线只

出现在基波频率的整倍数上，基波频率是诸分量频率的公约数。3)各分量频率的

谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。

3、四、计算题(每小题10分，共40分)

4、计算并作出5函数的频谱图。

解：要点

-00

A(/)=^(t)e-j2f^dt=eQ=\

△(/)A

1

0

2.已知低通滤波器的频率响应函数为H()=…当输入为x(t)=0.5cos.：10t)

求幅频函数A(),相频函数及其输出y(t)o

解：要点

A(。户••二I1=/1==0.89

J1+(所产,1+(10x0.05)2

1

(p(Ct))=•••=-arctg)=-arctg(10x0.05)=-26.61

y(t)=A(。)0.5cos(10t-26.6°)=0.445cos(10t-26.6°)

3.已知信号的自相关函数，求该信号的均方值。

解：要点：

自相关函数在时有最大值，且等于该信号的均方值

故此时=R(T)=(―)sin(50r)=0

XT

4.以阻值R=120、灵敏度S=2的电阻丝应变片与阻值为120的固定电阻组成

电桥，供桥电压为3V,并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为2000时，分

别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。P1234-1

解：要点：

e==A-eSe

y4R04(0)

式中为应变，S为电阻丝应变片的灵敏度

A为工作桥臂数；

对于单臂电桥,A=l,代入已知数据，则输出电压为：

1\R1

的=4——/=一4/=3x10—3(V)

N4R04。

对于双臂电桥,A=2代入已知数据，则输出电压为:

eY2=A；与4=6x103(V)

可见双臂电桥较之单臂电桥输出灵敏度提高一倍。

五、综合题(20分)

1)选用传感器的基本原则是什么？在实际中如何运用这些原则？

试举一例说明。

2)答：要点：根据测试目的和实际条件，合理地选用传感器，须综合

考虑以下方面的问题：

3)灵敏度：一般讲，传感器灵敏度越高越好，亦要求信噪比越大越好；

4)响应特性：响应特性必须满足不失真测试条件；

5)线性范围：线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大；

6)可靠性：可靠性是指在规定的条件下，在规定的时间内可完成规定

功能的能力，越高越好；

7)精确度：传感器精确度表示传感器的输出与测量真值一致的程度越

高越好；

测量方式：传感器在实际条件下的工作方式；

其它：还应尽可能兼顾结构简单、体积小、重量轻、价格低、易于安装维

护等。

可结合实际举一例说明

2006年硕士研究生入学考试试题

参考答案说明：1.适用招生专.：机械设计及理.、机械电子

I...

..2.可使用的常用工具：计算.

..3.答题内容写在答题纸上，写在试卷上一律无效。

4、一、术语解释（每小题4分，共20分）

5、线性度

线性度是指测量装置输出与输入之间保持常值比例关系的程度。

6、幅频特性

定常线性系统在简谐信号的激励下，其稳态输出信号与稳态输入信号的幅值

比被定义为该系统的幅频特性。

3.（信号的）采样定理

采样频率£,必须大于信号最高频率A的两倍，这就是采样定理。

4.相关滤波

应用相关分析原理来消除信号中的噪声干扰、提取有用信息的处理方法叫

做相关滤波“它是利用信号互相关函数同频相关、不同频不相关的性质来

达到滤波效果的。

3、二、填空（每空2分，共20分）

传感器的线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大，传感器的响应特性

必须满足不失真测试条件；

电感式传感器是把被测量，如位移等，转换为电感量变化的一种装置。按照

变换方式的不同可分为自感型与互感型电感式传感器。

3、所谓调制就是使一个信号的某些参数在另一信号的控制下而发生变化的过程。

前一信号称为载波：一般是较高频率的交变信号。后一信号（控制信

号）称为调制信号。最后的输出是已调制波。最终从已调制波中恢复出调

制信号的过程，称为解调。

4、传感器的分类方法很多。按被测量分类，可分为位移传感器、力传感器、

温度传感器等；按工作原理分类，可分为机械式、电气式、光学式、

流体式等。按信号变换特征分类，可分为物性型和结构型传感器。物

性型传感器敏感元件材料本身物理化学性质的变化来实现信号的变化的。

三、叙述题（每小题10分共50分）

1.说明：什么是线性测试系统的频率保持特性？它在测试工作中有哪些

重要作用？

答：要点：

线性测试系统的频率保持特性是指：若输入为一频率的简谐信号（正弦或余弦

函数）信号，则系统的稳态输出必是、也只能是同频率的简谐信号。

线性测试系统的频率保持特性在测试工作中有重要的作用。假如已知系统是线

性的和其输入的频率，则可根据频率保持特性，可以认定测得信号中只有与输

入频率相同的成份才真正是由该输入引起的输出，而其他的频率成份都是噪声

（干扰）。进而根据这一特性，采用相应的滤波技术，即使在很强的噪声干扰下,

把有用的信息提取出来。

2.电涡流式传感器的工作原理是什么？它有哪些主要优点？

攻尊占•

电涡流式传感器的工作原理是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应其

主要优点是可实现动态非接抽式测量。

3.滤波器的作用是什么？作出低通滤波器的幅频特性图并加以说明。

答：要点：

滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率

成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行信号分析。

下图示出了低通滤波器的幅频特性。从0~f频率之间为其通频带，幅频特

性平直。它可以使信号中低于f的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f的频

率成分受到极大地衰减。

4.试述：函数与其他函数的卷积及其重要应用。

答：要点：

任何函数x⑴和函数⑴的卷积(x(t)*(t)是一种最简单的卷积积分x(t)o函数x(t)和

函数⑴的卷积的结果，就是在发生函数的坐标位置上(以此作为坐标原点)简单

地将x(t)重新构图。

作图说明(略)

2、四、计算题(每小题10分，共40分)

3、求正弦信号x(t)=XoSin。/的均值"工、均方值有效值X*

解：要点

1eT

创力

Ar=-J0x°sin=0

1//^=—(XQsill2cotdt=

***Jvc

10Z

XZ#卜2⑺力咤

2.一阶测试装置可用微分方程表示为：

「等+y(f)=工⑺式中，为时间常数

试作出其传递函数〃(S)、幅频特性A(/)、相频特性奴⑼的表达式

解：要点：

H(S)二4

砧+1

H〃\(/o、)-----1--------1---—j----n-y--亍

jrco4-1l+(nw)~I+(ny)~

i।,

Jl+(ny)

(p((u)=..=-arctg(rco)2

4、求正弦信号x(t)=x°sin(&+9)的自相关函数并对其特性进行评述。

解:要点:=lim

=—j片sin(m+e)sin[o(r+7)+e}df

o

T:正弦函数的周期，T二，

令cot+(p=0、dt——.于是

CD

22“2

/?v(r)=—fsin^sinC^+(ot)dO=...=—cos69r

2乃[2

可见正弦函数的自相关函数是一个余弦函数，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。

以阻值R=120、灵敏度S=2的电阻丝应变片与阳值为120的固定电阻组成电桥,

供桥电压为3V,并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为2000时，分别求

出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。

解：要点:

41ARJC

^=44Te°=y44^0

式中为应变，S为电阻丝应变片的灵敏度

A为工作桥臂数；

对于单臂电桥,A=1,代入已知数据则输出电压为:

1\R1

3

，=^-—^0=-^0=3xio（V）

对于双臂电桥,A=2,代入已知数据，则输出电压为：

2弓*=2。=6x10-3（V）

可见双臂电桥较之单臂电桥输出灵敏度提高一倍。

五、综合题（20分）

测试工作的全过程包含着许多环节，请作出一般测试系统的大致框图并加以

说明。

要点：

被测对象|~~|传感器|­憎号调理|-~~I信号处理——

----显示记录

图1测试系统框图

传感器直接作用于被测量，并能按一定规律将被测量转换成同种或别种

量值输出。这种输出通常是电信号。

信号调理环节把来自传感器的信号转换成更适合于进一步传输和处理的形

式。这时候的信号转换在多数情况下是电信号之间的转换。

信号处理环节接受来自调理环节的信号，并进行各种运算、滤波、分析将

结果输至显不、记录系统。

显示、记录环节以观察者易于认识的形式来显示测量结果，或者系统将测量

结果储存，供必要时使用。

在所有这些环节中，必须遵循的原则是个环节的输出量之间应保持一一对

应和尽量不失真的关系，并尽量减少或消除各种干扰。

2005年硕士研究生入学考试试题

一、术语解释（20分）

1.滤波器

滤波器是一种选频装置。可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减

其他频率成分。在测试装置中，利用滤波器地这种筛选作用，可以滤除干扰噪声

或进行频谱分析。

2.梳状函数

等间隔的周期单位脉冲系列称为梳状函数。

3.压电效应

某些物质，当受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，表面

上有电荷出现，形成电场；当外力消失时，材料重新回复到原来的状态，这种现

象称为压电效应。

4.电桥

电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化变为电压或电流输出的一种测量电

路。

二、填空（每空2分，共20分）

1.周期函数的自相关函数仍为同频率的周期函数。正弦函数的自相关函数是一

个余弦函数。

2.随机过程有平稳过程和非平稳过程之分。所谓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。在平稳随机过程中，若任一单个样本函数的时

间平均统计特征等于该过程的集合平均统计特征，这样的平稳随机过程叫各

态历经（遍历性）随机过程。

3、电容式传感器是将被测物理量转化为电容量变化的装置。根据其变化的参数,

可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型。

4、若要求测试装置的输出不失真，则其幅频特性应满足常数，相频特性应满足。

三、分析叙述题（40分）

L试述：如何用实验法求得测量系统的频率响应函数。（12分）

（要点）：

依次用不同频率5的简谐信号去激励被测系统，同时测出激励和系统的稳

态输出的幅值X0i/Y0i和相位差⑺.这样对于某个u）i,便有一组YOi/XOi=Ai

和（pi.全部的Ai和cpi-5,T=1,2,3…便可表达系统的频率响应函

数.

2.根据电容式传感器的工作原理，试分析比较吸距变化型电容式传感器、面积

变化型电容式传感器的主要性能和优缺点。（12分）

（要点）：工作原理：根据物理学，由两个平行极板组成的电容器，其电容

日・

7E­

C二一

极距变化型灵敏度S=M=-££0A4

add

面积变化型电容式传感器（以平面线位移型为例）：常数

极距变化型电容式传感器：灵敏度S与极距平方成反比，极距越小，灵敏度越

高；由于灵敏度随极距而变化，这将引起非线性误差；故只适应在较小的间隙变

化，以便获得近似的线性关系。

面积变化型电容式峙感器：输入与输出成线性关系，但与极距变化型相比灵

敏度较低，适用于较大直线位移及角位移测量。

1）3.采用电阻应变片测定一构件的表面应力。试述：测点的选择和布置一般

应考虑哪几方面的问题。（16分）

2）（要点）：测点的选择和布置对能否正确了解结构的受力情况和实现

正确的测量影响很大。测点愈多，愈能了解结构的应力分布状况，但却增加

了测试和数据处理的工作量和贴片误差。因此，根据应以最少的测点达到足

够真实地反映结构受力状态的原则，来选择测点。为此，一般应考虑：

3）预先对结构进行大致的受力分析，预测其变形形式，找出其危险断面及

危险位置。这些地方一般是处在应力最大或变形最大的部位，而最大应力一

般又是在弯矩、剪力或扭矩最大的截面上。然后，根据受力分析和测试要求,

结合实践经验最后选定测点。

4）在截面尺寸急剧变化的部位或因孔、槽导致应力集中的部位，应适当多

布置一些测点，以便了解这些区域的一例梯度情况。

如果最大应力点的位置难以确定，或者为了了解截面应力分布规律和曲线轮廓

段应力过渡的情况，可在截面上或过渡段上比较均匀地布置5~7个测点。

利用结构和载荷的对称性，以及对结构边界条件的有关知识来布置测点，往

往可以减少测点数目，减轻工作量。

可以在不受力或已知应变、应力的位置上安排一个测点，以便在测试时进行

监视和比较，有利于检查测试结果的正确性。

四、计算题（40分）

1.两测试环节的传递函数分别为H（S）=、

H（S）二,将其串联组成一个新的系统，求出新系统的灵敏度。（10分）

（要点）：串联组成新的系统，新系统的灵敏度为原两测试环节灵敏度的乘积。

1.5c2.5u

s.=—=3==J

'0.5-0.5

s=SR=3x5=15

总灵敏度为15

2.求周期方波x⑴的傅立叶级数并作出其幅频图。（15分）

（要点）：

ao=0

氏=0

22

bn=—jx(/)sinncj^tdt

/T

T

2Ar-sinn+-|sinnB(/dt

T1_JTTo

~2

2A2A

=——(-cos/7^+l)=——(l-(-l)M)

n7in冗

4A

44=—n=l,3,5,

nrc

4=0n=2,4,6,•••

/、4A.44A.e44AA..

x(O=——sinG7{/+——sin3570f+——sin5GJ(/+...

乃3万5不

作谱图(略)

3.已知

y(t)=8sin®7+6-0)

试求其互相关函数，说明该计算结果验证了什么结论。(15分)

（要点）：

1T

Rxy(r)=lim-jx(t)y(t+r)dt

=lim—j45sin(0[Z+^)sin(G72(7+r)+^-(p)dt

To

根裾正（余）弦函数的正交性，可知

七,⑺二。

说明了：两个不同频率的周期函数是不相关的。

五、综合应用题（30分）

1、一轧钢机主传动系统如图所示，欲用电阻应变片测试其轧制力矩:

2、设计一测试方案

3、对测点的选择、应变片组桥方式、测试电路信号的输出等问题作出说明。

在实际测试中，你认为还有哪些问题应引起重视并采取相应措施。

要点：

1）测试方案如图4。（对方案做出说明）

2）测点分别布置在上、下轧辑万向接轴的相应部位，如图。

4片应变片如图粘贴，与接轴的轴线成45度。4片应变片组成全桥电路。

在轴上设置集流环应变片产生的信号经集流环与固定的电刷（铜弦线）间

的接触，就可以将随轴旋转的应变片产生的信号送到固定的应变仪

3）实际测试中，现场条件比较复杂，一般有以下问题应引起重视：

应变片的防水密封，密封应可靠。

应变片的防高温辐射。

防电磁辐射干扰，采用屏蔽电缆。

2008测试技术参考答案

一、术语解肝（每小题5分,共20分）

1、能取信号：信号X（t）的平方对时间的积分在无穷区间存在，则认为信号

X（l）的能量是有限的，称X（t）为能信有限信号，的称能量信号.

2、（测试装置的）静态特性：指在静态测址时描述实际测试装置与理想定常

线性系统的接近程度.

3、花乐效应：将置了低场中的导体或半导体通过电流，若电流与磁场垂真,

则在与电流与磁场都垂真的方向上会出现一个电势差,这种现象称为东尔效

应.

4、滤波器带宽：上卜两极止频率之间的枝率范用称为沌波器带宽，或-3dB

带宽,单位为Hz,

二、或空题（每空2分，共20分）

1、信号的时域描述，以邱］_为独立变信：而信号的领域描述，以族率为

独立变量.

2、如果一个信号的最高频率为50Hz,为了防止在时域采样过程中出现混皆

现象，采样频率应该大于迹Hz。

3、连续信号x（t）与单位脉冲函数5（//0）进行卷枳，其结果x（t）*6（/./0）=

.«心M-t9y

4、为了提淘变极距电容式传盛器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对

测蛾帮度的影响，实际应用时常常采用差动「作方式.

5、通常电涡流传礴器的转换原理於利用金壮导体的电涡流效应.

6、电建式传感器中的变间隙型与变面积型相比，变间瞅型的灵敏度要高.

变面积型的线性程度要好.变间隙型仅适用了4、位移测道.

7、从实现测试不失真条件和其它工作性能保合来看，影响一阶装置动态特

征参数是时间常数E原则上希望它会小愈好.

三、叙述题（40分）

】、（12分）在频谱分析中窗函数有什么作用？试列出三种常用的窗函数，各

有何特点？

要点：对信号进行加窗截断，减小由于信号裁断带来的能量泄漏误差，提高

频谱分析的精度.（3分）

I）矩形窗:矩形窗主麴地窄，旁辫则较高,泄淞收大.用在需要获得精确

族谱主峰的所在频率，而对幅值精度要求不高的场合,（3分）

2）三角窗：和矩形窗相比主部约为矩形窗的两倍，频率分辨能力较差.但

旁超低不会出现负值，对泄漏有一定的抑制作用.（3分）

3）汉宁窗：主沿较宽，致使频率分辨能力较差,但旁遮明显降低，抑制泄

闻的作用较明显.（3分）

2、（8分）何谓信号的调制和解调？

要点:信号的调制就是使一个信号的某些参数在另一个信号的控制下而发生

变化的过程.（3分）甫一信号称为载波，后一信号（控制信号）称为调制

信号.最后的输出是一调制波.（2分）从已调制波口恢发出调制信号的过

程，称为解调。（3分）

3、（12分）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？

要点：电阻丝应变片的工作原理是基于应变片发生机械变形时，其电阻值发

生变化：（3分）半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应；（3

分）

二者的主要区别在R前者利用导体形变引起电阻的变化，后者利用半导体

电阻率的变化引起电阻的变化.向忖相对于电阻生应变片，半导体应变

片的最大优点是灵敏度高，其最大缺点是温度稔定性差、灵敏度分散大以及

在较大应变作用下，非线性误差大等.4分）

4、（8分）简述乐电式传感器工作原理，并说明为什么压电式传感器只适用

于动态测量而不能用于静态测量？

要点：用电传感器的工作原理是利用某些物质的用电收应.（4分）由丁•电

荷的泄漏，使压电式传感器实际上低端工作频率无法达到宜流，不合适测地

频率过低的信号・故压电式传感器只适用于动态测量而不能用于好态测短.

（4分）

四、计算题（40分）

I、（10分）某测试装置由三个环节串连组成，各环节的传递函数分别为

用⑸-4•面”——，"）=―!—,//.（S）=10,试

22

S+\A（OHS+^3.5S+0.5

求该测M系统的总灵敏度。

解：;串岷后可写成：

H（S）=%（S）XH2（S）X/（S）（3分）

4a1x21A24.1居.八

2

S2+1.4”S+0：2(3.55+0,5)7S+I5+I.4<ynS+^

(3分)

x

・'•总灵敏度H=iOi^02xtOj=2x4.1x10=82（4分）

2、（1C分）已知周期性三角波的傅里叶级数展开式为:

八444.11J4400COS/nt*f

x（/）=+—y-（coswot+-ycos3wor+-ycos5w0/+•••）=—+—tz-------2_

2武352万〃=|“2

（〃=l,3,5,…），求该周期性三角波的均值、领率组成及各频率的幅值，并

画出幅蟆漕图.

解：由所给傅里叶级数知：

因为a0=g,所以均值4=g（3分）

x«）由%,3%,5%,,7%,……等频率的余弦信号坦成：对应于〃“，。频率的

幅（ft站之（3分）

frn

技所绘筑数形式,可画出场颇漕图"分）：

3"）已知码"产°）,求助的自相关函数.

解：（付）=工恤）/（，+丁）小（3分）

=[e-a,eF“n力（3分）

9.（2分）

4、（12分）某测试装置为一线性不变系统，该系统传递函数〃（s）1

1+0.55

当输入信号为乂（。=sinS•/）时，试求出系统的稳态响应.

解：由"6)=不｝得:

1+0.5s

1二"河

W)=（3分）

1+，X0.5X2炉1+//?

财=寻而

e(/)=-arg/g(炉)(3分)

X:工=0.5Hz,//(/)=0.537，①(/)=-57.52,

故有：*00=0.537sin(m-57.52,)(3分)

五、综合题（30分）

试测量图1示构件所受的扭矩M和拉力P.拉力P采用半桥测试，扭矩

M采用全桥测试，要排除相互之间的影响。

1.（10分）在构件上画出扭矩M测试贴片示意图、应变电桥示意图，

并给出所组成的应变电桥的电桥灵敏度.

2.（10分）在构件上画出拉力P测试贴片示意图、应变电桥示意图.

并给出所组成的应变电桥的电桥灵敏度.

3.（10分）构建该扭矩M和拉力P的测试系统的框图。简要说明实际

应用中提高应变测量精确度的措施.

解：1.招矩M测量如下图所示:

4片示■■

（3分）

此种方式灵敏度S=4Q+〃），其中〃为被洪件的泊松比.（3分）

2.拉力P测量如卜图所示：

贴片不宜制

图中几大标准电阻

（4分）

此种方式灵敏度S=l+〃，其中〃为被测件的泊松比。（3分）

3.要点：只要给出以下框图中的内容给3分.

（共7分）实际应用中，应尽可能消除各种误差，以提高测试精确度♦一般

可采取下列措施：

1）选择合适的仪器并进行准确的定度。2）省除导线电阻引起的影响。3）

减少读数的漂移。4）补偿温度的影响.5）减少贴片误差♦6）力求应变片

实际工作条件和额定工作条件的致。7）排除测量现场的电磁干扰.

二o0九年硕士研究生入学

测试技术考试试题答案

-术语解释(每小题4分,共20分)

1.离散信号：若信号数学表达式中的独立变量取离散值，则称为离散信号。

2.A/D转换：A/