2026年西南科技大学《机械工程测试技术基础》试题复习题及答案

2026年西南科技大学《机械工程测试技术基础》试题复习题及答案一、单项选择题1.将时域信号进行等间隔采样时，若采样频率fs不满足奈奎斯特采样定理，会发生的现象是（）A混叠B截断C泄漏D量化答案：A2.下列物理量中，不能采用应变片式传感器完成测量的是（）A构件应力B转轴扭矩C振动加速度D空间电场强度答案：D3.电容式传感器中，灵敏度线性度好，适合测量较大位移量的结构类型是（）A变极距型B变面积型C变介质型D以上三种都不满足答案：B4.周期信号的频谱特征是（）A所有频率分量连续分布B离散分布，仅出现在基波频率的整数倍位置C离散分布，频率分量随机分布D低频连续高频离散答案：B5.一阶测试系统唯一的动态特性参数是（）A固有频率B阻尼比C时间常数D刚度系数答案：C6.二阶无阻尼测试系统（阻尼比为0）对阶跃输入的响应特征是（）A等幅持续振荡B衰减振荡C非周期单调上升D单调衰减答案：A7.压电式传感器基于压电效应工作，输出与外力成正比的物理量是（）A电荷B电阻C电流D功率答案：A8.若某信号的自相关函数可表示为R(τ)=A+Bcosω0τ，其中A、B为常数，说明该信号包含的分量是（）A直流分量和周期分量B仅直流分量C仅周期分量D仅随机分量答案：A9.理想低通滤波器的幅频特性在通带内的特征是（）A恒为0B保持常数C随频率升高线性增大D随频率升高线性减小答案：B10.直流电桥的平衡条件是（）A对臂电阻乘积相等B邻臂电阻乘积相等C所有桥臂电阻和相等D所有桥臂电阻乘积相等答案：A11.霍尔效应产生的霍尔电势大小，与下列哪个参数成正比（）A工作电流和外加磁感应强度B工作电流和霍尔片电阻C外加磁场和霍尔片电阻D输出电压和工作电流答案：A12.对无限长时域信号进行加窗截断处理后，原信号的频谱会发生扩展，这种现象称为（）A频率混叠B频谱泄漏C吉布斯现象D截断失真答案：B13.直流电桥相邻桥臂的应变变化符号相反时，输出电压的变化是（）A相加B相减C不变D抵消答案：A14.二阶测试系统通常设计阻尼比为0.6~0.7，原因是（）A谐振峰值小，幅频特性平坦范围宽B固有频率高C相频特性非线性D响应速度慢答案：A15.能够从噪声中检测出微弱的周期信号，常用的方法是利用信号的（）A自相关特性B互相关特性C幅频特性D相频特性答案：A二、多项选择题1.下列传感器类型中，属于能量转换型（有源）传感器的有（）A压电式传感器B热电偶传感器C电阻应变式传感器D电容式传感器答案：AB2.测试系统的静态特性指标主要包括（）A线性度B灵敏度C回程误差D固有频率答案：ABC3.周期信号傅里叶展开的常用基本形式包括（）A三角级数展开B复指数级数展开C拉普拉斯展开DZ变换展开答案：AB4.霍尔元件产生不等位电势误差，常用的补偿方法有（）A补偿桥路补偿B调整输入电流大小C外加磁场补偿D对称供电法答案：AD5.下列情况中，会引起频率混叠现象的有（）A采样频率fs<2fmax（fmax为信号最高频率）B采样频率fs>2fmaxC信号中存在高于fs/2的高频分量未被滤除D采样间隔过大答案：ACD6.压电式传感器的主要优点包括（）A灵敏度高B频带宽C体积小重量轻D适合测量静态大载荷答案：ABC7.信号处理中常用的滤波器类型按照通带位置划分，包括（）A低通滤波器B高通滤波器C带通滤波器D带阻滤波器答案：ABCD三、判断题1.直流电桥既可以测量静态应变，也可以测量动态应变。（）答案：√2.压电式传感器可以稳定测量静态恒定力，因为压电效应产生的电荷不会泄漏。（）答案：×3.傅里叶变换的时移性质表明，信号时域平移后，频域幅度谱不变，仅相位谱发生线性变化。（）答案：√4.测试系统的灵敏度越高，对应的测量范围越大，测量误差越小。（）答案：×5.信号的自相关函数可以保留原信号的全部相位信息。（）答案：×6.二阶测试系统的谐振频率始终小于其固有频率。（）答案：√7.变极距型电容传感器的灵敏度随极距减小而升高，适合测量微小位移。（）答案：√8.周期信号的平均功率等于各次谐波分量的平均功率之和，满足帕塞瓦尔定理。（）答案：√四、简答题1.什么是测试系统的静态特性和动态特性，分别列举主要的性能指标。答：静态特性是指测试系统在输入信号不随时间变化或变化缓慢时，输出量与输入量之间的关系特性，反映系统对静态输入的响应能力，主要性能指标包括灵敏度、线性度、回程误差、分辨率、重复性、阈值、零点漂移、灵敏度漂移等。动态特性是指测试系统对于随时间快速变化的输入信号，输出量随时间变化的响应特性，反映系统对动态输入的跟踪能力，主要性能指标包括一阶系统的时间常数，二阶系统的固有频率、阻尼比，系统的幅频特性平坦范围、相频特性线性度、上升时间、调节时间等。2.简述奈奎斯特采样定理的核心内容，说明频率混叠产生的原因和工程中常用的解决方法。答：奈奎斯特采样定理的核心内容为：对于频谱宽度有限的连续时间信号，设信号的最高频率分量为fmax，若要从采样得到的离散时间信号中无失真地恢复出原连续信号，采样频率fs必须满足fs≥2fmax，即采样频率不低于信号最高频率的两倍。频率混叠产生的原因是：当采样频率低于两倍信号最高频率时，原信号中频率高于折叠频率fs/2的高频分量会被错误折叠到低于fs/2的低频区间，与原信号的低频分量重叠在一起，无法从采样信号中分离区分，导致恢复出的信号失真。工程中常用的解决方法主要有两种：一是提高采样频率，增大fs使得fs满足不低于两倍信号最高频率的要求；二是在采样之前加装抗混叠低通滤波器，预先滤除信号中高于fs/2的无用高频分量，避免高频分量混叠进入有效测量频段。3.说明电阻应变片温度误差的产生来源，列举常用的温度补偿方法。答：电阻应变片测量应变时的温度误差主要来源于两个方面：第一，温度变化会直接引起应变片电阻丝的电阻率变化，同时电阻丝自身的线膨胀也会随温度改变，两个因素共同作用导致应变片电阻值随温度变化产生附加变化；第二，被测试件材料的线膨胀系数和应变片电阻丝的线膨胀系数不同，当环境温度变化时，二者的自由伸长量不同，会使应变片产生额外的变形，进而产生附加电阻变化，最终将温度变化引起的输出误判为被测应变产生的输出，产生温度误差。常用的温度补偿方法包括：（1）差动电桥补偿法，将两片特性一致的应变片，一片粘贴在被测构件上承受工作应变，另一片粘贴在与构件同材质不受力的补偿块上，二者置于相同温度环境中，接入电桥的相邻桥臂，温度引起的电阻变化会相互抵消，不对输出产生影响；（2）应变片自补偿法，通过匹配应变片电阻丝和试件的线膨胀系数，使得温度引起的电阻变化自动抵消，常见的有单丝自补偿和双丝自补偿两种；（3）热敏电阻补偿法，在测量电路中串联或并联合适温度系数的热敏电阻，利用热敏电阻随温度变化的电阻特性抵消应变片的温度误差。4.为什么压电式传感器不能测量静态物理量，实际应用中为什么通常配接电荷放大器？答：压电式传感器基于压电效应工作，压电材料受到外力作用时会在表面产生与外力大小成正比的电荷，当外力是恒定不变的静态力时，产生的电荷是恒定值，但压电材料本身存在漏电阻，连接电缆和测量电路也存在绝缘电阻，恒定电荷会通过漏电阻逐渐泄漏，经过一定时间后电荷会衰减到零，无法输出稳定的对应静态力的信号，因此压电式传感器不能测量静态恒定物理量，只能测量随时间变化的动态物理量。实际应用中配接电荷放大器的原因是：压电式传感器属于高内阻的弱信号输出源，输出信号内阻可达数百兆欧以上，普通电压放大器的输入阻抗有限，会导致电荷大量泄漏，引起信号幅值衰减和波形失真，而电荷放大器是一种高输入阻抗的深度负反馈放大电路，其输出电压正比于传感器输出的电荷，能够适配高内阻的压电传感器，同时电荷放大器的输出灵敏度几乎不受连接电缆分布电容的影响，能够得到稳定的输出信号，因此压电式传感器通常配接电荷放大器使用。5.简述信号时域描述和频域描述的定义与各自的特点。答：信号的时域描述是以时间为自变量，描述信号幅值随时间变化的规律，直接反映信号在不同时刻的大小变化，特征是直观具体，能够直接得到信号的瞬时值、峰值、周期、上升时间等时域参数，适合分析信号随时间变化的动态过程和瞬时特征，是最直接的信号描述方式。信号的频域描述是通过傅里叶变换将信号分解为不同频率正弦分量的叠加，以频率为自变量，描述各频率分量的幅值和相位分布，特征是从频率维度揭示信号的内在组成，能够发现时域描述中难以观察到的频率特征，适合分析信号的频率成分、谐波干扰、滤波特性、系统频率响应等问题，是信号分析中不可缺少的描述方式。五、计算分析题1.已知某一阶压力测试系统的时间常数τ=0.05s，现在需要测量频率f=12Hz的正弦动态压力信号，求该系统的幅频特性值，计算输出幅值的相对误差。解：一阶测试系统的幅频特性公式为：A(ω)=1/√(1+(τω)²)其中角频率ω=2πf=2×π×12=24π≈75.40rad/s代入τ=0.05s，得τω=0.05×75.40≈3.77所以A(ω)=1/√(1+3.77²)=1/√(1+14.2129)=1/√15.2129≈1/3.899≈0.256一阶系统静态输入时幅频特性A(0)=1，因此输出幅值相对误差δ为：δ=(A(ω)-A(0))/A(0)×100%=(0.256-1)×100%=-74.4%计算结果表明该一阶系统对12Hz的信号幅值衰减达74.4%，无法实现准确测量。2.采用四个电阻应变片接成全桥测量钢制圆轴传递的扭矩，已知圆轴直径d=40mm，材料剪切弹性模量G=81GPa，应变片灵敏度系数K=2.0，测量电桥的供桥直流电压U=4V，四个应变片分别粘贴在轴表面与轴线成45°和135°方向，全桥输出电压Uo=3.2mV，计算轴传递的扭矩大小。解：圆轴受扭矩作用时，表面45°方向的线应变ε与扭矩T的关系为：ε=T/(GWp)，其中圆轴的抗扭截面系数Wp=πd³/16，代入得ε=16T/(Gπd³)全桥测量时，四个应变片的应变变化两两相反，全桥输出电压满足Uo=KεU，因此ε=Uo/(KU)，将ε代入上