《機械工程測試技術基礎》試題復習題及答案

1、XX大學200X200X學年第一學期傳感器與測試技術期末考試試卷學院_ 班級_ 姓名_ 學號_題號一二三四五六總分得分一、填空（每空1份，共20分）1.測試技術的基本任務是_、2.從時域看，系統(tǒng)的輸出是其輸入與該系統(tǒng)_ 的卷枳。3信號的時域描述，以 時間t為獨立變雖:而信號的頻域描述，以頻率f為獨立變呈:。4.如果一個信號的最高頻率為50Hz為了防止在時域采樣過程中出現混疊現象，采樣頻 率應該大于100 Hz.5.在橋式測量電路中，根據英_ 的性質，可將其分為直流電橋與交流電橋。6.金屬電阻應變片與半導體應變片的主要區(qū)別在于：前者利用形變效應引起的電阻變化，后者利用_變化引起的電阻變化。7.壓

2、電式傳感器是利用某些物質的_而工作的。8.帶通濾波器的上下限截止頻率為、6,其帶寬B= fc2- fel_ :若其帶寬為1/3倍頻程則fC2 = _ fcio9.屬于能量控制型的傳感器有 _. _等。io根據載波受調制的參數不同，調制可分為 調頻 、調幅 、m11相關濾波的工作原理是一同頻相關不同頻不相關/同頻檢測原理12 _12測試裝宜的動態(tài)特性可以用_函數、頻率響應_函數和脈沖響應_函數進行數學描述。二. 選擇題（把正確答案前的字母填在空格上，每題1分，共10分）1.不能用確定的數學公式表達的信號是d信號。A復雜周期B非周期C瞬態(tài)D隨機2.平穩(wěn)隨機過程必須_bA連續(xù)B統(tǒng)計特征與時間無關C各

3、態(tài)歷經D統(tǒng)訃特征等于時間平均3一階系統(tǒng)的動態(tài)特性參數是_.A固有頻率B阻尼比C時間常數D靈敏度4.系統(tǒng)在全量程內，輸入咼由小到大及由大到小時，對于同一個輸入量所得到的兩個數值不同的輸出量之間的最大差值稱為aoA回程誤差B絕對誤差C相對誤差D非線性誤差5.電阻應變片的輸入為b A力B應變C速度D加速度6.d用于評價系統(tǒng)的輸岀信號和輸入信號之間的因果性。A傳遞函數B互相關函數C互譜密度函數D相干函數7.為使電纜的長短不影響壓電式傳感器的靈敏度，應選用 _放大器。A電壓B電荷C微分D積分8.在測量位移的傳感器中，符合非接觸測量而且不受油污等介質影響是d傳感器。A電容式B壓電式C電阻式D電渦流式9.信

4、號分析設備可分析的頻率低于磁帶記錄儀記錄信號的頻率，可將磁帶_b ,也可達到分析的目的。A重放速度放快B重放速度放慢C重放速度不變D多放幾次10.階系統(tǒng)的階躍響應中.超調量d A存在，但5% B存在，但vl C在時間常數很小時存在D不存在三. 判斷題(用丁或X表示，在正確的題目對應的括號里填反之填X,每題1分，共10分)1.()非周期信號的頻譜是連續(xù)的。2.()傳遞函數相同的各種裝置，其動態(tài)特性均相同。3.()調幅波是載波與調制信號的疊加。4.()渦流傳感器屬于有源傳感器。5.()滑線變阻器式傳感器不適于微小位移量的測量。6.()窗函數頻譜的主蜂瓣越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信號所引起的誤差越

5、小。7.()恒帶寬濾波器的中心頻率越髙，其帶寬越寬。8.()隨機激振屬于寬帶激振法。9.()壓電式加速度計的靈敏度越髙，其工作頻率越寬。10. ()若系統(tǒng)是完全線性的，則輸入輸出的相干函數一泄為1。四. 簡答題(每題5分，共3()分)1已知周期方波的傅立葉級數展開式為11sin cot + - sin 3如 + sin 5如 + 35)試繪岀該周期方波的單邊幅值譜，并說明其頻譜特點。2.二階測試裝置的兩個動態(tài)特性參數是什么？為了實現不失真測試，如何確左其取值范 圍？3何謂不失真測試？實現測試不失真的測試裝置的幅頻和相頻特性應如何？4.信號的預處理包括那些環(huán)節(jié)？5.為什么在動態(tài)電阻應變儀上除了設

6、有電阻平衡旋鈕外，還設有電容平衡旋鈕？6.測得兩個同頻正弦信號的相關函數波形如圖1,問：圖1(1)這一波形是自相關函數還是互相關函數？為什么？(2)從波形中可以獲得信號的哪些信息？五、計算題(共14分)1.(6分)已知低通濾波器的頻率響應函數為H(3)=!-,式中r = O O5s1 + jot當輸入信號為x(r) = 0.6cos(60/) + 0.5cos(100r-45)時，求濾波器的穩(wěn)態(tài)輸出y()2.(4分)有一信號x(F) = Acosf + 0),初始相角為一隨機變量；試求1)求其自相關函數：2)確定其均值和方差。3(4分)以阻值/? =12QQ,靈敏度5 = 2.5的電阻絲應變片

7、與阻值為120Q的固沱電阻 組成電橋，供橋電壓為4V,并假定負載電阻無窮大，當應變片的應變?yōu)?000時， 分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓六、應用題(共16分)1.(6分)某車床加工外圓表而時，表而振紋主要是由主軸箱轉動軸上齒輪不平衡慣性 力使主軸箱振動所引起.實驗測得振紋的頻譜如圖2 (a)所示，主軸箱內的傳動示意圖 如圖2(b)所示,傳動軸I、II和主軸III上的齒輪齒數分別為Zt=30, Zs= 40,ZF20, ZF50, 傳動軸I的轉速為m=2000轉/分(根據傳動比訃算可知：傳動軸II的轉速為m二1500=71轉/分， 主軸III的轉速為n：=600轉/分） ， 試分析哪一根軸上的

8、齒輪不平衡量對加工表 而的振紋影響較大？為什么？圖22.（10分）欲測試圖3（a）所示簡直梁的動態(tài)特性參數（固有頻率和阻尼比），（1）請從現有設備中選擇，并用框圖表示測試系統(tǒng)構成，簡述測試過程：（2）測得該梁的幅頻特性曲線如圖3（b）所示， 根據該曲線如何確立簡直梁的動態(tài)特 性參數（給出原理.公式并在圖中表示）（現有設備：壓電式加速度計、壓電式力傳感器、磁電式速度計、電阻應變片、電荷 放大器、功率放大器、信號發(fā)生器、激振器、數據采集分析系統(tǒng)、顯示設備）圖3 （b）XX大學200X-200X學年第一學期傳感器與測試技術期末考試試卷參考答案 學院=年級考試班級一.填空（每空1分，答對得分，答錯不得

9、分，共20分）1.獲取有用的信息2.脈沖響應函數圖3 (a)3時間（/）.頻率/或（0）4.100Hz5激勵電壓（或工作電壓或橋壓或電源）6導體機械形變、半導體電阻率的（或半導體壓阻效應）7.壓電效應8 fci-fd V2（或1.26）9.電阻式傳感器、渦電流傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器等，答對任何兩 個均得2分10.調幅、調頻.調相11.同頻相關不同頻不相關/同頻檢測原理12.傳遞、頻率響應、脈沖響應二、 選擇題（每題1分，答對得分，答錯不得分，共10分）15 D B C A B610 D B D B D三、 判斷題（每題1分，答對得分，答錯不得分，共10分）15 X V X V V6

10、10 V X V X V四、 簡答題（每題5分，共30分）1. （5分）心）j8Ax8A3n 8A_J_ L0 s3% 5令 32分頻譜特點：離散性、諧波性.遞減性3分（每答對一個得1分）2. （5分）固有頻率（）和阻尼比（）3分（每答對一個得1. 5分）為了實現不失真， 阻尼比 （） 取值0.60.8;工作頻率取值小于等于0.580“2分 （每答對一個得1分）3. （5分）輸出y（t）與輸入x（t）滿足關系y（t）=Aox（t-to）,其中Ao和to為常數，則為不失真測試。2分或者用文字描述上述關系，描述正確2分，不完整1分，錯誤不得分。 實現不失真測試的測試裝置的幅頻特性為A（G）=AO二

11、常數1 5分相頻特性為0（ 3）二一f（）e1.5分或者用文字表述，表述正確同樣得分。4.（5分）（1）電壓幅值調理（或者放大）1分（2）濾波（或者濾去髙頻）2分（3）隔離直流分量（或者隔直）1分（4）如原信號進行調制，則應先進行解調（或者解調）1分5(5分)動態(tài)電阻應變儀釆用的是純電阻交流電橋(1分)，即使各橋臂均為電阻，由于 導線間存在分布電容(1分)，相當于在各橋臂上并聯(lián)了一個電容，因此，除了電阻平 衡外，還須有電容平衡(3分5分其它的表述酌情給分。6(5分)(1)互相關函數，因為是非奇非偶函數匚2分(2)頻率信息：正弦波形的頻率與此波形頻率相同1分相位信息：兩正弦波形之間的相位差就是此

12、波形中的初相位1分幅值信息：此波形的振幅是兩個正弦波振幅乘積的一半1分五、計算題(共14分)1.(6分)x(t) = 0 6cos(60f) + 0.5cos(100/ 45)令坷=0.6cos(60r), x2(r) = 0.5cos(100r -45)根據線性系統(tǒng)頻率保持性加幅頻相頻特性A(co) = / - -,= -tan(ro)/ Jl + (ny)-由=60,可以得到：A)=(1二=0.3161.分J1 +(0.05x60)20() = -arctg(no) = -dfg(0.05 x 60) = -71.565 1分(f) = 0.6 x 0.316 cos(60r一71.565

13、 ) = 0.1896 cos(60/一71.565 )由少，=100 可以得到:A(妙)=，=0.1961.分J1 +(0.05x100) 2(p(o2) = -arctg(rco) = -arctg(0.05 x 100) = -78.691分y2(t) = 0.196 x0.5cos(100r一45。一78.69) = 0.098 cos(100r一123.69)由線性系統(tǒng)的疊加性可得y(/)=兒 + y2(r) = 0.1896 cos(60/ - 71.565 ) + 0.098 cos(100r一123.69) 2分2.(4分)自相關函數：Rx(r) = lim丄：x(f) x(F

14、 +1eT=lim A cos(曲 +0) A cos e(/ + r) +(p)dt=4-cos(6yr)均值：兒：:o方差：b,3.(4分)單臂：1分= -壓ACOS(6X +(p)dt =01芒A2=亓曲(/)_川=:雙臂:AR41 AR1-w()= SCUQ4 /?- 44X2.5X1000X10-X4 = 2.5X10Vuv=竺 如=-=lsa0j0）的頻譜。CQSCOJtT5、 求指數衰減振蕩信號%（/） =嚴sin co.t（a 0,/0）的頻譜。第二章 測試裝置的基本特性（一）填空題1、 某一階系統(tǒng)的頻率響應函數為H（j3）=一.輸入信號x（O = sin-則輸出信號2丿 e

15、+12）心）的頻率為血=_,幅值y=_，相位0=_ o15416?2、 試求傳遞函數分別為亍亞市和 -匕-的兩個環(huán)節(jié)串聯(lián)后組成的系統(tǒng)的3+ 0 5廠+l 4rs + e總靈敏度。3、 為了獲得測試信號的頻譜，常用的信號分析方法有_、和_O4、 當測試系統(tǒng)的輸岀）心）與輸入x（f）之間的關系為=時，該系統(tǒng)能實現測試。此時，系統(tǒng)的頻率特性為Hjco）=_ 5、 傳感器的靈敏度越髙，就意味著傳感器所感知的_ 越小。6、 一個理想的測試裝K輸入和輸岀之間應該具有_ 關系為最佳。（二）選擇題1、 _不屬于測試系統(tǒng)的靜特性。（1）靈敏度（2）線性度（3）回程誤差（4）阻尼系數2、 從時域上看，系統(tǒng)的輸出是

16、輸入與該系統(tǒng)_響應的卷積。（1）正弦（2）階躍（3）脈沖（4）斜坡3、 兩環(huán)節(jié)的相頻特性各為（e）和0（e）,則兩環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的測試系統(tǒng)，英相頻特性為o019）0（。）（1）09）02（。）（2）09） + 29）（3）： c（Qg）-2S）4、 一階系統(tǒng)的階躍響應中，超調量_ （1）存在，但5%（2）存在，但vl（3）在時間常數很小時存在（4）不存在5、 忽略質量的單自由度振動系統(tǒng)是_ 系統(tǒng)。（1）零階（2）階（3）二階（4）髙階6、 一階系統(tǒng)的動態(tài)特性參數是_ .（1）固有頻率（2）線性度（3）時間常數（4）阻尼比7、 用階躍響應法求一階裝置的動態(tài)特性參數，可取輸出值達到穩(wěn)態(tài)值_ 倍所經過

17、的時間作為時間常數。（1） 0.632 （2） 0.865 （3） 0.950 （4） 0.982（三）判斷對錯題（用丁或X表示）1、 一線性系統(tǒng)不滿足“不失真測試”條件，若用它傳輸一個1000Hz的正弦信號，則必然 導致輸出波形失真。（）2、 在線性時不變系統(tǒng)中，當初始條件為零時，系統(tǒng)的輸出量與輸入量之比的拉氏變換稱為傳遞函數。（）3、 當輸入信號x（/）上時，系統(tǒng)的輸岀y（r）將完全取決于傳遞函數H（s）,而與該系統(tǒng)的物理模型無關。（）4、 傳遞函數相同的各種裝置，苴動態(tài)特性均相同。（）5、 測量裝置的靈敏度越髙，其測量范用就越大。（）6、 幅頻特性是指響應與激勵信號的振幅比與頻率的關系。

18、（）（四）簡答和計算題1、 什么叫系統(tǒng)的頻率響應函數？它和系統(tǒng)的傳遞函數有何關系？2、 測試裝置的靜態(tài)特性和動態(tài)特性各包括那些？3、 測試裝置實現不失真測試的條件是什么？4、 某測試裝置為一線性時不變系統(tǒng)，其傳遞函數為H（s）=）。求其對周期信號0.0055 +1x（r） = 0.5cosl0r + 0.2cos（100r -45）的穩(wěn)態(tài)響應y（t）。5、 將信號cosm輸入一個傳遞函數為H（$） = 的一階裝宜，試求其包括瞬態(tài)過程在1 + TS內的輸出y（0的表達式。第三章常用傳感器（一）填空題1屬于能量控制型的傳感器有_ 等，屬于能量轉換型的傳感器有_ 等（每個至少舉例兩個）。2、 金屬電

19、阻應變片與半導體應變片的物理基礎的區(qū)別在于：前者利用_ 引起的電阻變化，后者利用_ 變化引起的電阻變化。3、 為了提髙變極距電容式傳感器的靈敏度、線性度及減小外部條件變化對測蜀精度的影響,實際應用時常常采用_工作方式。4、 壓電式傳感器的測量電路（即前置放大器）有兩種形式：_放大器和_ 放大器，后接_ 放大器時，可不受連接電纜長度的限制。5、 渦流式傳感器的變換原理是利用了金屬導體在交流磁場中的_效應。6、 磁電式速度計的靈敏度單位是_ ，7、 壓電式傳感器是利用某些物質的_ 而工作的。（二）選擇題1、 電阻應變片的輸入為_O（I）力（2）應變（3）速度（4）加速度2、結構型傳感器是依靠_ 的

20、變化實現信號變換的。（1）本身物理性質（2）體積大小（3）結構參數（4）電阻值3、 不能用渦流式傳感器進行測量的是_ .（1）位移（2）材質鑒別（3）探傷（4）非金屬材料4、 變極距面積型電容傳感器的輸出與輸入，成_關系。（1）非線性線性（3）反比（4）平方5、 半導體式應變片在外力作用下引起其電阻變化的因素主要是_o（I）長度（2）截而積（3）電阻率（4）髙通6、 壓電式傳感器輸出電纜長度的變化，將會引起傳感器的_ 產生變化。（1）固有頻率（2）阻尼比（3）靈敏度（4）壓電常數7、 在測量位移的傳感器中，符合非接觸測量，而且不受油污等介質影響的是_傳感器。（1）電容式（2）壓電式（3）電阻式

21、（4）電渦流式8、 自感型可變磁阻式傳感器，當氣隙5變化時，其靈敏度S與5之間的關系是：S0（1）&丄（2） kS （3）肋-2（4）一肋9、 光電倍增管是利用_ 效應制成的器件。（1）內光電（2）外光電（3）光生伏特（4）阻擋層（三）判斷對錯題（用J或X表示）K滑線變阻器式傳感器不適于微小位移量測量。（）2、 渦流式傳感器屬于能量控制型傳感器（）3、 壓電加速度計的靈敏度越髙，其工作頻率越寬。（）4、 磁電式速度拾振器的上限工作頻率取決于北固有頻率。（）（四）簡答和計算題1、 哪些傳感器可選作小位移傳感器？2、 渦流傳感器測量位移與其它位移傳感器比較，其主要優(yōu)點是什么？渦流式傳感器能

22、否測 量大位移量？為什么？3、 電渦流傳感器除了能測雖:位移外，還能測量哪些非電量？4、 電渦流傳感器能否測量塑料物體移動的位移？若能測量理由是什么？不能測量理由是 什么？應采取什么描施改進，就可以用電渦流傳感器測量了。5、 壓電式加速度傳感器與壓電式力傳感器在結構上有何不同，為什么？6、 試用雙螺管線圈差動型電感傳感器做成一個測力傳感器。（1） 用簡圖說明該傳感器的結構并簡要說明英作用原理；（2）兩個線圈通常應該接在什么電路中？用圖說明如何接法。7、 某電容傳感器（平行極板電容器）的圓形極板半徑r =工作初始極板間距離=0.3（/wn）,介質為空氣。問：（1） 如果極板間距離變化疑= 1（“

23、”），電容的變化量AC是多少？（2）如果測量電路的靈敏度人=100（W/F）,讀數儀表的靈敏度k2=5（格/mV）在/=1（“”）時，讀數儀表的變化量為多少？第四章信號調理.記錄和顯示（一）填空題1、 電橋的作用是把電感、電阻.電容的變化轉化為_輸出的裝置。2、在橋式測量電路中，按照_ 的性質，電橋可分為直流和交流電橋。3、 在橋式測量電路中，根據工作時阻抗參與變化的_ 可將其分為半橋與全橋測量電路。4、 調幅是指一個高頻的正（余）弦信號與被測信號_，使高頻信號的幅值隨被測信號的_ 而變化。信號調幅波可以看作是載波與調制波的_-5、 調頻波的解調又稱為_o6、 調頻是利用信號電壓的_ 控制一個

24、振蕩器，使其輸出為等幅波，而_與信號電壓成正比。7、常用濾波器的上.下截止頻率/門的運義為 _ ，英帶寬B=_,若為倍頻程濾波器幾與*2的關系為_o8、RC低通濾波器中RC值愈_ ,則上截止頻率愈低。（二）選擇題1、設有一電路，&是工作橋臂，R,心，&是固定電阻，且/?,=/?,=R. = R4-工 作時則電橋輸岀電壓匕,（）。勺為電橋的電源電壓。2、調幅過程相當于在時域中將調制信號與載波信號_（1）相乘（2）相除（3）相加（4）相減3、電路中鑒頻器的作用是_，（1）使髙頻電壓轉變成直流電壓（2）使電感量轉變?yōu)殡妷毫浚?）使頻率變化轉變?yōu)殡妷鹤兓?）使頻率轉變?yōu)殡娏?、一選頻

25、裝置，其幅一頻特性在厶 ts 區(qū)間近于平直，在人TO區(qū)間急劇衰減，這叫 濾波器。（1）低通（2）髙通（3）帶通（4）帶阻5、一帶通濾波器，其中心頻率是/（）,-3dB帶寬是B,則濾波器的品質因數。等于_（1）幾+8（2） f.-B （3） f.B （4） f./B（三）判斷対錯題（用丁或X表示）1、 平衡純電阻交流電橋須同時調整電阻平衡與電容平衡。（）2、 調幅波是載波與調制信號的疊加。（）3、 帶通濾波器的波形因數/I值越大，其頻率選擇性越好。（）4、 將髙通與低通濾波器串聯(lián)可獲得帶通或帶阻濾波器。（）（四）簡答和計算題1、 何謂電橋平衡？要使直流電橋平衡， 橋臂參數應滿足什么條件？交流電橋

26、應滿足什么條 件？2、 調幅波的解調方法有哪幾種？3、 抗混濾波器的作用是什么？它選用何種濾波器？其截止頻率如何確左？4、 相關濾波器的的基本原理是什么？舉例說明其工程應用。5、 以阻值R = 120Q,靈敏度S = 2的電阻絲應變片與阻值為120Q的固左電阻組成電橋, 供橋電壓V0=3V,若其負載電阻為無窮大，應變片的應變 =2000。（1）求單腎電橋的輸出電壓及其靈敏度。（2）求雙臂電橋的輸出電壓及其靈敏度6、 若x（f）為調制信號，M）= cos2磯/為載波J為調幅波（如圖所示）（1）利用傅里葉變換性質說明調幅過程的原理。（2）畫出載波與調幅波的雙邊頻譜圖。第五章信號處理初步(一) 填空題1、 為了識別信號類型，常用的信號分析方法有_ 、和_O2、 為了獲得測試信號的頻譜，常用的信號分析方法有_、和_O3、 在數字信號處理中，為避免頻率混疊，應使被釆樣的模擬信號成為_還應使采樣頻率滿足采樣定理即_4、 如果一個信號的最髙頻率為50Hz,為了防止在時域采樣