機械工程測試技術期末試卷

1、浙江理工大學20142015 學年第2 學期機械工程測試技術期末試卷（A ）卷標準答案和評分標準1. 判斷下述結論的正誤（每題0.5分，共5分）(1) 信號截斷長度越長，其頻率分辨率越高。（ × ）(2) 凡頻譜是離散的信號必然是周期信號。( × )準周期信號(3) 測量小應變時，應選擇靈敏度高的金屬絲應變片，反之選擇半導體應變片。（ × ）(4) 周期單位脈沖序列的頻譜仍為周期單位脈沖序列。( )(5) X-Y記錄儀可記錄任何頻率的信號。( )(6) 電橋實現(xiàn)信號疊加 ( )(7) 慣性式壓電加速度傳感器的輸出電荷正比于質量塊的加速度。( )(8) 系統(tǒng)的不失真

2、測試條件要求測試系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性均保持恒定。( × )(9) 傳感器的作用是用來實現(xiàn)由非電量到電量的轉換。( )(10) 對于一階測試裝置，其時間常數(shù)越小，輸出的響應速度就越快。( )(11) 霍爾元件的材料是金屬材料。（）(12) 測量小應變時，應選用靈敏度高的金屬絲應變片，測量大應變時，應選用靈敏度低的半導體應變片。 ( )(13) 壓電傳感器輸出阻抗較低。（）(14) 有人在使用電阻應變儀時，發(fā)現(xiàn)靈敏度過小，于是在工作電橋上半橋雙臂各串聯(lián)增加一片電阻應變片以提高靈敏度。( )(15) 直流信號的頻譜是沖擊譜（ ）(16) 磁電式傳感器屬于物性型傳感器，適合測量動態(tài)量。

3、( ) (17) 直流電橋實現(xiàn)電壓到電荷的轉換。( )(18) 壓電式傳感器特別適合測量動態(tài)量。 ( ) (19) 系統(tǒng)的不失真測試條件要求測試系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性均保持恒定。( × )(20) 對于一階測試裝置，其時間常數(shù)越小，輸出的響應速度就越快。( ) 2. 對下述問題，選擇正確答案填空（每題0.5分，共5分）(1) 重復頻率為1000Hz的方波，經(jīng)過截止頻率為2000Hz的理想低通濾波器后的輸出為（B）A. 1000Hz失真的方波 B. 1000Hz的正弦波 C. 2000Hz的正弦波 D. 不知道是什么波(2) 描述周期信號的數(shù)學工具是(B )。A.相關函數(shù) B. 傅里

4、葉級數(shù) C. 拉普拉斯變換 D. 傅里葉變換(3) 白噪聲信號的自相關函數(shù)是（C ） A.相關函數(shù) B. 奇函數(shù) C. 偶函數(shù) D. 不存在(4) 將時域信號進行時移，則頻域信號將會( D )A.擴展 B. 壓縮 C. 不變 D. 僅有相移(5) 瞬變信號的傅里葉變換的模的平方的意義為( C ) A.信號的一個頻率分量的能量 B. 在f處的微笑頻寬內，頻率分量的能量與頻寬之比 C. 在f處單位頻寬中所具有的功率 (6) 壓電式加速度計與測振儀之間可以串接的是( A )A.電荷放大器 B.A/D轉換器 C.相敏檢波器 D.濾波器(7) 測試系統(tǒng)的動態(tài)技術指標可以通過（動態(tài)標定 ）獲得。A.輸入諧

5、波信號 B. 靜態(tài)標定 C. 動態(tài)標定 D. 測量(8) 差動變壓器式位移傳感器中線圈之間的互感M( B )A.始終保持不變 B.隨被測位移的變化而變化 C.不隨被測位移的變化而變化 D.隨線圈電流的變化而變化(9) 下列傳感器可實現(xiàn)非接觸測量的是( c )傳感器。 A.壓電式加速度 B.電動式速度 C.磁電式速度 D.電阻應變式(10) 電橋測量電路的作用是把傳感器的參數(shù)變化轉為( c )的輸出。A. 電阻 B. 電容 C. 電壓 D. 電荷(11) 壓電式加速度計采用（ C ）為前置放大器時，其輸出的靈敏度與聯(lián)接加速度計的導線長度無關。A. 儀器放大器 B. 電壓放大器 C. 電荷放大器

6、D. 反相放大器(12) 重復頻率為1000Hz的方波，經(jīng)過截止頻率為2000Hz的理想低通濾波器后的輸出為（B）A. 1000Hz失真的方波 B. 1000Hz的正弦波 C. 2000Hz的正弦波 D. 不知道是什么波(13) 用應變電橋測量力F如圖，問在兩種情況下，應分別將應變片接在電橋哪兩個臂上？（A）A. a對臂b鄰臂 B. a對臂b對臂 C. a鄰臂b鄰臂 D. a鄰臂b對臂(14) 可以實現(xiàn)非接觸測量的傳感器有（DE）。A. 應變片 B. 自感式傳感器 C. 差動變壓器式傳感器 D. 電渦流傳感器E. 電容式傳感器(15) 對于電渦流傳感器的諧振測位移電路，當無金屬導體靠近時，其輸

7、出電壓( a )A. 最大 B. 最小 C. 隨機變化 D. 中間點(16) 加速度傳感器可以實現(xiàn)速度的測量利用了定常線性系統(tǒng)的（ D ）。A. 疊加性 B. 微分性 C. 同頻性 D. 積分性(17) 差動式電感傳感器和差動式電容傳感器具有( C )的特點。 A.靈敏度提高了一倍，非線性度降低了一倍 B.靈敏度和非線性度都降低了 C.靈敏度提高了一倍，非線性度降低了若干 D.靈敏度提高了若干，非線性度降低了一倍(18) 選擇二階裝置的阻尼比=0.707，其目的是( D )。A. 阻抗匹配 B. 增大輸出量 C. 減小輸出量 D. 接近不失真條件(19) 調制可以看成調制信號與載波信號( A

8、) 。A.相乘 B.相加 C.相減 D.相除(20) 傳感器能感知的輸入變化量越小， 表示傳感器的( D )A.線性度越好 B.遲滯越小 C.重復性越好 D.分辨力越高三、簡答題（每題8分，共32分）1.根據(jù)上述表達式，畫出頻譜圖，并說明式中各常數(shù)項的物理意義。答案：圖略，其中為信號的均值，是直流成分，為信號的一次諧波的幅值，為信號的二次諧波的幅值，為信號的四次諧波的幅值。2. 求信號單邊指數(shù)信號的傅里葉變換，并繪出頻譜圖解：根據(jù)傅里葉變換定義頻譜圖略3. 某一階測量裝置的傳遞函數(shù)為 ，若用它測量頻率為0.5Hz、1Hz、2Hz的正弦信號，試求其幅度誤差。答案：  

9、0; 當=0.04， w=2f 時          f=0.5 HZ,幅度誤差=0.78% f=1HZ, 幅度誤差=3.01% f=2HZ, 幅度誤差=10.64%4. 簡述壓電式傳感器的工作原理、輸出信號特點和后續(xù)處理電路的要求。答案：壓電效應略。輸出信號特點：壓電式傳感器的輸出電阻很大、電荷量很?。缓罄m(xù)處理電路：不能用普通放大器，采用阻抗變換器或電荷放大器。5.     應變片的靈敏系數(shù)與電阻絲（敏感柵）的靈敏系數(shù)有何不同？為什么？ 答：一般情況下，應變片的靈

10、敏系數(shù)小于電阻絲的靈敏系數(shù)。原因是：        1)    當應變片粘貼于彈性體表面或者直接將應變片粘貼于被測試件上時，由于基底和粘結劑的彈性模量與敏感柵的彈性模量之間有差別等原因，彈性體或試件的變形不可能全部均勻地傳遞到敏感柵。 2)絲柵轉角及接線的影響（或橫向效應也可）。 5、圖所示為一轉速測量裝置，葉輪以轉速n轉動，在磁鐵N極端面處貼有一霍爾元件，試說明其工作原理，并給出霍爾元件輸出的脈沖頻率與待測轉速之間的關系式。答：工作原理：，n=60f/Z=60f/4=15f。6. 試比較自感式傳感器與差

11、動變壓器式傳感器的異同。 答：(1)不同點： 1)自感式傳感器把被測非電量的變化轉換成自感系數(shù)的變化；2)差動變壓器式傳感器把被測非電量的變化轉換成互感系數(shù)的變化。 (2)相同點： 兩者都屬于電感式傳感器，都可以分為氣隙型、截面型和螺管性三種類型。 7. 求信號的傅里葉變換，并繪出頻譜圖。解：根據(jù)傅里葉變換卷積性質頻譜圖略8.請對下圖的工作原理和工作方法及測量結果加以說明。答案：霍爾傳感器工作原理，測量公式和工作方法，對測量圖形的說明。9單組式變面積型平板線位移電容傳感器，極板寬度b=5mm,兩極板的間隙d=0.5mm, 極板間介質為空氣 = 8.85 x 10-12F/m,試求其靜態(tài)靈敏度，

12、若極板相對位移2mm,求其電容變化量，并說明其工作原理和測量轉換電路。答案：K=c/x=b/d=(8.85×10-12×5×10-3)/ 0.5×10-3=8.85×10-11F/m=0.09PF/mm c=Kx=0.09×2=0.18PF 說明其工作原理，說出任一種測量轉換電路。10. 試比較自感式傳感器與磁電式傳感器的異同，說明其應用。 答：(1)不同點： 1)工作原理不同，分述之，自感式傳感器把被測非電量的變化轉換成自感系數(shù)的變化；2)磁電式傳感器把被測非電量的變化轉換成電動勢的變化。 (2)應用：自感式傳感器可以分為氣隙型、截

13、面型和螺管性三種類型，可以用來測量位移、力等，靜態(tài)和動態(tài)測量均可；磁電式傳感器是典型的速度傳感器，只能用于動態(tài)測量，可測量速度、加速度等。 四、計算題(每題10分，共30分)1. 某一階測試裝置的傳遞函數(shù)為H(s)=1/(s+)，其時間常數(shù)=0.001s，試求該裝置在如下圖所示輸入信號x(t)，該信號周期為0.02s, 激勵下的穩(wěn)態(tài)輸出及其頻譜Y(f)，要求寫到6次諧波。答案：方波信號周期為0.02s，對應頻率為50Hz，其傅立葉級數(shù)表達式為：基波和諧波的幅值、相位修改分別為依此類推：輸出響應信號為：2. 壓電加速度計的固有電容為Cs，連接電纜電容為Cc，輸出電壓靈敏度Su=U0/a，a為輸入

14、加速度，輸出電荷靈敏度Sq=Q/a。求：1) 傳感器電壓靈敏度與電荷靈敏度之間的關系。2) 如果Cs=1000PF， Cc=100PF，標定的電壓靈敏度為100mV/g，則電荷靈敏度為多少？如果Cc=300PF，則電壓和電荷靈敏度各為多少？解： 電壓靈敏度Su=U0/a，輸出電荷靈敏度Sq=Q/aU0=Q/C,C=Cs +Cc3. 一平穩(wěn)隨機信號經(jīng)低通濾波后作數(shù)字頻譜分析，如果只對500Hz以下的信號感興趣，要求頻率分辨率為0.5Hz，求采樣頻率，采樣點數(shù)，截斷時間長度。（6分）解：根據(jù)采樣定理采樣頻率大于被測信號最高頻率的倍以上，即1000Hz以上，采樣點數(shù)，截斷時間長度 4. 有一電阻應變

15、片，其靈敏系數(shù)S=2，電阻R=120。設工作時其感受的應變?yōu)?00，問其電阻變化R=?若將此應變片接成右圖所示電路，試求：（1）無應變時電流表的示值；（2）有應變時電流表的示值；（3）電流表示值的相對變化量；（4）這一變化量能否從表中讀出？答案： (1) 12.5mA (2)12.4975mA (3) 0.02% (4) 不能5. 已知RC低通濾波器R=1k，C=1F 。試求：（1）確定各函數(shù)式H(s), H(j), A(), ()。 （2）當輸入信號Ux=10sin1000t時，求輸出信號Uy，并比較其幅值及相位關系。解：計算略6. 壓電式加速度計與電荷放大器連接的等效電路如圖所示，C為傳感

16、器固有電容、電纜電容和放大器輸入電容之和。已知傳感器的電荷靈敏度Sq=100pC/g，反饋電容Cf=1000pF，試求當測加速度為0.5g時電荷放大器的輸出電壓是多少？解：7. 霍爾元件靈敏度SH=1.2mV/(mA*kGs)，放在梯度為5kGs/mm的磁場中，如果額定控制電流為20mA，設霍爾元件在平衡點附近做±0.01mm擺動，問霍爾電壓可達多少？并簡述霍爾傳感器工作原理答案：五、綜合題(每題14分，共28分)1. 有一加速度傳感器由殼體1、彈性梁2、質量塊3和應變片4組成如圖5-1所示，若將此傳感器輸出信號接入電橋電路進行測量。設R1=R2=R3=R4=R(1)試用電橋示意圖說明應變片應如何接在電橋電路中；(2)若電橋由交流電源供電，Ui(t)=8cos2000t，應變片應變(t)=Acos100t，求電橋輸出電壓U0(t)，并畫出頻譜圖。并說明被測信號和載波信號。（14分）圖片 1答案：(1)沿受力軸向粘貼應變片，電橋應接成全橋圖略（3分）(2)U0(