《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》

1、第一章 信號(hào)及其描述（一）填空題1、 測(cè)試的基本任務(wù)是獲取有用的信息，而信息總是蘊(yùn)涵在某些物理量之中，并依靠它們來傳輸?shù)?。這些物理量就是 ，其中目前應(yīng)用最廣泛的是電信號(hào)。2、 信號(hào)的時(shí)域描述，以 為獨(dú)立變量；而信號(hào)的頻域描述，以 為獨(dú)立變量。3、 周期信號(hào)的頻譜具有三個(gè)特點(diǎn)： ， ， 。4、 非周期信號(hào)包括 信號(hào)和 信號(hào)。5、 描述隨機(jī)信號(hào)的時(shí)域特征參數(shù)有 、 、 。6、 對(duì)信號(hào)的雙邊譜而言，實(shí)頻譜（幅頻譜）總是 對(duì)稱，虛頻譜（相頻譜）總是 對(duì)稱。（三）簡(jiǎn)答和計(jì)算題1、 求正弦信號(hào)的絕對(duì)均值|x|和均方根值xrms。2、 求正弦信號(hào)的均值，均方值，和概率密度函數(shù)p(x)。3、 求指數(shù)函數(shù)的頻譜

2、。4、 求被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)的傅立葉變換。5、 求指數(shù)衰減振蕩信號(hào)的頻譜。第二章 測(cè)試裝置的基本特性（一）填空題1、 某一階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)為，輸入信號(hào)，則輸出信號(hào)的頻率為 ，幅值 ，相位 。2、 試求傳遞函數(shù)分別為和的兩個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)后組成的系統(tǒng)的總靈敏度。3、 為了獲得測(cè)試信號(hào)的頻譜，常用的信號(hào)分析方法有 、 和 。4、 當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)的輸出與輸入之間的關(guān)系為時(shí)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn) 測(cè)試。此時(shí)，系統(tǒng)的頻率特性為 。5、 傳感器的靈敏度越高，就意味著傳感器所感知的 越小。6、 一個(gè)理想的測(cè)試裝置，其輸入和輸出之間應(yīng)該具有 關(guān)系為最佳。（二）選擇題1、 不屬于測(cè)試系統(tǒng)的靜特性。（1）靈敏度 （2）線性度 （

3、3）回程誤差 （4）阻尼系數(shù)2、 從時(shí)域上看，系統(tǒng)的輸出是輸入與該系統(tǒng) 響應(yīng)的卷積。（1）正弦 （2）階躍 （3）脈沖 （4）斜坡3、 兩環(huán)節(jié)的相頻特性各為和，則兩環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的測(cè)試系統(tǒng)，其相頻特性為 。（1） （2） （3）（4）4、 一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)中，超調(diào)量 。（1）存在，但<5 （2）存在，但<1（3）在時(shí)間常數(shù)很小時(shí)存在 （4）不存在5、 忽略質(zhì)量的單自由度振動(dòng)系統(tǒng)是 系統(tǒng)。（1）零階 （2）一階 （3）二階 （4）高階6、 一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)是 。（1）固有頻率 （2）線性度 (3)時(shí)間常數(shù) （4）阻尼比7、 用階躍響應(yīng)法求一階裝置的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，可取輸出值達(dá)到穩(wěn)

4、態(tài)值 倍所經(jīng)過的時(shí)間作為時(shí)間常數(shù)。（1）0.632 （2）0.865 （3）0.950 （4）0.982（四）簡(jiǎn)答和計(jì)算題1、 什么叫系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)？它和系統(tǒng)的傳遞函數(shù)有何關(guān)系？2、 測(cè)試裝置的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性各包括那些？3、 測(cè)試裝置實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試的條件是什么？4、 某測(cè)試裝置為一線性時(shí)不變系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為。求其對(duì)周期信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。5、 將信號(hào)輸入一個(gè)傳遞函數(shù)為的一階裝置，試求其包括瞬態(tài)過程在內(nèi)的輸出的表達(dá)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(zhuǎn)換型的傳感器有 等（每個(gè)至少舉例兩個(gè)）。2、 金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的物理基礎(chǔ)的區(qū)別在于：前

5、者利用 引起的電阻變化，后者利用 變化引起的電阻變化。3、 為了提高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(duì)測(cè)量精度的影響，實(shí)際應(yīng)用時(shí)常常采用 工作方式。4、 壓電式傳感器的測(cè)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(shí)，可不受連接電纜長(zhǎng)度的限制。5、 渦流式傳感器的變換原理是利用了金屬導(dǎo)體在交流磁場(chǎng)中的 效應(yīng)。6、 磁電式速度計(jì)的靈敏度單位是 。7、 壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的 而工作的。（二）選擇題1、 電阻應(yīng)變片的輸入為 。（1）力 （2） 應(yīng)變 （3）速度 （4）加速度2、 結(jié)構(gòu)型傳感器是依靠 的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換的。（1）本身物理性質(zhì) （2）體積

6、大小 （3）結(jié)構(gòu)參數(shù) （4）電阻值3、 不能用渦流式傳感器進(jìn)行測(cè)量的是 。（1）位移 （2）材質(zhì)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(guān)系。（1）非線性 （2）線性 （3）反比 （4）平方5、 半導(dǎo)體式應(yīng)變片在外力作用下引起其電阻變化的因素主要是 。（1）長(zhǎng)度 （2）截面積 （3）電阻率 （4）高通6、 壓電式傳感器輸出電纜長(zhǎng)度的變化，將會(huì)引起傳感器的 產(chǎn)生變化。（1）固有頻率 （2）阻尼比 （3）靈敏度 （4）壓電常數(shù)7、 在測(cè)量位移的傳感器中，符合非接觸測(cè)量，而且不受油污等介質(zhì)影響的是 傳感器。（1）電容式 （2）壓電式 （3）電阻式 （4）電渦流

7、式8、 自感型可變磁阻式傳感器，當(dāng)氣隙變化時(shí)，其靈敏度與之間的關(guān)系是： 。（1） （2） （3） （4）9、 光電倍增管是利用 效應(yīng)制成的器件。（1）內(nèi)光電 （2）外光電 （3）光生伏特 （4）阻擋層（四）簡(jiǎn)答和計(jì)算題1、 哪些傳感器可選作小位移傳感器？2、 渦流傳感器測(cè)量位移與其它位移傳感器比較，其主要優(yōu)點(diǎn)是什么？渦流式傳感器能否測(cè)量大位移量？為什么？3、 電渦流傳感器除了能測(cè)量位移外，還能測(cè)量哪些非電量？4、 電渦流傳感器能否測(cè)量塑料物體移動(dòng)的位移？若能測(cè)量理由是什么？不能測(cè)量理由是什么？應(yīng)采取什么措施改進(jìn)，就可以用電渦流傳感器測(cè)量了。5、 壓電式加速度傳感器與壓電式力傳感器在結(jié)構(gòu)上有何不

8、同，為什么？6、 試用雙螺管線圈差動(dòng)型電感傳感器做成一個(gè)測(cè)力傳感器。（1） 用簡(jiǎn)圖說明該傳感器的結(jié)構(gòu)并簡(jiǎn)要說明其作用原理；（2） 兩個(gè)線圈通常應(yīng)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，工作初始極板間距離，介質(zhì)為空氣。問：（1） 如果極板間距離變化量，電容的變化量是多少？（2） 如果測(cè)量電路的靈敏度，讀數(shù)儀表的靈敏度（格mV）在時(shí)，讀數(shù)儀表的變化量為多少？第四章 信號(hào)調(diào)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(zhuǎn)化為 輸出的裝置。2、 在橋式測(cè)量電路中，按照 的性質(zhì)，電橋可分為直流和交流電橋。3、 在橋式測(cè)量電路中，根據(jù)工

9、作時(shí)阻抗參與變化的 可將其分為半橋與全橋測(cè)量電路。4、 調(diào)幅是指一個(gè)高頻的正（余）弦信號(hào)與被測(cè)信號(hào) ，使高頻信號(hào)的幅值隨被測(cè)信號(hào)的 而變化。信號(hào)調(diào)幅波可以看作是載波與調(diào)制波的 。5、 調(diào)頻波的解調(diào)又稱為 。6、 調(diào)頻是利用信號(hào)電壓的 控制一個(gè)振蕩器，使其輸出為等幅波，而 與信號(hào)電壓成正比。7、 常用濾波器的上、下截止頻率、的定義為 ，其帶寬 ，若為倍頻程濾波器與的關(guān)系為 。8、 RC低通濾波器中RC值愈 ，則上截止頻率愈低。（二）選擇題1、 設(shè)有一電路，是工作橋臂，是固定電阻，且。工作時(shí)，則電橋輸出電壓（ ）。為電橋的電源電壓。（1） （2） （3） （4）2、 調(diào)幅過程相當(dāng)于在時(shí)域中將調(diào)制信

10、號(hào)與載波信號(hào) 。（1）相乘 （2）相除 （3）相加 （4）相減3、 電路中鑒頻器的作用是 。（1）使高頻電壓轉(zhuǎn)變成直流電壓 （2）使電感量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷毫浚?）使頻率變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓?（4）使頻率轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?、 一選頻裝置，其幅頻特性在區(qū)間近于平直，在區(qū)間急劇衰減，這叫 濾波器。（1）低通 （2）高通 （3）帶通 （4）帶阻5、 一帶通濾波器，其中心頻率是，-3dB帶寬是，則濾波器的品質(zhì)因數(shù)等于 。（1） （2） （3） （4）（四）簡(jiǎn)答和計(jì)算題1、 何謂電橋平衡？要使直流電橋平衡，橋臂參數(shù)應(yīng)滿足什么條件？交流電橋應(yīng)滿足什么條件？2、 調(diào)幅波的解調(diào)方法有哪幾種？3、 抗混濾波器的作用是什么？它選

11、用何種濾波器？其截止頻率如何確定？4、 相關(guān)濾波器的的基本原理是什么？舉例說明其工程應(yīng)用。5、 以阻值，靈敏度的電阻絲應(yīng)變片與阻值為的固定電阻組成電橋，供橋電壓，若其負(fù)載電阻為無窮大，應(yīng)變片的應(yīng)變。（1）求單臂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、 若為調(diào)制信號(hào)，為載波，為調(diào)幅波（如圖所示）（1）利用傅里葉變換性質(zhì)說明調(diào)幅過程的原理。（2）畫出載波與調(diào)幅波的雙邊頻譜圖。第五章 信號(hào)處理初步（一）填空題1、 為了識(shí)別信號(hào)類型，常用的信號(hào)分析方法有 、和 。2、 為了獲得測(cè)試信號(hào)的頻譜，常用的信號(hào)分析方法有 、 和 。3、 在數(shù)字信號(hào)處理中，為避免頻率混疊，應(yīng)使被采樣的

12、模擬信號(hào)成為 ，還應(yīng)使采樣頻率滿足采樣定理即 。4、 如果一個(gè)信號(hào)的最高頻率為50Hz，為了防止在時(shí)域采樣過程中出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，采樣頻率應(yīng)該大于 Hz。5、 若x(t)是均值為ux為零的寬帶隨機(jī)信號(hào)其自相關(guān)函數(shù)=0時(shí)Rx() ，®時(shí)Rx() 。6、 用于評(píng)價(jià)系統(tǒng)的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間的因果性。7、 若某一信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)為，則該信號(hào)的均方值為= ，均方根值為xrms= 。8、 最常用的功率譜估計(jì)方法為 。9、 為信號(hào)的 沿頻率軸的分布，稱為 。10、 巴塞伐爾定理表示在 中計(jì)算的信號(hào)總能量，等于在 中計(jì)算的信號(hào)總能量。（三）簡(jiǎn)答和計(jì)算題1、 已知信號(hào)，求信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)，并畫出自功率

13、譜（雙邊幅值譜）。2、 求頻率相同的單位方波和正弦波的互相關(guān)函數(shù)。3、 相關(guān)濾波器的基本原理是什么？舉例說明其工程應(yīng)用。4、 試根據(jù)一個(gè)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)圖形，討論如何確定該信號(hào)中的常值分量和周期成分。5、 某一系統(tǒng)的輸入信號(hào)為x(t)，若輸出y(t)與輸入x(t)相同，輸入的自相關(guān)函數(shù)和輸入輸出的互相關(guān)函數(shù)之間的關(guān)系為，試說明該系統(tǒng)起什么作用？6、 應(yīng)用巴塞伐爾定理求的積分值。第六章 振動(dòng)測(cè)試（一）填空題1、 單自由度系統(tǒng)質(zhì)量塊受力所引起的受迫振動(dòng)，位移共振頻率 系統(tǒng)固有頻率，速度共振頻率 系統(tǒng)固有頻率，加速度共振頻率 系統(tǒng)固有頻率。2、 單自由度系統(tǒng)質(zhì)量塊受力所引起的受迫振動(dòng)，在相位共振處位

14、移始終落后于激振力 度。3、 單自由度系統(tǒng)基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)所引起的受迫振動(dòng)，當(dāng)激振頻率 固有頻率時(shí)，質(zhì)量塊和殼體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和基礎(chǔ)振動(dòng)近于相等。4、 激勵(lì)方式分為 ， ， 。5、 按所測(cè)的振動(dòng)性質(zhì)可將拾振器分為 和 。6、 阻抗頭的前端是 ，后面是測(cè)量激振點(diǎn)響應(yīng)的 。7、 壓電式傳感器的測(cè)量電路（即前置放大器）有兩種形式： 、和 。8、 機(jī)械系統(tǒng)的主要振動(dòng)參數(shù)是 ， 和 。9、 相對(duì)法校準(zhǔn)傳感器時(shí)，經(jīng)國(guó)家計(jì)量等部門嚴(yán)格校準(zhǔn)過的傳感器起著“振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)傳遞”的作用，稱為 傳感器。（三）簡(jiǎn)答和計(jì)算題1、 對(duì)單自由度系統(tǒng)質(zhì)量塊受力所引起的受迫振動(dòng)，分別寫出其位移頻響函數(shù)、速度頻響函數(shù)、加速度頻響函數(shù)。2、 對(duì)

15、單自由度系統(tǒng)基礎(chǔ)位移所引起的受迫振動(dòng)，分別寫出其相對(duì)位移頻響函數(shù)、絕對(duì)位移頻響函數(shù)。3、 對(duì)于壓電式加速度計(jì)，畫出其工作原理圖，并說明為什么其上限頻率取決于固有頻率？4、 對(duì)于磁電式絕對(duì)速度計(jì)，畫出其工作原理圖，并說明為什么其下限頻率取決于固有頻率？5、 如何用實(shí)頻曲線估計(jì)系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比？畫圖說明。參考答案 第一章 信號(hào)及其描述（一）1、信號(hào)；2、時(shí)間（t），頻率（f）；3、離散性，諧波性，收斂性；4、準(zhǔn)周期，瞬態(tài)非周期；5、均值，均方值，方差；6、偶，奇；（三）1、，；2、0，；3、；4、； 5、；第二章 測(cè)試裝置的基本特性（一）1、1/2，；2、123；3、傅立葉變換法，濾波器法；

16、4、；5、被測(cè)量；6、線性； （二）（4）（3）（2）（4）（2）（3）（1） （四）略第三章 常用傳感器（一）1、電阻、電感、電容、渦流；壓電、磁電；2、金屬絲的幾何變形，半導(dǎo)體材料的電阻率變化；3、差動(dòng)；4、電荷，電壓，電荷；5、渦電流；6、mv / (m/s)；7、壓電效應(yīng)。（二）（2）（3）（4）（2）（3），（3）（4）（4）（2） （四）略第四章 信號(hào)調(diào)理、處理和記錄（一）1、電壓或電流；2、激勵(lì)電壓；3、橋臂數(shù)；4、相乘，相乘；5、鑒頻；6、幅值，頻率；7、幅頻特性曲線降為最大值的倍時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率為截止頻率；，8、大；（二）（1）（1）（3）（2）（4） （四）略第五章 信號(hào)處理初

17、步（一）1、概率密度函數(shù)，自相關(guān)函數(shù)；2、帶通濾波法，傅立葉變換法；3、有限帶寬，；4、100；5、，0；6、相干函數(shù)；7、；8、周期圖法；9、功率密度，能譜；10、時(shí)域，頻域；（三）1、，；2、；3、同頻相關(guān)、不同頻不相關(guān)；4、信號(hào)的常值分量為其自相關(guān)函數(shù)均值的開方，周期成分與其自相關(guān)函數(shù)周期成分的頻率相同、幅值成比例關(guān)系；5、該系統(tǒng)的作用是使信號(hào)幅值不變、相位提前T；6、；第六章 振動(dòng)的測(cè)試（一）1、小于，等于，大于；2、90；3、遠(yuǎn)大于；4、穩(wěn)態(tài)正弦激振，隨機(jī)激振，瞬態(tài)激振；5、相對(duì)式，絕對(duì)式；6、力傳感器，加速度計(jì)；7、電荷放大器，電壓放大器；8、固有頻率，阻尼比，振型；9、參考。機(jī)械

18、工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)試卷一一、填空題、周期信號(hào)的頻譜是離散的，而非周期信號(hào)的頻譜是 的。、均方值x2表示的是信號(hào)的強(qiáng)度，它與均值x、方差x2的關(guān)系是 。 、測(cè)試信號(hào)調(diào)理電路主要有 、 、 。、測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)有 、 、 。、靈敏度表示系統(tǒng)輸出與輸入之間的比值，是定度曲線的 。、傳感器按信號(hào)變換特性可分為 、 。、當(dāng) 時(shí)，可變磁阻式電感傳感器的輸出和輸入成近似線性關(guān)系，其靈敏度S趨于 。、和差特性的主要內(nèi)容是相臨、相反兩臂間阻值的變化量符合 、 的變化，才能使輸出有最大值。、信號(hào)分析的過程主要包括： 、 。10、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性在時(shí)域可用 來描述，在復(fù)數(shù)域可用 來描述，在頻域可用 來描述。11、高

19、輸入阻抗測(cè)量放大電路具有高的共模抑制比，即對(duì)共模信號(hào)有抑制作用，對(duì) 信號(hào)有放大作用。12、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀上同時(shí)設(shè)有電阻和電容平衡旋鈕，原因是導(dǎo)線間存在 。13、壓控振蕩器的輸出電壓是方波信號(hào)，其 與輸入的控制電壓成線性關(guān)系。14、調(diào)頻波的解調(diào)又稱 ，其解調(diào)電路稱為 。15、濾波器的通頻帶寬和響應(yīng)時(shí)間成 關(guān)系。16、濾波器的頻率分辨力主要由其 決定。17、對(duì)于理想濾波器，濾波器因數(shù)。18、帶通濾波器可由低通濾波器（fc2）和高通濾波器（fc1）而成（fc2> fc1）。19、測(cè)試系統(tǒng)的線性度和滯后度是由 誤差引起的；而重復(fù)性誤差是由 誤差引起的。二、問答題（共30分）、 什么是測(cè)試？說明測(cè)試系

20、統(tǒng)的構(gòu)成及各組成部分的作用。（10分）、 說明電阻絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片的異同點(diǎn)，各有何優(yōu)點(diǎn)？（10分）、 選用傳感器的原則是什么？（10分）三、計(jì)算題（共55分）、 已知信號(hào)x(t)=e-t (t0)，(1) 求x(t)的頻譜函數(shù)X(f)，并繪制幅頻譜、相頻譜。(2) 求x(t)的自相關(guān)函數(shù)Rx () 。 （15分）、 二階系統(tǒng)的阻尼比=0.2，求=n時(shí)的幅值誤差和相位誤差，如果使幅值誤差不大于10，應(yīng)取多大阻尼比？。 （10分）、 一電容傳感器，其圓形極板r = 4mm，工作初始間隙0 =0.3mm，（1）工作時(shí)如果傳感器的工作間隙變化=±2m，求電容的變化量。（2）如果測(cè)量電路

21、靈敏度S1=100mv/pF，讀數(shù)儀表靈敏度S2=5格/mv，在=±2m時(shí)，讀數(shù)儀表的指示值變化多少格？（0 = 8.85×10-12 F/m） (8分)、 已知RC低通濾波器的R=1K，C=1MF，當(dāng)輸入信號(hào)x= 100sin1000t時(shí)，求輸出信號(hào)y 。 （7分）、（1）在下圖中寫出動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀所包含的各個(gè)電路環(huán)節(jié)。 （2）如被測(cè)量x(t) = sint，載波y(t)=sin6t，畫出各環(huán)節(jié)信號(hào)的波形圖。 (15分機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)試卷一答案：一、填空題：1、 連續(xù)2、¢x2=Hx2+óx2 3、電橋、放大、調(diào)制解調(diào)電路4、非線性度、靈敏度、回程誤差

22、 5、斜率 6、組合型、一體化型7、óó0 定位 8、相鄰相反 相對(duì)相同 9、信號(hào)分析、信號(hào)處理10、傳遞函數(shù)、頻率函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)11、差模12、分布電容 13、頻率 14、鑒頻、鑒頻器 15、反比 16、帶寬B 17、1 18、串聯(lián)19、系統(tǒng)、隨機(jī)一、 問答題1、 答：測(cè)試是測(cè)量和試驗(yàn)的綜合，是一種研究型的探索型的、論證型的測(cè)量過程，也是獲取信息的過程。（1） 測(cè)量對(duì)象（2） 傳感器：在測(cè)試系統(tǒng)和被測(cè)試對(duì)象之間建立了一定的連接關(guān)系，它直接感受被測(cè)量并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。是測(cè)試系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。（3） 中間轉(zhuǎn)換電路（信號(hào)調(diào)理電路）：作用是將傳感器的輸出信號(hào) 進(jìn)行傳輸、放大

23、和轉(zhuǎn)換，使其適合顯示、紀(jì)錄、數(shù)據(jù)處理。（4） 信號(hào)處理單衣：它是以計(jì)算機(jī)為核心對(duì)中間轉(zhuǎn)換電路的輸出信號(hào)作進(jìn)一步地處理（如：計(jì)算、頻譜分析、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等）（5） 顯示、記錄部分：作用是輸出測(cè)試結(jié)果。2、答：相同之處在于：都是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，且dR/R=(1+2H)+E,其中H為材料的泊桑比，E為材料的彈性模量，(1+2H)是由幾何尺寸變化引起的阻值變化，E是由電阻率的變化引起的阻值變化。不同的是，電阻應(yīng)變片是利用導(dǎo)體形變引起的阻值變化，所以dR/R(1+2H)，S1+2H；而半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)使電阻率發(fā)生變化引起電阻變化。所以dR/R=E，SE。各自的優(yōu)點(diǎn)分別為

24、：電阻絲應(yīng)變片具有相當(dāng)高的適應(yīng)性；半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度高，一般為電阻絲應(yīng)變片的50-70倍。3、基本原則是：選用的傳感器其性能應(yīng)當(dāng)與被測(cè)信號(hào)的性質(zhì)相匹配。（1）靜態(tài)特性方面：a、應(yīng)使被測(cè)量的變化范圍在傳感器的線性范圍以內(nèi)，并保證線性誤差在允許范圍內(nèi)；b、傳感器的分辨率（力）從數(shù)據(jù)上應(yīng)小于測(cè)量要求的分辨率（力）c、滿足實(shí)際要求的條件下，精度不宜過高。3.解：（1）S=-4.94×10-9F/m 當(dāng)=2Hm時(shí)， =S=-4.94×10-9F/m×（2×10-6m） =-+9.88×10-15F（2）讀取儀表的變化格數(shù)為： 9.88×10-

25、15×1012S1S2=9.88×10-3×100×5 =4.94（格）4.解：低通濾波器的截止頻率Wc2=2fc2=2而輸入信號(hào)Hx=100sin100t的頻率Wx=1000HzWc2 ，所以低通濾波器相當(dāng)于積分器，Hy=10-9 =10-10sin（1000t-900）5解：見課本101頁，圖3-19 動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀方框圖，以及各波形圖。機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)試卷二一、填空題（每空0.5分，共15分）1、非周期信號(hào)可分為瞬變非周期信號(hào)和 非周期 信號(hào)。、均方值x2表示的是信號(hào)的 ，它與均值x、方差x2的關(guān)系是 。 、測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)有 、 、 。、測(cè)

26、試系統(tǒng)的組成類型大體分為 和 。、當(dāng) 時(shí)，可變磁阻式電感傳感器的輸出和輸入成近似線性關(guān)系，其靈敏度S趨于 。、和差特性的主要內(nèi)容是相臨、相反兩臂間阻值的變化量符合 、 的變化，才能使輸出有最大值、信號(hào)分析的過程主要包括： 、 。、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀上同時(shí)設(shè)有電阻和電容平衡旋鈕，原因是導(dǎo)線間存在 。、在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，常采用放大器。10、根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)的不同，調(diào)制可分為、。11、壓控振蕩器的輸出電壓是方波信號(hào)，其 與輸入的控制電壓成線性關(guān)系。12、調(diào)頻波的解調(diào)電路稱為。13、濾波器的頻率分辨力主要由其決定。14、決定著濾波器對(duì)帶寬外頻率成分衰阻的能力。15、帶通濾波器可由低通濾波器（fc2）和高通

27、濾波器（fc1）而成（fc2> fc1）。16、用濾波的方法從信號(hào)提取的頻率成分越窄，即帶寬越小，需要的時(shí)間就越。17、如信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)為Acos，則其均方值x2=。18、低通濾波器對(duì)階躍響應(yīng)的建立時(shí)間Te帶寬B成、，或者說它們之間的乘機(jī)是。19、測(cè)試系統(tǒng)的線性度和滯后度是由誤差引起的；而重復(fù)性誤差是由誤差引起的。二、問答題（共30分）、 什么是測(cè)試？簡(jiǎn)述測(cè)試技術(shù)的含義。（10分）、說明電阻絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片的異同點(diǎn)，各有何優(yōu)點(diǎn)？（10分）、簡(jiǎn)述調(diào)幅波的特點(diǎn)。（10分）三、計(jì)算題（共55分）、 已知信號(hào)x(t)=e-t (t0)，(1) 求x(t)的頻譜函數(shù)X(f)，并繪制幅頻譜、

28、相頻譜。(2) 求x(t)的自相關(guān)函數(shù)Rx () 。 （10分）2、求周期信號(hào)x(t)cos10t + sin (100t45° ) 通過時(shí)間常數(shù)為0.005s的一階系統(tǒng)的輸出信號(hào)。 （10分）3、磁電式速度傳感器線圈平均直徑D=25mm，氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度B=6000Gs，如傳感器的靈敏度S=600mv/cm/s，則工作線圈匝數(shù)應(yīng)為多少？（7分）4、已知調(diào)幅波xm(t)(100 + 30 cost +20 cos3t )cosct ，其中f c =10KHz，f=500Hz 。試求：（1）xm(t)所包含的各分量的頻率和幅值。（2）繪出調(diào)制信號(hào)與調(diào)幅波的頻譜。 （13分）、（1）在下圖

29、中寫出動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀所包含的各個(gè)電路環(huán)節(jié)。 （2）如被測(cè)量x(t) = sint，載波y(t)=sin6t，畫出各環(huán)節(jié)信號(hào)的波形圖。 (15分)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)試卷二答案：一、填空題：2、 非周期 2、¢x2=Hx2+óx2 3、靈敏度、非線形度、回程誤差 4、組合型 一體化型5、óó0 6、相鄰相反 相對(duì)相同7、信號(hào)加工、信號(hào)變換，提取又有信號(hào)的過程 8、分布電容 9、程序控制 10、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相 11、鑒頻 12、鑒頻器13、帶寬B 14、信頻程選擇性 15、串聯(lián) 16、長(zhǎng) 17、A 18、反比；常數(shù) 19、串聯(lián)二、問答題1、答：測(cè)試是測(cè)量和試驗(yàn)

30、的綜合，是一種研究型的探索型的、論證型的測(cè)量過程，也是獲取信息的過程。（6） 測(cè)量對(duì)象（7） 傳感器：在測(cè)試系統(tǒng)和被測(cè)試對(duì)象之間建立了一定的連接關(guān)系，它直接感受被測(cè)量并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。是測(cè)試系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。（8） 中間轉(zhuǎn)換電路（信號(hào)調(diào)理電路）：作用是將傳感器的輸出信號(hào) 進(jìn)行傳輸、放大和轉(zhuǎn)換，使其適合顯示、紀(jì)錄、數(shù)據(jù)處理。（9） 信號(hào)處理單衣：它是以計(jì)算機(jī)為核心對(duì)中間轉(zhuǎn)換電路的輸出信號(hào)作進(jìn)一步地處理（如：計(jì)算、頻譜分析、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等）（10） 顯示、記錄部分：作用是輸出測(cè)試結(jié)果。2、答：相同之處在于：都是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，且dR/R=(1+2H)+E,其中H為材料的泊桑比，E為材

31、料的彈性模量，(1+2H)是由幾何尺寸變化引起的阻值變化，E是由電阻率的變化引起的阻值變化。不同的是，電阻應(yīng)變片是利用導(dǎo)體形變引起的阻值變化，所以dR/R(1+2H)，S1+2H；而半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)使電阻率發(fā)生變化引起電阻變化。所以dR/R=E，SE。各自的優(yōu)點(diǎn)分別為：電阻絲應(yīng)變片具有相當(dāng)高的適應(yīng)性；半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度高，一般為電阻絲應(yīng)變片的50-70倍。3、特點(diǎn)有： （1） 當(dāng)調(diào)制信號(hào)x(t)>0時(shí)，調(diào)幅波xm (t)與載波y(t)同頻同相，其幅值的大小與x(t)的大小有關(guān)；x(t) y(t)（2） 當(dāng)x(t)<0時(shí)，xm (t)與載波y(t) 同頻反相，

32、其幅值大小仍與x(t)的大小有關(guān)；（3） 調(diào)幅波是一高頻，但其包洛線和調(diào)制信號(hào)x(t)相似，其副值受x(t)變化的影響，y(t)的頻率越高，即波形越寬，相似程度越好。三、計(jì)算題：1、x(f)= x(t) e-j2ftdt=- e(-j2f-1)=則x(f)= (f)=-arctg(2f)頻譜圖如下：(2) Rx()=x(t)x(t+)dt=e=e-2、解：對(duì)于二階系統(tǒng)：當(dāng)w=wn時(shí)，A(w) =1/2，=-90。 幅值誤差= A(w)-1100%=150%Am 相位誤差=(w)= -90。 如使幅值誤差不大于10%，則 A(w)-10.1 即0.9A(w)1/20.1 1/2.21/1.8,

33、阻尼比應(yīng)在0.460.55之間選取。3.解：磁感應(yīng)傳感器的靈敏度S=WRl,所以 線圈匝數(shù) W =S/ Rl,有B=6000GS=0.6T=0.6VS/m2 v=D=25mm,S=600mv/cm/s=0.6v/10-2m/s=2510-3mW=0.6/(0.625)=4103/1274(匝) 4.解：（1）xm (t)=（100+30cost+20cos3t）cosWCt =100 cosWCt+15cos(WC+)t+15cos(WC-)t +10cos(WC+3)t+10cos(WC-3)t 其中=KHZ WC=20 KHZ 所以xm (t)包括五個(gè)分量，幅值和頻率分別我：20KHZ，1

34、00；21KHZ，15；19KHZ，15；23KHZ，10；17KHZ，10。 （2）由（1）可得調(diào)幅波和調(diào)制信號(hào)分別如下：5解：見課本101頁，圖3-19 動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀方框圖，以及各波形圖。傳感器與測(cè)試技術(shù)期末考試試卷一、填空（每空1份，共20分）1 測(cè)試技術(shù)的基本任務(wù)是 獲取有用信息 。2 從時(shí)域看，系統(tǒng)的輸出是其輸入與該系統(tǒng) 脈沖響應(yīng)函數(shù) 的卷積。3 信號(hào)的時(shí)域描述，以 時(shí)間t 為獨(dú)立變量；而信號(hào)的頻域描述，以 頻率f 為獨(dú)立變量。4 如果一個(gè)信號(hào)的最高頻率為50Hz，為了防止在時(shí)域采樣過程中出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，采樣頻率應(yīng)該大于 100 Hz。5 在橋式測(cè)量電路中，根據(jù)其 激勵(lì)電流 的性質(zhì)，可將

35、其分為直流電橋與交流電橋。6 金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的主要區(qū)別在于：前者利用形變效應(yīng) 引起的電阻變化，后者利用 壓阻效應(yīng) 變化引起的電阻變化。 7 壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的 壓電效應(yīng) 而工作的。8 帶通濾波器的上下限截止頻率為fc2、fc1，其帶寬B = ；若其帶寬為1/3倍頻程則fc2 = fc1。9 屬于能量控制型的傳感器有電阻式傳感器、渦電流傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器等等。10 根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)不同，調(diào)制可分為 調(diào)頻 、 調(diào)幅 、 調(diào)相 。11 相關(guān)濾波的工作原理是 同頻相關(guān)不同頻不相關(guān)/同頻檢測(cè)原理12 測(cè)試裝置的動(dòng)態(tài)特性可以用 傳遞 函數(shù)、 頻率響應(yīng) 函數(shù)和脈沖

36、響應(yīng) 函數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)公式表達(dá)的信號(hào)是 d 信號(hào)。 A 復(fù)雜周期 B 非周期 C 瞬態(tài) D 隨機(jī)2 平穩(wěn)隨機(jī)過程必須 b 。 A 連續(xù) B統(tǒng)計(jì)特征與時(shí)間無關(guān) C 各態(tài)歷經(jīng) D 統(tǒng)計(jì)特征等于時(shí)間平均3 一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)是 c 。A 固有頻率 B 阻尼比 C 時(shí)間常數(shù) D 靈敏度4 系統(tǒng)在全量程內(nèi)，輸入量由小到大及由大到小時(shí)，對(duì)于同一個(gè)輸入量所得到的兩個(gè)數(shù)值不同的輸出量之間的最大差值稱為 a 。A 回程誤差 B 絕對(duì)誤差 C 相對(duì)誤差 D 非線性誤差5 電阻應(yīng)變片的輸入為 b 。A 力 B 應(yīng)變 C 速度 D

37、 加速度6 d 用于評(píng)價(jià)系統(tǒng)的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間的因果性。A 傳遞函數(shù) B 互相關(guān)函數(shù) C 互譜密度函數(shù) D 相干函數(shù)7 為使電纜的長(zhǎng)短不影響壓電式傳感器的靈敏度，應(yīng)選用 b 放大器。A 電壓 B 電荷 C 微分 D 積分8 在測(cè)量位移的傳感器中，符合非接觸測(cè)量而且不受油污等介質(zhì)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 信號(hào)分析設(shè)備可分析的頻率低于磁帶記錄儀記錄信號(hào)的頻率，可將磁帶 b ，也可達(dá)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. 一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)中，超調(diào)量 d 。 A 存在，但<5 B 存在，但<

38、;1 C 在時(shí)間常數(shù)很小時(shí)存在 D 不存在三、判斷題（用或×表示，在正確的題目對(duì)應(yīng)的括號(hào)里填，反之填 ×，每題1分，共10分）1 （ ）非周期信號(hào)的頻譜是連續(xù)的。2 （ ）傳遞函數(shù)相同的各種裝置，其動(dòng)態(tài)特性均相同。3 （ ）調(diào)幅波是載波與調(diào)制信號(hào)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(cè)量。6 （ ）窗函數(shù)頻譜的主峰瓣越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信號(hào)所引起的誤差越小。7 （ ）恒帶寬濾波器的中心頻率越高，其帶寬越寬。8 （ ）隨機(jī)激振屬于寬帶激振法。9 （ ）壓電式加速度計(jì)的靈敏度越高，其工作頻率越寬。10.（ ）若系統(tǒng)是完

39、全線性的，則輸入輸出的相干函數(shù)一定為1。一、 簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分） 1（5分） 2分頻譜特點(diǎn)：離散性、諧波性、遞減性 3分(每答對(duì)一個(gè)得1分) 2（5分） 2分(每答對(duì)一個(gè)得1分) 3. （5分） 1.5分 或者用文字表述，表述正確同樣得分。 4. （5分）（或者解調(diào)） 1分 5. （5分）（3分）。四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分）1 已知周期方波的傅立葉級(jí)數(shù)展開式為 試?yán)L出該周期方波的單邊幅值譜，并說明其頻譜特點(diǎn)。2 二階測(cè)試裝置的兩個(gè)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)是什么？為了實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試，如何確定其取值范圍？ 解；2固有頻率()和阻尼比() 3分(每答對(duì)一個(gè)得1.5分)為了實(shí)現(xiàn)不失真,阻尼比()取

40、值0.6 0.8; 工作頻率取值小于等于0.583 何謂不失真測(cè)試？實(shí)現(xiàn)測(cè)試不失真的測(cè)試裝置的幅頻和相頻特性應(yīng)如何？解；輸出y(t)與輸入x(t)滿足關(guān)系y(t)=A0x(t-t0), 其中A0和t0為常數(shù),則為不失真測(cè)試。 2分實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試的測(cè)試裝置的 幅頻特性為 A()= A0 = 常數(shù) 1.5分 相頻特性為 ()= 4 信號(hào)的預(yù)處理包括那些環(huán)節(jié)？ 解；1）電壓幅值調(diào)理（或者放大） 1分（2）濾波（或者濾去高頻） 2分（3）隔離直流分量（或者隔直） 1分（4）如原信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，則應(yīng)先進(jìn)行解調(diào)5 為什么在動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀上除了設(shè)有電阻平衡旋鈕外，還設(shè)有電容平衡旋鈕？解；動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀采用的是

41、純電阻交流電橋（1分），即使各橋臂均為電阻，由于導(dǎo)線間存在分布電容（1分），相當(dāng)于在各橋臂上并聯(lián)了一個(gè)電容，因此，除了電阻平衡外，還須有電容平衡6 測(cè)得兩個(gè)同頻正弦信號(hào)的相關(guān)函數(shù)波形如圖1，問：圖1（1） 這一波形是自相關(guān)函數(shù)還是互相關(guān)函數(shù)？為什么？（2） 從波形中可以獲得信號(hào)的哪些信息？解； （1）互相關(guān)函數(shù)，因?yàn)槭欠瞧娣桥己瘮?shù)。 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波形中的初相位 1分 幅值信息：此波形的振幅是兩個(gè)正弦波振幅乘積的一半 1分五、計(jì)算題（共14分）1 （6分）已知低通濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)為， 式中 當(dāng)輸入信號(hào)為時(shí)，

42、求濾波器的穩(wěn)態(tài)輸出1. （6分） 令， 根據(jù)線性系統(tǒng)頻率保持性和幅頻相頻特性， 由，可以得到： 1分 1分 由，可以得到： 1分 1分 由線性系統(tǒng)的疊加性可得 2分2 （4分）有一信號(hào)，初始相角為一隨機(jī)變量；試求 1）求其自相關(guān)函數(shù)；2）確定其均值和方差。解2.（4分） 自相關(guān)函數(shù)： 1分 = = 1分 均值：=0 1分 方差： 1分 3 （4分）以阻值，靈敏度的電阻絲應(yīng)變片與阻值為的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V，并假定負(fù)載電阻無窮大，當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?000時(shí)，分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓 解 3. （4分）單臂：V 2分 雙臂：V 2分六、 應(yīng)用題（共16分）1. （6分）某車床加

43、工外圓表面時(shí)，表面振紋主要是由主軸箱轉(zhuǎn)動(dòng)軸上齒輪不平衡慣性力使主軸箱振動(dòng)所引起，實(shí)驗(yàn)測(cè)得振紋的頻譜如圖2（a）所示，主軸箱內(nèi)的傳動(dòng)示意圖如圖2(b)所示，傳動(dòng)軸、和主軸上的齒輪齒數(shù)分別為Z1 = 30, Z2 = 40, Z3=20, Z4=50, 傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速為 n1 = 2000轉(zhuǎn)/分（根據(jù)傳動(dòng)比計(jì)算可知：傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速為 n2 = 1500轉(zhuǎn)/分，主軸的轉(zhuǎn)速為 n2 = 600轉(zhuǎn)/分），試分析哪一根軸上的齒輪不平衡量對(duì)加工表面的振紋影響較大？為什么？1. （6分）轉(zhuǎn)動(dòng)軸I的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為：2000/60=33.3HZ； 1分 轉(zhuǎn)動(dòng)軸II的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為：1500/60=25HZ； 1分轉(zhuǎn)動(dòng)軸III

44、的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為：600/60=10HZ； 1分與實(shí)驗(yàn)測(cè)得振紋的頻譜圖比較可知軸II上的齒輪不平衡量對(duì)加工表面的振紋影響最大。（a） (b)圖22. （10分）欲測(cè)試圖3(a)所示簡(jiǎn)直梁的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)（固有頻率和阻尼比），（1）請(qǐng)從現(xiàn)有設(shè)備中選擇，并用框圖表示測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成，簡(jiǎn)述測(cè)試過程；（2）測(cè)得該梁的幅頻特性曲線如圖3（b）所示，根據(jù)該曲線如何確定簡(jiǎn)直梁的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)（給出原理、公式并在圖中表示）（現(xiàn)有設(shè)備： 壓電式加速度計(jì)、 壓電式力傳感器、磁電式速度計(jì)、電阻應(yīng)變片、電荷放大器、功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、激振器、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、顯示設(shè)備）圖3 (a)圖3 (b)xx大學(xué)200X200X學(xué)年第一

45、學(xué)期傳感器與測(cè)試技術(shù)期末考試試卷參考答案學(xué)院 _ 年級(jí) _ 考試班級(jí) _二、 填空( 每空1分，答對(duì)得分，答錯(cuò)不得分，共20分)1 獲取有用的信息2 脈沖響應(yīng)函數(shù)3 時(shí)間()、頻率或4 100Hz5 激勵(lì)電壓（或工作電壓或橋壓或電源）6 導(dǎo)體機(jī)械形變、半導(dǎo)體電阻率的（或半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)）7 壓電效應(yīng)8 、（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(duì)任何兩個(gè)均得2分10 調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相11 同頻相關(guān)不同頻不相關(guān)/同頻檢測(cè)原理12 傳遞、頻率響應(yīng)、脈沖響應(yīng)三、 選擇題（每題1分，答對(duì)得分，答錯(cuò)不得分，共10分）15 D B C A B 610 D B D B D四、 判斷題（每題1分，答對(duì)得分，答錯(cuò)不得分，共10分） 15 ×× 610 ××五、 簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分） 1（5分） 2分頻譜特點(diǎn)：離散性、諧波性、遞減性 3分(每答對(duì)一個(gè)得1分) 2（5分）固有頻率()和阻尼比() 3分(每答對(duì)一個(gè)得1.5分)為了實(shí)現(xiàn)不失真,阻尼比()取值0.6 0.8; 工作頻率取值小于等于0.58 2分(每答對(duì)一個(gè)得1分) 3. （5分）輸出y(t)與輸入x(t)滿足關(guān)系y(t)=A0x(t-t0), 其中A0和t0為常數(shù),則為不失真測(cè)試