2020年機(jī)械工程測試技術(shù)習(xí)題集含答案版

1、精選文檔 精選文檔 機(jī)械工程測試技術(shù)課程習(xí)題集 西南科技大學(xué)成人、網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院版權(quán)所有 習(xí)題 【說明】：本課程機(jī)械工程測試技術(shù)(編號為09009)共有計(jì)算題,簡答題,填 空題等多種試題類型，其中，本習(xí)題集中有 填空題等試題類型未進(jìn)入。 、計(jì)算題 1.求如下圖所示周期性方波的復(fù)指數(shù)形式的幅值譜和相位譜 -T -Ti Ti T 2.求所示信號的頻譜 1 x(t) x1(t -2.5) x2(t -2.5) 2 式中X Xi(t t ), X X2(t t )是所示矩形脈沖。 x(t) A L5- 1 _ 0 2 3 1t 精選文檔 0 精選文檔 3.余弦偏置調(diào)制信號 xm(t) = (1 cos2

2、二f0t)cos2二fzt的頻譜。 4. 已知信號 x(t)=5sin10t+5cos(100t- n4)+4sin(200t+ d6),通過傳遞函數(shù)為 1 H(s) 的測試系統(tǒng)，試確定輸出信號的頻率成分并繪出輸出信號的幅值譜。 0.005s+1 5. 一階溫度傳感器，其時(shí)間常數(shù) T3.5 (s),試求：將其快速放入某液體中測得溫度誤差 在2%范圍內(nèi)所需的近似時(shí)間。 6. 有一金屬電阻應(yīng)變片，其靈敏度 S=2.5, R =120 Q,設(shè)工作時(shí)其應(yīng)變?yōu)?1200卩；，問 R是多少？若將此應(yīng)變片與 2V直流電源組成回路，試求無應(yīng)變時(shí)和有應(yīng)變時(shí)回路的電 流各是多少？。 7. 用時(shí)間常數(shù)為0.5的一階

3、裝置進(jìn)行測量，若被測參數(shù)按正弦規(guī)律變化，若要求裝置指 示值的幅值誤差小于 2%問被測參數(shù)變化的最高頻率是多少？如果被測參數(shù)的周期是 2s 和5s，問幅值誤差是多少？ 8. 已知低通濾波器的頻率特性為 H(f) (1 j2二fj，式中 = 0.05s，當(dāng)輸入信號 x(t) =0.5cos10t +0.2cos(100t -45 )時(shí)，求其輸出 y(t)，并比較 y(t)與 x(t)的幅值與相 位有何區(qū)別。 9. 進(jìn)行某次動態(tài)壓力測量時(shí)，所采用的壓電式力傳感器的靈敏度為 90.9nC/Mpa,將它與 增益為0.005v/nc的電荷放大器相連，而電荷放大器的輸出接到一臺筆式記錄儀上，記錄 儀的靈敏度

4、為20mm/v。試計(jì)算這個測量系統(tǒng)的總靈敏度。又當(dāng)壓力變化為 3.5Mpa時(shí)，記 錄筆在記錄紙上的偏移量是多少？ 10. 應(yīng)變片稱重傳感器，其彈性體為圓柱體，直徑 D=10cm，材料彈性模量 E=205 X 109N/m2，用它稱50噸重物體，若用電阻絲式應(yīng)變片，應(yīng)變片的靈敏度系數(shù) S=2, R=120 Q,問電阻變化多少？ 11. 余弦信號被矩形脈沖調(diào)幅，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 試求其頻譜 12. 已知某信號的截頻fc = 125Hz,現(xiàn)要對其作數(shù)字頻譜分析，頻率分辨間隔 計(jì)=1Hz。 問：1)采樣間隔和采樣頻率應(yīng)滿足什么條件？ 2)數(shù)據(jù)塊點(diǎn)數(shù)N應(yīng)滿足什么條件？ 3)原模擬 信號的記錄長度T= ?

5、Xs(t) cos2f0t 0 精選文檔 0 精選文檔 14.已H(f) f fc 其它 13. 求同周期的方波和正弦波的互相關(guān)函數(shù) 精選文檔 精選文檔 試求當(dāng)：函數(shù)通過此濾波器以后的時(shí)域波形。 15. 應(yīng)變片稱重傳感器，其彈性體為圓柱體，直徑 D=10cm，材料彈性模量 E=205 X 109N/m2，用它稱50噸重物體，若用電阻絲式應(yīng)變片，應(yīng)變片的靈敏度系數(shù) S=2, R=120 Q,問電阻變化多少？ 、簡答題 16. 什么是信號的頻譜？周期信號的頻譜有什么特點(diǎn)？ 17. 試述線性系統(tǒng)最主要的特性及其應(yīng)用。 18. 測量系統(tǒng)主要有哪幾種干擾？如何減少這些干擾？ 19. 試舉例說明測試系統(tǒng)的

6、組成環(huán)節(jié)的主要功能。 20. 什么是信號？信號處理的目的是什么？ 21. 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？ 22. 試述實(shí)現(xiàn)不失真測量的條件。 23. 試述信號的幅值譜與系統(tǒng)的幅頻特性之間的區(qū)別 24. 說說設(shè)計(jì)測試系統(tǒng)的原則 25. 什么是信號的預(yù)處理？主要有什么內(nèi)容？ 26. 在信號采集前一般要求對模擬信號作哪些預(yù)處理 ？為什么? ?？ 27. 簡述脈沖響應(yīng)函數(shù)與頻率響應(yīng)函數(shù)、傳遞函數(shù)之間的聯(lián)系。 28. 電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？ 29. 簡述壓電式傳感器需要配置前置放大器的原因；常用的前置放大器有哪兩種 ？ 30. 抗混濾波器的作

7、用是什么？它選用何種濾波器？ 31. 試說明二階裝置的阻尼比 Z多采用Z =( 0.60.7 0.60.7 )的原因。 32. 選用傳感器應(yīng)注意哪些問題？ 33. 某一系統(tǒng)的輸人信號為 x(t)，若輸出y(t)與輸入x(t)相同，輸入的自相關(guān)函數(shù) Rx( T ) 和輸入一輸出的互相關(guān)函數(shù) Rxy( T )之間的關(guān)系為 Rx( T )=Rxy( T +T)，試說明該系統(tǒng)起 什么作用？ 34. 極距變化型電容式傳感器的工作原理是怎樣的？請敘述其輸入輸出表達(dá)式、 靈敏度表 達(dá)式和應(yīng)用場合。 35. 有人在使用電阻應(yīng)變儀時(shí)，發(fā)現(xiàn)靈敏度不夠，于是試圖在工作電橋上增加電阻應(yīng)變片 數(shù)以提高靈敏度。試問，在下

8、列情況下，是否可提高靈敏度？說明為什么？ 1 )半橋雙臂各串聯(lián)一片； 2 )半橋雙臂各并聯(lián)一片。 精選文檔 36. 說說信號數(shù)字分析流程，簡述各部分的功能。精選文檔 精選文檔 37. 什么是信號的加窗？加窗后對信號有什么影響？ 38. 簡述相關(guān)分析的工程應(yīng)用。 39. 說說采樣中的混疊是如何產(chǎn)生的，怎樣才能避免？ 40. 有一個200HZ的方波信號，采樣頻率為 500HZ，請問是否產(chǎn)生混迭？為什么? (略) 答案 、計(jì)算題 1. 解在x(t)的一個周期中可表示為 x(t) = 該信號基本周期為 T T,基頻-.0=2 :/ T T，對信號進(jìn)行傅里葉復(fù)指數(shù)展開。由于 x x(t t)關(guān)于t t=

9、0 -T T/2 t t w T T/2作為計(jì)算區(qū)間。計(jì)算各傅里葉序列系數(shù)當(dāng)n-0時(shí), 最后可得 2sin(n 0T1)二蘭sinc(n ”1), n = 0 n T f注意上式中的括號中的項(xiàng)即 示為 ejn e0t n%T 2j sin (n n 0 T T1)的歐拉公式展開，因此，傅里葉序列系數(shù) 2 Cn C Cn可表 填空題 對稱，我們可以方便地選取 當(dāng)n n=0時(shí)，常值分量C C0： C0 dt 2T1 T C Cn 1 T工1 T1 e0tdt e0t jn T1 Cn 二 精選文檔 精選文檔 其幅值譜為: Cn 2T1 sinc(n TJ，相位譜為: :n = 0,二，-二。頻譜圖

10、如下: 精選文檔 2. 解：求得x xi（t t）, X X2（t t）的頻譜分別為 根據(jù)傅里葉變換的線性性質(zhì)和時(shí)移性質(zhì)可得: 3.解: Xm(f) = Fcos2二fzt Fcos2f0t cosfzt 1 1 r (f fz) 、(f - fz) I、(f fz f。) 、(f fz - f。) (f 一 fz - f。) ( f - fz f0) 4.解： 1 H (f) = i - +4算2宀2 (f) = -arctg 2兀fi 10 100 f1 f2 2兀 2兀 X) 也和x2（f）= sn空 二 f 二 f X(f) 廠1 2 si n 兀f +sinS 精選文檔 精選文檔 .

11、y(t) =0.5 0.894cos(10t 26.56 ) - 0.2 0.196cos(100t - 45 -78.7 ) = 0.447 cos(10t -25.56 ) 0.0392 cos(100t -123.7 ) 5.解：將溫度傳感器快速放入某液體中測量溫度，屬于其實(shí)質(zhì)是階躍輸入 根據(jù)階躍輸入狀態(tài)下，一階系統(tǒng)的響應(yīng)特征，當(dāng)t約為4T時(shí)，其輸出值為輸入值的 6.解： 由P59,公式(3-2)可知， 塑二S dR=RS20 1200 106 2.5 = 0.36門 R U 2 3 無應(yīng)變 i(t) 8.3 10 A=8.3mA 2R 2120 幅值誤差小于2% ,應(yīng)H(f) 0.98

12、求出f ： 0.08 Hz 對被測信號： 周期是 2s, f0.5Hz, H (4)=0.537，幅值誤差為 46.3% 周期是 5s, f2 = 0.2Hz , H ( f2) =0.847，幅值誤差為 15.3% 精選文檔1 Ai( fi) 2 十4兀2漢衛(wèi)匯0.052 V 0丿 , 10 jfj = -arctg 2 0.05 二-26.56 2 1 100 Y c “2 0.05 2 二 . 100 2(f2) - -arctg 2 0.05 - -78.7 2兀 A?)二 =0.894 二 0.196 98.2%。 有應(yīng)變 i(t) U 2R R 2 240 = 5.8 10A=5.

13、8mA 7.解：一階裝置，有 H(s)= 1 Ts 1 H(f)= 1 2T2 1 (T 2 二 f) 今 T 1 1 (T精選文檔 8.解：將輸入信號的各次諧波統(tǒng)一寫成 Xsin( Qt+ $ x)的形式 x(t)=5sin10t+5sin(100t+ n /4)+4sin(200t+ n /6) 信號x(t)由三個簡諧信號疊加而成，其頻率、幅值、相位分別為 頻率 幅值X 相位$ xi 3 1 = 10 A=5 $ x1=0 3 2=100 A =5 $ x2= n /4 3 3=200 As=4 $ x3= n /6 設(shè)輸出信號為y(t)，根據(jù)頻率保持特性，y(t)的頻率成分應(yīng)與 x(t)

14、的頻率成分相同，各 頻率成分的幅值和相位可由輸入信號的幅值和相位與測試系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性 H( 3 )確定, 根據(jù)題設(shè)條件，可得系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù) 系統(tǒng)的幅頻特性 () = -arctg 0.005 頻率 幅值 Y= A ( 3i) X i 相 位 $ yi = $ ( 3 i )+ $ xi 3 1 = 10 Y=4.99 $ y1 = 0.05 3 2=100 Y2 =4.47 $ y2=0.32 3 3=200 Y3=2.83 $ y3= 0.26 輸出信號y(t)的頻率、幅值、初相位分別為 繪出y(t)的幅值譜如右圖。 H() 1 0.005 j 1 A()二 1 1 (0.005 )2

15、 4U 8U 12U 16U 200軒 5 4 2 1 0 3 精選文檔 精選文檔 9. 解：系統(tǒng)的總靈敏度為： 90 . 9X0。005X20=9。09 測量系統(tǒng)的總靈敏度為 9。09mm/MPA 記錄筆的偏移量為：精選文檔 精選文檔 9. 09X3.5=31。815mm 10. 解： 因?yàn)椋?丄 E 所以： _ 50 000 如 0( N) 二(0.1)2(m2) 205 109(N m2) = 3.1 10* dR=RS=120 3.1 10 鼻 2 =744 10鼻=0.754(門) 11.解：設(shè) xs(t) =cos2二f0t *w(t) 1 t T 其中w(t) = 0 NT 1

16、1 Fcos2 f0t =2 (f f。)石 -花) :_ T Fw(t) = j 二w(t)e-2dt = je2ftd2Tsi nc2 二 fT 1 1 Fgt) =2Tsinc2f (f f。) 一( f - f。) 2 2 -Tsin c2：(f f0)T Tsin c2二(f - f0 )T 12. 解： 1） 信號的帶寬為125Hz,采樣頻率應(yīng)該大于等于它的兩倍，所以 fs - 250 Hz，厶二 1 f - 4ms= 2） 頻率分辨間隔.：f = 1Hz,所以NA =1 s。如果取厶=4ms，貝U N =250 若N值取基2數(shù)，則N= 256。 模擬信號記錄長度 T - N理論上

17、至少應(yīng)在1.024秒以上 13. 解：因方波和正弦波同周期，故可用一個周期內(nèi)的計(jì)算值表示整個時(shí)間歷程的計(jì)算值, 又根據(jù)互相關(guān)函數(shù)定義，將方波前移 T秒后計(jì)算：F AE 50 1000 10(N) 精選文檔 精選文檔 1 T4Y 3T4Y T Rxy(.) -1 si n tdt T 1 s in tdt 3T T0 4 3T4 - 1 + cos t T -1 sin tdt T4- 0 -cos t 二丄 cos 2 二 IL 、. f3n . -1 - cos - - 丿 12 丿 3T/ - /T +cot “ -T - - 1 1 一 COSCOS 丿 12 1 4sin - . 2

18、二 2 二一sin ，. JI 14.解：根據(jù)線性系統(tǒng)的傳輸特性, 將函數(shù)通過理想濾波器時(shí)， 其脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)應(yīng) 是頻率響應(yīng)函數(shù) H(f)的逆傅里葉變換, 由此有: H(f)ejdf a .fcA0ef0ej21tdf c 二 2A0 fc sinc2：fc(t 一 ) 15.解： 因?yàn)椋憾?E 所以： AE h(t)二 F CJ = - A 50 1000 10(N) 二 _ 50 000 漢 10( N) 0.12 2 9 / 2 : ( ) (m ) 205 10 (N m ) 2 = 3.1 10， dR 二 RS =120 3.1 10 4 2 =744 10 仁 0.754

19、() 、簡答題 精選文檔 16. 答：信號的幅值或相角與信號頻率的關(guān)系，稱為信號的頻譜。 周期信號的頻譜具有離 散性、諧波性、諧波的幅值隨諧波次數(shù)的增高而減小。 17. 答：線性系統(tǒng)最主要的特性是線性特性和頻率保持特性。 在分析線性系統(tǒng)多輸入同時(shí)作用下的總輸出時(shí)，人們常常將多輸入分解成許多單獨(dú)的 輸入分量。利用頻率保持特性判斷信源。 18. 答：電磁干擾、信道干擾、電源干擾。良好的屏蔽，采用交流穩(wěn)壓器、隔離穩(wěn)壓器。 選用低噪聲器件。 19. 答：測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。測試過程中 傳感器將反映被測對象特性的物理量，如壓力、加速度、溫度等，檢出并轉(zhuǎn)換為電量， 然后

20、傳輸給中間變換裝置；中間變換裝置對接收到的電信號用硬件電路進(jìn)行分析處理 或經(jīng) A/DA/D 變換后用軟件進(jìn)行計(jì)算，再將處理結(jié)果以電信號或數(shù)字信號的方式傳輸給顯 示記錄裝置；最后由顯示記錄裝置將測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其他自動控 制裝置。 20. 答：信號是反映被測系統(tǒng)的狀態(tài)或特性的某些有用信息，通常表現(xiàn)為隨時(shí)間變化 的物理量。信號處理的目的是：分離信噪，提高信噪比從信號中提取有用的特征 信號修正測試系統(tǒng)的某些誤差，如傳感器的線性誤差、溫度影響等。 21. 答：頻率響應(yīng)函數(shù)為輸出的和輸入的付氏變換之比。 系統(tǒng)函數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù)為輸出的 和輸入的拉氏變換之比。 S= （T +j 3，當(dāng)6等于

21、0時(shí)，拉氏變換就變成了付氏變換。所以頻 響函數(shù)是系統(tǒng)傳遞函數(shù)的一個特例。 22. 答：要實(shí)現(xiàn)不失真測試，測試裝置的幅頻特性和相頻特性分別滿足 A （ 3 ） =Ao=常量 （ 3） =-t 0 3 如果A （ 3 ）不等于常數(shù)時(shí)所引起的失真為幅值失真， （ 3）與3之間的非線性關(guān)系所 引起的失真稱為相位失真。 23. 答：（1）對象不同，前者對象是信號；后者的對象是系統(tǒng)；（2）前者反映信號的組成， 后者反映系統(tǒng)對輸入信號不同頻率成分的幅值的縮放能力（ 3）定義不同：處理方法各異： 前者是對信號付氏變換的模，后者是輸出的付氏變換與輸入的付氏變換之比的模 24. 答：減少測試環(huán)節(jié)，阻抗匹配，滿足不

22、失真測試條件 25. 答：信號的預(yù)處理把信號變成適于數(shù)字處理的形式，以減輕數(shù)字處理的困難。 26. 答：信號的預(yù)處理是把信號變成適于信號數(shù)字處理的形式，以減輕數(shù)字處理的困 難。預(yù)處理包括：（1 1）電壓幅值調(diào)理，以便適宜于采樣。 （2 2）必要的濾波，以提高信 噪比（3 3）隔離信號中的直流分量 （4 4）如原信號經(jīng)過調(diào)制，則應(yīng)先行解調(diào)。 27. 答：當(dāng)輸入信號的作用時(shí)間小于 0.1 0.1 T （ T為一階系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)或二階系 統(tǒng)的振蕩周期）時(shí)，則可以近似地認(rèn)為輸入信號是單位脈沖信號 3，其響應(yīng)則稱 為單位脈沖響應(yīng)函數(shù)，又稱為權(quán)函數(shù)，根據(jù) 3 3 函數(shù)的篩選性質(zhì)： X（co）=6（t）e-

23、dt =1 立即有 Y（）=H =HC，） 精選文檔精選文檔 精選文檔 對上式兩邊求付氏逆變換： y(tr FH( )二 h(t) 以上推導(dǎo)可以看出在單位脈沖信號輸入的時(shí)候，系統(tǒng)輸出的頻域函數(shù) Y(s)Y(s)，就是系統(tǒng) 的頻率響應(yīng)函數(shù) H( H( 3) )，而其時(shí)域響應(yīng)函數(shù) y(t)y(t)，就是脈沖響應(yīng)函數(shù) h(t)h(t)，它表示測 試系統(tǒng)在時(shí)域內(nèi)的動態(tài)傳遞特性。 28. 答：電阻應(yīng)變片是利用導(dǎo)體形變引起電阻變化， 后者利用半導(dǎo)體電阻率變化引起電阻 變化。半導(dǎo)體最突出的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高。但溫度穩(wěn)定性差。電阻應(yīng)變片靈敏度較低，但穩(wěn) 定性較好。 29. 答：因壓電式傳感器的輸出電阻很大、電荷量

24、很小，信號微弱；前置放大器有電荷放 大器與電壓放大器兩種。電荷放大器具有輸入阻抗高，輸出電壓與壓電式傳感器電荷成正 比、與反饋電容成反比，且與電纜分布電容無關(guān)；電壓放大器具有電路簡單，成本低的特 點(diǎn)，壓電式傳感器須與電纜配套使用。 30. 答：應(yīng)選用低通濾波器以濾掉高頻成分，目的是使信號變?yōu)橄迬盘枺员苊庠?模擬信號采樣中產(chǎn)生混疊。 31. 答：1 )靈敏度：傳感器的量程范圍是和靈敏度緊密相關(guān)的。傳感器的靈敏度并非越高越 好，根據(jù)被測量要求來選取。 2) 線性范圍：為了保證測量的精確度，傳感器必須在線性區(qū)域內(nèi)工作。 3) 響應(yīng)特性：傳感器的響應(yīng)特性必須在所測頻率范圍內(nèi)盡量保持不失真。但實(shí)際傳

25、 感器的響應(yīng)總有一遲延，但遲延時(shí)間越短越好。 4) 可靠性：經(jīng)過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。 5) 精確度：表示傳感器的輸出與被測量的對應(yīng)程度。傳感器的精確度也并非越高越 好，因?yàn)檫€要考慮到經(jīng)濟(jì)性。 6 )工作方式。傳感器在實(shí)際測試條件下的工作方式，也是選用傳感器時(shí)應(yīng)考慮的重 要因素。 另外，還盡可能考慮結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價(jià)格便宜、易于維修和更換等因素。 32.答：1 1)靈敏度：傳感器的量程范圍是和靈敏度緊密相關(guān)的。傳感器的靈敏度并 非越高越好，根據(jù)被測量要求來選取。精選文檔 精選文檔 2)2) 線性范圍：為了保證測量的精確度，傳感器必須在線性區(qū)域內(nèi)工作。 3)3) 響

26、應(yīng)特性：傳感器的響應(yīng)特性必須在所測頻率范圍內(nèi)盡量保持不失真。但實(shí)際 傳感器的響應(yīng)總有一遲延，但遲延時(shí)間越短越好。 4)4) 可靠性：經(jīng)過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。 5)5) 精確度：表示傳感器的輸出與被測量的對應(yīng)程度。傳感器的精確度也并非越高 越好，因?yàn)檫€要考慮到經(jīng)濟(jì)性。 6)6) 工作方式。傳感器在實(shí)際測試條件下的工作方式，也是選用傳感器時(shí)應(yīng)考慮的 重要因素。 另外，還盡可能考慮結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價(jià)格便宜、易于維修和更換等 因素。 1 T = lim 0 x(t)y(t T)dt T匸 T 所以 y(t) =x(t-T) =x(t)*、(t-T) h(t) =、(t T), H(jw)二e jw 該系統(tǒng)為一延時(shí)系統(tǒng)。 34.答：由電容式