機械工程測試技術(shù)課本習題及參考答案

1、謝謝觀賞信號描述及其分析【2-1】描述周期信號的頻率結(jié)構(gòu)可采用什么數(shù)學工具？如何進行描述？周期信號是否可以進行傅里葉變換？為什么？參考答案：一般采用傅里葉級數(shù)展開式。根據(jù)具體情況可選擇采用傅里葉級數(shù)三角函數(shù)展開式和傅里葉級數(shù)復(fù)指數(shù)函數(shù)展開式兩種形式。不考慮周期信號的奇偶性，周期信號通過傅里葉級數(shù)三角函數(shù)展開可表示為：An、a,bn22 an TT2t 2x(t)cosn 0tdt謝謝觀賞t2x(t)sinn0tdt式中，T為信號周期,0為信號角頻率0 2 /T0圖為信號的幅頻圖，n圖為信號的相頻圖。周期信號通過傅里葉級數(shù)復(fù)指數(shù)函數(shù)展開式可表示為個復(fù)數(shù)，可表示為：Cn圖為信號的幅頻圖，n圖稱為信

2、號的相頻圖。但可間接進行傅里不可直接進行傅里葉變換，因為周期信號不具備絕對可積條件葉變換。參見書中第25頁“正弦和余弦信號的頻譜”?！?-2】求指數(shù)函數(shù)xAeat(a0，t0)的頻譜。X()x(t)ejtdt參考答案：由非周期信號的傅里葉變換，得X()由此得到，幅頻譜為：相頻譜為：()【2-3】 求周期三角波(圖2-5a)x(t)參考答案：周期三角波為：1 T 2Cn1 T2X(t則T T 2A；a2arctan( a)的傅里葉級數(shù)(復(fù)指數(shù)函數(shù)形式)A (2A T)t T. 2 t 0A (2A T)t 0 t T. 2jn 0tdt4ATACn、一(1cosn0)-(1cosn)n22202

3、2積分得n012nCn2A(n )20n 1, 3, 5,L n 0, 2, 4,L又因為周期三角波為偶函數(shù)，則bn0,所以narctanCnI/CnRcos 0t t T0 t T所以，周期三角波傅里葉級數(shù)復(fù)指數(shù)形式展開式為：x(t)【2-4】求圖2-15所示有限長余弦信號x(t)的頻譜。設(shè)方法方法二：對于上面所給的有限長余弦信號x(t),其實也就是用一個窗寬為2T的窗函數(shù)把無限長的余弦信號截斷所得到的，即把無限長余弦信號x(t)與窗函數(shù)相乘，此時所需的窗函數(shù)為：1tTw(t)0tTo由傅里葉變換的性質(zhì)可知，時域內(nèi)相乘，對應(yīng)在頻域內(nèi)相卷積，即x(t)w(t)X(f)W。已知，余弦信號的傅里葉

4、變換是函數(shù)，由函數(shù)的性質(zhì),X(f)W(f)意味著把W(f)的圖像搬移到X(f)圖像的位置。【2-5】當模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號時遇到那些問題？應(yīng)該怎樣解決？參考答案：遇到的問題：1)采樣間隔與頻率混疊；2)采樣長度與頻率分辨率；3)量化與量化誤差；4)頻譜泄漏與窗函數(shù)。參見課本第2629頁。第三章測試系統(tǒng)的基本特性【3-1】測試裝置的靜態(tài)特性指標主要有哪那些？它們對裝置性能有何影響？參考答案：主要有：線性度，靈敏度，和回程誤差。線性度主要影響系統(tǒng)的測試精度，靈敏度主要影響系統(tǒng)的分辨力，而回程誤差主要引起系統(tǒng)的滯后誤差?！?-2】什么叫一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)？它們的傳遞函數(shù)，頻率響應(yīng)函數(shù)以及幅頻和相頻

5、表達式是什么？(1)能夠用一階微分方程描述的系統(tǒng)為一階系統(tǒng)。其傳遞函數(shù)為:H(s)Y(s)X(s)S為系統(tǒng)靈敏度H(j)S頻率響應(yīng)函數(shù)為：j1A()|H(j)|12幅頻特性：V1()相頻特()arctan()(2)能夠用用二階微分方程描述的系統(tǒng)為二階系統(tǒng)。其傳遞函數(shù)為：頻率響應(yīng)函數(shù)為:H(j )2nA()幅頻特性：H(j )11 (n)2 4 2(n)2()相頻特性為：arctan2 (n)1(n)2(j)22n(j)73-3 H(s)0.005s 1的裝置后得到的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)?求周期信號x(t)0.5cos(10)0.2cos(10045)通過傳遞函數(shù)為參考答案：信號x(t)可分解為兩個信號x1

6、(t)0.5cos(10)和oX2(t)0.2cos(100t45)0分別求出這兩個信號通過裝置的響應(yīng)，再相加，就是信號x的響應(yīng)。X1(t)的角頻率110,而0.005,則,的角頻率2100,同理得所以彳S號X經(jīng)過一階裝置的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為：【3-4】一氣象氣球攜帶一種時間常數(shù)為15s的一階溫度計，并以5m/s的上升速度通過大氣層。設(shè)溫度隨所處的高度按每升高30m下降0.150C的規(guī)律變化，氣球溫度和高度的數(shù)據(jù)用無線電傳回地面。在3000m處所記錄的溫度為20C。試問實際出現(xiàn)20C的真實高度是多少?參考答案：設(shè)實際出現(xiàn)20c的真實高度為h，則溫度計的輸入為已知一階溫度計的傳遞函數(shù)1H(s) 不故有取

7、拉氏逆變換L 1Y(s)L10.025.s 0.025t 1.625(1L112 0.025 L10.025 2(2e t0.025 ) (0.0252)e t )0.025t當 t 2 , y(t)2.1550C t 1.9y(t) 2.0944 t 1.8 y(t) 2.03130C, 。設(shè)實際出現(xiàn)20c的真實高度為h,從輸入到穩(wěn)態(tài)輸出需要一定的過渡時間，一般響應(yīng)已達到穩(wěn)態(tài)值的98%Z上，調(diào)整時間Ts4,此題溫度計調(diào)整時間Ts 60s20c時，氣球的真實高度H=3000-(60*5)=2700米?！?-5】某傳感器為一階系統(tǒng)，當階躍信號作用在該傳感器時，在t0時，輸出10mV；t時，輸出1

8、00mV；在t5s時，輸出50mV,試求該傳感器的時間常數(shù)。參考答案：階躍信號可表示為階躍信號通過一階系統(tǒng)，其輸出的拉氏變換為1t取拉氏逆變換，y(t)LY(s)A(1e),由題意代入數(shù)據(jù)得到時間常數(shù)8.5065s【3-6】求信號x(t)12sint30o)4s加45o)10cos(460o),通過一階系統(tǒng)后的輸出y。設(shè)該系統(tǒng)時間常數(shù)1s,系統(tǒng)的靈敏度為S25。45o)X3(t) 10cos(4t 60o)參考答案：信號X可分解為三個信號,X1(t)12sin(t30o)x2(t)4sin(21分別求出三個周期信號的幅頻和相頻響應(yīng)，即Ai( ) H(j )A2( ) H(j )SJ1( 1)2

9、 :21.9,S, 1( 2 )2 =11.11()2()arctan(1)45o一 ，arctan( 2 )63.4oA式)H(j所以穩(wěn)態(tài)輸出為：4J3 了 =6.06, 3( )arctan( 3 )76oH()【3-7】某測試系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)為31550722(1 0.01 j )j2)試求該系統(tǒng)對正弦輸入x10sin(62-8V的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)參考答案：該測試系統(tǒng)可看成一個一階系統(tǒng)和一個二階系統(tǒng)串聯(lián)而成H()階系統(tǒng)傳遞函數(shù)3155072(10.01j)苴中10.012.H()r1256二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)),其中S210.7A )對一階系統(tǒng)：a

10、rctan( )32.130S.A()20.9988對于二階系統(tǒng)：1(n)=42(nV所以穩(wěn)態(tài)輸出為：【3-8】單位階躍信號作用于一個二階裝置之后，測得其響應(yīng)中產(chǎn)生了數(shù)值為2.25的第一個超調(diào)量峰值。同時測得其衰減振蕩周期為3.14so已知該裝置的靜態(tài)增益為5,試求該裝置的傳遞函數(shù)和該裝置在無阻尼固有頻率處的頻率響應(yīng)。參考答案：已知 超調(diào)量M 2.25 ,由1/J(ZnM)2 1,得阻尼比0.25又因為衰減振蕩周期T3.14s,則由公式T2/d,得d2由公式 nd,得系統(tǒng)的固有頻率2.062d 2,代入頻響公式即已知靜態(tài)增益為5,即S5,所以該裝置的傳遞函數(shù)為:當無阻尼，即0時，由nd/J12

11、,得可?！?-9】設(shè)某力傳感器可作為二階振蕩系統(tǒng)處理。已知傳感器的固有頻率為1000Hz,阻尼比0.14,問使用該傳感器作頻率為500Hz的正弦力測試時，具幅值比A（）和相角差（）各為多少？若該裝置的阻尼比可改為0.7,問A（）和（）又將作何種變化？參考答案：由題意知:10000.14,信號500A()由1,1(n)2 4 2(n)2A( ) 1.322 ()arctan(吟)1 (d)210.57。同理，當0.7 得 A( ) 0.9843.02?！?-10】如何理解信號不失真測試的條件？若要求輸入信號通過系統(tǒng)后反相位，則系統(tǒng)有何要求？參考答案：系統(tǒng)實現(xiàn)不失真測試可用其幅頻特性和相頻特性簡單

12、表示為：這表明：1）系統(tǒng)的幅頻特性，即靈敏度，在量程范圍內(nèi)要求為常數(shù)。任何非線性度、回程誤差、漂移的存在，都會引起測試波形的失真。2）相頻特性為輸入信號頻率的線性函數(shù)，即不失真測試有一定的頻率范圍。3）當對測試系統(tǒng)有實時要求（即t00）時，上式變?yōu)橐笮盘柾ㄟ^系統(tǒng)后反相位，則幅頻特性和相頻特性應(yīng)為A（）A,（）第四章常用傳感器原理及應(yīng)用【4-1】金屬電阻應(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？應(yīng)如何根據(jù)具體情況選用？參考答案：金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)，即當金屬絲在外力作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化。電阻絲的靈敏度較低（1.73.6）,但是穩(wěn)定性較

13、好，一般用于測量精度要求較高的場合。半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于壓阻效應(yīng)，即半導(dǎo)體單晶材料在沿某一方向受到外力作用時，電阻率會發(fā)生相應(yīng)變化。半導(dǎo)體應(yīng)變片的最大優(yōu)點是靈敏度高（金屬電阻應(yīng)變片的5070倍），另外，還有橫向效應(yīng)和機械滯后小、體積小等特點。但是溫度穩(wěn)定性差，在較大應(yīng)變下，靈敏度非線形誤差大，在具體使用時，一般需要采用溫度補償和非線性補償。【4-2】有一電阻應(yīng)變片，其R120,靈敏度K=2,設(shè)工作時的應(yīng)變?yōu)?000,問R ?若將此應(yīng)變片連接成圖4-26所示電路，試求1）無應(yīng)變時電流表示值;2）有應(yīng)變時電流表示值；3）電流表指示值的相對變化量；4）試分析這個變化量能否從電流表中讀出?參考

14、答案：由公式R R K，得 R 0.241）當無應(yīng)變時，由公式I1UR15/120125mA2)有應(yīng)變時由公式12U/(RR)12.475mA3）電流表指示值相對變化量II1I20.025mA4）因為電流的相對變化很小，所以不能直接從電流表中讀出電流的相對變化，可以運用電橋電路將電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯淖兓贉y量?！?-3】許多傳感器采用差動形式，差動傳感器有何優(yōu)點？參考答案：參見書中第60頁采用差動式結(jié)構(gòu)，除了可以改善非線性，提高靈敏度，對電源電壓及溫度變化等外界影響也有補償作用?！?-4】一電容式傳感器，其圓形極板半徑r 4mm,初工作間隙0 0.3mm，若工作時極板間隙的變化量1m,電容變化

15、量是多少？由公式8.8510 12)A9.882 ，得,10 15FA / 29.88 10 3 pF【4-5】何為壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？常用的壓電材料有那些?參考答案：參見書中第65頁某些材料當沿著一定的方向受力時，不但產(chǎn)生機械變形，而且內(nèi)部極化，表面有電荷出現(xiàn)；當外力去掉后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。相反，在某些材料的方向的施加電場，材料會產(chǎn)生機械變形，當去掉電場后，變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。常用的壓電材料有三類：壓電單晶、壓電陶瓷和新型壓電材料?！?-6】壓電式傳感器的測量電路為什么常用電荷放大器？參考答案：參見書中第67-68頁由于壓電式傳感器輸出的電荷

16、量很小，而且由于壓電元件本身的內(nèi)阻很大，這樣就造成了輸出信號（電壓或電流）很微弱，所以要先把輸出信號輸入到高輸入阻抗的前置放大器，經(jīng)過阻抗變換后，再進行其他處理。但輸出受到連接電纜對地電容的影響，故常采用電荷放大器?！?-7】何為霍爾效應(yīng)？其物理本質(zhì)是什么？參考答案：參見書中第68頁如下圖所示，將導(dǎo)體薄片置于磁場B中，如果在a、b端通以電流I,則在斷就會出現(xiàn)電位差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)的產(chǎn)生是由于運動的電荷在磁場中受到洛侖茲力作用的結(jié)果。如下圖，假設(shè)導(dǎo)體為N型半導(dǎo)體薄片，那么半導(dǎo)體中的載流子（電子）將沿著與電流方向相反的方向運動，由于洛侖茲力的作用，電子將偏向d一側(cè)，形成電子積累，與

17、它對立的側(cè)面由于減少了電子的濃度而出現(xiàn)正電荷，在兩側(cè)就形成了一個電場。當電場力上與洛侖茲力上的作用相等時，電子偏移達到動態(tài)平衡，形成霍爾電勢?！?-8】分別用光電元件和霍爾元件設(shè)計測量轉(zhuǎn)速的裝置，并說明其原理。1）用霍爾元件測轉(zhuǎn)速示意圖2）用光電元件測轉(zhuǎn)速示意圖將一個打有均勻空的鋁盤（孔越多測量精度越高）固定在電動機的同速軸上，兩邊固定發(fā)光二極管和光電晶體管。當鋁盤的實體部分擋在紅外光發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時，傳感器將會輸出一個低電平，而當鋁盤孔在發(fā)光二極管和光敏晶體管之間時則輸出為高電平，從而形成一個脈沖。當鋁盤隨著軸旋轉(zhuǎn)的時候，傳感器將向外輸出若干個脈沖，把這些脈沖通過一系列

18、的測量電路即可算出電動機即時的轉(zhuǎn)速。第五章信號的變換與處理【5-1】在材料為鋼的實心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片金屬電阻應(yīng)變片R1和R2,接入電橋。若應(yīng)變片的阻值R=120,靈敏度K=2,鋼的泊松比=0.285,橋壓U03V,當應(yīng)變片受到的應(yīng)變?yōu)?000時，求電橋的輸出電壓。會考答案：由題意可知，電阻應(yīng)變片R1的阻值變化為：R1R1K1120210001060.24注意：應(yīng)變是無量綱的量，由于其值很小，在應(yīng)變測量中常用微應(yīng)變表示,10電阻應(yīng)變片R2的阻值變化為：應(yīng)變片形成的電橋為半橋雙臂電橋，所以【5-2】什么是濾波器的分辨力？與那些因素有關(guān)?參考答案：上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱

19、為濾波器帶寬，或-3dB帶寬。帶寬決定著濾波器分離信號中相鄰頻率成分的能力一一頻率分辨力。通常用品質(zhì)因數(shù)Q描述帶通濾波器的品質(zhì)，QfB,f0為中心頻率，B為濾波器帶寬。例如一個中心頻率為500Hz的濾波器,若其中-3dB帶寬為10Hz,則稱其Q值為50。Qfi越大，表明濾波器頻率分辨力越高。【5-3】分別設(shè)計一個截止頻率為1kHz二階有源低通濾波器和一個截止頻率為100Hz的二階有源高通濾波器。參考答案：(略)5-4調(diào)幅波是否可以看成是調(diào)制信號與載波的疊加？為什么？參考答案：不可以。調(diào)幅是將載波與調(diào)制信號相乘，使載波信號的幅值隨調(diào)制信號的變化而變化。調(diào)幅過程相當于頻譜平移過程。時域相乘對應(yīng)頻域

20、卷積。【5-5】說明相敏檢波器的作用和基本原理。參考答案：參見課本第92頁作用：(1)若偏置電壓未能使信號電壓都在零線一側(cè)，則可用相敏檢波恢復(fù)原信號。(2)判別信號的極性。原理：交變信號在其過零線時符號(+、-)發(fā)生突變，調(diào)幅波的相位與載波比較也相應(yīng)地發(fā)生1800的跳變。利用載波信號與之相比，便既能反映出原信號的幅值又能反映其極性。詳見書中的圖釋。第六章隨機信號分析【6-1】概率密度函數(shù)的物理意義是什么？它和均值、均方值有何聯(lián)系？參考答案：概率密度函數(shù)表示隨機信號的幅值落在指定區(qū)間內(nèi)的概率。不同的隨機信號的概率密度函數(shù)圖形不同，可借此來辨別信號的性質(zhì)。均值描述信號的常值分量。均方值反映信號的強

21、度，即平均功率。概率密度函數(shù)以xx為對稱軸對稱，并在xx處取得最大值。6-2自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)在工程上有何應(yīng)用？舉例說明。參考答案：自相關(guān)函數(shù)可判斷信號的隨機程度、區(qū)別信號類型、判斷噪聲是寬帶還是窄帶。互相關(guān)函數(shù)可識別、提取含有噪聲成分的信號從而消除噪聲干擾。在測試技術(shù)中，互相關(guān)技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。如：測量運動物體的速度、測定深埋地下的輸液管道裂損位置、查找振動源.【6-3】已知一個隨機信號x(t)的自功率譜密度函數(shù)為Sx(f),將其輸入到頻率響應(yīng)函數(shù)為H(f)小1j2f)的系統(tǒng)中，試求該系統(tǒng)的輸出信號y(t)的自功率譜密度函數(shù)Sy(f),以及輸入、輸出函數(shù)的立功率譜密度函數(shù)Sy(f)。參

22、考答案：第七章機械位移測量【7-1】哪些類型的傳感器適合于100nlm以上的大量程位移測量？參考答案：電位器式位移傳感器適合100mmz上位移的測量，止匕外，光柵、磁柵、感應(yīng)同步器也可測量大位移。【7-2】變極距電容傳感器的線性范圍如何、它適合高精度微小位移測量否？還有哪些類型的傳感器適合高精度微小位移測量？參考答案：3線性范圍較小，適合高精度微小測量，測量范圍103:10mm。還有光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、霍爾式微量位移傳感器和激光位移傳感器適合高精度微小測量?！?-3】數(shù)字式位移傳感器有哪些種類？闡述其各自的工作原理？參考答案：光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、軸角編碼器是常見的數(shù)字位移傳感器。光柵位

23、移傳感器是利用莫爾條紋的移動來測量光柵移動的大小和方向。磁柵是一種有磁化信息的標尺它是在非磁性體的平整表面上鍍一層磁性薄膜，并用錄制磁頭沿長度方向按一定的節(jié)距入錄上磁性刻度線而構(gòu)成的，因此又把磁柵稱為磁尺。磁柵的種類可分為單面型直線磁柵、同軸型直線磁柵和旋轉(zhuǎn)型磁柵等。感應(yīng)同步器是利用電磁感應(yīng)原理把位移量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的傳感器。軸角編碼器是測量軸角位置和位移的一種數(shù)字式傳感器。有兩種類型：絕對式編碼器、增量式編碼器?！?-4】采用四細分技術(shù)的增量式軸角編碼器，參數(shù)為2048p/r,與螺距為2mm勺絲杠相連接。實測軸角編碼器在1s的時間內(nèi)輸出了411648個脈沖，請計算絲杠轉(zhuǎn)過的圈數(shù)、與之配合的螺母

24、移動的直線位移及螺母移動的平均速度?！?-5】有一差動電容傳感器，動極板處于中間位置時兩個電容器的電容均為20pF，正弦激勵源的電壓峰-峰值為12V、頻率為15kHz，請完成：（1）設(shè)計一個電橋電路，具有電壓輸出的最大靈敏度；（2）計算傳感器以外兩個橋臂的匹配阻抗值；（3）傳感器電容變化量為1pF時，橋路的輸出電壓為多少？第八章振動的測量8-1】何謂相對式測振傳感器？何謂慣性式測振傳感器？它們之間有什么不同？相對式測振傳感器是選定相對不動點為參考點，測量被測物體相對于該參考點的相對運動。即將傳感器殼體固定在相對靜止的物體上，作為參考點，傳感器活動部分與被測物體連接或通過彈簧壓緊在被測物體上。測

25、振時，把兩者之間的相對運動直接記錄在記錄紙上或轉(zhuǎn)換成電量輸給測振儀。慣性式測振傳感器由質(zhì)量塊、彈簧和阻尼器組成。測振時整個傳感器固定安裝在被測物體上，由于慣性力、彈簧力及阻尼力的綜合作用，使質(zhì)量塊對傳感器殼體的相對運動來反映被測物體振動參數(shù)的變化。相對式傳感器用于測量結(jié)構(gòu)上兩部件間的相對振動。慣性式位移傳感器用于測量被測物體相對于地球慣性坐標系的絕對振動?！?-2】要使慣性式位移傳感器、慣性式速度傳感器和慣性式加速度傳感器的輸出量能夠準確的反映被測物體的振動參數(shù)，它們各應(yīng)該滿足什么條件？慣性式位移傳感器的響應(yīng)條件：（1）幅值不失真的條件是/n1，即傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率遠低于被測物體振動的下

26、限頻率。（2）選擇適當?shù)淖枘幔种?n=1處的共振峰，使幅頻特性平坦部分擴展，從而擴大傳感器可測的下限頻率。（3）降低傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率，擴展傳感器可測量振動的下限頻率。慣性式速度傳感器的響應(yīng)條件與慣性式位移傳感器的響應(yīng)條件相同。慣性式加速度傳感器的響應(yīng)條件：（1）幅值不失真的條件是/n1，即傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率遠高于被測物體振動的上限頻率。（2）選擇適當?shù)淖枘幔梢愿纳?n的共振峰處的幅頻特性，從而擴大傳感器可測的上限頻率。（3）提高傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率，擴展傳感器可測量振動的上限頻率。8-3】已知某應(yīng)變式加速度傳感器的阻尼比=0.7，當n時，傳感器的相頻特性可近似的表示為：（

27、）-0.5（/n）；設(shè)輸入信號是一個由多個諧波組成的周期信號：x（t）=xncos（n0t），當該信號經(jīng)過應(yīng)變式加速度傳感器時，其響應(yīng)為y（t）=xncos（n0tn）,式中n為整數(shù)，試證明輸出波形有沒有相位失真？【8-4】用某慣性式位移傳感器測量振動時，若要求其測量誤差不超過2%,問其可測頻率范圍有多大（取=0.6）?8-5】根據(jù)磁電式慣性速度傳感器的結(jié)構(gòu)，說明為了擴展可測下限頻率，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取了哪些措施？為了擴展被測頻率的下限，應(yīng)盡量降低慣性式速度傳感器的固有頻率，即加大慣性質(zhì)量、減小彈簧的軸向剛度?！?-6】壓電式加速度傳感器是否能夠測量常值加速度？為什么？不能。因為壓電式加速度傳感

28、器是基于某種晶體材料的壓電效應(yīng)而制成的慣性傳感器。傳感器受振時，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力隨之變化，當被測振動頻率遠低于傳感器的固有頻率時，這個力的變化與被測振動的加速度成正比。由于壓電效應(yīng)，在壓電元件中便產(chǎn)生了與被測加速度成正比的電荷量。常值加速度下力不變化，不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)。第九章應(yīng)變、力和扭矩的測量【9-1】一簡單拉伸試件上貼有兩片電阻應(yīng)變片，一片沿軸向，一片與之垂直，分別接入11電橋相鄰兩臂。已知試件彈性模量E2.010pa，泊松比0.3，應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2,供橋電壓Uo5V,若測得電橋輸出電壓UBD8.26mV,求試件上的軸向應(yīng)力為多少Pa？U BDUOJ ),又軸向應(yīng)力,所以將已知

29、量代入得：pa【9-2】以單臂工作為例，說明電橋?qū)崿F(xiàn)溫度補償必須符合哪些條件？參考答案：電橋?qū)崿F(xiàn)溫度補償?shù)臈l件是：兩只參數(shù)完全相同的應(yīng)變片，貼在相同材料的試件上,放在相同的溫度場中，接在相鄰橋臂，則電橋輸出可以補償這兩只應(yīng)變片由于溫度變化產(chǎn)生的電阻變化?！?-3】為了測量某軸所承受的扭矩，在其某截面的圓周上沿軸向45方向貼了兩個電阻11應(yīng)變片，組成半橋。已知軸徑d40mm,彈性模量E2.010Pa,泊松比0.3。若由靜態(tài)應(yīng)變儀測得讀數(shù)為1000,求該軸所受的扭矩大小?設(shè)扭矩為M NEMN 丁Wn,其中 Wn =0.2 d3 ,儀2 ,將已知量代入得Mn2.0 1011 10 3(1 0.3)

30、20.2 0.043即 MN 985N m【9-4】一構(gòu)件受拉彎綜合作用，試設(shè)計如何貼片組橋才能進行下述測試：（1）只測彎矩，并進行溫度補償，消除拉力的影響；（2）只測拉力，并進行溫度補償，消除彎矩的影響。【9-5】試述轉(zhuǎn)軸扭矩測量的原理和方法。參考答案轉(zhuǎn)軸扭矩測量方法基本分為兩大類，一是通過測量由剪應(yīng)力引起的應(yīng)變進而達到測量扭矩的目的；二是通過測量沿軸向相鄰兩截面間的相對轉(zhuǎn)角而達到測量扭矩的目的。11【9-6】有一扭矩標定小軸，其軸徑d=30mm彈性模量E2.010Pa,泊松比口3,加載力臂L=1000mm若用靜態(tài)應(yīng)變儀全橋測其應(yīng)力，若加載50N時，靜態(tài)應(yīng)變儀讀數(shù)為多少？用同種材料直徑D=3

31、00mmj軸進行實測，測試條件與標定完全相同，問當應(yīng)變儀讀數(shù)與上面標定相同時，實測軸所受的扭矩是多少？參考答案設(shè)扭矩為M N，則Mn50所以靜變儀的讀數(shù)為Wna/，其中MNL50,WN=0.2d，全橋儀4,2.01011儀30.20.033(10.3),解得儀=2402.01011240106若 D=300mmJM(1 0.3) 4N.m第十章溫度測量【10-1】當熱電偶的參考端溫度不為0C時，應(yīng)怎樣測量溫度？舉例說明。參考答案：若參考端溫度不為0c時，可按中間溫度定律公式計算:式中，Tn為中間溫度?！?0-2】分別說明熱電偶、金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻的特點和用途熱電偶一一具有結(jié)構(gòu)簡單、精確

32、度高、熱慣性小、測量范圍寬等特點，是應(yīng)用最廣泛的一種測溫元件。半導(dǎo)體熱敏電阻一一主要優(yōu)點是電阻溫度系數(shù)大、靈敏度高、分辨率高，而且體積小、熱慣性小、響應(yīng)速度快，主要缺點是非線性嚴重，因而精確度較低，在使用時一般需經(jīng)過線性化處理。金屬熱電阻一一金屬熱電阻具有精確度高、穩(wěn)定性好、性能可靠等特點。第十一章壓力和流量的測量11-11說明力平衡式壓力變送器的工作原理?！?1-2】利用彈簧管作為壓力敏感元件，試設(shè)計一個霍爾式壓力變送器。【11-3】流量主要有哪些測量方法？【11-4】電磁流量計有哪些特點？11-1力平衡式壓力變送器采用力矩平衡原理，將彈性元件測壓產(chǎn)生的集中力與輸出電流經(jīng)反饋裝置產(chǎn)生的反饋力

33、通過杠桿形成力矩平衡，這時的輸出電流值反映了被測壓力值。11-3流量的測量方法主要有：(1)容積法用容積法制成的流量計相當于一個具有標準容積的容器，連續(xù)不斷的流體進行度量。容積式流量計有橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、刮板流量計等。(2)速度法屬于這一類的有差壓式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、電磁流量計、渦輪流量計、超聲波流量計。(3)質(zhì)量流量法這種方法是測量與流體質(zhì)量有關(guān)的物理量，從而直接得到質(zhì)量流量，具有被測流量不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等變化影響的優(yōu)點。11-4電磁流量計的主要特有：(1)精度高，可達。5。(2)不受被測流體的壓力、溫度、密度、粘度等變化的影響。(3)不僅可以測量單相的導(dǎo)電性液體的流量，而且可以測量液固兩相介質(zhì)，還可以測量高溫、腐蝕性流體。(4)測量管內(nèi)沒有突出物，內(nèi)壁光滑，因此被測流體流過時，幾乎沒有壓力損失(5)結(jié)構(gòu)簡單可靠，沒有可動部件，壽命長。第十二章計算機控制測試系統(tǒng)12-1】計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計原則、設(shè)計內(nèi)容及設(shè)計步驟有哪些？12-2】計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有哪些功能部分組成？12-3】什