工程測試技術(shù)

《機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》課程試題人一、 填空題(20分，每空1分)測試技術(shù)是測量和實驗技術(shù)的統(tǒng)稱。工程測量可分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量。測量結(jié)果與 被測真值 之差稱為 。將電橋接成差動方式習以提高靈敏度，改善非線性，進行溫度補償。為了補償溫度變化給應變測量帶來的誤差，工作應變片與溫度補償應變片應接在相鄰橋臂上。調(diào)幅信號由載波的 幅值 攜帶信號的信息，而調(diào)頻信號則由載波的 頻率攜帶信號的信息。繪制周期信號x(t)的單邊頻譜圖，依據(jù)的數(shù)學表達式是一傅氏三角級數(shù)中的各項系數(shù)—，而雙邊頻譜圖的依據(jù)數(shù)學表達式是傅氏復指數(shù)級數(shù)中的各項系數(shù) 。信號的有效值又稱為均方根值 ，有效值的平方稱為均方值W2，它描述測試信號的強度(信號的平均功率)。確定性信號可分為周期信號和非周期信號兩類，前者頻譜特點是—離散的，后者頻譜特點是一連續(xù)的為了求取測試裝置本身的動態(tài)特性，常用的實驗方法是頻率響應法和階躍響應法—連續(xù)信號x(t)與5(t-10)進行卷積其結(jié)果是：x(t)*8(t-10)=x(t-10)；其幾何意義是_ 把原函數(shù)圖像平移至10位置處。二、 選擇題(20分，每題2分)直流電橋同一橋臂增加應變片數(shù)時，電橋靈敏度將(C)。A.增大B.減少C.不變D.變化不定調(diào)制可以看成是調(diào)制信號與載波信號(A)。A相乘B.相加C.相減D.相除描述周期信號的數(shù)學工具是(D)。A.相關(guān)函數(shù)B.拉氏變換C.傅氏變換D.傅氏級數(shù)下列函數(shù)表達式中，（C）是周期信號。f …5cos10兀t 當下>0x（t）={0 當t<0x（t）=20eL/cos20兀t（一3<t<+3）x（t）=5sin20kt+10cos10兀t（—3<t<+3）時域信號的時間尺度壓縮時，則其頻帶的變化為（B）。A.頻帶變窄、幅值增高B.頻帶變寬、幅值壓低C.頻帶變窄、幅值壓低D.頻帶變寬、幅值增高非線性度是表示定度曲線（A）的程度。A.偏離其擬合直線 B.接近真值 C.正反行程的不重合一般來說，測試系統(tǒng)的靈敏度越高，則其測量范圍（B）。A.越寬B.越窄C.不變下列哪一種敏感元件不屬于彈性式壓力敏感元件（D）A.波登管 B.膜片C.波紋管 D.電阻應變片對于單向應力狀態(tài)的測量，貼應變片時，應變片的方向與主應力方向應該相交成（A）A.0° B.45°C.90° D.30°二階裝置引入合適阻尼的目的是（C）。A.使系統(tǒng)不發(fā)生共振 B.使得讀數(shù)穩(wěn)定C.獲得較好的幅頻、相頻特性三、簡答題（共30分）信號分析和處理必需遵循的原則有哪幾點？（4分）周期信號的頻譜具有哪幾個特點？（6分）現(xiàn)有電阻R和R，電感L和電容C，連結(jié)成四臂交流電橋，試畫出能滿足電橋平衡的正確接橋方法，并寫出該電橋的平衡條件。（設(shè)激勵為七，輸出為uo）。（5分）在使用電阻應變片時，發(fā)現(xiàn)靈敏度不夠，若在工作電橋上增加電阻應變片的數(shù)量以提

高靈敏度。試問在半橋上各串聯(lián)一片的情況下，是否可以提高靈敏度？為什么？（5分）什么是調(diào)制和解調(diào)？為什么要調(diào)制？（5分）在機械工程中常見的有哪些參數(shù)的測量？（5分）四、計算題（共20分，每小題10分）求如圖所示三角脈沖信號的頻譜。用電阻應變片及雙臂電橋懸臂梁的應變￡。其貼片及組橋方法如圖所示。已知圖中R=R=R=R=120Q，上下貼片位置對稱，應變片的靈敏度系數(shù)k=2。應變值112 2￡=10X￡=10X10-3，電橋供橋電壓u=3V。i試分別求出如圖組成橋路時的輸出電壓u=?o五、綜合設(shè)計題（共10分）請選擇以下兩種測量要求其中的一種，設(shè)計實驗過程（包括傳感器的選用，傳感器的安裝，信號的傳輸，信號的分析和處理等內(nèi)容），并簡述其過程。（1） 針對載重卡車載物量進行過磅測量，試設(shè)計一測試裝置并說明其工作原理；（2） 大功率傳動軸在長時間的帶載運轉(zhuǎn)下可能發(fā)生疲勞損壞，為了保證整機安全，防止事故的發(fā)生，對軸的扭振進行測量和監(jiān)控，試設(shè)計一測試裝置并說明其工作原理?！稒C械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》課程試題B一、填空題（20分，每空1分）1、 由信息與信號的關(guān)系可知，信號是（信息）的。2、 數(shù)字信號是指時間和幅值都具有（離散性）特性的信號。3、 為了求取測試裝置本身的動態(tài)特性，常用的實驗方法是（頻率響應法）和（階躍響應法）。4、 模似信號是指時間和幅值都具有（連續(xù)性）特性的信號。5、 正弦信號的自相關(guān)函數(shù)是一個同頻的（余弦）函數(shù)。6、 直流電橋的平衡條件是（ 相對電阻的乘積相等 ）。7、 濾波器的分辨率越高，則測量信號時其響應速度（越慢）。8、 帶通濾波器的中心頻率F=500HZ，負3分貝點的帶寬B=10HZ，則該濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q=（50 ）。9、 單位頻寬上的幅值表示的是（頻譜密度 ）函數(shù)。將電橋接成差動方式習以提高—靈敏度；，改善非線性，進行—溫度補償。調(diào)幅信號由載波的—幅值；攜帶信號的信息，而調(diào)頻信號則由載波的—頻率攜帶信號的信息。3.調(diào)幅過程在頻域相當于—頻率搬移過程，調(diào)幅裝置實質(zhì)上是一個—乘法石器。測試技術(shù)是測量和實驗技術(shù)的統(tǒng)稱。工程測量可分為—靜態(tài)測量和動態(tài)測量。測量結(jié)果與被測真值之差稱為測量誤差。確定性信號可分為周期信號和非周期信號兩類，前者頻譜特點八離散的，后者頻譜特點是_連續(xù)的繪制周期信號x(t)的單邊頻譜圖，依據(jù)的數(shù)學表達式是—傅氏三角級數(shù)中的各項系數(shù)，而雙邊頻譜圖的依據(jù)數(shù)學表達式是—傅氏復指數(shù)級數(shù)中的各項系數(shù)。周期信號的傅氏三角級數(shù)中的〃是從0到+8展開的。傅氏復指數(shù)級數(shù)中的〃是從—8 至I」+8 展開的。周期信號x(t)的傅氏三角級數(shù)展開式中：氣表示_余弦分量的幅值；,氣表示 正弦分量的幅彳 ，^0表示直流分量。余弦函數(shù)只有—實頻譜圖，正弦函數(shù)只有_虛頻譜圖。10.單位脈沖函數(shù)5(t-10)與在10點連續(xù)的模擬信號f(t)的下列積分:』8f(t)5(t-1)dt=_f(t)。這一性質(zhì)稱為_脈沖采樣.-8 0 0二、選擇題(20分，每題2分)為了保證實現(xiàn)極距變化型差動電容傳感器的差動工作，傳感器的兩個電容應當連接成(A)。A.并聯(lián)電路B.串聯(lián)電路C.電橋電路要使RC低通濾波器的通帶加寬，則RC值應(B)。A.增加B.減少C.不變描述非周期信號的數(shù)學工具是^。A三角函數(shù) B.拉氏變換C.傅氏變換D.傅氏級數(shù)下列信號中.C 信號的頻譜是連續(xù)的。x(t)=Asin(wt+中)+Bsin(3wt+中)x(t)=5sin30t+3sinV50tx(t)=e-atsinst數(shù)字信號的特征是B。A.時間上離散、幅值上連續(xù) B.時間、幅值上均離散

C.時間、幅值上都連續(xù)D.時間上連續(xù)、幅值上量化測試裝置能檢測輸入信號的最小變化能力，稱為（D）。A.精度B.靈敏度C.精密度D.分辨率測試裝置的脈沖響應函數(shù)與它的頻率響應函數(shù)間的關(guān)系是（B）。A.卷積B.傅氏變換對C.拉氏變換對D.微分多種信號之和的頻譜是_^。A.離散的B.連續(xù)的C.隨機的D.周期的二階裝置，用相頻特性中甲（w）=-900時所對應的頻率w作為系統(tǒng)的固有頻率的估計值，該值與系統(tǒng)阻尼率的大?。˙）。A.有關(guān)B.無關(guān) C.略有關(guān)系 D.有很大關(guān)系C2clA.Jfjf-/B./=C2clA.Jfjf-/B./=L23:L0 、c2cl 0 2C.￡f-f

f°=^r^C.三、簡答題（共30分）1.測量按測量值獲得的方法進行分類有哪些?(6’(4’)4.下面四個圖分別是哪一種濾波器的幅頻曲線特性圖，并說明各自的工作特征。（4’）試敘述信號的采樣和截斷的過程是怎樣實現(xiàn)的，結(jié)果如何？（5’）電器式傳感器包括哪幾種，各自的工作原理如何？（5’）四、計算題（共20分，每小題10分）對稱方波的波形圖如圖所示。求傅里葉級數(shù)的三角形式展開，并畫出頻譜。.E)如圖所示為兩直流電橋，其中圖(a)稱為臥式橋，圖(b)稱為立式橋，且R=R=R=R=R，R、R為應變片，R，R為固定電阻。試求在電阻應變片阻1 2 3 4 0 1 2 3 4值變化為AR時，兩電橋的輸出電壓表達式并加以比較。日1一日1一cKi—五、分析題(10分)在輸油管道上，常裝有監(jiān)測裝置用以監(jiān)測管道的裂損或泄漏，并能確定損傷位置，如圖5-21所示。

《機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》課程A答案一、 填空題（20分，每空1分）靜態(tài)測量；動態(tài)測量 2.被測真值；測量誤差靈敏度；溫度 4.補償；相鄰5.幅值；頻率 6.傅氏三角級數(shù)中的各項系數(shù)；傅氏復指數(shù)級數(shù)中的各項系數(shù)。均方根值；均方值W2 8.離散的；連續(xù)的9.頻率響應法；階躍響應法1。.血=）；把原函數(shù)圖像平移至，。位置處二、 選擇題（20分，每小題2分）題號12345678910答案CADCBABDAC三、簡答題（共30分）信號分析和處理必需遵循的原則有哪幾點？（4分）答：①各環(huán)節(jié)的輸入量與輸出量之間應保持一一對應的關(guān)系，并盡量不失真；（2’）②盡可能減小或消除各種干擾。（2’）周期信號的頻譜具有哪幾個特點？（6分）答：①周期信號的頻譜是離散的。（2’）每條譜線只出現(xiàn)在基波頻率的整倍數(shù)上，基波頻率是各分量頻率的公約數(shù)。（2’）各頻率分量的譜線高度表示該諧波的幅值或相位角。工程中常見的周期信號，其諧波幅值總的趨勢是隨諧波次數(shù)的增高而減小的。因此，在頻譜分析中沒必要取那些次數(shù)過高的諧波分量。（2’）現(xiàn)有電阻R1和R2，電感L和電容C，連結(jié)成四臂交流電橋，試畫出能滿足電橋平衡的正確接橋方法，并寫出該電橋的平衡條件。（設(shè)激勵為"?，輸出為uo）。（5分）答：正確的接橋方法如圖所示：（3’）

電橋的平衡條件是:RR12=jwL電橋的平衡條件是:RR12=jwL? =—jwCC(2’)有人在使用電阻應變片時，發(fā)現(xiàn)靈敏度不夠，于是試圖在工作電橋上增加電阻應變片數(shù)以提高靈敏度。試問，在半橋上各串聯(lián)一片的情況下，是否可以提高靈敏度？為什么？（5分）答：不能提高靈敏度。因為半橋雙臂時，其輸出電壓為：1NRu=2ur（2’）2ARNR當量橋臂各串聯(lián)電阻應變片時，其電阻的相對變化量為”=W（2’）2R R即仍然沒有發(fā)生變化，故靈敏度不變。要提高靈敏度只能將雙臂電橋改為全橋連接。這時u=uAR。（1’）oiR什么是調(diào)制和解調(diào)？為什么要調(diào)制？（5分）答：所謂調(diào)制，就是在調(diào)制信號（測試信號）的控制下，使載波信號（工作信號）的某些參數(shù)（如幅值、頻率、相位）發(fā)生變化的過程。（2’）解調(diào)，就是從已調(diào)制波中恢復出調(diào)制信號的過程一般的被測量，如力、位移、應變等，經(jīng)傳感器檢測變換后，常常是一些緩變的電信號。（1’）經(jīng)過調(diào)制后，采用交流放大，比直接用直流放大，效果好；另外，調(diào)制波抗干擾能力強，也便于傳輸。（2’）在機械工程中常見的有哪些參數(shù)的測量？（5分）答：在機械工程的測試過程中，常見的參數(shù)測量有：應力的測量；應變的測量；扭矩的測量、振動信號的測量；聲強測量；聲發(fā)射測量；位移的測量；流量的測量；壓力的測量等。（每一種0.5分）

四、計算題（共20分，每小題10分）求如圖所示三角脈沖信號的頻譜。解：一個周期內(nèi)的表達式為：T0<t<（2’）2（2’）T--<t<02（1’）因為x（t）為偶函數(shù)，所以b^=0，n=1,2,3（1’）=fT/2^(t)=fT/2^(t)dt=—\T-T/2 T0=2fTT/2x(t)cosn①tdt=tT/22Atdt=8112T—fT/2翌tcosn①tdt=竺——-——(cosn兀-1)(2’)-0T0T2(n①)2-4A2A(n兀)2[(-1)n-1]={(n兀)20n=1,3,5n=2,4,6出此得出此得x（t）的三角函數(shù)形式傅里葉級數(shù)展開為x(t)x(t)=a+切n=1A 4AV(acosnot+bsinnot)=—一———n=1,3,51 2n?！猚os t(1’)n2 Tn次諧波分量的幅值n次諧波分量的幅值A(chǔ)=<a2+b2=4"（1’）nnnn2兀2n次諧波分量的相位b平=-arctanf=-兀(1’)n畫出x（畫出x（t）的頻譜如圖所示。試分別求出如圖組成橋路時的輸出電壓"-o（2’）用電阻應變片及雙臂電橋懸臂梁的應變￡。其貼片及組橋方法如圖所示。已知圖中R=R=R=試分別求出如圖組成橋路時的輸出電壓"-o（2’）用電阻應變片及雙臂電橋懸臂梁的應變￡。其貼片及組橋方法如圖所示。已知圖中R=R=R=R-120Q，上下貼片位112 2置對稱，應變片的靈敏度系數(shù)左-2。應變值￡=10X10-3，電橋供橋電壓u=3V。解：如圖（b）組橋時的輸出電壓為（5’）u-(―!±^w)u

oR]+AR+R2-AR2R+R/R+AR 1 AR- u-—u———-uR]+R2 i2i 2Ri1-萬k￡u=0.03(V)如圖（c）組橋時的輸出電壓為, R+AR+R'+AR' R、u—( 1 1 1 1 )uoR+AR+R+AR'+R2+R-AR'-AR R+Ri1111 2 2 2（5’）2R+2AR 1 u——uAR uRi-0.03(V)五、分析題（10分）因題型范圍較寬，無確定的參考答案，視學生具體答題情況給分?！稒C械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》課程B答案一、填空題（20分，每空1分）1.靈敏度；溫度 2.幅值；頻率3.頻率搬移乘法器4.靜態(tài)測量、動態(tài)測量離散的、連續(xù)的6.傅氏三角級數(shù)中的各項系數(shù)、傅氏復指數(shù)級數(shù)中的各項系數(shù)。7.-8；+8； 8.余弦分量的幅值；正弦分量的幅值9.實頻；虛頻9.實頻；虛頻10.f任。）；脈沖采樣二、選擇題（20分，每小題2分）題號12345678910答案ABCCBDBCBA三、簡答題（共30分，每小題5分）測量按測量值獲得的方法進行分類有哪些？（6’）答：直接測量一一指無需經(jīng)過函數(shù)關(guān)系的計算，直接通過測量儀器得到被測值得測量。（等精度直接測量和不等精度直接測量）；（2’）間接測量一一指在直接測量值的基礎(chǔ)上，根據(jù)已知函數(shù)關(guān)系，計算被測量的量值的測量；（2’）組合測量一一指將直接測量或間接測量與被測量值之間按已知關(guān)系組合成一組方程（函數(shù)關(guān)系），通過解方程組得到被測值得方法。（2’）重復性誤差和遲滯誤差有何區(qū)別？（6’）答：重復性是指測試裝置在輸入按同一方向做全量程連續(xù)多次變動時，所得特性曲線不一致的程度。一般來說正行程的最大重復性偏差為AR^q，反行程的最大重復性偏差為ARmax2，重復性誤差取這兩個最大偏差中的較大者，再以滿量程輸出y^的百分數(shù)表示。即r=ARmxX100%（3’）Ryfs遲滯是測試裝置在正反行程中輸入輸出曲線的不重合程度。即r=^mxX100%Hyfs式中，AHmax是正反行程間，對于同一輸入雖的最大差值。（3’）什么是不失真測試，不失真測試的條件是什么？（4’）答：若A0,10都是常數(shù)，如果一個測試裝置，則有y（t）=A0x（t-10），即認為該測試裝置實現(xiàn)了不失真測量。（2’）這表明，輸出信號較輸入信號，幅值放大了A0倍，時間上滯后了10，波形一致。對上式作傅里葉變換，有Y（①）=A0e-jt0oX（①）。所以，若要實現(xiàn)輸出波形不失真，其幅頻、相頻特性應滿足如下條件A（w）=A=常數(shù);（①）=-tQ。0 0（2’）答：①低通濾波器0vfvf2之間為通頻帶，f>f2的頻率成分極大地衰減；（1’）高通濾波器fivfV8之間為通頻帶，fvfi的頻率成分極大地衰減；（1’）帶通濾波器fivfvf2之間為通頻帶，其它的頻率成分極大地衰減；（1’）帶阻濾波器fivfvf2之間為阻帶頻率，其它的頻率成分通頻帶。（1’）5.試敘述信號的采樣和截斷的過程是怎樣實現(xiàn)的，結(jié)果如何？（5’）答：采樣就是對時間歷程x（t）進行等時間距離的信號“摘取”，以便于計算機的存儲和計算分析。(2’)而由因為計算機只能對有限長的信號進行處理，所以，必須截斷過長的信號時間歷程x(t)進行截斷，即對信號加窗。所加窗寬為了的矩形窗函數(shù)w(t)，其傅里葉變換W(f)是一個無限帶寬的sinc函數(shù)。(2’)采用矩形窗函數(shù)w(t)截斷采樣信號，就是將采樣信號x(t)s(t)，乘以時域有限寬矩形窗函數(shù)w(t)；其時域和頻域數(shù)學描述為x(t).(t)w(t)—X(f)*S(f)*W(f)(1’)電器式傳感器包括哪幾種，各自的工作原理如何？(5’)答：包括電阻式、電感式、電容式三種。電阻式傳感器工作原理：把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種裝置；(2’)電感式傳感器工作原理：把被測量如位移轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置；(2’)電容式傳感器工作原理：把被測物理量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種裝置。(1’)四、計算題(共20分，每小題10分)1.對稱方波的波形圖如圖所示。求傅里葉級數(shù)的三角形式展開，并畫出頻譜。周期的一半，"=§，(1’)將此代入式可得ptsin性沖”Elw 2 2E.nna= 1 =——sin——；b=0(3’)nnnwt nn 2n——i—2因此，對稱方波的傅立葉級數(shù)三角函數(shù)形式為：

2E<1.n兀 ，2E, ,1,1——乙一?sin——-cosnwt=——(coswt一一wt+—wt-)(2’)n2 i兀13151圖(b)圖(b)