1、1机械测试技术复习题一、选择题1. 如果隔振台对低频激励起不了明显的隔振作用，但对高频激励却有很好的隔振作用，那么，隔振台属于 。A 高通滤波器 B 低通滤波器 C 带通滤波器 D 带阻滤波器2. 离散、周期的时域信号频谱的特点是（ ）的。A 非周期、离散 B 非周期、连续 C、周期、离散 D 周期、连续3. 描述传感器静态特性的指标有 。A 幅频特性 B 稳定时间 C 动态范围 D 线性度4. 信号的时域描述与频域描述通过（ ）来建立关联。A 拉氏变换 B 卷积 C 傅立叶变换 D 相乘5. 按传感器能量源分类，以下传感器不属于能量控制型的是（ ） 。A 电阻传感器 B 电感传感器 C 光电
2、传感器 D 电容传感器6单位脉冲函数的采样特性表达式为 。A B )(d)(00txtx )()(*)00txttxC D *)t 17. 对连续信号进行采样时，若信号的记录时间不变，采样频率越高，则（ ） 。A 泄漏误差越大 B 频率混叠越严重C 采样点数越多 D 频域分辨率越低8压电式传感器目前多用于测量 。A 静态力 B 温度 C 速度 D 加速度与动态力9. 周期信号傅立叶级数中的各项系数表示各谐波分量的（ ） 。A 相位 B 周期 C 振幅 D 频率10. 测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为（ ） 。A 精度 B 灵敏度 C 精密度 D 分辨力11. A/D 转换器的位数越多
3、，则其（ ） 。A 分辨力越低 B 转换精度越高 C 转换速度越快 D 转换时间越短12当 时，两信号的互相关函数呈周期变化，说明两信号必定 。A 为周期信号 B 含有同频率的周期成分 C 为非周期信号 D 含有不同频率的周期成分13. 不能用于材料厚度的非接触测量的传感器为（ ） 。A 涡流式 B 电容式 C 压电式 D 光电式14. 数字信号的特征是（ ） 。A 时间上离散，幅值上连续 B 时间、幅值上都离散C 时间上连续，幅值上量化 D 时间、幅值上都连续215. 滤波器的带宽越小，表示该滤波器 。A 建立时间越短，频率分辨率越低 B 建立时间越长，频率分辨率越低C 建立时间越短，频率分
4、辨率越高 D 建立时间越长，频率分辨率越高16. 电路中鉴频器的作用是（ ） 。A、使高频电压转变成直流电压 B、使电感量转变为电压量C、使频率变化转变为电压变化 D、使频率转变为电流17. 不能用涡流式传感器进行测量的是（ ） 。A、位移 B、材质鉴别 C、探伤 D、非金属材料18. 调幅过程相当于在时域中将调制信号与载波信号（ ） 。A、相乘 B、相除 C、相加 D、相减19. 测试系统动态特性的测定方法包括阶跃响应试验和 试验。A 频率响应 B 脉冲响应 C 传递函数 D 任意输入响应20理想滤波器在通带内的幅频特性为（ ） 。A 常数 B 零 C 零或常数 D 无法确定21当 时，两信
5、号的互相关函数呈周期变化，说明两信号必定（ ） 。A 为周期信号 B 含有同频率的周期成分 C 为非周期信号 D 含有不同频率的周期成分22动态电阻应变仪中相敏检波电路的作用是（ ） 。A 幅值调制 B 频率解调 C 幅值解调 D 滤波23传感器灵敏度越高，表示该传感器（ ） 。A 工作频带越宽 B 单位输入引起的输出量越大C 线性范围越宽 D 允许的输入量越大24滤波器的-3dB 频率指输出信号幅值为输入信号幅值的（ ）时所对应的截止频率。A B 1 C D 1/222/25直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将（ ） 。A不变 B减少 C. 增大 D.变化不定二、填空题1.作为传感器
6、的核心部件，直接感受被测物理量并对其进行转换的元件称为 。2. 测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为 和 。3.在外力作用下，金属应变式传感器主要产生几何尺寸变化，而压阻式传感器主要是 发生变化，两者都引起 发生变化。4. 确定测量装置动态特性的测量方法有 和 。5电荷放大器常用做 传感器的后续放大电路，该放大器的 与传感器产生的 成正比，与电缆引线所形成的分布电容无关。36. 电涡流传感器是利用 金属 材料的电涡流效应工作，可分为低频 式和高频 式两种，其中前者常用于材料厚度的测量。7已知 ， 为单位脉冲函数，则积分 =。ttxsin12dttx28. RC 低通滤波器中的 RC
7、值越大，则其上限截止频率越 。9.对应于信号的三要素，信号调制可分为： ， 和 。10在调制解调技术中，将控制高频振荡的低频信号称为 ，载送低频信号的高频振荡信号称为，将经过调制过程所得的高频振荡波称为。11. 周期信号的频谱具有三个特点： ， ， 。12.电感式和电容式传感器常采用 结构来提高其灵敏度，改善 。13.电桥的作用是把电感、电阻、电容的变化转化为 输出的装置。14. 频率混叠是由于引起的，泄漏则是由于所引起的。15.在 为 情况下，自相关函数值达到最大值。16.衡量传感器在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标为 。17信号的有效值又称为 ，有
8、效值的平方称为 ，它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。18.将电桥接成差动方式习以提高 ，改善非线性，进行补偿。19.常用滤波器的上、下截止频率 、 的定义为 幅频特性曲线降为最大值的 倍时1cf2 2/1对应的频率为截止频率 ，其带宽 ，若为倍频程滤波器 与 的关系为 。B1cf220.连续信号 与 进行卷积其结果是： 。其几何意义是 把()xt0)t0()xtt原函数图像平移至 位置处 。21.调频是利用信号电压的 控制一个振荡器，使其输出为等幅波，而与信号电压成正比。22.描述一阶系统动态特性的参数是 ，其值越 ，则该系统频带越宽，响应越快。三、判断题1. （ ）频响函数反映了系统响
9、应的稳态过程。2.（ ）压电式加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。3 （ ）一般是以时间为独立变量的，称为信号的时域描述。 4. （ ）直流信号具有无限的频谱。5 （ ）窗函数频谱的主峰瓣越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信号所引起的误差越小。6 （ ）电动式激振器所产生的激振力与线圈所产生的电动力相等。7.（ ）若传感器的灵敏度为常数，则表明该传感器的输出、输入关系为线性关系。8 （ ）灵敏度是没有量纲的。 49.（ ）在数字信号处理过程中，量化误差大小与 A/D 转换器的位数无关。10.（ ）传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。11 （ ）按输出信号分类，传感器可分为模拟式传感器和数字式
10、传感器。12 （ ）恒带宽滤波器的中心频率越高，其带宽越宽。13.（ ）电阻应变式传感器只用于测定结构的应力或应变。 14.（ ）涡流传感器属于有源传感器。15.（ ）压电式传感器的工作原理是利用某些物质的压电效应。 16.（ ）调幅波是载波与调制信号的叠加。17. （ ）稳态响应法不能用于一阶系统的动态特性测试。18.（ ）若系统是完全线性的，则输入输出的相干函数一定为 1。19.（ ）非周期信号的频谱是连续的。20.（ ）所有周期信号都是功率信号。21.（ ）随机激振属于宽带激振法。22.（ ）滑线变阻器式传感器不适于微小位移量的测量。四、简答题1. 什么是霍尔效应? 为什么说只有半导体材
11、料才适于制造霍尔片？答：当置于磁场中的静止载流导体中的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。霍尔常数 RH 等于霍尔片材料的电阻率 与电子迁移率 的乘积，即 。若想增强霍HR尔效应，则需要有较大的霍尔系数 RH，因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。一般金属材料载流子迁移率很高，但电阻率很小；而绝缘材料电阻率极高，但载流子移率极低，故只有半导体材料才适于制造霍尔片。2根据滤波器的选频作用，一般将滤波器分为低通、高通、带通和带阻滤波器。下图为这些滤波器的幅频特性，请分别标注出来。并列出 4 个实际滤波器的主要特征参数。
12、0ffc20ffc1)(fAffc1f2 ffc1fc211 110 0)(fA)(fA)(fA(a) 带通 (b) 高通 (c) 带阻 (d) 低通 主要特征参数（任选 4 个）：(1) 截止频率(2) 带宽(3) 纹波幅度5(4) 品质因子(5) 倍频程选择性(6) 滤波器因数3.何谓压电效应? 压电式传感器对测量电路有何特殊要求? 为什么?答：某些物质在外力的作用下，不仅几何尺寸发生了变化，而且内部极化，某些表面上出现电荷，形成电场。当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这一性质称为压电效应。压电式传感器的测量电路必须有高输入阻抗并在输入端并联一定的电容 Ci 以加大时间常数 。CR0主要
13、是为了在测量动态量时，获得一定的输出电压并实现不失真测量。4.从时域和频域角度说明测试装置的不失真测量条件。答：时域：当测试装置的输入 x(t)与输出 y(t)满足方程 ，A 0 和 t0 为常量，则)()0txty称该装置为不失真测试装置。频域：测试装置的频率响应函数 ，其实现不失真测量的条件是幅频特性为常0)H(jtjeA数，相频特性为直线。即： ， 0)()(tjH5.现有电阻 R1 和 R2，电感 L 和电容 C，连结成四臂交流电桥，试画出能满足电桥平衡的正确接桥方法，并写出该电桥的平衡条件。 （设激励为 Ui，输出为 U0） 。 （5 分）答：正确的接桥方法如图所示：电桥的平衡条件是
14、： 121LRjwC6.什么是调制，调制的目的是什么，如何实现对信号进行调幅和解调？答：调制是指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的某个参数的过程。信号调理的的目的是：（1）实现缓变信号的传输，特别是远距离传输 （2）提高信号传输中的抗干扰能力和信噪比。对信号进行调幅是将一个高频载波信号与被测信号相乘，使得高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。可使用同步解调、直流检波和相敏检波的方式来实现对信号进行解调。7. 选用传感器的原则是什么？（10 分）答：选用传感器的基本原则是：选用的传感器其性能应当与被测信号的性质相匹配。（1）静态特性方面：a 、应使被测量的变化范围在传感器的线性范围以内
15、，并保证线性误差在允许范围内；b、传感器的分辨率（力）从数据上应小于测量要求的分辨率（力）c、满足6实际要求的条件下，精度不宜过高。8. 图为采用某一种传感器测量不同的非电量的示意图。图中被测物体 2 均为金属材料制成，1 为传感器。试问：（1）该种传感器是何种传感器？（2）图中分别测量的是哪些非电量？（3）总结该种传感器的两个优点。1212 21（a） （b） （c ）答：（1）涡流传感器（2） （a）测转速， （b）测材料的厚度， （c ）计数（3）结构简单，使用方便，非接触测量等优点9. 说明线性系统的频率保持性在测量中的作用。答：（1）线性系统的频率保持性，在测试工作中具有非常重要的作
16、用。因为在实际测试中，测试得到的信号常常会受到其他信号或噪声的干扰，这时依据频率保持特性可以认定测得信号中只有与输入信号相同的频率成分才是真正由输入引起的输出。（2）同样，在故障诊断中，根据测试信号的主要频率成分，在排除干扰的基础上，依据频率保持特性推出输入信号也应包含该频率成分，通过寻找产生该频率成分的原因，就可以诊断出故障的原因。 五、1求下图周期性锯齿波 的傅立叶级数，并绘出其频谱图。22TttTxtT/2-T/21-10 x(t)解： 0na7整 数 k12cos2 dcoscos8dsin8dsin4 2/00/022/002/00nn tnnttTttTttTb Tn tttttt
17、x 00000 5sin13si4sin3i1-i nbA为 偶 数为 奇 数n02034050n200340502. 一阶系统受到一个阶跃输入的作用，在 2 秒时达到输入最大值的 20%，试求：测试系统的时间常数和当输出达到最大值的 95%时，需多长时间？解： 0%e1ttxy0.8ln29s当输出达到最大值的 95%时， 95e111tttxy05.e91t27sln3.求周期余弦信号 的均值、均方值、自相关函数和自谱。tAtxco解：均值 0ds1dlim00 TTx t均方值 2dcos121022 AtTAtT 自相关函数 tttxRTx cscs1dli 00 自谱 2ASx4.
18、设真值为 2.00mA，测量结果为 1.99 mA，求误差、绝对误差和相对误差？答：误差为：2.00mA-1.99 mA=0.01mA绝对误差为：2.00mA-1.99 mA=0.01mA相对误差为：（2.00mA-1.99 mA）/（2.00mA）=0.5%85有一薄壁圆管式拉力传感器如下图所示。已知其弹性元件材料的泊松比为 0.3，电阻应变片 和 阻值相同，且灵敏系数均为 2，应变片贴片位置如图所示。若受拉力 作321R、 4 P用，问：(1) 欲测量拉力 的大小，应如何正确组成电桥？请画出相应的电桥。P(2) 当供桥电压 ， 时，输出电压 是多少（ ）？Vie0321oe610R2R13
19、4PP R1R234解：(1) 为了测量力 P 大小，测试电桥应如下图所示连接：(2) 设 R1、R2、R3、R4 应变分别为 1， 2， 3， 4。因为泊松比 =0.3，故 R3、R4 的应变 3=4=-1=-0.3300=-90 78mV.02903041443214321 ii eKeRRe 6一个电容测微仪，其传感器的圆形极板半径为 4mm，工作初始间隙 0.3mm，介电常数为8.8510-12F/m，试求：(1) 工作中，若传感器参与工作的间隙变化量为 2 ，电容变化量是多少？(2) 若测量电路的灵敏度为 100mV/pF，读数仪表的灵敏度为 5 格/mV ，当间隙变化量还为 2，读
20、数仪表示值变化多少格？m解：(1) 相对面积 A=r2=5.02710-5m2由于两极板间距变化引起的电容变化量为： PF109.85102103.758.AC 36252 (2) 仪表示值变化格数为：N=5100(-C)=51009.8510-3=4.9 格7已知周期矩形脉冲信号的傅立叶级数展开式为： ，其时域波形ntjneTctx0)(si)(R1 R4R3 R2e0ei9和频谱如下图所示。其中周期矩形脉冲的周期为 ，脉冲宽度为 。T（1） 若 ms， ，该周期矩形脉冲信号的带宽为 4000 Hz，谱线间隔为25.0ms1T1000 Hz。（2） 若矩形脉冲幅度和宽度 保持不变，周期变为
21、时，其带宽为 4000 Hz、谱线ms2T间隔为 500 Hz，频谱最大幅度为 0.125 。8. 已知某位移传感器的位移测量值右侧表所列，其拟合直线为 ，试问：xy8.62此拟合直线能否满足线性误差小于 5%的要求？(4 分)答：根据已有拟合直线，计算当 取不同值时，对应的 值xy及误差为：当 时， ， 对应误差为-2.20x2.8.62y当 时， ， 对应误差为 0.3885.1310x当 时， ， 对应误差为 0.2643x.y当 时， ， 对应误差为 1.25692.25682x当 时， ， 对应误差为 0.0966x09.4.y当 时， ， 对应误差为-2.08437.117x所以，最大误差出现在当 时，此时误差2.maxL线性误差为 ，故此拟合直线能满足线性误差%54.1052.%10max YLm/V/0 0.0010 1.8520 3.4530 4.9240 6.2250 7.379小于 5%的要求。
