1、机械工程测试技术基础综合复习题 1问答题1、什么是测试装置的静态特性？常用哪几个特性参数来描述？答：测试装置的静态特性就是指在静态测量情况下描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度。常用的特性参数有灵敏度、线性度和回程误差等。2、实现不失真测试的条件是什么？分别叙述一、二阶装置满足什么条件才能基本上保证不失真测试。答：测试装置实现不失真测试的条件是A（ ）= =常数 （ ）=-为满足上述条件，对于一阶装置，时间常数 原则上越小越好，对于二阶装置一般选取 =0.60.8， =00.58 n.3、 调制波有哪几种？分别说明其含义，并指出常用的有哪两种。答：调制波有调幅波、调频波和调相波三种。载
2、波信号的幅值受调制信号控制时，输出的已调波称为调幅波；载波信号的频率受调制信号控制时，输出的已调波称为调频波；载波信号的相位受调制信号控制时，输出的已调波称为调相波；常用的调制波有调幅波和调频波两种。4、 选用传感器时应考虑到哪些原则？答： 选用传感器时应考虑到以下原则：（1）灵敏度 （2）响应特性 （3）线性范围 （4）可靠性 （5）精确度 （6）测量方法 （7）稳定性及其他5、电器式传感器包括哪几种，各自的工作原理如何？答：包括电阻式、电感式、电容式三种。电阻式传感器工作原理：把被测量转换为电阻变化的一种装置；电感式传感器工作原理：把被测量如位移转换为电感量变化的一种装置；电容式传感器工作
3、原理：把被测物理量转换为电容量变化的一种装置。计算题1、求图中周期性三角波的傅里叶级数。解：在 x(t)的一个周期中可表示为 x(t)=常值分量= = = 余弦分量的幅值= = = = 正弦分量的幅值= = 02、求传递函数为 H（s）= 的系统对正弦输入 x(t)=10sin(62.8t)的稳态响应 y(t)。解：y(t)=10H()|sin(62.8t+)且 |H( )|=arctg( )=-t (0.01*62.8)=-所以 y(t)=42.3sin(62.8t-)所以幅值误差为 5*10-42.3=7.7，相位误差为 32一、 问答题1、 答：测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索
4、型的、论证型的测量过程，也是获取信息的过程。（1） 测量对象（2） 传感器：在测试系统和被测试对象之间建立了一定的连接关系，它直接感受被测量并将其转换成电信号。是测试系统中的关键部件。（3） 中间转换电路（信号调理电路）：作用是将传感器的输出信号 进行传输、放大和转换，使其适合显示、纪录、数据处理。（4） 信号处理单衣：它是以计算机为核心对中间转换电路的输出信号作进一步地处理（如：计算、频谱分析、数据储存等）（5） 显示、记录部分：作用是输出测试结果。2、答：相同之处在于：都是将被测量的变化转换为电阻的变化，且 dR/R=(1+2H)+E,其中 H 为材料的泊桑比，E 为材料的弹性模量，(1+
5、2H) 是由几何尺寸变化引起的阻值变化，E 是由电阻率的变化引起的阻值变化。不同的是，电阻应变片是利用导体形变引起的阻值变化，所以 dR/R(1+2H)，S1+2H；而半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应使电阻率发生变化引起电阻变化。所以 dR/R=E，SE。各自的优点分别为：电阻丝应变片具有相当高的适应性；半导体应变片的灵敏度高，一般为电阻丝应变片的 50-70 倍。3、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，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。3.解：（1）S= =-c20A=-4.9410-9F/m当 = 2Hm 时，=S =-4.9410-9F/m（ 210-6m）c=-+9.8810-15F（2）读取仪表的变化格数为：9.8810-151012S1S2=9.8810-31005=4.94（格）4.解： 低通滤波器的截止频率 Wc2=2 fc2=2 HzRC9101而输入信号 Hx=100sin100t 的频率 Wx=1000Hz Wc2 ，所以低通滤波器相当于积分器，H y= =10-9HxdtRC1tdsin0=10-10sin（1000t-90 0）5解：见课本 101 页，图 3-19 动
7、态应变仪方框图，以及各波形图。问答题、 什么是测试？简述测试技术的含义。 （10 分）、说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10 分）、简述调幅波的特点。 （10 分）计算题（共 55 分）、 已知信号 x(t)=e-t (t0)，(1) 求 x(t)的频谱函数 X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。(2) 求 x(t)的自相关函数 Rx () 。 （10 分）2、求周期信号 x(t)cos10t + sin (100t45 ) 通过时间常数为 0.005s 的一阶系统的输出信号。 （10 分）3、磁电式速度传感器线圈平均直径 D=25mm，气隙磁感应强度 B=6000Gs，如传感
8、器的灵敏度 S=600mv/cm/s，则工作线圈匝数应为多少？（7 分）4、已知调幅波 xm(t)(100 + 30 cost +20 cos3t )cos ct ，其中 f c =10KHz， f =500Hz 。试求：（1）x m(t)所包含的各分量的频率和幅值。（2）绘出调制信号与调幅波的频谱。 （13 分）、 （1）在下图中写出动态应变仪所包含的各个电路环节。（2）如被测量 x(t) = sint，载波 y(t)=sin6t，画出各环节信号的波形图。 (15 分)问答题1、答：测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索型的、论证型的测量过程，也是获取信息的过程。（6） 测量对象（7）
9、传感器：在测试系统和被测试对象之间建立了一定的连接关系，它直接感受被测量并将其转换成电信号。是测试系统中的关键部件。（8） 中间转换电路（信号调理电路）：作用是将传感器的输出信号 进行传输、放大和转换，使其适合显示、纪录、数据处理。（9） 信号处理单衣：它是以计算机为核心对中间转换电路的输出信号作进一步地处理（如：计算、频谱分析、数据储存等）（10） 显示、记录部分：作用是输出测试结果。2、答：相同之处在于：都是将被测量的变化转换为电阻的变化，且 dR/R=(1+2H)+E,其中 H 为材料的泊桑比，E 为材料的弹性模量，(1+2H) 是由几何尺寸变化引起的阻值变化，E是由电阻率的变化引起的阻
10、值变化。不同的是，电阻应变片是利用导体形变引起的阻值变化，所以 dR/R(1+2H)，S1+2H；而半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应使电阻率发生变化引起电阻变化。所以 dR/R=E，SE。各自的优点分别为：电阻丝应变片具有相当高的适应性；半导体应变片的灵敏度高，一般为电阻丝应变片的 50-70 倍。3、特点有： （1） 当调制信号 x(t)0 时，调幅波 xm (t)与载波 y(t)同频同相，其幅值的大小与 x(t)的大小有关；x(t) y(t)（2） 当 x(t)0 时，x m (t)与载波 y(t) 同频反相，其幅值大小仍与 x(t)的大小有关；（3） 调幅波是一高频，但其包洛线和调
11、制信号 x(t)相似，其副值受 x(t)变化的影响，y(t)的频率越高，即波形越宽，相似程度越好。计算题：1、x(f)= x(t) e-j2 ftdt=- e(-j2 f-1) =fj210fj21则 x(f)= (f)=-arctg(2 f)241f频谱图如下：(2) Rx( )= x(t)x(t+ )dt= =e = e-dtet)(0dt0212、解：对于二阶系统：当 w=wn 时，A(w) =1/2， =-90。)(1w幅值误差= A(w)-1100%=150%A m相位误差= (w)= -90 。如使幅值误差不大于 10%，则 A(w)-10.1即 0.9A(w)1/20.11/2.
12、21/1.8,阻尼比应在 0.460.55 之间选取。3.解：磁感应传感器的灵敏度 S=WRl,所以线圈匝数 W =S/ Rl,有 B=6000GS=0.6T=0.6VS/m2v= D=25 mm,S=600mv/cm/s=0.6v/10-2m/s=25 10 -3mW=0.6/(0.625 )=410 3/ 1274(匝) 4.解：（1） x m (t)=（100+30cos t+20cos3t）cosW Ct=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)包括五个
13、分量，幅值和频率分别我：20 KHZ，100； 21 KHZ，15；19 KHZ，15；23 KHZ，10；17 KHZ，10。（2）由（1）可得调幅波和调制信号分别如下：5解：见课本 101 页，图 3-19 动态应变仪方框图，以及各波形图。三、计算题（共 30 分）1已知周期矩形脉冲信号的傅立叶级数展开式为：，其时域波形和频谱如下图所示。其中周期矩形脉冲ntjneTctx0)(si)(的周期为 ，脉冲宽度为 。 （10 分）（1） 若 ms， ，该周期矩形脉冲信号的带宽为 4000 Hz，谱25.0ms1T线间隔为1000 Hz。（2） 若矩形脉冲幅度和宽度 保持不变，周期变为 时，其带宽
14、为 ms2T4000 Hz、谱线间隔为 500 Hz，频谱最大幅度为 0.125 。2若要求 100Hz 正弦信号通过某一阶滤波器后，幅值误差小于 5，问该一阶滤波器的时间常数最大为多少？120Hz 正弦信号通过该滤波器后，幅值误差为多少？(6 分)解：滤波器作为一阶系统，有和 1)(sH 21)()(ffH对于同一频率 f， 越大，测量误差越大，令 f =100Hz, 测量误差小于5%，即，求出 。95.0)(f 41023.所以该滤波器的时间常数最大取为 。.120Hz 正弦信号通过该滤波器时，有 ，即幅值误差为98.)(fH6.972%。3某等截面梁（泊松比为 0.3）受单向拉力 F 作
15、用，将灵敏系数为 2.4 的四个应变片粘贴在梁上，如下图所示。(1) 请利用粘贴的四片应变片组成全桥（绘制电桥图） ，实现拉力 F 的测量。(2) 若供桥电压为 8V，应变片 R1和 R3产生应变为 150（1110 -6） ，问电桥输出电压是多少？ (8 分)R 1R 2R 3 R 4FF解： )(4)(4 11321 KeKeiiomVVKeKeii 872.1)30(154.28)1(2)1(4 61 4利用压电式传感器组成加速度测量系统。其中压电式传感器的灵敏度=9.00Pc/g，它与灵敏度为 =0.005V/Pc 的电荷放大器联接后，接到灵cpSVCS敏度为 =20mm/V 的示波器
16、上显示。试画出该加速度测量系统的方框图，XV并计算系统总灵敏度 。 （6 分）解： gmVPcgPcSSXVCP /9.0/2/05./.9四分析应用题（20 分）1何为系统不失真测试条件？根据右图所示二阶系统的幅频特性和相频特性曲线，说明如何选择二阶系统动态特性参数及工作频带？（6 分）解：不失真测试条件：幅频特性为一常数，相频特性与频率成线性的关系。对于一个二阶系统来说，在 的范围内，系统3.0的幅频特性接近一条直线，其幅值变化不超过 10%，但从相频曲线上看，曲线随阻尼比的不同剧烈变化。其中当 接近于零时相位为零，此时可以认为是不失真的。而当 在 范围内时，相频曲线可以近似认为是一条起自
17、坐标8.06被测物体 被测物体 被测物体 被测物体系原点的斜线。2周期信号的傅立叶级数表达式的物理含义为：周期信号可以分解成众多具有 不同频率 的谐波 信号，该周期信号可以利用傅立叶级数中的某几项之和逼近。下图为周期方波在不同阶次谐波逼近波形，请问，基波频率为 250Hz ，图 a 逼近中谐波阶次更高。 （4 分）3下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：（6 分）（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）图(a) 图(b)1 2 3 4 5
18、 6 7-1.5-1.0-0.500.51.01.5幅度/V时间/ms1 2 3 4 5 6 7-1.5-1.0-0.500.51.01.5幅度/V时间/ms00 8 9 10 8 9 10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4. 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 ，xy8.62试问：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x值y及误差为：当 时， ， 对应误差为-2.20x2.8.62xy当 时， ， 对应误差为 0.3885.13.10.当 时， ， 对应误差为 0.2643x2682xy当 时， ， 对应误差为 1.25692. 5.当 时， ， 对应误差为 0.0966x094xy当 时， ， 对应误差为-2.08437.116.78.2所以，最大误差出现在当 时，此时误差x2.maxL线性误差为 ，故此拟合直线能满%54.105.%10ma YL足线性误差小于 5%的要求。m/V/0 0.0010 1.8520 3.4530 4.9240 6.2250 7.37
