2020年機械工程測試技術習題集含答案版

1、精選文檔 精選文檔 機械工程測試技術課程習題集 西南科技大學成人、網(wǎng)絡教育學院版權所有 習題 【說明】：本課程機械工程測試技術(編號為09009)共有計算題,簡答題,填 空題等多種試題類型，其中，本習題集中有 填空題等試題類型未進入。 、計算題 1.求如下圖所示周期性方波的復指數(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%范圍內所需的近似時間。 6. 有一金屬電阻應變片，其靈敏度 S=2.5, R =120 Q,設工作時其應變?yōu)?1200卩；，問 R是多少？若將此應變片與 2V直流電源組成回路，試求無應變時和有應變時回路的電 流各是多少？。 7. 用時間常數(shù)為0.5的一階

3、裝置進行測量，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，當輸入信號 x(t) =0.5cos10t +0.2cos(100t -45 )時，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. 進行某次動態(tài)壓力測量時，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。試計算這個測量系統(tǒng)的總靈敏度。又當壓力變化為 3.5Mpa時，記 錄筆在記錄紙上的偏移量是多少？ 10. 應變片稱重傳感器，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，若用電阻絲式應變片，應變片的靈敏度系數(shù) S=2, R=120 Q,問電阻變化多少？ 11. 余弦信號被矩形脈沖調幅，其數(shù)學表達式為 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=1Hz。 問：1)采樣間隔和采樣頻率應滿足什么條件？ 2)數(shù)據(jù)塊點數(shù)N應滿足什么條件？ 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函數(shù) 精選文檔 精選文檔 試求當：函數(shù)通過此濾波器以后的時域波形。 15. 應變片稱重傳感器，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，若用電阻絲式應變片，應變片的靈敏度系數(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？ 17. 試述線性系統(tǒng)最主要的特性及其應用。 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)的頻率響應函數(shù)？它和系統(tǒng)的傳遞函數(shù)有何關系？ 22. 試述實現(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. 說說設計測試系統(tǒng)的原則 25. 什么是信號的預處理？主要有什么內容？ 26. 在信號采集前一般要求對模擬信號作哪些預處理 ？為什么? ?？ 27. 簡述脈沖響應函數(shù)與頻率響應函數(shù)、傳遞函數(shù)之間的聯(lián)系。 28. 電阻應變片與半導體應變片在工作原理上有何區(qū)別？各有何優(yōu)缺點？ 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，輸入的自相關函數(shù) Rx( T ) 和輸入一輸出的互相關函數(shù) Rxy( T )之間的關系為 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式、 靈敏度表 達式和應用場合。 35. 有人在使用電阻應變儀時，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. 簡述相關分析的工程應用。 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，對信號進行傅里葉復指數(shù)展開。由于 x x(t t)關于t t=

9、0 -T T/2 t t w T T/2作為計算區(qū)間。計算各傅里葉序列系數(shù)當n-0時, 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n n=0時，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和時移性質可得: 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，屬于其實質是階躍輸入 根據(jù)階躍輸入狀態(tài)下，一階系統(tǒng)的響應特征，當t約為4T時，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 無應變 i(t) 8.3 10 A=8.3mA 2R 2120 幅值誤差小于2% ,應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 設輸出信號為y(t)，根據(jù)頻率保持特性，y(t)的頻率成分應與 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)頻率響應特性 H( 3 )確定, 根據(jù)題設條件，可得系統(tǒng)的頻率響應函數(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： 因為： 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 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，故可用一個周期內的計算值表示整個時間歷程的計算值, 又根據(jù)互相關函數(shù)定義，將方波前移 T秒后計算：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， 其脈沖響應函數(shù)h(t)應 是頻率響應函數(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： 因為：二一 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)多輸入同時作用下的總輸出時，人們常常將多輸入分解成許多單獨的 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行分析處理 或經(jīng) A/DA/D 變換后用軟件進行計算，再將處理結果以電信號或數(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)頻率響應函數(shù)為輸出的 和輸入的拉氏變換之比。 S= （T +j 3，當6等于

21、0時，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)時所引起的失真為幅值失真， （ 3）與3之間的非線性關系所 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。預處理包括：（1 1）電壓幅值調理，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)過調制，則應先行解調。 27. 答：當輸入信號的作用時間小于 0.1 0.1 T （ T為一階系統(tǒng)的時間常數(shù)或二階系 統(tǒng)的振蕩周期）時，則可以近似地認為輸入信號是單位脈沖信號 3，其響應則稱 為單位脈沖響應函數(shù)，又稱為權函數(shù)，根據(jù) 3 3 函數(shù)的篩選性質： 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) 以上推導可以看出在單位脈沖信號輸入的時候，系統(tǒng)輸出的頻域函數(shù) Y(s)Y(s)，就是系統(tǒng) 的頻率響應函數(shù) H( H( 3) )，而其時域響應函數(shù) y(t)y(t)，就是脈沖響應函數(shù) h(t)h(t)，它表示測 試系統(tǒng)在時域內的動態(tài)傳遞特性。 28. 答：電阻應變片是利用導體形變引起電阻變化， 后者利用半導體電阻率變化引起電阻 變化。半導體最突出的優(yōu)點是靈敏度高。但溫度穩(wěn)定性差。電阻應變片靈敏度較低，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；電壓放大器具有電路簡單，成本低的特 點，壓電式傳感器須與電纜配套使用。 30. 答：應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)域內工作。 3) 響應特性：傳感器的響應特性必須在所測頻率范圍內盡量保持不失真。但實際傳

25、 感器的響應總有一遲延，但遲延時間越短越好。 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程度。傳感器的精確度也并非越高越 好，因為還要考慮到經(jīng)濟性。 6 )工作方式。傳感器在實際測試條件下的工作方式，也是選用傳感器時應考慮的重 要因素。 另外，還盡可能考慮結構簡單、體積小、重量輕、價格便宜、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)域內工作。 3)3) 響

26、應特性：傳感器的響應特性必須在所測頻率范圍內盡量保持不失真。但實際 傳感器的響應總有一遲延，但遲延時間越短越好。 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程度。傳感器的精確度也并非越高 越好，因為還要考慮到經(jīng)濟性。 6)6) 工作方式。傳感器在實際測試條件下的工作方式，也是選用傳感器時應考慮的 重要因素。 另外，還盡可能考慮結構簡單、體積小、重量輕、價格便宜、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)為一延時系統(tǒng)。 34.答：由電容式