機械工程測試技術(shù)復(fù)習(xí)題有答案

1、一，簡答題1. 什么叫測試系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)？它和系統(tǒng)的傳遞函數(shù)有何關(guān)系?答：測試裝置輸出信號的傅里葉變換和輸入信號的傅里葉變換之比稱為裝置的頻率響應(yīng)函數(shù)，若在系統(tǒng)中的傳遞函數(shù)H(s)已知的情況下，令H(s)中的s=jw便可求得頻率響應(yīng)函數(shù)。2. 測試裝置的靜態(tài)特性和動態(tài)特性各包括那些？答：靜態(tài)特性：（1）線性度，（2）靈敏度，（3）回程誤差，（4）分辨率，（5）零點漂移和靈敏度漂移。動態(tài)特性：（1）傳遞函數(shù)，（2）頻率響應(yīng)函數(shù)，（3）脈沖響應(yīng)函數(shù)，（4）環(huán)節(jié)的串聯(lián)和并聯(lián)。3. 在什么信號作用下，系統(tǒng)輸出的拉斯變換就是系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。答：在單位脈沖信號作用下，（單位脈沖函數(shù)（t）=1)。4.

2、為什么電感式傳感器一般都采用差動形式？答：差動式電感器具有高精度、線性范圍大、穩(wěn)定性好和使用方便的特點。 5. 測試裝置實現(xiàn)不失真測試的條件是什么？答：幅頻和相頻分別滿足A(w)=A0=常數(shù)，（w）=-t0w ;6. 對于有時延t0的函數(shù) ，它與連續(xù)函數(shù)f（t）乘積的積分將是什么？答： 對于有時延t0的函數(shù) ，它與連續(xù)函數(shù)f（t）乘積只有在t=t0時刻不等于零，而等于強度為f（t0）的函數(shù)，在（-，+）區(qū)間中積分則=f（t0）8. 巴塞伐爾定即 的物理意義是什么？在時域中計算總的信息量等于在頻域中計算總的信息量。9. 試說明動態(tài)電阻應(yīng)變儀除需電阻平衡外，還需電容平衡的原因?答：由于純電阻交流電

3、橋即使各橋臂均為電阻，但由于導(dǎo)線間存在分布電容，相當(dāng)于在各橋臂上并聯(lián)了一個電容，因此，除了有電阻平衡外，必須有電容平衡。10.說明測量裝置的幅頻特性A()和相頻特性()的物理意義。答：測量裝置的幅頻特性A()是指定常線性系統(tǒng)在簡諧信號的激勵下，其穩(wěn)態(tài)輸出信號和輸入信號的幅值比。相頻特性是指穩(wěn)態(tài)輸出對輸入的相位差。11.差動型變磁阻式電感傳感器在使用時，常把兩個線圈接在一個電橋中，這樣做有什么優(yōu)點？ 答：這樣做使得靈敏度和線性度都提高。12.用一階系統(tǒng)作測量裝置，為了獲得較佳的工作性能，對其時間常數(shù)應(yīng)提出什么要求？指出一種測量一階系統(tǒng)的時間常數(shù)的方式。答：時間常數(shù)應(yīng)越小越好，測量方法：頻率響應(yīng)法

4、、階躍響應(yīng)法。13. 線性系統(tǒng)有哪些主要特性（最少指出3個）?答：（1）疊加性，（2）比例性，（3）微分性，（4）積分性，（5）頻率保持性。14. 對于有時延t0的函數(shù) ，它與連續(xù)函數(shù)f（t）乘積的積分將是什么？答：對于有時延t0的函數(shù)，它與連續(xù)函數(shù)f（t）的積分只有在t=-t0 時不等于零，而等于強度f（-t0）的函數(shù)，在（-，+）區(qū)間內(nèi)，15.一階、二階測試系統(tǒng)的動態(tài)特性是什么？答：一階系統(tǒng)特性：（1）當(dāng)激勵頻率1/時，1,輸出輸入幾乎相等。（2）時間常數(shù)是反映一階系統(tǒng)特性的重要參數(shù)，實 際上決定了該裝置適用的頻率范圍。（3）一階系統(tǒng)的伯德圖可以用一條折線來近似描述。二階系統(tǒng)的特性：（1）

5、當(dāng)n 時，H()1,當(dāng)n時，H()0，（2）影響二階系統(tǒng)動態(tài)特性的參數(shù)是固有頻率和阻尼比。（3）二階系統(tǒng)的伯德圖可用折線來近似描述，（4）在n 段，()很小，且和頻率近似成正比增加。（5）二階系統(tǒng)是一個振蕩環(huán)節(jié)。二、填空題1.帶通濾波器中心頻率f0=500Hz，其-3dB帶寬B=10Hz，該濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q= 50 。2. 某一階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)為，輸入信號，則輸出信號的頻率為 1/2 ，幅值 /2 ，相位 -45º 。3. 當(dāng)測試系統(tǒng)的輸出與輸入之間的關(guān)系為時，該系統(tǒng)能實現(xiàn) 測量不失真的頻率特性 測試。此時，系統(tǒng)的頻率特性為 0 。4. 一個理想的測試裝置，其輸入和輸出之間應(yīng)該

6、具有 線性 關(guān)系為最佳。5. 測試系統(tǒng)的幅頻特性是指 線性定常系統(tǒng)在簡諧信號的激勵下，其穩(wěn)態(tài)輸出信號和輸入信號的幅值比 的關(guān)系。 6. 傳感器的靈敏度越高，就意味著傳感器所感知的 變化量 越小。 7.若采樣頻率過低，不滿足采樣定理，則采樣離散信號的頻譜會發(fā)生 混疊 現(xiàn)象。8. 將被測物理量轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的、容易傳輸和處理的信號的裝置稱之為 傳感器 。 9.半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理是基于 半導(dǎo)體材料的壓阻 效應(yīng)，它的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù) 高 。10. 一個靈敏度為k的測試裝置，若其輸出y(t) =A0sin（t-）,則輸入信號x（t）= 。 11. 極距變化型電容式傳感器，極距越小，靈敏

7、度越 高 。 12. 確定測試裝置動態(tài)特性的測量方法有 頻率響應(yīng)法 和 階躍響應(yīng)法 。13.光波沿光纖傳播是以_全反射方式進行的。14.周期性信號的幅值頻率譜是 離散 的。15.獲得非周期時域信號的頻譜用 傅里葉變換 數(shù)學(xué)工具。16. 。17.能用非接觸方式測量位移的傳感器有 極距變化型電容傳感器 ； 光電傳感器 等。18. 金屬絲式電阻應(yīng)變片是基于金屬材料的 發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化 效應(yīng)工作的;半導(dǎo)體式應(yīng)變片基于半導(dǎo)體材料的 壓阻 效應(yīng)工作的。19. 在測量扭矩時，為防止橫向力干擾，貼在軸上的四個應(yīng)變片必須與軸線成 度，且四個片沿圓周呈 角度分布。20. 光波沿光纖傳播是以 全反射

8、 方式進行的。21. 光電效應(yīng)有三類，即 外光電效應(yīng) 、 內(nèi)光電效應(yīng) 、 光生伏打效應(yīng) 。22. 接在電路中的光敏二極管，在不受光照射時，處于 截止 狀態(tài);受光照射時處于 導(dǎo)通 狀態(tài)。23. 已知信號x(t)的頻譜為X(F)，信號w(t)的頻譜W(F)，則信號x(t)與信號w(t)乘積的頻域為 X(F) W(F) 。 24. 工程中常見的周期信號，其諧波幅值是隨諧波次數(shù)的增高而 減小 的。25. 在進行四臂交流電橋設(shè)計時，若某兩個相對臂接入電阻，為滿足電橋平衡條件，另兩相對臂中一個用容抗，另一個用 容抗 。 26. 函數(shù)的頻譜是 均勻譜 。27. 測試裝置輸出信號的付里葉變換和輸入信號的付里葉

9、變換之比稱為裝置的 頻率響應(yīng)函數(shù) 。 28. 一個測試裝置，若其輸出y(t)和輸入x(t)滿足y(t)=A0x(t-t0),其中A0、t0為常數(shù)，則該測試裝置具有 不失真 測量的特性。 29. 用于靜態(tài)測試的裝置，理想條件下其輸入和輸出之間應(yīng)該具有的 關(guān)系是 線性關(guān)系 。30. 獲得非周期時域信號的頻譜用 傅里葉變換 數(shù)學(xué)工具。31. 時域為常數(shù)1的信號，其頻譜是 f=0處有脈沖譜線 。32. 某線性系統(tǒng)，設(shè)靈敏度為S，輸入信號為，則輸出信號=SX0sint/2 。33.頻率不同的兩個正弦信號，其互相關(guān)函數(shù)Rxy()= 。34.若采樣頻率過低，不滿足采樣定理，則采樣離散信號的頻譜會發(fā)生 混疊

10、。 現(xiàn)象。34.隨機信號x(t)的自相關(guān)函數(shù)為 。 四、單項選擇題 1.數(shù)字信號處理中，采樣頻率fa與被測信號中最高頻率fc的關(guān)系應(yīng)為（B） fa2fc ）。2.低通濾波器的作用是（B）濾除高頻信號 ）。3.用階躍響應(yīng)法求一階裝置的動態(tài)特性參數(shù)時，可取輸出值達到穩(wěn)態(tài)值的 （A）63.2% 所經(jīng)過的時間作為時間常數(shù)。4.從時域上看，系統(tǒng)的輸出是輸入與該系統(tǒng) （C）脈沖 響應(yīng)的卷積。5.兩環(huán)節(jié)的相頻特性各為和，則兩環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的測試系統(tǒng)，其相頻特性為 （B） 。 6. 窗函數(shù)在時域變窄，則其頻域的頻帶（C）不變）。7.一階系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)是 (C)時間常數(shù) 。 8.工程中常見的周期信號其諧波的幅

11、值隨諧波的頻率增加而（B）減小 ）五、設(shè)計題1.利用互相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)設(shè)計一個測試系統(tǒng)，來測量輸送帶的運動速度，要求按非接觸測量。畫出系統(tǒng)工作原理圖，并簡要說明系統(tǒng)工作原理。答:輸送帶表面的光經(jīng)透鏡聚焦在相距為d的兩個光電池上。反射光強度的波動經(jīng)過光電池轉(zhuǎn)換為電信號，再進行相關(guān)處理。當(dāng)可調(diào)延時等于輸送帶上某點在兩側(cè)試點之間經(jīng)過所需時間d時互相關(guān)函數(shù)值為最大，輸送帶的運動速度v=d/d t，圖略。4.利用霍爾元件設(shè)計一種轉(zhuǎn)速測量裝置，畫出設(shè)計簡圖并說明其工作原理。 答：將霍爾光元件置于磁場中，當(dāng)轉(zhuǎn)速發(fā)生改變時，霍爾元件的磁場感應(yīng)強度也隨之改變，從而改變霍爾元件的電動勢。5.指出一種測量圓軸兩端受扭

12、力后的相對扭轉(zhuǎn)變形角的方法，畫出示意圖并說明其工作原理。解：用光電式扭距傳感器，示意圖如下。光電傳感器式轉(zhuǎn)軸上固定的兩圓盤光柵，如圖所示在未承受扭矩時亮光山的明暗去正好互相遮擋，沒有光線透過光柵照到光敏元件，也沒輸出。當(dāng)轉(zhuǎn)軸受扭矩后，扭矩變形將兩光柵相對轉(zhuǎn)過一角度，使部分光線透過光柵照到光敏元件上而產(chǎn)生輸出，扭矩越大扭轉(zhuǎn)角越大，穿過光閃的光量越多，輸出越大，從而可測得扭矩。1. 什么叫測試系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)？它和系統(tǒng)的傳遞函數(shù)有何關(guān)系?答：測試裝置輸出信號的傅里葉變換和輸入信號的傅里葉變換之比稱為裝置的頻率響應(yīng)函數(shù)，若在系統(tǒng)中的傳遞函數(shù)H(s)已知的情況下，令H(s)中的s=jw便可求得頻率響

13、應(yīng)函數(shù)。2. 測試裝置的靜態(tài)特性和動態(tài)特性各包括那些？答：靜態(tài)特性：（1）線性度，（2）靈敏度，（3）回程誤差，（4）分辨率，（5）零點漂移和靈敏度漂移。動態(tài)特性：（1）傳遞函數(shù)，（2）頻率響應(yīng)函數(shù)，（3）脈沖響應(yīng)函數(shù)，（4）環(huán)節(jié)的串聯(lián)和并聯(lián)。3. 在什么信號作用下，系統(tǒng)輸出的拉斯變換就是系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。答：在單位脈沖信號作用下，（單位脈沖函數(shù)（t）=1)。4. 為什么電感式傳感器一般都采用差動形式？答：差動式電感器具有高精度、線性范圍大、穩(wěn)定性好和使用方便的特點。 5. 測試裝置實現(xiàn)不失真測試的條件是什么？答：幅頻和相頻分別滿足A(w)=A0=常數(shù)，（w）=-t0w ;6. 對于有時延t0的

14、函數(shù) ，它與連續(xù)函數(shù)f（t）乘積的積分將是什么？答： 對于有時延t0的函數(shù) ，它與連續(xù)函數(shù)f（t）乘積只有在t=t0時刻不等于零，而等于強度為f（t0）的函數(shù)，在（-，+）區(qū)間中積分則=f（t0）8. 巴塞伐爾定即 的物理意義是什么？在時域中計算總的信息量等于在頻域中計算總的信息量。9. 試說明動態(tài)電阻應(yīng)變儀除需電阻平衡外，還需電容平衡的原因?答：由于純電阻交流電橋即使各橋臂均為電阻，但由于導(dǎo)線間存在分布電容，相當(dāng)于在各橋臂上并聯(lián)了一個電容，因此，除了有電阻平衡外，必須有電容平衡。10.說明測量裝置的幅頻特性A()和相頻特性()的物理意義。答：測量裝置的幅頻特性A()是指定常線性系統(tǒng)在簡諧信號

15、的激勵下，其穩(wěn)態(tài)輸出信號和輸入信號的幅值比。相頻特性是指穩(wěn)態(tài)輸出對輸入的相位差。11.差動型變磁阻式電感傳感器在使用時，常把兩個線圈接在一個電橋中，這樣做有什么優(yōu)點？ 答：這樣做使得靈敏度和線性度都提高。12.用一階系統(tǒng)作測量裝置，為了獲得較佳的工作性能，對其時間常數(shù)應(yīng)提出什么要求？指出一種測量一階系統(tǒng)的時間常數(shù)的方式。答：時間常數(shù)應(yīng)越小越好，測量方法：頻率響應(yīng)法、階躍響應(yīng)法。13. 線性系統(tǒng)有哪些主要特性（最少指出3個）?答：（1）疊加性，（2）比例性，（3）微分性，（4）積分性，（5）頻率保持性。14. 對于有時延t0的函數(shù) ，它與連續(xù)函數(shù)f（t）乘積的積分將是什么？答：對于有時延t0的函

16、數(shù)，它與連續(xù)函數(shù)f（t）的積分只有在t=-t0 時不等于零，而等于強度f（-t0）的函數(shù)，在（-，+）區(qū)間內(nèi)，15.一階、二階測試系統(tǒng)的動態(tài)特性是什么？答：一階系統(tǒng)特性：（1）當(dāng)激勵頻率1/時，1,輸出輸入幾乎相等。（2）時間常數(shù)是反映一階系統(tǒng)特性的重要參數(shù)，實 際上決定了該裝置適用的頻率范圍。（3）一階系統(tǒng)的伯德圖可以用一條折線來近似描述。二階系統(tǒng)的特性：（1）當(dāng)n 時，H()1,當(dāng)n時，H()0，（2）影響二階系統(tǒng)動態(tài)特性的參數(shù)是固有頻率和阻尼比。（3）二階系統(tǒng)的伯德圖可用折線來近似描述，（4）在n 段，()很小，且和頻率近似成正比增加。（5）二階系統(tǒng)是一個振蕩環(huán)節(jié)。1.利用互相關(guān)函數(shù)的性

17、質(zhì)設(shè)計一個測試系統(tǒng)，來測量輸送帶的運動速度，要求按非接觸測量。畫出系統(tǒng)工作原理圖，并簡要說明系統(tǒng)工作原理。答:輸送帶表面的光經(jīng)透鏡聚焦在相距為d的兩個光電池上。反射光強度的波動經(jīng)過光電池轉(zhuǎn)換為電信號，再進行相關(guān)處理。當(dāng)可調(diào)延時等于輸送帶上某點在兩側(cè)試點之間經(jīng)過所需時間d時互相關(guān)函數(shù)值為最大，輸送帶的運動速度v=d/d t，圖略。4.利用霍爾元件設(shè)計一種轉(zhuǎn)速測量裝置，畫出設(shè)計簡圖并說明其工作原理。 答：將霍爾光元件置于磁場中，當(dāng)轉(zhuǎn)速發(fā)生改變時，霍爾元件的磁場感應(yīng)強度也隨之改變，從而改變霍爾元件的電動勢。5.指出一種測量圓軸兩端受扭力后的相對扭轉(zhuǎn)變形角的方法，畫出示意圖并說明其工作原理。解：用光電

18、式扭距傳感器，示意圖如下。光電傳感器式轉(zhuǎn)軸上固定的兩圓盤光柵，如圖所示在未承受扭矩時亮光山的明暗去正好互相遮擋，沒有光線透過光柵照到光敏元件，也沒輸出。當(dāng)轉(zhuǎn)軸受扭矩后，扭矩變形將兩光柵相對轉(zhuǎn)過一角度，使部分光線透過光柵照到光敏元件上而產(chǎn)生輸出，扭矩越大扭轉(zhuǎn)角越大，穿過光閃的光量越多，輸出越大，從而可測得扭矩。六、分析、計算題1. 為調(diào)制信號，為載波，為調(diào)幅波。試畫出載波與調(diào)幅波(設(shè)調(diào)幅波的頻譜為一關(guān)于縱軸對稱的三角波)的雙邊頻譜圖。 2. 用K型熱電偶測量溫度時，已知冷端溫度為200C，熱電偶的輸出電壓為14.8mV，試求所測溫度值。K型熱電偶的分度表如下。解：設(shè)熱電偶AB的熱電動勢為EAB,其導(dǎo)體材料AB的中間溫度為Tn。則由中間溫度定律：EAB（T,T0）=EAC(T,Tn)+ECB(Tn, T0) 由熱電偶分度表可知：ECB(Tn, T0)= ECB(20,0)=0.8mv而由題意知：輸出電壓EAC(T,Tn)=14.8 mv，則EAB（T,T0）=EAC(T,Tn)+ECB(Tn, T0)=0.8+14.8=15.6 mv。查熱電偶分度表：所測溫度值T=3800C。3. 已知某測試系統(tǒng)傳遞函數(shù)為，輸入信號為時，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出y（t）。解：利用頻率保持特性：A（）=1/1+() ²=1/1+(0.5×2) ²=0.30（）=-acr