機械工程測試技術基礎試卷及答案

機械工程測試技術基礎（第三版）試卷集.一、填空題1、 周期信號的頻譜是離散的，而非周期信號的頻譜是一連續(xù)—的。2、 均方值Wx2表示的是信號的強度，它與均值氣、方差。x2的關系是―Cx2=Hx2+6x2.3、 測試信號調(diào)理電路主要有—電橋、放大、調(diào)制解調(diào)電路。4、 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標有 。5、 靈敏度表示系統(tǒng)輸出與輸入之間的比值，是定度曲線的 。6、 傳感器按信號變換特性可分為 ]7、 當時，可變磁阻式電感傳感器的輸出和輸入成近似線性關系，其靈敏度S趨于。8、 和差特性的主要內(nèi)容是相臨、相反兩臂間阻值的變化量符合 的變化，才能使輸出有最大值。9、 信號分析的過程主要包括： 。10、系統(tǒng)動態(tài)特性在時域可用來描述，在復數(shù)域可用來描述，在頻域可用來描述。11、高輸入阻抗測量放大電路具有高的共模抑制比，即對共模信號有抑制作用，對信號有放大作用。12、動態(tài)應變儀上同時設有電阻和電容平衡旋鈕，原因是導線間存在 。13、 壓控振蕩器的輸出電壓是方波信號，其一與輸入的控制電壓成線性關系。14、調(diào)頻波的解調(diào)又稱 電路稱為。&15、濾波器的通頻帶寬和響應時間成關系。16、濾波器的頻率分辨力主要由其決定。17、 對于理想濾波器，濾波器因數(shù)入=—。18、 帶通濾波器可由低通濾波器（f,）和高通濾波器（匚）—而成（f,>fJoc2 C1 c2C119、 測試系統(tǒng)的線性度和滯后度是由誤差引起的；而重復性誤差是由 誤差引起的。二、 問答題（共30分）1、 什么是測試說明測試系統(tǒng)的構成及各組成部分的作用。（10分）2、 、3、 說明電阻絲應變片和半導體應變片的異同點，各有何優(yōu)點（10分）4、 選用傳感器的原則是什么（10分）三、 計算題（共55分）1、 巳知信號x（t）=e-t（t>0），⑴求x（t）的頻譜函數(shù)X（f），并繪制幅頻譜、相頻譜。⑵求x（t）的自相關函數(shù)Rx（T）。 （15分）2、 二階系統(tǒng)的阻尼比E=，求3=3n時的幅值誤差和相位誤差，如果使幅值誤差不大于10%，應取多大阻尼比。 （10分）3、 一電容傳感器，其圓形極板r=4mm，工作初始間隙60=0.3mm，I（1） 工作時如果傳感器的工作間隙變化△6=±2^m，求電容的變化量。（2） 如果測量電路靈敏度S1=100mv/pF，讀數(shù)儀表靈敏度S2=5格/mv，在A6=±2um時，讀數(shù)儀表的指示值變化多少格（e0=X10-12F/m） （8分）4、 巳知RC低通濾波器的R=1KQ，C=1MF，當輸入信號ux=100sin1000t時，求輸出信號PyO （7分）5、 （1）在下圖中寫出動態(tài)應變儀所包含的各個電路環(huán)節(jié)。(15分（2）如被測量x（t）=sinE，載波y（t）=sin6E，(15分、填空題:

1、連續(xù)2、Cx2=Hx2+ox23、電橋、放大、調(diào)制解調(diào)電路4、非線性度、靈敏度、回程誤差5、斜率6、組合型、一體化型7>Ao〈〈6。定位8、相鄰相反相對相同9、信號分析、信號處理10、傳遞函數(shù)、頻率函數(shù)、脈沖響應函數(shù)11、差模12、分布電容13、頻率14、鑒頻、鑒頻器15、反比16、帶寬B17、118、串聯(lián)19、系統(tǒng)、隨機一、 問答題1、 答：測試是測量和試驗的綜合，是一種研究型的探索型的、論證型的測量過程，也是獲取信息的過程。（1） 測量對象（2）（3） 傳感器：在測試系統(tǒng)和被測試對象之間建立了一定的連接關系，它直接感受被測量并將其轉換成電信號。是測試系統(tǒng)中的關鍵部件。（4） 中間轉換電路（信號調(diào)理電路）：作用是將傳感器的輸出信號進行傳輸、放大和轉換，使其適合顯示、紀錄、數(shù)據(jù)處理。（5） 信號處理單衣：它是以計算機為核心對中間轉換電路的輸出信號作進一步地處理（如：計算、頻譜分析、數(shù)據(jù)儲存等）（6） 顯示、記錄部分：作用是輸出測試結果。2、 答：相同之處在于：都是將被測量的變化轉換為電阻的變化，且dR/R=（1+2H）e+XEe,其中H為材料的泊桑比，E為材料的彈性模量，（1+2H）e是由幾何尺寸變化引起的阻值變化，入Ee是由電阻率的變化引起的阻值變化。不同的是，電阻應變片是利用導體形變引起的阻值變化，所以dR/RR（1+2H）e，SR1+2H；而半導體應變片是利用半導體材料的壓阻效應使電阻率發(fā)生變化引起電阻變化。所以dR/R=XEe，SR入E。各自的優(yōu)點分別為：電阻絲應變片具有相當高的適應性；半導體應變片的靈敏度高，一般為電阻絲應變片的50-70倍。3、基本原則是：選用的傳感器其性能應當與被測信號的性質(zhì)相匹配。（1）靜態(tài)特性方面：a、應使被測量的變化范圍在傳感器的線性范圍以內(nèi)，并保證線性誤差在允許范圍內(nèi)；b、傳感器的分辨率（力）從數(shù)據(jù)上應小于測量要求的分辨率（力）c、滿足實際要求的條件下，精度不宜過高。3.解:(1)vs=X=-3.解:A5 520=X10-9F/m...當△&=土2Hm時，△c=S?A5=X10-9F/mX(土2X10-6m))=-+X10-15F(2)讀取儀表的變化格數(shù)為：X10-15X1012S1?S2=X10-3X100X5=（格）4.解：—=1=—=10-9Hz2kttRC而輸入信號Hx=100sin100t4.解：—=1=—=10-9Hz2kttRC而輸入信號Hx=100sin100t的頻率Wx=1000Hz>Wc2，1所以低通濾波器相當于積分器，Hy=—jHxdt=10-9j100sin1000tdt=10-10sin（1000t-900）5.解：見課本101頁，圖3-19動態(tài)應變儀方框圖，以及各波形圖。一、填空題（每空分，共15分）1、非周期信號可分為瞬變非周期信號和 信號。2、 均方值氣2表示的是信號的 ，它與均值氣、方差。x2的關系是 3、 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標有。TOC\o"1-5"\h\z4、 測試系統(tǒng)的組成類型大體分為 和 。5、 當 時，可變磁阻式電感傳感器的輸出和輸入成近似線性關系，其靈敏度S趨于 。6、 和差特性的主要內(nèi)容是相臨、相反兩臂間阻值的變化量符合 的變化，才能使輸出有最大值7、 信號分析的過程主要包括： 。8、 動態(tài)應變儀上同時設有電阻和電容平衡旋鈕，原因是導線間存在 。9、 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，常采用放大器。10、 根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)的不同，調(diào)制可分為 11、壓控振蕩器的輸出電壓是方波信號，其 與輸入的控制電壓成線性關系。12、調(diào)頻波的解調(diào)電路稱為 。*13、濾波器的頻率分辨力主要由其決定。14 決定著濾波器對帶寬外頻率成分衰阻的能力。15、 帶通濾波器可由低通濾波器(f,)和高通濾波器(匚)—而成(f,>fJoc2 C1 c2C116、 用濾波的方法從信號提取的頻率成分越窄，即帶寬越小，需要的時間就越一o17、 如信號的自相關函數(shù)為ACOS3T，則其均方值％2=—o18、 低通濾波器對階躍響應的建立時間Te帶寬B成，或者說它們之間的乘機是19、測試系統(tǒng)的線性度和滯后度是由 誤差引起的；而重復性誤差是由 誤差引起的。二、 問答題(共30分)1、 什么是測試簡述測試技術的含義。(10分)2、 說明電阻絲應變片和半導體應變片的異同點，各有何優(yōu)點(10分)3、 簡述調(diào)幅波的特點。(10分)三、 計算題(共55分)5、 巳知信號x(t)=e-t(t>0)，(1)求x(t)的頻譜函數(shù)X(f)，并繪制幅頻譜、相頻譜。⑵求x(t)的自相關函數(shù)Rx(T)。 (10分)(2、 求周期信號x(t)=cos10t+sin(100t—45。)通過時間常數(shù)為的一階系統(tǒng)的輸出信號。 (10分)3、 磁電式速度傳感器線圈平均直徑D=25mm，氣隙磁感應強度B=6000Gs，如傳感器的靈敏度S=600mv/cm/s，則工作線圈匝數(shù)應為多少(7分)4、 巳知調(diào)幅波xm(t)=(100+30cosQt+20cos3Qt)cos?ct，其中fc=10KHz，f世500Hz。試求：xm(t)所包含的各分量的頻率和幅值。繪出調(diào)制信號與調(diào)幅波的頻譜。 (13分)5、 (1)在下圖中寫出動態(tài)應變儀所包含的各個電路環(huán)節(jié)。A(2)如被測量x(t)=sinE，載波y(t)=sin6E，畫出各環(huán)節(jié)信號的波形圖。 (15分)一、填空題：2、 非周期2、Cx2=Hx2+6x2 3、靈敏度、非線形度、回程誤差4、組合型一體化型5>Ao〈〈6。6、相鄰相反相對相同7、信號加工、信號變換，提取又有信號的過程8、分布電容9、程序控制10、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相11、鑒頻12、鑒頻器13、帶寬B14、信頻程選擇性15、串聯(lián)16、長17、A18、反比；常數(shù)19、串聯(lián)

二、問答題1、 答：測試是測量和試驗的綜合，是一種研究型的探索型的、論證型的測量過程，也是獲取信息的過程。測量對象傳感器：在測試系統(tǒng)和被測試對象之間建立了一定的連接關系，它直接感受【被測量并將其轉換成電信號。是測試系統(tǒng)中的關鍵部件。中間轉換電路(信號調(diào)理電路)：作用是將傳感器的輸出信號進行傳輸、放大和轉換，使其適合顯示、紀錄、數(shù)據(jù)處理。信號處理單衣：它是以計算機為核心對中間轉換電路的輸出信號作進一步地處理(如：計算、頻譜分析、數(shù)據(jù)儲存等)顯示、記錄部分：作用是輸出測試結果。2、 答：相同之處在于：都是將被測量的變化轉換為電阻的變化，且dR/R=(1+2H)e+XEe，其中H為材料的&泊桑比，E為材料的彈性模量，(1+2H)e是由幾何尺寸變化引起的阻值變化，入Ee是由電阻率的變化引起的阻值變化。不同的是，電阻應變片是利用導體形變引起的阻值變化，所以dR/RR(1+2H)e，SR1+2H;而半導體應變片是利用半導體材料的壓阻效應使電阻率發(fā)生變化引起電阻變化。所以dR/R=XEe，SR入E。各自的優(yōu)點分別為：電阻絲應變片具有相當高的適應性；半導體應變片的靈敏度高，一般為電阻絲應變片的50-70倍。3、特點有：(1)，⑵當調(diào)制信號x(t)>0時，調(diào)幅波xm(t)與載波y(t)同頻同相，其幅值的大小與x(t)的大小有關；x(t)y(t)當x(t)<0時，xm(t)與載波y(t)同頻反相，其幅值大小仍與x(t)的大小有關；調(diào)幅波是一高頻，但其包洛線和調(diào)制信號x(t)相似，其副值受x(t)變化的影響，y(t)的頻率越高，即波形越寬，相似程度越好?！?f? 兀 1 兀 1三、-3計算題：1、x(f)=x(t)e-j2 ftdt=-1+j2f [e(-j2f-i)]3=]十j^f三、-31貝I Ix(f)I=j耳 =f= '(f)=-arctg(2兀f)頻譜圖如下:)dt=J3e-t)dt=J3e-te-((+T)dt=e-Tj3e-2tdt=2e-⑵Rx(T-3x(t)x(t+T解：對于二階系統(tǒng)：當w=wn時，A(w)=1/2Z,①1(w)=-90。幅值誤差=[A(w)-1]X100%=150%Am相位誤差=4(w)=-90。如使幅值誤差不大于10%，則|A(w)-11W即WA(w)W1/2ZW.?.1/WZW1/,阻尼比應在~之間選取。解：?..磁感應傳感器的靈敏度S=WRl,所以【線圈匝數(shù)W=S/Rl,有B=6000GS==m2v=兀D=25兀mm,S=600mv/cm/s=10-2m/s=25兀X10-3m.W=X25兀)=4X103/兀R1274(匝)解：(1) Vxm(t)=(100+30cosCt+20cos3Ct)cosWCt=100cosWCt+15cos(WC+C)t+15cos(WC-C)t+10cos(WC+3G)t+10cos(WC-3G)t其中Q=兀KHZWC=20KHZ所以xm(t)包括五個分量，幅值和頻率分別我：20兀KHZ,100；21兀KHZ,15；19兀KHZ,15；23兀KHZ,10；17兀KHZ,10。%(2)由(1)可得調(diào)幅波和調(diào)制信號分別如下：J:Am10151001510wc-3nwc? ? 1 ■ ■-YfC+3Q3020口 3（2解：見課本101頁，圖3-19動態(tài)應變儀方框圖，以及各波形圖。一、填空題（每空1分，共20分）1、周期信號的頻譜是 的，而非周期信號的頻譜是連續(xù)的。2、周期信號可按三角函數(shù)分解成下列形式:

x(t)=a+考(acosn①t+bcosn①t)0n=1n0n0八技3其中，a=a=b=0 ，nnTOC\o"1-5"\h\z3、使信號中特定的頻率成分通過，而衰減其他頻率成分的電路稱 。4、 信號可分為確定性信號和——，也可分為模擬信號和——。5、 濾波器的品質(zhì)因素Q與帶寬B的關系是 。6、金屬應變片是根據(jù) 原理工作的。7、 當把石英等晶體置于電場中，其幾何尺寸將發(fā)生變化，這種由于外電場作用導致物質(zhì)機械變形的現(xiàn)象稱為 。8、矩形窗函數(shù)的頻譜是 函數(shù)。9、兩個時域函數(shù)x1(t)、x2(t)的卷積定義為10、11、1210、11、12、13、均方值中x2表示的是信號的強度，它與均值七、方差氣2的關系是.測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標有 半導體應變片是根據(jù) 原理工作的。根據(jù)載波受調(diào)制的參數(shù)的不同，調(diào)制可分-三、問答題(共50分，每小題10分)1、 說明測試系統(tǒng)的構成及各組成部分的作用。2、 說明電阻絲應變片和半導體應變片的異同點，各有何優(yōu)點3、 交流電橋達到平衡時必須滿足的條件是什么如何來實現(xiàn)交流電橋的平衡4、 簡要說明如何求解測試裝置動態(tài)特性的數(shù)學描述的3個函數(shù)，它們之間有何內(nèi)在關系5、 以二階系統(tǒng)為例，簡述求解具體系統(tǒng)頻譜特性的一般步驟，并簡要說出二階系統(tǒng)的特性。三、計算題(共30分)6、 巳知信號x(t)=e-t(t>0)，求x(t)的頻譜函數(shù)X(f)，并繪制幅頻譜、相頻譜。 (8分)求x(t)的自相關函數(shù)Rx(t)。 (4分)7、 二階系統(tǒng)的阻尼比C=，求3=3n時的幅值誤差和相位誤差，如果使幅值誤差不大于20 %，應取多大阻尼(10分)8、 巳知RC低通濾波器的R=10KQ，C=，當輸入信號ux=10sin100t時，求輸出信號uy。 (8分)一、 填空(1X20)(每空1分)1.1.2.，離散2、=JsT「T/2=」T/2T-T/2T/2==JsT「T/2=」T/2T-T/2T/2=會JT-T/2a0anbnx(t)cosn①tdt;x(t)sinn①tdt;

sinc或sinx/x3.濾波器4.隨機、數(shù)字5Q=fB6.（正）應變效應sinc或sinx/x9.』氣。）x2（'—C對10.中x2=四/+。^211.非線性度、靈敏度、回程誤差12.壓阻效應調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相二、問答題（5X10）（每小題10分）答（12） *（13） 傳感器：在測試系統(tǒng)和被測試對象之間建立了一定的連接關系，它直接感受被測量并將其轉換成電信號。是測試系統(tǒng)中的關鍵部件。（14）中間轉換電路（信號調(diào)理電路）：作用是將傳感器的輸出信號進行傳輸、放大和轉換，使其適合顯示、紀錄、數(shù)據(jù)處理。（15） 信號處理單衣：它是以計算機為核心對中間轉換電路的輸出信號作進一步地處理（如：計算、頻譜分析、數(shù)據(jù)儲存等）（16） 顯示、記錄部分：作用是輸出測試結果。答：相同之處在于：都是將被測量的變化轉換為電阻的變化，且dR/R=（1+2H）e+XEe，其中H為材料的】泊桑比，E為材料的彈性模量，（1+2H）e是由幾何尺寸變化引起的阻值變化，入Ee是由電阻率的變化引起的阻值變化。不同的是，電阻應變片是利用導體形變引起的阻值變化，所以dR/RR（1+2H）e，SR1+2H;而半導體應變片是利用半導體材料的壓阻效應使電阻率發(fā)生變化引起電阻變化。所以dR/R=XEe，SR入E。各自的優(yōu)點分別為：電阻絲應變片具有相當高的適應性；半導體應變片的靈敏度高，一般為電阻絲應變片的50-70倍。3、 答：兩個條件：相對兩臂阻抗之模的乘機應相等，并且它們的阻抗角之和也必須相等。實現(xiàn)：電阻平衡，電容平衡。4、 答：對系統(tǒng)的微分方程做拉氏變換，傳遞函數(shù)為輸出和輸入的拉氏變換之商，另拉氏變換中的a=0即可求得頻率響應函數(shù)，對傳遞函數(shù)進行拉氏反變換就可求得脈沖響應函數(shù)。它們之間的關系分別是拉氏變換對和傅立葉變換對關系。/5、答：一般步驟：1）對系統(tǒng)建模，2）求拉氏變換3）求傳遞函數(shù)4）求頻率響應函數(shù)、幅頻特性和相頻特性；6）畫相應的圖形并分析改進之。二階系統(tǒng)圖形有幾個關鍵點，對它進行討論，并考慮最左最右的趨勢。（30分）兀 1 兀 1（30分）兀 1 兀 1x(t)e-j2 ftdt=-1+j2nf [e(J2f-1)]3=1+j2nf31、 x（f）=J-31則Ix(f)|=, '(f)=-arctg(2兀f)V1+4兀2f2(8分)頻譜圖如下:⑵Rx(T)="-sx(t)x(t+')dt=Je~(8分)頻譜圖如下:⑵Rx(T)="-sx(t)x(t+')dt=Je~teT'+，)dt=ey0(4分)2、解：對于二階系統(tǒng)：當w=wn時，A(w)=1/2Z,①](w)=-90。(10分)幅值誤差=[A(w)-1]X100%=150%Am相位誤差=H(w)=-90。如使幅值誤差不大于20%,則|A(w)-11W 即WA(w)W1/2ZW..?1/WZW1/, 阻尼比應在~之間選取。3.解：..?低通濾波器的截止頻率Wc2=2兀fc2=2兀 = = =I0-9Hz2兀^ v .R^^而輸入信號Hx=10sin100t的頻率Wx=1000Hz>Wc2,所以低通濾波器相當于積分器，Hy—jHxdt-109RCj10sin100tdt(8分)=10-9Sin(100t-900)一、填空題(每空1分，共20分)1、6函數(shù)的頻譜是譜。2、 使信號中特定的頻率成分通過，而衰減其他頻率成分的電路稱 3、對于實際濾波器，濾波器因數(shù)入范圍一般是。4、傳感器按結構可分為 等。!5、兩個時域函數(shù)x1(t)、氣(t)的卷積定義為 6、 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標有。7、高輸入阻抗測量放大電路具有高的共模抑制比，即對共模信號有抑制作用，對信號有放大作用。8、濾波器的頻率分辨力主要由其決定。9、 對于理想濾波器，濾波器因數(shù)入=—。10.電感式傳感器常可分為 等。11、 靈敏度表示系統(tǒng)輸出與輸入之間的比值，是定度曲線的。12、當 時，可變磁阻式電感傳感器的輸出和輸入成近似線性關系，其靈敏度S趨于 I13、 動態(tài)應變儀上同時設有電阻和電容平衡旋鈕，原因是導線間存在14、 調(diào)頻波的解調(diào)電路稱為 。15、濾波器的通頻帶寬和響應時間成關系。二、 問答題(共50分，每小題10分)1、 選用傳感器的基本原則是什么2、 什么是調(diào)制和解調(diào)其作用是什么3、 簡述信號不失真條件。4、測試裝置2個環(huán)節(jié)的串聯(lián)后的頻率響應函數(shù)與它的2個組成之間的關系是什 么為什么所有的系統(tǒng)都可以由一階和二階系統(tǒng)來組成—5、 按一階系統(tǒng)為例，簡述求解具體系統(tǒng)頻譜特性的一般步驟，并簡要說出一階系統(tǒng)的特性。三、 計算題(共30分)1、 試計算一階低通RC濾波器的頻率特性函數(shù)，并推導出濾波器的截止頻率。(8分)2、 巳知信號x(t)=3e-t(t>0)，TOC\o"1-5"\h\z⑴求x(t)的頻譜函數(shù)X(f)，并繪制幅頻譜、相頻譜。 (8分)⑵求x(t)的自相關函數(shù)Rx(t)。 (4分)3、 一電容傳感器，其圓形極板r=4mm，工作初始間隙60=0.3mm，(1)工作時如果傳感器的工作間隙變化△6=±1um，求電容的變化量。 (6分)(2)如果測量電路靈敏度S1=100mv/pF，讀數(shù)儀表靈敏度S2=5格/mv，在△6=±2um時，讀數(shù)儀表的指示值變化多少格(e0=X10-12F/m)(4分)一、填空(1X20分)(每個空1分)均勻譜 2.濾波器 3.(1，5) 4.結構型、物性型5.』x(t)x(t-T)d1 2非線性度、靈敏度、回程誤差 7、差模8.帶寬9.1