机械工程测试技术试卷
-
机械工程测试技术基础试卷一
一、填空题
１、周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是
连续的
。
２、均方值
Ψ
x2
表示的是信号的强度，它与均值
μ
x
、方差
ζ
x2
的关系是
。
３、测试信号调理电路主要有
电桥
、
放大
、
调制解调电路
。
４、测试系统的静态特性指标有
灵敏度
、
非线性度
、
回程误差
。
５、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的
斜率
。
６、传感器按信号变换特性可分为
组合型
、
一体化型
。
７、当
时，可
变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度
S
趋于
。
８、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合
、
的变化，才能使输
出有最大值。
９、信号分析的过程主要包括：
信号分析
、
信号处理
。
10
、系统动态特性在时域可用
微分方程
来描述，在复数域可用
传递函数
来描述，在频域可用
频
率响应函数
来描述。
11
、高输入阻抗测量放大电路具有高的共模抑制比，即对共模信号有抑制作用，对
差模
信号有放大
作用。
12
、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导
线间存在
。
13
、
压控振荡器的输出电压是方波信号，其
与输入的控制电压成线性关系。
14
、调频波的解调又称
，其解调电路称为
。
15
、滤波器的通频带宽和响应时间成
关系。
16
、滤波器的频率分辨力主要由其
决定。
17
、对于理想滤波器，滤波器因数
λ
＝
。
18
、带通滤波器可由低通滤波器（
fc2
）和高通滤波器（
fc1
）
而成（
fc2>
fc1
）
。
19
、测试系统的线性度和滞后度是由
系统
误差引起的；而重复性误差是
由
随机
误差引起的。
二、问答题（共
30
分）
１、
什么是测试？说明测试系统的构
成及各组成部分的作用。
（
10
分）<
/p>
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。
（
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、
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）
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)
ε
+
λ
E
ε
,
其中
H
为材
料的泊桑比，
E
为材料
的弹性模量，
(1+2H)
ε
是由几何
尺寸变化引起的阻值变化，
λ
E
ε
是由电阻率的
变化引起的阻值变化。
<
/p>
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)
ε
，
S
≈
1+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=
λ
E
ε
，
S
≈
< br>λ
E
。
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、
选用传感器的原则是什么？（
10
分）
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。
（<
/p>
1
）静态特性方面：
a
< br>、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
、满足实际要求的条件下，精
度不宜过高。
三、计算题（共
55
分）
１、
已知信号
x(t)=e-t
(t
≥
0)
，
(1)
求
x(t)
< br>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
(
η
)
。
（
15
分）
２、
二阶系统的阻尼比
ξ
=0.2
，求
ω
=
ω
n
时的幅值误差和
相位误差，如果使幅值误差不大于
10
％，应
< br>取多大阻尼比？。
（
10
分）
３、
一电容传感器，其圆形极板
r =
4mm
，工作初始间隙
δ
0
=0.3mm
，
（
< br>1
）工作时如果传感器的工作
间隙变化
< br>Δ
δ
=
±
2
μ
m
，求电容的变化量。
（
2
）如果测量电路
灵敏度
S1=100mv/pF
，读数仪表灵敏度
S2=5
格
/mv
，
在
Δ
δ
=
±
2
μ
m
时
，
读
数
仪
表
的
指
示
值
变
化<
/p>
多
少
格
？
(8
分
)
４、
<
/p>
已知
RC
低通滤波器的
< br>R=1K
Ω
，
C=1MF
，当输入信号
μ
x=
100sin1000t
时，
求输出信号
μ
y
。
（
7
分）
５、
（
1
）在下图
中写出动态应变仪所包含的各个电路环节。
<
/p>
（
2
）如被测量
x(t) = sin
ω
t
，载波
y(t)=sin6
ω
t
< br>，画出各环节信号的波形图。
(15
分
机械工程测试技术基础试卷一答案：
一、填空题：
1
、
连续
2
、
3
、电桥、放大、调制解调电路
4
、非线性度、灵敏度、回程误差
5
、斜率
6
、组合型、一体化型
7
、
Δ
ó〈
〈ó
0
定位
8
、相邻相反
相对相
同
9
、信号分析、信号处理
10
、传递函数、频率函数、脉冲响应函数
11
、差模
12
、分布电容
13
、频率
14
、鉴频、鉴频器
15
、反
比
16
、带宽
B
17
、
1 18
、串联
19
、系统、随机
二、
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。
（
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)
ε<
/p>
+
λ
E
ε
,
其中
H
为材料的泊
桑比，
E
为材料的弹性模量，
(1+2H)
ε
是由几何尺寸变化引起的阻值变
化，
λ
E
ε
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
< br>≈
(1+2H)
ε
，
S
≈
1+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=
λ
E
ε
，
S
≈
λ
E
。
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
、满足实际要求的条件下，精
度不宜过高。
机械工程测试技术基础试卷二
一、填
空题（每空
0.5
分，共
15
分）
1
、非周期信
号可分为瞬变非周期信号和
非周期
信号。
２、均方值
Ψ
x2
表示的是信号的
，它与均值
μ
x
、方差
ζ
x
2
的关系是
。
３、测试系统的静态特性指标有
、
、
。
４、测试系统的组成类型大体分为
和
。
５、当
时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度
S
趋于
。
６、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合
、
的变化，才能使输出有最大
值
７、信号分析的过程主要包括：
、
。
８、动态应变仪上同时设有电阻
和电容平衡旋钮，原因是导线间存在
。
９、在数据采集系统中，常
采用
放大器。
10
、根据载波受调制的参数的不同，调制可分为
、
、
。
11
、压控振荡器的输出电压是方
波信号，
其
与输入的控制电压成线性关系。
12
、调频波的解调电路称为
。
13
、滤波器的频率分辨力主要由其
决定。
14
、
决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力。
15
、带通滤波器可由低通滤波器（
fc2
）和高通滤波器（
fc1
）
而成（
fc2>
fc1
）
。
16
、用滤波的方法从信
号提取的频率成分越窄，即带宽越小，需要的时间就越
。
17
、如信号
的自相关函数为
Acos
ω
η
，则其
均方值
Ψ
x2
=
。
18
、低通滤波器对阶跃响应的建立时间
Te
< br>带宽
B
成
、
，或者说它们之间的乘机是
。
19
、测试系统的
线性度和滞后度是由
误差引起的；而重复性误差是
由
误差引起的。
二、问答题（共
30
分）
１、
什么是测试？简述测试技术的含
义。
（
10
分）
２、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）
３
、简述调幅波的特点。
（
10
分）
三、计算题（共
55
分）
５、
已知信号
x(t)=e-t
(t
≥
0)
，
(1)
求
x(t)
< br>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
(
η
)
。
（
10
分）
2
、求周期信号
x(t)
＝
cos10t + sin (100t
－
45
°
)
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
cos
Ω
t +20
cos3
Ω
t
)cos
ω
ct
，
其中
f
c =10KHz
，
f
Ω
=500Hz
。试求：
（
1
）
xm(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）
５、
（
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) = sin
ω
t
，载波
y(t)=sin6
ω
t
，画出各环节信号的波形图。
(15
分
)
机械工程测试技术基础试卷二答案：
一、填空题：
2
、
非周期
2
、
3
、灵敏度、非线形度、回程误差
4
、组合型
一体化型
5
、
Δ
ó〈
< br>
〈ó
0
6
、
相邻相反
相对相同
7
、
信号加工、
信号变换，
提取又有信号的过程
8
、
分布电容
9
、
程序控制
10
、
调幅、调频、调相
11
、鉴频
12
、鉴频器
13
、带宽
B
14
、信频程选择性
15
、串联
16
、长
17
、
A
18
、
反比；常数
19
、串联
二、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
）
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)
ε<
/p>
+
λ
E
ε
,
其中
H
为材料的<
/p>
泊桑比，
E
为
材料
的弹性模量，
(1+2H)
ε
是由几何尺寸变化引起的阻值变化，
λ
E<
/p>
ε
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)
ε
，
S
≈
1+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=
λ
E
ε
，
S
≈
λ
E
< br>。
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，
xm (t)
与载波
y(t)
同频
反相，其幅值大小仍与
x(t)
的大小有关；
< br>
（
3
）
调幅波是一高频，但其包洛线和调制信号
x(t)
< br>相似，其副值受
x(t)
变化的影响，
< br>y(t)
的频率越高，
即波形
越宽，相似程度越好。