《机械工程测试技术基础》试题复习题及答案

1、1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10 11 12 、 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 四、 1. 2. 3. 4. 5. 6. 一、填空（每空1份，共20 分） 测试技术的基本任务是。 从时域看，系统的输岀是其输入与该系统 的卷积。 信号的时域描述，以 为独立变量；而信号的频域描述，以 为独立变量。 如果一个信号的最高频50Hz ,为了防止在时域采样过程中岀现混叠现象，采样频率应该大于 Hz。 在桥式测量电路中，根据其 的性质，可将其分为直流电桥与交流电桥。 金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：前者利用引起的电 阻变化，后者利用变化引

2、起的电阻变化。 压电式传感器是利用而工作的。 带通滤波器的上下限截止频率为 fc2、fc1,其带宽B = ;若其带宽为1/3倍频程 贝 U fc2 =fc1。 属于能量控制型的传感器有 、等。 根据载波受调制的参数不同，调制可分为 、。 相关滤波的工作原理是 。 测试装置的动态特性可以用 函数、函数和 函数进行 数学描述。 选择题（把正确答案前的字母填在空格上，每题1分，共10分） 不能用确定的数学公式表达的信号是 信号。 A 复杂周期B非周期C瞬态D随机 平稳随机过程必须。 A连续 B统计特征与时间无关C各态历经 D统计特征等于时间平均 一阶系统的动态特性参数是 。 A 固有频率B 阻尼比C

3、 时间常数D 灵敏度 系统在全量程内，输入量由小到大及由大到小时，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输岀量 之间的最大差值称为。 A 回程误差 B绝对误差C相对误差D非线性误差 电阻应变片的输入为。 A 力B应变C 速度D加速度 用于评价系统的输岀信号和输入信号之间的因果性。 A传递函数B互相关函数C互谱密度函数D相干函数 为使电缆的长短不影响压电式传感器的灵敏度，应选用 放大器。 A 电压B电荷C微分D积分 在测量位移的传感器中，符合非接触测量而且不受油污等介质影响的是 传感器。A电容式B压电式C电阻式D电涡流式 信号分析设备可分析的频率低于磁带记录仪记录信号的频率，可将磁带，也可达到分

4、析 的目的。A 重放速度放快 B重放速度放慢 一阶系统的阶跃响应中，超调量 。 A存在，但5% B存在，但1 简答题（每题 5分，共 30分） 已知 周期 方 波的傅 心、8A 1 一 一 1 一 x(t) sinot sin3 ot sin5 3 5 试绘岀该周期方波的单边幅值谱，并说明其频谱特点 C重放速度不变D多放几次 C在时间常数很小时存在D不存在 立 叶 级 数 展 开 式 为 ot 二阶测试装置的两个动态特性参数是什么？为了实现不失真测试，如何确定其取值范围? 何谓不失真测试？实现测试不失真的测试装置的幅频和相频特性应如何？ 信号的预处理包括那些环节？ 为什么在动态电阻应变仪上除了

5、设有电阻平衡旋钮外，还设有电容平衡旋钮？ 测得两个同频正弦信号的相关函数波形如图1,问： （1）这一波形是自相关函数还是互相关函数？为什么？（2） 从波形中可以获得信号的哪些信息? 五、计算题（共14分） 1. （6分）已知低通滤波器的频率响应函数为 1 式中 2. 3. H()1 j 当输入信号为x(t)0.6cos(60t) 0.05s （4 分）有一信号 x（t） A cos（ 2）确定其均值和方差。 0.5cos（100t45 ）时，求滤波器的稳态输出 y（t） t ），初始相角为一随机变量； 试求1）求其自相关函数； （4 分）以阻值R 120 ，灵敏度S 2.5的电阻丝应变片与阻值

6、为 供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大，当应变片的应变为1000 的输出电压 120的固定电阻组成电桥, 时，分别求岀单臂、 双臂电桥 图 3 (b) 参考答案 一、填空（每空1分，答对得分，答错不得分，共20分） 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 获取有用的信息 脉冲响应函数 时间（t ）、频率f或（） 100Hz 激励电压（或工作电压或桥压或电源） 导体机械形变、半导体电阻率的（或半导体压阻效应） 压电效应 c1、V2 （或 1.26 ） c2 电阻式传感器、涡电流传感器、电容式传感器、电感式传感器等, 9. 10. 调幅、调频、调相 11同频相关不同频不相关/同频检测原理

7、 12.传递、频率响应、 选择题（每题1分， 1 5 D B C A B 6 10 D B D B D 简答题（每题5分， 脉冲响应 答对得分，答错不得分，共 共30分）1 值小于等于 答对任何两个均得 10 分) 8A 频谱特点: 固有频率（ 离散性、谐波性、递减性 n）和阻尼比（） 2分 分（每答对一个得1分） 为了实现不失真，阻尼比（）取值0.60.8; 工作频率取 2 输出y（t）与输入x（t）满足关系 则为不失真测试。 0.58 n y（t）=A 2 或者用文字描述上述关系，描述正确 实现不失真测试的测试装置的 幅频特性为 A（ 3 ）= A 0 =常数 分（每答对一个得1分） 0

8、x（t-t 0）,其中A和10为常数， 分 2分，不完整1分，错误不得分。 1.5 分 相频特性为肛3）= t01.5 分 4. （5分）（1）电压幅值调理（或者放大）1分 （2） 滤波（或者滤去高频）2 分 （3） 隔离直流分量（或者隔直）1分 （4）如原信号进行调制，则应先进行解调（或者解调）1 分 5. （ 5分）动态电阻应变仪采用的是纯电阻交流电桥（1分），即使各桥臂均为电阻，由于导线间 存在分布电容（1分），相当于在各桥臂上并联了一个电容，因此，除了电阻平衡外，还须有电容平 衡（3分）。5 分 6. （5分）（1）互相关函数，因为是非奇非偶函数。2 分 （2）频率信息：正弦波形的频率

9、与此波形频率相同1 分 相位信息：两正弦波形之间的相位差就是此波形中的初相位1分 幅值信息：此波形的振幅是两个正弦波振幅乘积的一半1 分 三、计算题（共14分） 1. （6 分）x（t） 0.6cos（60t）0.5cos（100t45 ） 令X1 (t)0.6cos(60t)，x2(t) 0.5cos(100t 45 ) 根据线性系统频率保持性和幅频相频特性 A()九()2， ( )tan() 由160，可以得到： 1 A( 1)20.316 1 分 (0.05 60)2 (1) arctg () arctg (0.05 60)71.5651 分 y1(t)0.6 0.316cos(60t7

10、1.565 )0.1896 cos(60t 71.565 ) 由2100，可以得到： 1 A( 2) 20.1961 分 屮(0.05 100) (2) arctg () arctg (0.05 100)78.691 分 y2(t)0.196 0.5cos(100t 4578.69 )0.098cos(100t 123.69 ) 由线性系统的叠加性可得 y(t) 2分 y,t)y2(t) 0.1896 cos(60t 71.565 ) 0.098 cos(100t 123.69 ) 1 T 2.（ 4 分） 自相 关函数 :Rx() lim 0 x(t) x(t )dt 1分 1 T lim

11、A2 T 0 Acos( t ) )Acos (t ) )dt = cos( 1 分 2 1 T 1 T0 均值： x T0 x(t)dt = 2 I Acos( t T 0 2 )dt =0 1分 2 1 T0 A2 方差： x -Tx(t) xdt 1分 2 3.（ 4分）单臂: 1 R 1 c U0 S U0 4 R 4 Uy 4R U0 163 -2.5 1000 1042.5 10 V 2 分 4 双臂: R Uy 2R U0 1 2SU0 1 6 3 -2.5 1000 1045 10 V 2 分 2 第一章 信号及其描述 (一)填空题 测试的基本任务是获取有用的信息， 物理量就是

12、 信号的时域描述，以 1、 2、 3、 4、 5、 6、 而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。这些 ，其中目前应用最广泛的是电信号。 为独立变量；而信号的频域描述，以 为独立变量。 信号。 对称。 (三)简答和计算题 1、求正弦信号x(t)x0 sint的绝对均值卩|x和均方根值xrms。 2 2、求正弦信号x(t) x0 sin( t)的均值 x，均方值 x，和概率密度函数p(x) 3、 求指数函数x(t) Ae (a 0, t 0)的频谱。 虚频谱(相频谱)总是 对称, 周期信号的频谱具有三个特点： 非周期信号包括信号和 描述随机信号的时域特征参数有 二 对信号的双边谱而言

13、，实频谱(幅频谱)总是 4、 求被截断的余弦函数 x(t) cos 0t Itl 5、 求指数衰减振荡信号 x(t) 0 at e sin 第二章 |t| 的傅立叶变换。 T ot(a 0,t 测试装置的基本特性 0)的频谱。 (一)填空题 某一阶系统的频率响应函数为 H(j ) 频率为 ，幅值y 试求传递函数分别为 1.5 3.5s 0.5 度。 为了获得测试信号的频谱， 和。 1. t ，输入信号x(t) sin ，则输出信号y(t)的 2j 12 _，相位 。 412 -的两个环节串联后组成的系统的总灵敏 s2 1.4 nS n2 常用的信号分析方法有 当测试系统的输出y(t)与输入x(

14、t)之间的关系为y(t)A0 x(t 测试。此时，系统的频率特性为H(j ) _ 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 一个理想的测试装置，其输入和输岀之间应该具有 t0)时，该系统能实现 (二)选择题 1、 不属于测试系统的静特性。 (1)灵敏度 (2)线性度 (3)回程误差 从时域上看，系统的输岀是输入与该系统- (1)正弦(2)阶跃 两环节的相频特性各为 Q1 ( (3)脉冲 )和 Q2 ( Q, )Q2( )(2) 一阶系统的阶跃响应中，超调量 1)存在，但5% 3)在时间常数很小时存在 忽略质量的单自由度振动系统是 Q1() 越小。 关系为最佳。 (4)阻尼系数 响应的卷积。

15、4)斜坡 )，则两环节串联组成的测试系统， QN Q() Q2()(3) Q1( ) Q2() (2)存在，但1 (4)不存在 系统。 4)高阶 (1)零阶 (2) 一阶 (3)二阶 一阶系统的动态特性参数是。 (1)固有频率(2)线性度 (3)时间常数 (4)阻尼比 用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数，可取输岀值达到稳态值 常数。 其相频特性为 Q1 ( ) Q2 () 倍所经过的时间作为时间 1、 2、 3、 4、 某测试装置为一线性时不变系统，其传递函数为H（s） x(t) 0.5cos10t0.2cos(100t 45 5、 将信号cos t输入一个传递函数为H （s） 。求其对周期

16、信号 0.005s1 ）的稳态响应y（t）。 1 一 的一阶装置，试求其包括瞬态过程在内的输岀 1 s （1）0.632（ 2）0.865（ 3）0.950（ 4）0.982 （四）简答和计算题 什么叫系统的频率响应函数？它和系统的传递函数有何关系? 测试装置的静态特性和动态特性各包括那些？ 测试装置实现不失真测试的条件是什么？ y（t）的表达式。 第三章 常用传感器 （一）填空题 属于能量控制型的传感器有 等（每个至少举例两个）。 金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于：前者利用 用变化引起的电阻变化。 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 等，属于能量转换型的传感器有 引起的

17、电阻变化，后者利 为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响，实际应用时 常常采用工作方式。 压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式： 放大器时，可不受连接电缆长度的限制。 涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的 磁电式速度计的灵敏度单位是 压电式传感器是利用某些物质的 而工作的。 （二）选择题 电阻应变片的输入为 力 （2） 应变 （3）速度 （4）加速度 结构型传感器是依靠的变化实现信号变换的。 本身物理性质（2 ）体积大小（3）结构参数（4）电阻值 不能用涡流式传感器进行测量的是 。 位移（2 ）材质鉴别（3）探伤（4）非金属材料

18、 变极距面积型电容传感器的输出与输入，成关系。 非线性（2）线性（3）反比 （4）平方 半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是 长度（2）截面积 （3）电阻率（4）高通 压电式传感器输岀电缆长度的变化，将会引起传感器的_ 固有频率（2）阻尼比 （3）灵敏度 （4）压电常数 1、 （1） 2、 （1） 3、 （1） 4、 （1） 5、 （1） 6、 （1） 7、 （1） (1) 放大器和 效应。 产生变化。 在测量位移的传感器中，符合非接触测量，而且不受油污等介质影响的是 电容式（2）压电式 （3）电阻式 自感型可变磁阻式传感器，当气隙变化时， 1 k（ 2） k . 2 (3)

19、k(4) 放大器，后接 传感器。 （4）电涡流式 其灵敏度S与 之间的关系是：S 9、 光电倍增管是利用效应制成的器件。 （1）内光电 （2）外光电 （3）光生伏特（4）阻挡层 （四）简答和计算题 1、哪些传感器可选作小位移传感器？ 2、 涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么？涡流式传感器能否测量大位移量？ 为什么？ 3、电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？ 4、电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移？若能测量理由是什么？不能测量理由是什么？应采取 什么措施改进，就可以用电涡流传感器测量了。 5、压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同，为什么？ 6

20、、试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。 （1）用简图说明该传感器的结构并简要说明其作用原理； （2）两个线圈通常应该接在什么电路中？用图说明如何接法。 7、某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径r 4（mm），工作初始极板间距离 (1) 如果极板间距离变化量1( m)，电容的变化量 C是多少？ (2) 如果测量电路的灵敏度k1 100(mV pF)，读数仪表的灵敏度k2 5 (格/ mV)在 1( m)时，读数仪表的变化量为多少？ 第四章信号调理、记录和显示 (一) 填空题 1、 电桥的作用是把电感、电阻、电容的变化转化为 输岀的装置。 2、 在桥式测量电路中，按照的性质，

21、电桥可分为直流和交流电桥。 3、 在桥式测量电路中，根据工作时阻抗参与变化的 可将其分为半桥与全桥测量电路。 4、 调幅是指一个高频的正(余)弦信号与被测信号 ，使高频信号的幅值随被测信号的 而 变化。信号调幅波可以看作是载波与调制波的 。 5、 调频波的解调又称为。 6、 调频是利用信号电压的 控制一个振荡器，使其输出为等幅波，而 与信号电压成正比。 7、 常用滤波器的上、下截止频率 仁1、 fc2的定义为 ，其带宽B =， 若为倍频程滤波器 fc1与fc2的关系为 。 8 RC低通滤波器中RC值愈，则上截止频率愈低。 (二) 选择题 R1 R1 2 R-i，则电桥输出电压ey( 。) 尺

22、R1 R1 (1) e。 (2)-e0(3) e0 4R1 2R1 R1 1、 设有一电路, R1是工作桥臂, R2， R3， 是固定电阻，且R-iR2R3R4。工作时 )。e0为电桥的电源电压 2 R1 (4)- e0 R1 2、调幅过程相当于在时域中将调制信号与载波信号 (1)相乘(2)相除(3)相加(4)相减 3、 电路中鉴频器的作用是 。 (1) 使高频电压转变成直流电压 (2 )使电感量转变为电压量 (3) 使频率变化转变为电压变化 (4)使频率转变为电流 4、 一选频装置，其幅一频特性在 波器。 f2 区间近于平直，在 f20区间急剧衰减，这叫 (1) 低通(2)高通(3) 带通

23、(4)带阻 5、 一带通滤波器，其中心频率是 f0，-3dB带宽是B，则滤波器的品质因数 Q等于。 (1)f0 B(2) f0 B (3) f0B(4) f： B (四)简答和计算题 1、何谓电桥平衡？要使直流电桥平衡，桥臂参数应满足什么条件？交流电桥应满足什么条件？ 2、调幅波的解调方法有哪几种？ 3、抗混滤波器的作用是什么？它选用何种滤波器？其截止频率如何确定？ 4、相关滤波器的的基本原理是什么？举例说明其工程应用。 5、 以阻值R 120 ，灵敏度S 2的电阻丝应变片与阻值为120的固定电阻组成电桥，供桥电压 V0 3V，若其负载电阻为无穷大，应变片的应变2000 (1) 求单臂电桥的输

24、出电压及其灵敏度。 (2) 求双臂电桥的输出电压及其灵敏度 6、 若x(t)为调制信号，y(t) cos2 f0t为载波，xm(t)为调幅波(如图所示) (1) 利用傅里叶变换性质说明调幅过程的原理。 (2) 画岀载波与调幅波的双边频谱图。 第五章信号处理初步 (- -)填空题 1、 为了识别信号类型，常用的信号分析方法有、和 。 2、 为了获得测试信号的频谱， 和。 常用的信号分析方法有 、 3、 在数字信号处理中，为避免频率混叠， 频率满足采样定理即 应使被采样的模拟信号成为 。 ，还应使采样 4、如果一个信号的最高频率为50Hz，为了防止在时域采样过程中出现混叠现象，采样频率应该大于 H

25、z o 5、 若x(t)是均值为Ux为零的宽带随机信号其自相关函数T =0时民( 8时 R( T )O 6、 入信号之间的因果性。 7、 若某一信号的自相关函数为 Acos()，则该信号的均方值为 ，均方根值为 Xrms=o 最常用的功率谱估计方法为 9、 Sx( f)为信号的 巴塞伐尔定理表示在 (三)简答和计算题 10、 沿频率轴的分布, X(f) 中计算的信号总能量，等于在 2 称为 O 中计算的信号总能量。 1、已知信号x(t)A0A1cos(1t1)A2 sin(2t2)，求信号的自相关函数Rx()，并 画出自功率谱Sx()(双边幅值谱)。 2、求频率相同的单位方波和正弦波的互相关函

26、数。 3、相关滤波器的基本原理是什么？举例说明其工程应用。 4、试根据一个信号的自相关函数图形，讨论如何确定该信号中的常值分量和周期成分。 5、某一系统的输入信号为x(t)，若输出y(t)与输入x(t)相同，输入的自相关函数Rx()和输入一输出的 互相关函数Rxy()之间的关系为Rx( )Rx(T)，试说明该系统起什么作用？ 2 6、 应用巴塞伐尔定理求sine (t)dt的积分值。 第六章振动测试 (一)填空题 1、 单自由度系统质量块受力所引起的受迫振动，位移共振频率系统固有频率，速度共振频率 系统固有频率，加速度共振频率 系统固有频率。 2、 单自由度系统质量块受力所引起的受迫振动，在相

27、位共振处位移始终落后于激振力度。 3、 单自由度系统基础运动所引起的受迫振动，当激振频率 固有频率时，质量块和壳体之间的相对 运动和基础振动近于相等。 4、激励方式分为， 5、 按所测的振动性质可将拾振器分为 和o 6、 阻抗头的前端是 ，后面是测量激振点响应的 o 7、 压电式传感器的测量电路(即前置放大器)有两种形式：、和o 8 机械系统的主要振动参数是 ，和o 9、 相对法校准传感器时，经国家计量等部门严格校准过的传感器起着“振动标准传递”的作用，称为 传感器。 (三) 简答和计算题 1、对单自由度系统质量块受力所引起的受迫振动，分别写岀其位移频响函数、速度频响函数、加速度频 响函数。 2、对单自由度系统基础位移所引起的受迫振动，分别写岀其相对位移频响函数、绝对位移频响函数。 3、对于压电式加速度计，画出其工作原理图，并说明为什么其上限频率取决于固有频率？ 4、对于磁电式绝对速度计，画岀其工作原理图，并说明为什么其下限频率取决于固有频率？ 5、如何用实频曲线估计系统的固有频率和阻尼比？画图说