《机械工程测试技术基础》试题复习题及答案_第1页
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文档简介

1、XX大学200X200X学年第一学期传感器与测试技术期末考试试卷学院_ 班级_ 姓名_ 学号_题号一二三四五六总分得分一、填空(每空1份,共20分)1.测试技术的基本任务是_、2.从时域看,系统的输出是其输入与该系统_ 的卷枳。3信号的时域描述,以 时间t为独立变虽:而信号的频域描述,以频率f为独立变呈:。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100 Hz.5.在桥式测量电路中,根据英_ 的性质,可将其分为直流电桥与交流电桥。6.金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于:前者利用形变效应引起的电阻变化,后者利用_变化引起的电阻变化。7.压

2、电式传感器是利用某些物质的_而工作的。8.带通滤波器的上下限截止频率为、6,其带宽B= fc2- fel_ :若其带宽为1/3倍频程则fC2 = _ fcio9.属于能量控制型的传感器有 _. _等。io根据载波受调制的参数不同,调制可分为 调频 、调幅 、m11相关滤波的工作原理是一同频相关不同频不相关/同频检测原理12 _12测试装宜的动态特性可以用_函数、频率响应_函数和脉冲响应_函数进行数学描述。二. 选择题(把正确答案前的字母填在空格上,每题1分,共10分)1.不能用确定的数学公式表达的信号是d信号。A复杂周期B非周期C瞬态D随机2.平稳随机过程必须_bA连续B统计特征与时间无关C各

3、态历经D统讣特征等于时间平均3一阶系统的动态特性参数是_.A固有频率B阻尼比C时间常数D灵敏度4.系统在全量程内,输入咼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出量之间的最大差值称为aoA回程误差B绝对误差C相对误差D非线性误差5.电阻应变片的输入为b A力B应变C速度D加速度6.d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7.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8.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是d传感器。A电容式B压电式C电阻式D电涡流式9.信

4、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_b ,也可达到分析的目的。A重放速度放快B重放速度放慢C重放速度不变D多放几次10.阶系统的阶跃响应中.超调量d A存在,但5% B存在,但vl C在时间常数很小时存在D不存在三. 判断题(用丁或X表示,在正确的题目对应的括号里填反之填X,每题1分,共10分)1.()非周期信号的频谱是连续的。2.()传递函数相同的各种装置,其动态特性均相同。3.()调幅波是载波与调制信号的叠加。4.()涡流传感器属于有源传感器。5.()滑线变阻器式传感器不适于微小位移量的测量。6.()窗函数频谱的主蜂瓣越窄,旁瓣幅度越小,用其截取信号所引起的误差越

5、小。7.()恒带宽滤波器的中心频率越髙,其带宽越宽。8.()随机激振属于宽带激振法。9.()压电式加速度计的灵敏度越髙,其工作频率越宽。10. ()若系统是完全线性的,则输入输出的相干函数一泄为1。四. 简答题(每题5分,共3()分)1已知周期方波的傅立叶级数展开式为11sin cot + - sin 3如 + sin 5如 + 35)试绘岀该周期方波的单边幅值谱,并说明其频谱特点。2.二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,如何确左其取值范 围?3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?4.信号的预处理包括那些环节?5.为什么在动态电阻应变仪上除了设

6、有电阻平衡旋钮外,还设有电容平衡旋钮?6.测得两个同频正弦信号的相关函数波形如图1,问:图1(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H(3)=!-,式中r = O O5s1 + jot当输入信号为x(r) = 0.6cos(60/) + 0.5cos(100r-45)时,求滤波器的稳态输出y()2.(4分)有一信号x(F) = Acosf + 0),初始相角为一随机变量;试求1)求其自相关函数:2)确定其均值和方差。3(4分)以阻值/? =12QQ,灵敏度5 = 2.5的电阻丝应变片

7、与阻值为120Q的固沱电阻 组成电桥,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时, 分别求出单臂、双臂电桥的输出电压六、应用题(共16分)1.(6分)某车床加工外圆表而时,表而振纹主要是由主轴箱转动轴上齿轮不平衡惯性 力使主轴箱振动所引起.实验测得振纹的频谱如图2 (a)所示,主轴箱内的传动示意图 如图2(b)所示,传动轴I、II和主轴III上的齿轮齿数分别为Zt=30, Zs= 40,ZF20, ZF50, 传动轴I的转速为m=2000转/分(根据传动比讣算可知:传动轴II的转速为m二1500=71转/分, 主轴III的转速为n:=600转/分) , 试分析哪一根轴上的

8、齿轮不平衡量对加工表 而的振纹影响较大?为什么?图22.(10分)欲测试图3(a)所示简直梁的动态特性参数(固有频率和阻尼比),(1)请从现有设备中选择,并用框图表示测试系统构成,简述测试过程:(2)测得该梁的幅频特性曲线如图3(b)所示, 根据该曲线如何确立简直梁的动态特 性参数(给出原理.公式并在图中表示)(现有设备:压电式加速度计、压电式力传感器、磁电式速度计、电阻应变片、电荷 放大器、功率放大器、信号发生器、激振器、数据采集分析系统、显示设备)图3 (b)XX大学200X-200X学年第一学期传感器与测试技术期末考试试卷参考答案 学院=年级考试班级一.填空(每空1分,答对得分,答错不得

9、分,共20分)1.获取有用的信息2.脉冲响应函数图3 (a)3时间(/).频率/或(0)4.100Hz5激励电压(或工作电压或桥压或电源)6导体机械形变、半导体电阻率的(或半导体压阻效应)7.压电效应8 fci-fd V2(或1.26)9.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,答对任何两 个均得2分10.调幅、调频.调相11.同频相关不同频不相关/同频检测原理12.传递、频率响应、脉冲响应二、 选择题(每题1分,答对得分,答错不得分,共10分)15 D B C A B610 D B D B D三、 判断题(每题1分,答对得分,答错不得分,共10分)15 X V X V V6

10、10 V X V X V四、 简答题(每题5分,共30分)1. (5分)心)j8Ax8A3n 8A_J_ L0 s3% 5令 32分频谱特点:离散性、谐波性.递减性3分(每答对一个得1分)2. (5分)固有频率()和阻尼比()3分(每答对一个得1. 5分)为了实现不失真, 阻尼比 () 取值0.60.8;工作频率取值小于等于0.580“2分 (每答对一个得1分)3. (5分)输出y(t)与输入x(t)满足关系y(t)=Aox(t-to),其中Ao和to为常数,则为不失真测试。2分或者用文字描述上述关系,描述正确2分,不完整1分,错误不得分。 实现不失真测试的测试装置的幅频特性为A(G)=AO二

11、常数1 5分相频特性为0( 3)二一f()e1.5分或者用文字表述,表述正确同样得分。4.(5分)(1)电压幅值调理(或者放大)1分(2)滤波(或者滤去髙频)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)动态电阻应变仪釆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分其它的表述酌情给分。6(5分)(1)互相关函数,因为是非奇非偶函数匚2分(2)频率信息:正弦波形的频率与此波形频率相同1分相位信息:两正弦波形之间的相位差就是此

12、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分五、计算题(共14分)1.(6分)x(t) = 0 6cos(60f) + 0.5cos(100/ 45)令坷=0.6cos(60r), x2(r) = 0.5cos(100r -45)根据线性系统频率保持性加幅频相频特性A(co) = / - -,= -tan(ro)/ Jl + (ny)-由=60,可以得到:A)=(1二=0.3161.分J1 +(0.05x60)20() = -arctg(no) = -dfg(0.05 x 60) = -71.565 1分(f) = 0.6 x 0.316 cos(60r一71.565

13、 ) = 0.1896 cos(60/一71.565 )由少,=100 可以得到:A(妙)=,=0.1961.分J1 +(0.05x100) 2(p(o2) = -arctg(rco) = -arctg(0.05 x 100) = -78.691分y2(t) = 0.196 x0.5cos(100r一45。一78.69) = 0.098 cos(100r一123.69)由线性系统的叠加性可得y(/)=儿 + y2(r) = 0.1896 cos(60/ - 71.565 ) + 0.098 cos(100r一123.69) 2分2.(4分)自相关函数:Rx(r) = lim丄:x(f) x(F

14、 +1eT=lim A cos(曲 +0) A cos e(/ + r) +(p)dt=4-cos(6yr)均值:儿::o方差:b,3.(4分)单臂:1分= -压ACOS(6X +(p)dt =01芒A2=亓曲(/)_川=:双臂:AR41 AR1-w()= SCUQ4 /?- 44X2.5X1000X10-X4 = 2.5X10Vuv=竺 如=-=lsa0j0)的频谱。CQSCOJtT5、 求指数衰减振荡信号%(/) =严sin co.t(a 0,/0)的频谱。第二章 测试装置的基本特性(一)填空题1、 某一阶系统的频率响应函数为H(j3)=一.输入信号x(O = sin-则输出信号2丿 e

15、+12)心)的频率为血=_,幅值y=_,相位0=_ o15416?2、 试求传递函数分别为亍亞市和 -匕-的两个环节串联后组成的系统的3+ 0 5厂+l 4rs + e总灵敏度。3、 为了获得测试信号的频谱,常用的信号分析方法有_、和_O4、 当测试系统的输岀)心)与输入x(f)之间的关系为=时,该系统能实现测试。此时,系统的频率特性为Hjco)=_ 5、 传感器的灵敏度越髙,就意味着传感器所感知的_ 越小。6、 一个理想的测试装K输入和输岀之间应该具有_ 关系为最佳。(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(4)阻尼系数2、 从时域上看,系统的输出是

16、输入与该系统_响应的卷积。(1)正弦(2)阶跃(3)脉冲(4)斜坡3、 两环节的相频特性各为(e)和0(e),则两环节串联组成的测试系统,英相频特性为o019)0(。)(1)09)02(。)(2)09) + 29)(3): c(Qg)-2S)4、 一阶系统的阶跃响应中,超调量_ (1)存在,但5%(2)存在,但vl(3)在时间常数很小时存在(4)不存在5、 忽略质量的单自由度振动系统是_ 系统。(1)零阶(2)阶(3)二阶(4)髙阶6、 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7、 用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数,可取输出值达到稳态值_ 倍所经过

17、的时间作为时间常数。(1) 0.632 (2) 0.865 (3) 0.950 (4) 0.982(三)判断对错题(用丁或X表示)1、 一线性系统不满足“不失真测试”条件,若用它传输一个1000Hz的正弦信号,则必然 导致输出波形失真。()2、 在线性时不变系统中,当初始条件为零时,系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数。()3、 当输入信号x(/)上时,系统的输岀y(r)将完全取决于传递函数H(s),而与该系统的物理模型无关。()4、 传递函数相同的各种装置,苴动态特性均相同。()5、 测量装置的灵敏度越髙,其测量范用就越大。()6、 幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。

18、()(四)简答和计算题1、 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?2、 测试装置的静态特性和动态特性各包括那些?3、 测试装置实现不失真测试的条件是什么?4、 某测试装置为一线性时不变系统,其传递函数为H(s)=)。求其对周期信号0.0055 +1x(r) = 0.5cosl0r + 0.2cos(100r -45)的稳态响应y(t)。5、 将信号cosm输入一个传递函数为H($) = 的一阶装宜,试求其包括瞬态过程在1 + TS内的输出y(0的表达式。第三章常用传感器(一)填空题1属于能量控制型的传感器有_ 等,属于能量转换型的传感器有_ 等(每个至少举例两个)。2、 金属电

19、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_ 引起的电阻变化,后者利用_ 变化引起的电阻变化。3、 为了提髙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蜀精度的影响,实际应用时常常采用_工作方式。4、 压电式传感器的测量电路(即前置放大器)有两种形式:_放大器和_ 放大器,后接_ 放大器时,可不受连接电缆长度的限制。5、 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_效应。6、 磁电式速度计的灵敏度单位是_ ,7、 压电式传感器是利用某些物质的_ 而工作的。(二)选择题1、 电阻应变片的输入为_O(I)力(2)应变(3)速度(4)加速度2、结构型传感器是依靠_ 的

20、变化实现信号变换的。(1)本身物理性质(2)体积大小(3)结构参数(4)电阻值3、 不能用涡流式传感器进行测量的是_ .(1)位移(2)材质鉴别(3)探伤(4)非金属材料4、 变极距面积型电容传感器的输出与输入,成_关系。(1)非线性线性(3)反比(4)平方5、 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_o(I)长度(2)截而积(3)电阻率(4)髙通6、 压电式传感器输出电缆长度的变化,将会引起传感器的_ 产生变化。(1)固有频率(2)阻尼比(3)灵敏度(4)压电常数7、 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。(1)电容式(2)压电式(3)电阻式

21、(4)电涡流式8、 自感型可变磁阻式传感器,当气隙5变化时,其灵敏度S与5之间的关系是:S0(1)&丄(2) kS (3)肋-2(4)一肋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(三)判断对错题(用J或X表示)K滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。()2、 涡流式传感器属于能量控制型传感器()3、 压电加速度计的灵敏度越髙,其工作频率越宽。()4、 磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于北固有频率。()(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

22、否测 量大位移量?为什么?3、 电涡流传感器除了能测虽: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?应采取什么描施改进,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、 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英作用原理;(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 =工作初始极板间距离=0.3(/wn),介质为空气。问:(1) 如果极板间距离变化疑= 1(“

23、”),电容的变化量AC是多少?(2)如果测量电路的灵敏度人=100(W/F),读数仪表的灵敏度k2=5(格/mV)在/=1(“”)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_输出的装置。2、在桥式测量电路中,按照_ 的性质,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_o6、 调频是利用信号电压的_ 控制一个

24、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/门的运义为 _ ,英带宽B=_,若为倍频程滤波器几与*2的关系为_o8、RC低通滤波器中RC值愈_ ,则上截止频率愈低。(二)选择题1、设有一电路,&是工作桥臂,R,心,&是固定电阻,且/?,=/?,=R. = R4-工 作时则电桥输岀电压匕,()。勺为电桥的电源电压。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)使髙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

25、装置,其幅一频特性在厶 ts 区间近于平直,在人TO区间急剧衰减,这叫 滤波器。(1)低通(2)髙通(3)带通(4)带阻5、一带通滤波器,其中心频率是/(),-3dB带宽是B,则滤波器的品质因数。等于_(1)几+8(2) f.-B (3) f.B (4) f./B(三)判断対错题(用丁或X表示)1、 平衡纯电阻交流电桥须同时调整电阻平衡与电容平衡。()2、 调幅波是载波与调制信号的叠加。()3、 带通滤波器的波形因数/I值越大,其频率选择性越好。()4、 将髙通与低通滤波器串联可获得带通或带阻滤波器。()(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

26、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?其截止频率如何确左?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 = 120Q,灵敏度S = 2的电阻丝应变片与阻值为120Q的固左电阻组成电桥, 供桥电压V0=3V,若其负载电阻为无穷大,应变片的应变 =2000。(1)求单肾电桥的输出电压及其灵敏度。(2)求双臂电桥的输出电压及其灵敏度6、 若x(f)为调制信号,M)= cos2矶/为载波J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)画出载波与调幅波的双边频谱图。第五章信号处理初步(一) 填空题1、 为了识别信号类型,常用的信号分析方法有_ 、和_O2、 为了获得测试信号的频谱,常用的信号分析方法有_、和_O3、 在数字信号处理中,为避免频率混叠,应使被釆样的模拟信号成为_还应使采样频率满足采样定理即_4、 如果一个信号的最髙频率为50Hz,为了防止在时域采样

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