济南大学2010-2011学年测试技术期末考试试题答案

1、装订线济南大学20102011学年第2学期课程考试试卷（A卷）课 程测试技术 授课教师 宋方臻、苏东宁、邵海燕、马玉真 考试时间 2011年 6月15日 考试班级 学 号 姓 名 题号一二三四五六总 分得分得 分阅卷人一、分析题（共25分）如图1所示，由电容传感器、电容测微仪、测微台架组成的位移测量系统中，电容传感器的测量范围如图2所示，请回答以下问题： 图1 电容测量系统组成 图2 电容传感器的测量范围（1）根据电容传感器与被测表面的相对位置关系，说明电容传感器的测量方式。 答：（2）写出电容传感器的电容与极距h的关系，说明传感器的测量范围与量程。 答：（3）在h由50um到150um变化的

2、过程中，将电容传感器的电容随位移（或极距）变化的关系在下图中绘出(定性表示)，并说明该传感器的输出与输入之间是否具有线性关系，灵敏度是否为常数？答题不要超过此线50h(um)C(F)7090130110150答：（4）电容测微仪即是电容传感器的测量放大电路，其输出为电压信号。根据学习的理论知识，说明可能采取的测量电路，画出电路简图，并写出系统的输出电压与被测位移量之间的关系式。答：（5）在h由50um到150um变化的过程中，将测微仪的输出电压（以直流形式表示）随位移（或极距）变化的关系在下图中绘出(定性表示)，并说明该测量系统的输出与输入之间是否具有线性关系？装订线50h(um)V(mV)7

3、090130110150 答： 得 分阅卷人 二、计算题（共25分）如图所示，在一个悬臂梁上、下表面各粘贴了两个阻值为、灵敏度 的金属电阻应变片，当在梁的末端施加一个恒定的力F时，梁发生应变。其主视图和俯视图如图3所示。其中，R1与R3在上表面，R2与R4在下表面。 FR1，3R2,4 图3 悬臂梁的结构简图（1）将以上四个应变片接成全桥电桥，假设直流供桥电源为5V，并假设负载电阻无穷大，当应变片的应变为时，求出此时电桥的输出电压，并画出直流电桥的电路图。 解： 答题不要超过此线 （2）某同学将上面的两个应变片串联相接作为一个桥臂的电阻，下面的两个应变片串联相接作为相邻的一个桥臂的电阻，其余两

4、个桥臂接固定电阻，阻值为，从而形成半桥电路，画图表示该电桥，并计算分析其灵敏度与第一小题中的灵敏度有什么不同？ 解：装订线（3）若用图3中的电阻应变片接成交流电桥的全桥，并在悬臂梁的末端加交变激振力，采用交流激励电压，当应变片的应变为时，求电桥输出电压。 解： （4）按照要求在下图中画出激励电压、应变、电桥输出三个信号的频谱。0f /HzU0i(f)0f /Hz(f)0f /HzUyi(f)答题不要超过此线（5）若对以上交流电桥的输出进行同步解调，则需要与 的信号相乘，解调后，若采用一理想滤波器进行滤波，那么该滤波器的截止频率至少为 。 得 分阅卷人三、实验题（共25分） （1）如图4所示，用

5、手持脉冲锤敲击悬臂梁产生脉冲激励。激振力的幅值由脉冲锤上的力传感器与电荷放大器测出。加速度传感器，电荷放大器测量梁的响应。力信号和响应信号同时送到信号处理设备，经处理后便获得所需的数据，用来测量悬臂梁的动态特性。加速度计实验梁脉冲锤电荷放大器（带积分）电荷放大器信号处理设备图4 脉冲激振实验框图 同样，稳态正弦激振的实验框图如图5所示，也可以用来测量悬臂梁的加速度计悬臂梁激振器功率放大器信号发生器稳压电源阻抗变换器六线测振仪动态特性。图5 稳态正弦激振实验框图 根据图5的实验过程和图4的理论分析，详细说明两种测量方法是如何获取悬臂梁的动态特性参数的？装订线答：（2）在图5的测量过程中，保持激振

6、力恒定，由低频段向高频段逐次改变激振频率，可以得到悬臂梁的一阶、二阶、三阶共振波形，若各阶固有频率约为30Hz、180Hz、500Hz，在以下坐标图中画出波形的大概变化规律。0f /HzUi(f)30180500 答题不要超过此线（3）在图5的实验装置中，若信号发生器产生的正弦信号的频率、幅值稳定，但初始相位角为随机变量，在悬臂梁的响应信号中却可能包含一定的干扰信号，其频率成分与信号源的频率并不相同，试结合理论推导，分析采用什么方法可以把测量获得的信号中的干扰去掉，从而获得真正由正弦激励信号引起的响应？答：得 分阅卷人装订线 四、综合题（共25分）（1）如图6所示，分别采用涡电流传感器和电容传

7、感器对回转轴的转速进行测量，分析二者的测量原理以及在测量过程中信号的变化规律。 图6 回转轴转速的测量 答：答题不要超过此线 （2）若对一个光滑的金属材料回转轴进行测量，如图7所示，是否可以达到转速测量的目的？如果不可以，说明原因，如果可以，请根据信号的变化规律进行分析。电涡流传感器 电容传感器 图7 光滑回转轴的转速测量答： 装订线答题不要超过此线 （3）对于一个时不变线性系统，输入为某一频率的正弦信号时，其稳态输出信号的频率应该为（ ）。（4）已知带通滤波器的上截止频率，下截止频率，那么该滤波器的中心频率 =（ ）。 （5）调幅是将低频的被测信号与一个高频的载波信号相乘，使高频信号的（ ）随