机械工程测试技术测试习题答案

1、习题1弟1、2、3、4、5、3章传感器的定义及主要分类有哪些？试绘出典型传感器的构成框图？从哪些方面评价或选用传感器？在选用传感器时，应该遵循什么原则？应该采取什么方法来提高传感器的性能？4章1什么叫金属的电阻应变效应？金属丝的应变灵敏度系数的物理意义是什么？2什么叫金属丝的应变灵敏度系数？它与金属丝的灵敏度系数有何区别？为什么？3何谓半导体的压阻效应？它与金属的电阻应变效应有什么本质区别？4电阻应变计的基本测量电路有哪些？试比较它们各自的特点。5电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别？它们各有何特点？6某截面积为5cm什么叫激光、激光器和激光传感器？试叙述激光产生的激理。试叙述光纤的结构

2、和传光原理。什么叫智能传感器？应从哪些方面研究开发智能传感器？什么是MEMS传感器？的试件，已知材料的弹性模量为2.0x1011N/m2,沿轴向受到10智能传感器的实现主要有哪些途径？N的拉力，若沿受力方向粘贴一阻值为120、灵敏系数为2的应变片，试求出其Ro7试说明差动式电感传感器与差动变压器式电感传感器工作原理的区别。8差动变压器和普通变压器的工作原理有何区别？如何提高差动变压器的灵敏度？9试说明电涡流式传感器的工作原理和特点。10根据电容式传感器的工作原理分为几种类型？各有什么特点？适用于什么场合？11如何改善单极式变极距型传感器的非线性？12什么是压电效应？压电材料有哪些？压电传感器的

3、结构和应用特点是什么？能否用压电传感器测量静态压力？13为什么压电传感器通常用来测量动态或瞬态参量？14用压电式加速度计及电荷放大器测量振动加速度，若传感器的灵敏度为70pC/g（g为重力加速度），电荷放大器灵敏度为10mV/pC,试确定输入3g（平均值）加速度时，电荷放大器的输出电压Uo（平均值，不考虑正负号），并计算此时该电荷放大器的反馈电容C。15 .用压电式单向脉动力传感器测量一正弦变化的力，压电元件用两片压电陶瓷并联，压电常数为200X10-12C/N,电荷放大器的反馈电容Cf=2000pF,测得输出电压uo=5sinwt（V）。求：1）该压电传感器产生的总电荷Q（峰值）为多少pC?

4、2）此时作用在其上的正弦脉动力（瞬时值）为多少？16 .试说明磁电式速度传感器非线性误差产生的原因以及补偿办法（画图说明）？17 .试证明霍耳式位移传感器的输出Uh与位移成正比关系？6.1 什么叫虚拟仪器？虚拟仪器相对于传统仪器有什么优势?6.2 什么叫VSA?VSAt什么特点?信号分类的方法有哪些?信号与信息的关系？确定性信号中的非周期信号与准周期信号的区别？试回答下列函数哪些是周期函数？哪些是非周期函数？若是A. xi(t)=sin33tB. x2(t)=sin(t/3)周期函数，试求周期C.x3(t)=e-tTo什么是时限信号，什么是频限信号?单位冲激信号的定义和特点是什么?2求正弦信3

5、xtAsint的均方值x0什么是信号的均值、均方值、方差？分别描述了信号的什么特征?设X(f)为周期信号x(t)的频谱，证明傅里叶变换的频移特性即：若xtFTX10求指数衰减振荡信号xtextej2f0tFTXff0atsin0t,0的频谱。(参考例7-7)。111213已知有限带宽白噪声信号的自功率谱密度函数Sx(f)，试求其自相关函数。(提示：禾1J用简要说明周期信号频谱的特点。简要说明自相关函数的性质特点。维纳-辛钦定理)No，0其他14常见的信号一般可通过哪几个参数来描述？15随机信号的自相关函数在分别为多少时最大、最小?1拟用固有频率fn=80Hz,阻尼比E=0.7的惯性式测振装置(

6、如图)测频率为f=45Hz的加速度时，其振幅误差为多少？若用此装置所记录频率为0.1mm,则可测试的最大加速度为多少？5Hz之振动位移的振幅范围为土2如果有两只惯性式测振传感器，其固有角频率和阻尼率分别为3ni=250弧度/秒，I1=0.5,3n2=80弧度/秒，I2=0.6,现在要测量转速为n=3500转/分的电机的简谐振动位移，应当选用哪只传感器，为什么？3用压电式加速度传感器及电荷放大器测量振动，若传感器灵敏度为7pc/g,电荷放大器灵敏度为80mv/pc,试确定输入a=3g时系统的输出电压。4若某旋转机械的工作转速为3000转/分，为分析机组的动态特性，需要考虑的最高频率为工作频率的8

7、倍，问：(1)应选择何种类型的振动传感器，并说明原因？(2)在进行A/D转换时，选用的采样频率至少为多少？5惯性式位移传感器具有1Hz的固有频率，认为是无阻尼的振动系统，当它受到频率为2Hz的振动时，仪表指示振幅为1.25mm,求该振动系统的真实振幅是多少？6用压电式加速度传感器与电荷放大器测量某机器的振动。已知，传感器的灵敏度为80(pC/g),电荷放大器的反馈电容C=0.01(F),测得输出电压的峰值Uom=0.4(V),振动频率为80(Hz)。(2)弟求机器振动加速度的最大值A(m/s2);假定振动为正弦波，求振动速度v(t);求振动幅度的最大值X.9章10章1评价噪声的主要技术参数是什

8、么？各代表什么物理意义？2A、B、C三种不同计权网络在测试噪声中各有什么用途？3噪声测试中应注意那些具体问题？4测量某车间的噪声，已知有4小时中心声级为100dB（A）,有3小时中心声级为100dB（A）,有1小时中心声级为100dB（A），试计算一天内等效连续声级。5测得某风机的1倍频程各频带声压级如下:1倍频程中心频率Hz631252505001000200040008000频带声压级dB4552.570.380.581.277.2610.463试求它的总A声级。第11章1-1衡量传感器静态特性的主要指标有哪些？说说它们的含义。答：1、线性度：表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线

9、之间的吻合（或偏离）程度的指标。2、灵敏度：传感器输出量增量与被测输入量增量之比。3、分辨力：传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。4、回差：反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中。输出-输入曲线的不重合程度指标。5、重复性：衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度的指标。6、阈值：是能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。7、稳定性：传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。8、漂移：指在一定时间问隔内，传感器输出量存在着与被测输人量无关的、不需要的变化。9、静态误差（精度）：指传

10、感器在满量程内任一点输出值相对其理论值的可能偏离（逼近）程度。它表示采用该传感器进行静态测量时所得数值的不确定度。1-2计算传感器线性度的方法有哪几种？差别何在？1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关优点是简单、方便，但输出平均值与拟合直线间的最大偏差很大。2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线y=b+kxb截距k为斜率与理论直线发一样简便偏差很大3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。这种方法的拟合精度最高，但是只能用图解法和计算机结算来获得。（断电平行法）4、最小二乘法：按

11、最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。最小二乘法的拟合程度很高，但是校准曲线相对拟合直线的最大偏差绝对值并不一定最小，最大正、负偏值差的绝对值也不一定相同。1-4怎样评价传感器的综合静态特性和动态特性？答：（1）静态特性：表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。动态特性：反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。（2）由于传感器可能用来检测静态量（即输入量是不随时间变化的常量）、准静态量或动态量（即输入量是随时间变化的变量），于是对应于输入信号的性质，所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。1-5为什么要对传感器进行标定和校准？举例说明传感

12、器静态标定和动态标定的方法。答：因为新研制或生产的传感器需对其技术性能进行全面的检定；经过一段时间储存或使用的传感器也需对其性能进行复测。通常，在明确输入-输出变换对应关系的前提下，利用某种标准量或标准器具对传感器的量值进行标度称之为标定。静态标定：静态标定主要用于检测、测试传感器（或传感器系统）的静态特性指标，如静态灵敏度、非线性、回差、重复性等。进行静态标定首先要建立静态标定系统。如应变式测力传感器静态标定系统。测力机产生标准力，高精度稳压电源经精密电阻箱衰减后向传感器提供稳定的供桥电压，其值由数字电压表读取，传感器的输出电压由另一数字电压表指示。动态标定：主要用于检验、测试传感器（或传感

13、器系统）的动态特性，如动态灵敏度、频率响应和固有频率等。对传感器进行动态标定，需要对它输入一标准激励信号。例如测振传感器的动态标定常采用振动台（通常为电磁振动台）产生简谐振动作传感器的输人量。振动的振幅由读数显微镜读得，振动频率由频率计指示。若测得传感器的输出电量，即可通过计算得到位移传感器、速度传感器、加速度传感器的动态灵敏度。若改变振动频率，设法保持振幅、速度或加速度幅值不变，可相应获得上述各种传感器的频率响应。标定的基本方法：P29最下面习题22-1金属应变计与半导体应变计在工作原理上有何异同？试比较应变计各种灵敏系数（指材料的和应变片的）概念的不同物理意义。答：相同点，两者都由外力作用

14、产生形变而使得电阻变化。不同点，金属材料的应变效应以机械形变为主；而半导体材料的应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主。对于金属材料，灵敏系数Ko=Km=（1+2x）+C（1-2小）。前部分为受力后金属几何尺寸变化，一般小勺0.3,因此（1+2（i）=1.6;后部分为电阻率随应变而变的部分。对于半导体材料，灵敏系数Ko=Ks=（1+2（i）+兀E。前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致，而兀E（1+2）,因此Ko=Ks=rEo2-3简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿办法。答：电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅

15、与试件热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时，会产生温度误差。补偿办法：1、温度自补偿法（1）单丝自补偿应变计P43原理优点（2）双丝自补偿应变计P43原理优点2、桥路补偿法(1)双丝半桥式P43原理优点(2)补偿块法P44原理优点2-4试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。答：因为电桥的输出无论是输出电压还是电流，实际上都与ARi/Ri呈非线性关系。措施：(1)差动电桥补偿法利用差动电桥呈现相对臂“和”，相邻臂“差”的特征，通过应变计合理布片达到补偿目的。常用的有半桥差动电路和全桥差动电路。(2)恒流源补偿法误差主要由于应变电阻ARi的变化引起工作臂电流的变化所致。采用恒流源，

16、可减小误差。2-5如何用电阻应变计构成应变式传感器?对其各组成部分有何要求？答：一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性敏感元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。同时应变式传感器应有一下特点：应用和测量范围广分辨力和灵敏度高结构轻小对试件影响小商品化选用和使用方便。要求：非线性误差要小(硅，实际应用时要根据被测光的波长来选择光敏元件的材料，从而在相同的辐射功率下达到较高的灵敏度要求。8-9试指出光电转换电路中减小温度、光源亮度及背景光等因素变动引起输出信号漂移采用的措施。（这部分书上好像不够详细）答：温度影响：进行温度补偿。光源

17、亮度影响：根据不同的亮度范围采用不同的负载电阻。背景光影响：锈路补偿法,调制法8-10简述光电传感器的主要形式及应用。答：按输出量的性质，可分为模拟式和开关式。模拟式中还可分透射式、反射式、遮光式、辐射式。应用：光电式数字转速表，光电式物位传感器，视觉传感器，细丝类物件的在线检测。8-11举出你熟悉的光电传感器应用实例，画出原理结构图并简单说明原理。答：实例，手机上的光照度传感器，用来辅助调节屏幕的亮度以及接听电话时测距以便防止脸部误触、放口袋中时防止误触等。光照投光器受光器光电器件测量电路-11L1电信号出光电感应器是由两个组件即投光器及受光器所组成，利用投光器将光线由透镜将之聚焦，经传输而

18、至受光器之透镜，再至接收感应器，感应器将收到之光线讯号转变成电器信号，此电信讯号更可进一步作各种不同的开关及控制动作，其基本原理即对投光器受光器间之光线做遮蔽之动作所获得的信号(描述不准确！)加以运用以完成各种自动化控制。8-12试说明图8-33(b)所示光电式数字测速仪的工作原理。(1)若采用红外发光器件为光源，虽看不见灯亮但电路却能正常工作，为什么？(2)当改用小白炽灯作光源后，却不能正常工作，分析原因。答：图(b)工作原理：调制盘上有均匀的六个缺口，当电机转动时，透光与不透光交替出现，光电元件间断地接收到光信号，输出电脉冲。经放大整形电路转换成方波信号，由数字频率计可测得电机的转速。(1

19、)因为红外发光器件发出的光看不见，可以接收所以电路可以正常工作。(2)小白炽灯的光太散，可以射向四面八方，不容易被遮挡，所以会存在光电器件一直接收到光信号的情况，这样计数就无法进行，导致电路不正常工作。X8-14手头有三种光电元件：硫化铠光敏电阻、硫化铅光敏电阻、硅光敏三极管，用可见光为光源，请按下列条件选用光电元件。(1)制作光电开关，开关频率约为10赫兹；(2)制作光电开关，开关频率约10000赫兹；(3)作线性测量元件，响应时间0.1S。答：根据光电器件的响应时间特性可知(1)硫化铠(2)硫化铅(3)硅光敏三极管习题99-1试用折线分析方法，阐明阶跃光纤的导光原理，并解释光纤数值孔径的物理意义。答：阶跃光纤的导光原理：根据光的折射原理，光由光密介质射到光疏介质时会产生折射现象，当入射角大于临界角是则会发生全反射。光纤的纤芯