《机械工程测试技术基础》解析

1、5、 描述随机信号的时域特征参数有、。6、对信号的双边谱而言，实频谱(幅 对称，虚频谱(相频谱)总是 _对称(三)简答和计算题1、 求正弦信号X(t)=X0Si的绝对均值卩|x|和均方根值Xgs。22、 求正弦信号x(t) = x0sin()的均值丄x，均方值x，和概率密度函数P(X)。3、 求指数函数x(t) = Ae別(a 0, t _ 0)的频谱。COSCOot|t|cT”,+4、 求被截断的余弦函数x(t)=丿的傅立叶变换。o|t|KT5、 求指数衰减振荡信号x(t)=esin0t(a 0,t _ 0)的频谱。第二章测试装置的基本特性(一)填空题1t某一阶系统的频率响应函数为H(j)，

2、输入信号x(t)二sin，则输出信号y(t)的2声+12频率为 =_ ，幅值 y，相位：:=_。为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有_和。4、 当测试系统的输出y(t)与输入x(t)之间的关系为y(t) = A0X(t-t)时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为H (j)二_ 。5、 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 _ 越小。6、 一个理想的测试装置，其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，系统的输岀是输入与该系统 _ 响应的卷积。(1)正弦(2)

3、阶跃(3)脉冲(4)斜坡3、 两环节的相频特性各为Q1()和Q2()，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性为_。Q1()Q2伸)WE)(2)Q1(Q2()Q,(.).Q2(.)Qd()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5、忽略质量的单自由度振动系统是 _ 系统。1)零阶(2) 一阶(3)二阶(4)高阶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，可取输岀值达到稳态值 _ 倍所经过的时间作为时间常数。(1) 0.632(2) 0.865( 3) 0.950(4) 0.982(一)

4、填空题1、测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，物理量就是，其中目前应用最广泛的是电信号。并依靠它们来传输的。这些2、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。3、周期信号的频谱具有三个特点 ，4、非周期信号包括信号和信号。试求传递函数分别为度。15和3.5s 0.5412 2s 1.4nSn的两个环节串联后组成的系统的总灵敏2)存在，但1(4)不存在第一章信号及其描述(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？14、某测试装置为

5、一线性时不变系统，其传递函数为H（s）。求其对周期信号0.005s+1x（t） =0.5cos10t 0.2 cos（100t - 45 ）的稳态响应y（t）。5、将信号cos t输入一个传递函数为H（S）的一阶装置，试求其包括瞬态过程在内的输出1 +zsy（t）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

6、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_ 。（1 ）力 （2） 应变（3）速度（4）加速度2、 结构型传感器是依靠_ 的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

7、面积型电容传感器的输出与输入，成 _关系。（1）非线性（2）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 _。（1）长度（2）截面积（3）电阻率 （4）高通6、 压电式传感器输岀电缆长度的变化，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 （4）电涡流式8 自感型可变磁阻式传感器，当气隙 ：变化时，其灵敏度S与：之间的关系是：S =_。1（1）k（2） k：（3）（4）- k：69、 光电倍增管是利

8、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、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

9、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、；0=0.3（mm），介质为空气。问：（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ki=100(mVpF)，读数仪表的灵敏度k2=5 (格/ mV)在= _1(Jm)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，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

10、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fc1、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1、设有一电路，R是工作桥臂，R2，R3，Rt是固定电阻，且R,= R2= R3= R4。工作时4、 一选频装置，其幅一频特性在

11、f2； 匚区间近于平直，在f2；0区间急剧衰减，这叫 _滤波器。(1)低通 (2)高通(3)带通(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)fB(2)f一B(3)fB(4)fB(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1201的固定电阻组成电桥，供桥电压V0= 3

12、V，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)二cos2二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，常用的信号分析方法有、和。3、在数字信号处理中，为避免频率混叠，应使被采样的模拟信号成为 频率满足采样定理即。，还应使采样(1)=R14R?eo 2LRI，则电桥输出电压ey：,-(=R1

13、(3)eo=R1(2)-R1)。eo为电桥的电源电压。2 R1(4)-R1eo3、(1)(3)调幅过程相当于在时域中将调制信号与载波信号相乘(2)相除(3)相加电路中鉴频器的作用是 使高频电压转变成直流电压 使频率变化转变为电压变化(4)相减(2 )使电感量转变为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，Hz。采样频率应该大于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 R fc1)由误差引起的二、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)2、说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何

14、优点？(10 分)3、选用传感器的原则是什么？ ( 10 分)三、计算题(共 55 分)1、已知信号 x(t)=e-t(t 0)，(1)求 x(t)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(T)o(15 分)2、二阶系统的阻尼比E=0.2，求3=3n时的幅值误差和相位误差，如果使幅值误差不大于10%，应取多大阻尼比？。( 10 分)3、一电容传感器，其圆形极板 r = 4mm，工作初始间隙50=0.3mm，(1)工作时如果传感器的工作间隙变化 =2 卩 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/m

15、v，在5= 2 卩 m 时，读数仪表的指示值变化多少格？(0= 8.85 W12F/m)(8 分)4、已知 RC 低通滤波器的 R=1KQ，C=1MF，当输入信号 卩x= 100sin1000t 时，求输出信号卩yo( 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。(2 )如被测量 x(t) = sin3t ，载波 y(t)=sin63t，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:、填空题:来描述。信号有放大作用16、 滤波器的频率分辨力主要由其17、 对于理想滤波器，滤波器因数19、 测试系统的误差引起的；而重复性误差是1、连续 2、/=H2+&am

16、p;23、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、A o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、随机一、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

17、用是将传感器的输岀信号进行传输、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：作用是输岀测试结果。2、答：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。3. 解：(1

18、)vS=-4.94X10-9F/m.当=二 2Hm 时，：C =S?厶：=-4.94X10-9F/mX( 2X10-6n)-15 L=-+9.88X10 F(2)读取仪表的变化格数为：151239.88X10-X10 S1?S2=9.88X10-X100X5=4.94(格)1114.解：T低通滤波器的截止频率 W2=2 二 2=2 二？10 Hz2血ERC而输入信号 Hx=100sin100t 的频率 Wx=1000Hz_VC2，1所以低通滤波器相当于积分器，H=Hxdt=10-9100si n1000tdtRC =10-10sin (1000t-900)5解：见课本 101 页，图 3-19

19、 动态应变仪方框图，以及各波形图。机械工程测试技术基础试卷二相同之处在于：都是将被测量的变化转换为电阻的变化，且 材料的弹性模量，(1+2H) 是由几何尺寸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 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 各自的优点分别为：dR/R=(1+2H)+入 E,其中 H 为材料的泊桑比， E 为 入E是由电阻率的变化引起的阻值变化。dR/R (1+2H) ，S 1+2H;而半导体应变片是利dR/R=入 E ，S 入 E。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2、均方值x2

20、表示的是信号的非周期_ 信号。_，它与均值Rx、方差a /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

21、就越_。217、_ 如信号的自相关函数为 Acos3T，则其均方值x。18、 低通滤波器对阶跃响应的建立时间Te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)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(T)o

22、(10 分)2、 求周期信号 x(t) = cos10t + sin (100t - 45)通过时间常数为 0.005s 的一阶系统的输岀信号。(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 cosQt +20 cos3Qt )coswct ，其中 fc=10KHz，f=500Hzo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

23、包含的各个电路环节。(2 )如被测量 x(t) = sin3t ，载波 y(t)=sin63t，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:、填空题:5、当5、 当_时，可变磁阻式电感传感器的输岀和输入成近似线性关系，其灵敏度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 _ 、_7、信号分析的过程主要包括：、。S 趋于的变化，才能使输岀有最大值与输入的控制电压成线性关系。2、 非周期 2、2=H2+Q23、灵敏度、非线形度、回程误差4、组合型一体化型 5、A 66、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、

24、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岀信号进行传输、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

25、)(10)显示、记录部分：作用是输岀测试结果。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) +入 E,其中 H 为材料的泊桑比，E 为材料的弹性模量，(1+2H) 是由几何尺寸变化引起的阻值变化，入 E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) ，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=XE，S-入 Eo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)

26、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；(3)调幅波是一高频，但其包洛线和调制信号x(t)相似，其副值受 x(t)变化的影响，y(t)的频率越高，即波形越宽，相似程度越好。三、计算题：(f)=-arctg(2 二 f)频谱图如下:-j2二”dt=-e(-j27：. f-1)11 j2二fx(f)1、x(f)=x(t) e3/ W=0.6/(0.6X25 二)=4X10/ 二1274(匝)4.解：(1)/Xm(t)=

27、 (100+30cos?t+20cos3 ?t ) cosWt=100 cosWct+15cos(WC+?)t+15cos( WC- ?)t+10cos( W+3? )t+10cos( VC-3 ?)t其中？=二 KHZ VC=20 KHZ所以 Xm(t)包括五个分量，幅值和频率分别我：20 二 KHZ 100； 21 二 KHZ, 15; 19 二 KHZ 15; 23 二 KHZ10; 17 二 KHZ 10。(2)由(1)可得调幅波和调制信号分别如下：;Am1015100L510WC+30*30205解：见课本 101 页，图 3-19 动态应变仪方框图，以及各波形图传感器与测试技术期末

28、考试试卷幅值误差=A(w)-1X100%=150%Am相位误差=巾(w)= -90 如使幅值误差不大于10%，则1A(w)-110.1即 0.9A(w)1/2Z.1/ 1/2.2Z/1.8,阻尼比应在 0.460.55 之间选取。3.解：T磁感应传感器的灵敏度S=WRI,所以线圈匝数 W =S/ RI,有 B=6000GS=0.6T=0.6VS/m2_2_3v= c. D=25 二 mm,S=600mv/cm/s=0.6v/10 m/s=25 二X10 m2、解：对于二阶系统：当w=wn时，A(w) =1/2Z,1(w)=-90Rx( . )= x(t)x(t+t)dt=feeFdt=e y/

29、dt一、填空（每空 1 份，共 20 分）测试技术的基本任务是获取有用信息_ 。从时域看，系统的输岀是其输入与该系统脉冲响应函数_ 的卷积。信号的时域描述，以时间 t为独立变量；而信号的频域描述，以频率 f为独立变量。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100Hz。在桥式测量电路中，根据其激励电流_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：前者利用形变效应 引起的电阻变化，后者利用压阻效应变化引起的电阻变化。压电式传感器是利用某些物质白而工作的。带通滤波器的上下限截止频率为 fC2、忆1,其带宽 B

30、= _fc2- fc1_;若其带宽为 1/3 倍频程贝 U fc2= _32_ fc1属于能量控制型敲感器有电阻式传感器、涡电流传感器、电容式传感器、电感式传感器等等。根据载波受调制的参数不同，调制可分为调频 、调幅、调相11 相关滤波的工作原理是_同频相关不同频不相关/同频检测原理测试装置的动态特性可以用_ 传递_函数、频率响应_ 函数和脉冲响应函数进行数学描述。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d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b 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

31、阶系统的动态特性参数是cA 固有频率B 阻尼比C 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_ 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 _b_ A 力B 应变C 速度D 加速度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 相干函数为使电缆的长短不影响压电式传感器的灵敏度，应选用b 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是d_ 传感器。A 电容式B 压电式C 电阻式

32、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_ 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 多放几次一阶系统的阶跃响应中，超调量d_ A 存在，但5%B 存在，但1 C 在时间常数很小时存在D 不存在判断题（用或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）（）非周期信号的频谱是连续的。）传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。）调幅波是载波与调制信号的叠加。（）涡流传感器属于有源传感器。（）滑线变阻器式传感器不适于微小位移量的测量。（）窗函数频谱的主峰瓣越窄，旁瓣幅度越小，用其截取信号所引起的误差越

33、小。）恒带宽滤波器的中心频率越高，其带宽越宽。）随机激振属于宽带激振法。）压电式加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。（）若系统是完全线性的，则输入输岀的相干函数一定为1一、 简答题（每题 5 分，共 30 分）1 . （5 分）1.2.3.4.5.6.7.8.9.1012_ 、1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.、1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.2)8A兀8A3 8A0如3%55频谱特点:离散性、谐波性、递减性32分分（每答对一个得 1 分）2 . (5 分)2分（每答对一个得1 分）3.（5 分）1.5 分或者用文字表述，表述正确同样得分。4.（5 分）（或者解调） 1 分

34、5.（5 分）（3 分）。四、简答题（每题 5 分，共 30 分）1.已知周期方波的傅立叶级数展8A/11x(t)sin o0t + si+ si n5co0t13135)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，如何确定其取值范围? 解；2 固有频率（n）和阻尼比（J 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0.58 n3.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？解；输出 y（t）与输入 x（t）满足关系 y(t)=A0 x(t-t0), 其

35、中 A 和 t为常数则为不失真测试。2分实现不失真测试的测试装置的幅频特性为 A（3）= A0=常数1.5分相频特性为 （3）=- t4.信号的预处理包括那些环节？解；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5.为什么在动态电阻应变仪上除了设有电阻平衡旋钮外，还设有电容平衡旋钮？解;；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6.测得两个同频正弦信号的相关函数波形如图1,问

36、：（1） 这一波形是自相关函数还是互相关函数？为什么？2)（2） 从波形中可以获得信号的哪些信息？解;(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1H (),式中.=0.05s1十j血当输入信号为x(t) = 0.6cos(60t)0.5cos(100t -45 )时，求滤波器的稳态输出y(t)1. (6 分)x(t) = 0.6cos(60t)0.5cos(10

37、0t - 45 )令x1(t0.6cos(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()二1.-2,(，) _ - tan(.，)/ j1+g)由=60，可以得到：1Ad0.3161分j1 + (0.05%60)2(二-arctg C J二-arctg (0.05 60) = -71.5651 分y1(t) =0.6 0.316cos(60t 71.565 )= 0.1896 cos(60t - 71.565 )由2=100,可以得到：1A(2)0.1961 分J1 +(0.05咒100)2(2)- -arctg CO -arctg (0.

38、05 100) - -78.691 分y2(t) =0.196 0.5cos(100t-45 - 78.69 )= 0.098cos(100t - 123.69 )由线性系统的叠加性可得y(t)=y,t) y2(t) =0.1896cos(60t-71.565 ) 0.098cos(100t - 123.69 )2 分(p2.(4 分)有一信号X(t)二ACOS( t *)，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。解 2. (4 分)自相关函数：Rx(.)=lim；丁1Tlim Acos( t ) Acos (t ) )dtA2cos(，)23.(4 分)以阻值R

39、 =12，灵敏度S =2.5的电阻丝应变片与阻值为1201的固定电阻组成电桥,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解 3.(4 分)单臂：0X(t) x(t )dt1均值:1TaTx(t)dt=T0Acos( tT。)dt=0T。方差:2 CJ xA2.Tx(t)xdt二21632.5 1000 10一4=2.5 10_V 2 分4六、应用题（共 16 分）1.（ 6 分）某车床加工外圆表面时，表面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

40、）所示，传动轴I、U和主轴山上的齿轮齿数分别为乙=30, Z2= 40, Z3=20, Z4=50,传动轴I的转速为 n1= 2000 转/分（根据传动比计算可知：传动轴H的转速为n2= 1500 转/分，主轴山的转速为 n2= 600 转/分），试分析哪一根轴上的齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响较大？为什么？1.（6 分）转动轴 I 的转动频率为：2000/60=33.3HZ ;1 分转动轴 II 的转动频率为：1500/60=25HZ;1 分转动轴 III 的转动频率为：600/60=10HZ;1 分与实验测得振纹的频谱图比较可知轴II 上的齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响最大。（a）（b

41、）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，根据该曲线如何确定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）RUyU04R双臂：1R1U0=S；Uo4 R4uy2RU01 AR11u0S；u2.5 1000 104 = 5 10V 2 分2 R22图 3 (a)图 3 （b）xx 大学 20

42、0X 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_考试班级二、填空（每空 1 分，答对得分，答错20 分）1.获取有用的信息2.脉冲响应函数3.时间（t）、频率f或（）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仁2一fcl、32（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、脉冲响应三、选择题（每题 1 分，答对得分，答错不得分，共10 分）1 5 D B

43、C A B6 10 D B D B D四、判断题（每题 1 分，答对得分，答错不得分，共10 分）15xVxW610VxVxV五、简答题（每题 5 分，共 30 分）1 . （5 分）2）丨8A8A2 8A0如3叫55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(1频谱特点：离散性、谐波性、递减性（5 分）固有频率（、）和阻尼比（ ）32分3分（每答对一个得 1 分）分（每答对一个得 1.5 分）0.58 -2 分（每答对一个得 1 分）3.（5 分）2输出 y（t）与输入 x（t）满足关系 y（t）=Ax（t-t0）,其中 A 和 10为常数,则为不失真测试。2分或者用

44、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（3）= A0=常数 1.5 分相频特性为 （ 3）= _t0，1.5 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（2） 滤波（或者滤去高频）2（3） 隔离直流分量（或者隔直）1分分分（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 分其它的表述酌

45、情给分。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 分六、计算题（共 14 分）1. (6 分)x(t) =0.6cos(60t)0.5cos(100t 45 )令x1(t0.6cos(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二1；-2，：( ) tan()1 C )可以得到：1AC)2心161分2.AC1)-p1 + (0.05x60)(，1)arctg ( J

46、 arctg (0.05 60) = -71.565yt) =0.6 0.316cos(60t -71.565 ) =0.1896cos(60t由，2=100，可以得到：11 分-71.565 )A(；：2)0.1961 分J1 +(0.05X00)2(2) - -arctg CO -arctg (0.05 100) - -78.691y2(t) =0.196 0.5cos(100t-45 - 78.69 )= 0.098cos(100t - 123.69 )由线性系统的叠加性可得y(t)2 分= %(t) y2(t) =0.1896cos(60t-71.565 ) 0.098cos(100t

47、 - 123.69 )(4 分)1自相关函数：Rx(.)=limT1Tlim Acos( t ) Acos (t )JdtA2cos()Tx(t) x(t )dt1 分21，2、均值：1 _x方差：2-x3.(4 分) 单臂：ARUyU0 =y4R双臂：ARUyU0 =2RToT01x(t)dt=TT)T Acost + )dt=01 分T UoS；u04七、2 R16 分)A21632.5 1000 104 =2.5 10V4二丄2.5 1000 10-64 =5 10，V 22应用题（共1.（6 分）转动轴 I转动轴 II 的转动频率为：转动轴 III 的转动频率为：2000/60=33.

48、3HZ ;1 分11与实验测得振纹的频谱图比较可知轴的转动频率为：1500/60=25HZ;1分600/60=10HZ;1分II 上的齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响最大。分2. （ 10 分）（1） （6 分）测试系统组成框图：（4 分）題屯力悔疤畀测试过程（2 分）：信号发生器产生的信号由功率放大器放大后传送给激振器，激振器通过压电式力传感器 对简支梁激振；压电力传感器拾取激振力信号，压电加速度传感器拾取振动信号，分别经电荷放大器放大 后送入数据采集系统，最后由显示设备显示频率响应函数。(2) (4 分)幅频特性峰值 Ao对应的频率为简支梁的固1半功率点（或者逅A或者 0.707 A ）对

49、应的频率分别为-、-阻尼比如下方法估计:要求能在图中正确表示, 否则酌情扣分。1，2、一填空题（20 分，每空 1 分）1. 测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为静态测量 和动态测量 。2. 测量结果与被测真值之差称为测量误差_ 。3将电桥接成差动方式习以提高灵敏度，改善非线性，进行 温度 补偿。4.为了 补偿温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在相邻 桥臂上。5调幅信号由载波的幅值携带信号的信息，而调频信号则由载波的频率 携带信号的信息。6绘制周期信号X（t）的单边频谱图，依据的数学表达式是傅氏三角级数中的各项系数，而双边频谱图的依据数学表达式是傅氏复指数级

50、数中的各项系数。27.信号的有效值又称为均方根值，有效值的平方称为均方值，它描述测试信号的强度（信号的平均功率）。8 确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是离散的，丄者频谱特点是连续的。_9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是频率响应法和阶跃响应法。10.连续信号x（t）与:;（t -t）进行卷积其结果是：X（t） （t -1） = _ x（t -1）。其几何意义是 把原函数图像平移至t0位置处。一、 选择题（20 分，每题 2 分）1直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将（C）。A.增大 B .减少 C.不变 D.变化不定2调制可以看成是调制信号与载波信

51、号（A）oA 相乘 B 相加 C 相减 D.相除3 描述周期信号的数学工具是（D）oA.相关函数 B 拉氏变换 C 傅氏变换 D.傅氏级数4下列函数表达式中，（B）是周期信号。rQcoslO 兀 t当0Ax（t）二 0当 tc0B x（t） =20啊 cos20 二 t （：t；心）c.x（t） =5sin20 二 t 10cos10 二 t （-：:：t：）5时域信号的时间尺度压缩时，则其频带的变化为（B）oA.频带变窄、幅值增高B .频带变宽、幅值压低C.频带变窄、幅值压低D .频带变宽、幅值增高6非线性度是表示定度曲线（A）的程度。A.偏离其拟合直线B 接近真值 C 正反行程的不重合7.

52、般来说，测试系统的灵敏度越高，则其测量范围（B）。A.越宽 B .越窄 C .不变8. 下列哪一种敏感元件 不属于弹性式压力敏感元件（D）A.波登管 B 膜片C.波纹管 D .电阻应变片9. 对于单向应力状态的测量，贴应变片时，应变片的方向与主应力方向应该相交成（A）A.0 B . 45 C. 90D . 3010.二阶装置引入合适阻尼的目的是（C）oA.使系统不发生共振B使得读数稳定 C 获得较好的幅频、相频特性三、简答题（共 30 分）1. 信号分析和处理必需遵循的原则有哪几点？（4 分）答： 各环节的输入量与输岀量之间应保持一一对应的关系，并尽量不失真；（2） 尽可能减小或消除各种干扰。

53、（2）2. 周期信号的频谱具有哪几个特点？ （ 6 分）答：周期信号的频谱是离散的。（2）2每条谱线只岀现在基波频率的整倍数上，基波频率是各分量频率的公约数。（2）3各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。工程中常见的周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小的。因此，在频谱分析中没必要取那些次数过高的谐波分量。（2）3. 现有电阻R和R,，电感 L 和电容 C,连结成四臂交流电桥，试画出能满足电桥平衡的正确接桥方法，并写出该电桥的平衡条件。（设激励为Uj，输出为uo）o（ 5 分）答：正确的接桥方法如图所示：（3）电桥的平衡条件是:4. 有人在使用电阻应变片时，发现灵敏度不够

54、，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。试问，在半桥上各串联一片的情况下，是否可以提高灵敏度？为什么？（5 分）答：不能提高灵敏度。因为半桥双臂时，其输岀电压为：1ARu。Ui（2）2R2AR AR当量桥臂各串联电阻应变片时，其电阻的相对变化量为（2）2R R即仍然没有发生变化，故灵敏度不变。要提高灵敏度只能将双臂电桥改为全桥连接。这时u。=。R（1）5.什么是调制和解调？为什么要调制？（5 分）答：所谓调制，就是在调制信号（测试信号）的控制下，使载波信号（工作信号）的某些参数（如幅值、 频率、相位）发生变化的过程。 （2）解调，就是从已调制波中恢复岀调制信号的过程一般的被测量，如

55、口力、位移、应变等，经传感器检测变换后，常常是一些缓变的电信号。（1）经过调制后，采用交流放大,比直接用直流放大，效果好；另外，调制波抗干扰能力强，也便于传输。（2）6.在机械工程中常见的有哪些参数的测量？ （5 分）答：在机械工程的测试过程中，常见的参数测量有：应力的测量；应变的测量；扭矩的测量、振动信号的测量；声强测量；声发射测量；位移的测量；流量的测量；压力的测量等。（每一种 0.5 分）四、计算题（共 20 分，每小题 10 分）1.求如图所示三角脉冲信号的频谱。解：1.求如图所示三角脉冲信号的频谱。解：一个周期内的表达式为：0 十T2（2）-T_ t _ 02因为x（t）为偶函数，所

56、以bh=0，n =1,2,3川（1）2At x(t)二I 込t（2）2出此得x（t）的三角函数形式傅里叶级数展开为r jgjAKf AJt解：如图（b）组桥时的输出电压为（5）a。T /222X（t）dt亍牛醴严1.22tanT /2Jj/2x（t）cos n0tdt =T/22A0Ttcos notdt8A 122（cosn二-1）T （n，）2A（n二）-4 Aj-2（_1）_1=（n二）bn ,3,5|（n =2,4,6|l|COx（t）二 a0、（ancosn，0t -nsinn0t）二4A12nncos2n：Tt（ 1）n 次谐波分量的幅值Ai =anbn -4A2 2（1）n二n

57、次谐波分量的相位n= -arctan-1二-二（i）an画出X （t）的频谱如图所示。（2）2用电阻应变片及双臂电桥悬臂梁的应变；。其贴片及组桥方法如图所示。已知图中 R 二 R 二R2二R2= 1201，上下贴片位置对称，应变片的灵敏度系数k=2。应变值；=10 10，电桥供桥电压ui=3V。试分别求出如图组成桥路时的输出电压uooffAsAsfl（c） R4为固定电阻。试求在电阻应变片阻值变化为AR时，两电桥的输出电压表达式并加以比较。6(b)解：图（a）中，卧式桥的输出电压为（4）图（b）中，立式桥的输出电压为2Ro丿1RUio（ 1 ）不同之处是：立式桥由非线性误差，而卧式桥没有，所以

58、卧式桥更精2R确。（1） 五、分析题（10 分）Uo一Ub一Ud_ R 尺R2_ R2R4UiR3R4RoRRo2尺2Ro丿UiRo2 尺UiUo=Ub _UduiR +AR +R4iRR,迟& 一 迅R3UiRo-.只2Ro2& - AR 丿Ui2R R_ 4Ro -：R2 Ui2&(4)由此可知，当AR2Ro丿L 1时，得uRui，在忽略了高阶无穷小之后，两电桥的输出电压是一2 Ro样的，均为uc叽叽在输油管道上，常装有监测装置用以监测管道的裂损或泄漏，并能确定损伤位置，如图5-21 所示。9、测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取(c )s=v Tm/2相图 5

59、-21 确定输油管裂损位置答题说明：漏损处 K,视为向两侧传播声响的声源，在两侧管道上分别放置传感器1 和传感器 2，因为放传感器的两点距漏损处不等远，则漏油的音响传至两传感器就有时差，在互相关图上=m处Rx1x2(-)有最大值，这个就是时差。由就可确定漏损处的位置:式中：s两传感器的中点至漏损处的距离；音响通过管道的传播速度。一、选择题1、 差动式变极距式电容传感器的灵敏度是变极距式传感器的A 倍.A、2B、3C、4D、52、 信号有多种类型，从分析域上看，经典的分析方法有_D_和 。A、时域法，相频法B、时域法，幅频法 C 相频法，幅频法D、时域法，频域法3、 压电式传感器的转换原理是利用

60、晶体材料的_B_。A、电阻应变效应B、压电效应 C 电磁感应D、霍尔效应4、 传感器的静态特性中，输岀量的变化量与引起此变化的输入量的变化量之比称为_B_。A、线性度B、灵敏度 C 稳定性 D 回程误差5、 若电容式传感器在真空中，其覆盖板面为一圆形，r=20cm，极板间距 d=2mm 其电容量为：答案都是错的_ 。A、1.11X10A-9B、1.11X1075 C、3.27X10A-9D、3.27X10A-96、 信息与信号二者间关系是 _C_。A、信息与信号相同B、信息包含信号 C 信息在信号之中D 信息与信号无关7、 当两信号的互相关函数在 10有峰值，表明其中一个信号和另一个信号时移10时，相关程度_B_。A、最低